Windows Server 2016 Storage 新機能紹介とストレージの将来像

Interact x Cloud Samurai 2016 Summer 2016/06/25

System Center User Group JapanMicrosoft MVP - Cloud and Datacenter Management

高野　勝（ Masaru Takano ）

高野　勝（ Masaru Takano ） 日本ヒューレット・パッカード 所属。 専門分野：ストレージ Microsoft MVP - Cloud and Datacenter Management

自己紹介

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セッションの目的◦ Windows 2016 の新機能を中心に Windows に実装されているストレージ

機能について特徴や使い方理解する

◦ ストレージの将来像を考える事で、上記の新機能が将来像の中でどういった役割を果たしているか、なぜ必要なのかを考える

本日の目的

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Windows Server 2016 Storage 新機能◦ SMB 3.1.1◦ Storage Spaces Direct◦ Storage Replica◦ Storage QoS

ストレージの将来像 まとめ

アジェンダ

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Windows Server 2016 Storage 新機能

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SMB 3.1.1

6

SMB 2.0 以降とレガシーな SMB 1.0/CIFS とは別物 より速く！　 FC SAN と同等のパフォーマンスをシンプルに より安全に！　成熟した管理機能、セキュリティ、高可用性

SMBLAN ManagerWindows 95Windows NT

SMB 2.0Windows Vista & Server 2008

SMB 2.1Windows 7 & Server 2008 R2

SMB 3.0/3.0.2Windows 8 & Server 2012

SMB 3.1.1Windows 10 & Server 2016

1980年代～ 2006年 2009年 2012年 2015年

・コマンドの結合・読取 / 書込サイズの拡大・切断時の透過的再接続

・メッセージ署名の改善 　 (HMAC SHA-256)・スケーラビリティの向上・シンボリックリンクのサポート

・クライアント oplock リース モデル・大きい MTU のサポート　 ( 最大 64KB → 1MB)・スリープモード移行の強化

SMB 3.x での新機能・改良点

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セキュリティ

管理

パフォーマンス

可用性 SMB 透過フェールオーバー

SMB スケールアウト

SMB マルチチャネル

ボリュームシャドーコピーの

SMB 共有対応

SMB 暗号化

SMBディレクトリース

オフロード・データ転送 (ODX)

SMB 用 Windows

PowerShell

SMB 用の新しいパフォーマンス

カウンター

SOFS クライアントの自動再配分

セッション事前認証の強化

(SHA-512)

SMB 暗号化の高速化

(AES-128-GCM)

クラスター環境での SMB Dialect

自動判別

スケールアウト ファイルサーバーでの複数 SMB インスタンスの

サポート

SMB ダイレクト

SMB イベントメッセージの強化

Hyper-V ライブマイグレーション

over SMBSMB 1.0 のオプション化

ゲスト クラスタリング(VHDX) の強化

SMB 帯域幅管理の向上

3.0.2 3.1.13.0.0

SMB ダイレクト によるオフロード

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ローカルストレージに匹敵する超高速な低遅延ネットワーク I/O 処理におけるサーバー CPU 負荷の削減 SMB マルチチャネルとの併用による高速化と冗長化に対応

RDMA を活用した高速なアクセス基盤の実現

サーバー /クライアント

ファイルサーバー

SMB サーバー

SMB クライアント

ユーザーモードApplication

DiskR-NIC

RDMA サポートのネットワー

ク

NTFSSCSI

RDMA サポートのネットワー

ク

R-NIC

RDMA (Remote Direct Memory Access)ネットワークデータ転送を、 OS を介さずに

ディスクと NIC で直接やり取りをする I/O 方式

RDMA 対応ネットワーク機器が必要

※ 3 種類の RDMA 提供方式 ・ iWARP ・ InfiniBand ・ RoCE (RDMA over Converged Ethernet)

カーネルモード

記憶域スペース (Storage Space) とは

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記憶域スペース（仮想ディスク）◦ 記憶域プールから必要な領域を切り出し◦ 柔軟な回復性タイプ

記憶域プール◦ 複数の物理ディスクを論理的に１つに統合◦ ディスク増設時に動的な容量拡張が可能◦ マルチテナントを想定した管理者の定義

記憶域スペースは Windows Sever 2012 から実装

仮想ディスク 仮想ディスク記憶域

スペース

記憶域プール

サーバー

物理ディスク or

SASSATAUSB

共有 SAS

記憶域スペースの構造

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物理ディスク

記憶域プール

仮想ディスク

記憶域スペース

Storage Spaces Direct

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File Server File Server

共有ストレージありActive Active

記憶域スペース

共有ストレージなし (Storage Spaces Direct)Active

File Server File Server

Active ActiveFile Server File Server

Active

記憶域スペース

各ノードの“ローカルストレージ”で SOFS の信頼性と拡張性を実現

Storage Spaces Direct の利用パターン

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Compute Node / Storage Node 分離• 明確な管理上の境界と柔軟な拡張性• 大規模環境に最適

Compute Node/Storage Node 同居• シンプルなシステム構成• 中小規模環境の最適

SCALE-OUT FILE SERVER CLUSTER

Private Cloud Storage

HYPER-V CLUSTER(S)

SMB3 STORAGE NETWORK FABRIC

Compute Node と Storage Node を分離• 明確な管理上の境界と柔軟な拡張性• 大規模環境に最適

HYPER-V CLUSTER

Hyper-convergedCompute Node と Storage Node を同居• 管理対象ノード数の削減• 中小規模環境に最適

Storage Spaces Direct のデータ配置

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仮想ディスク◦ 1GB ごとのエクステント ( データ領域 ) による構成

(100GB の仮想ディスクであれば 100個のエクステント )

スケールアウト◦ エクステント単位で各サーバーに分散配置

回復性◦ 同一構成のエクステントを別のサーバー上で保持

(3 方向ミラーにより、 3 つのサーバーに配置される )

Extent A Extent B Extent C仮想ディスク エクステント

ノード#5

ノード#2

ノード#3

ノード#4

ノード#1

A A’ A’’B B’ B’’C C’C’’

Storage Spaces Direct のスケーラビリティ

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3 – 12 ノード構成◦ 3ノードからサポート （ TP5 より 3ノード構成をサポート）◦ 最大 12ノードまで拡大可能

拡張可能な記憶域プール◦ 仮想ディスク上のデータを複数ノードに分散配置

高速なクラスター内通信◦ SMB 3.1.1◦ SMB ダイレクト (RDMA) による

CPU 負荷およびネットワーク遅延の低減

容易なストレージ拡張◦ ストレージノードの追加およびプールの拡張後、データを自動再配置

ノード#5

ノード#2

ノード#3

ノード#4

ノード#1

A A’ A’’B B’B’’CC’

C’’D D’ D’

’

3方向ミラー

Storage Spaces Direct の管理方法の追加

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SCVMM からも Storage Spaces Direct の管理が可能になった（ TP5 からの追加）

NVMe + SSD + HDD 3階層構成の追加

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SSD+HDD の構成に加え TP5 より 3階層構成がサポート（ TP5 からの追加） 以下のパターンの構成が可能

◦ SSD + HDD◦ NVMe + HDD◦ NVMe + SSD◦ SSD + SSD◦ NVMe + SSD + HDD

NVMe とは

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「NVM Express（Non-Volatile Memory Express、NVMe）」 PCI Express の技術を使用した接続規格 主に SSD 用に設計された接続規格

◦ SCSI や SATA （ Serial ATA ）では SSD の能力についてこれなくなってしまった◦ SATA の転送速度は 600MB/s◦ PCI Express Gen （ Generation ） 3 は 1 レーン 当たり約 1GB/s の転送速度があり、 PCI Express Gen3x4 レーン の場合

4GB/s ◦ たった 1 本の SSD で 44万 IOPS を出すことも可能にhttp://www.intel.co.jp/content/www/jp/ja/solid-state-drives/solid-state-drives-750-series.html

Storage Replica

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柔軟性

• ストレージ ハードウェア非依存

• 同期モード / 非同期モード

• 4 種類の複製パターン

複製機能の提供

• ブロックレベル、ボリューム単位

• SMB 3.1.1 による転送(SMB ダイレクト / マルチチャネル等の活用 )

統合管理

• フェールオーバークラスターマネージャーまたは PowerShell による管理

• Azure Site Recovery との連携も可能になる予定

拠点 A 拠点 B

Storage Replica の動作モード：同期モード

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拠点 B 拠点 B

アプリケーション(local or remote)

Source Server( 複製元ノード )

Data Log

1

t 2

Destination Server

( 複製先ノード )

Data Log

t1 3

25

4

• I/O 発生時に、複製元 / 複製先両方のログディスクへの書き込みを保証する

Storage Replica の動作モード：非同期モード

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拠点 B 拠点 B

アプリケーション(local or remote)

Source Server( 複製元ノード )

Data Log

1

t 2

Destination Server

( 複製先ノード )

Data Log

t1 5

43

6

• 複製先ノードでの書き込みを待たずに I/O 完了とみなす• ネットワークの帯域幅や遅延で同期モードを利用できない場合に検討

Storage Replica のシステム要件

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必須要件Windows Server 2016 Datacenter EditionActive Directoryディスク [ データディスク / ログディスク共通 ]

GPT 形式 (MBR 形式は不可 )JBOD, ローカルディスク , SAN (iSCSI / FC)

などのストレージ( リムーバブルメディアは不可 )

複製元と複製先での同一ディスク配置構成およびパーティション

%SystemRoot%, page file, ハイバネーションファイル , Dump ファイルを含まないこと

ディスク [ ログディスク ]NTFS/ReFS ボリュームかつ固定サイズ

ファイアウォール ポートSMB, WS-MAN

推奨要件 ( 同期モード ) ネットワーク遅延

平均 5ms 以下 (round-trip) ネットワーク帯域幅

1 Gbps 以上 ディスク [ ログディスク ]

フラッシュストレージ (SSD, NVMe など ) できるだけ多くの空き容量

推奨要件 (非同期モード ) ネットワーク遅延

特に要件なし ネットワーク帯域幅

書込み頻度に依存 (明確な要件なし ) ディスク [ ログディスク ]

( 同期モードと同一 )

Storage Replica を使うための準備

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機能の追加で「 Storage Replica」を追加

Storage Replica の管理方法

2323

モジュール名 : StorageReplicaGet-SRGroupGet-SRPartnershipNew-SRGroupNew-SRPartnership ( 新規作成 )Remove-SRGroupRemove-SRPartnershipSet-SRGroupSet-SRPartnership ( 複製方向の変更 )Suspend-SRGroupSync-SRGroupTest-SRTopology (Storage Replica システム　　　　　　　　　　　　　　要件確認テスト )

Storage Replica : 4 種類の複製パターン

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同期 /非同期モードを選択可能

手動フェールオーバーのみ対応 (PowerShell / Azure Site Recovery)

「汎用ファイルサーバー」シナリオに最適

《 Server to Server》 ２つのサーバー間でのレプリケーション

《 Cluster to Cluster》２つの異なるクラスター間でのレプリケーション

SRV1

SR over SMB3

SRV2

Man

hatta

n DC

Jerse

y City

DC

NODE1 in FSCLUS NODE2 in DRCLUS

NODE3 in FSCLUS NODE4 in DRCLUS

NODE2 in FSCLUS

NODE4 in FSCLUS

NODE1 in DRCLUS

NODE4 in DRCLUS

SR over SMB3

Man

hatta

n DC

Jerse

y City

DC

Sever to Server のクラスター版( 機能／制約等は基本的に同一 )

クラスターによる高可用性 (HA) と、レプリケーションによる災害対策 (DR) をそれぞれ独立した機能として提供

「スケールアウトファイルサーバー」シナリオに最適

Storage Replica : 4 種類の複製パターン

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SRV1

SR over SMB3

NODE1 in HVCLUS

SR over SMB3

NODE3 in HVCLUS

NODE2 in HVCLUS NODE4 in HVCLUS

Man

hatta

n DC

Jerse

y City

DC

高可用性 (HA) と災害対策 (DR) を組み合わせて提供

自動的なフェールオーバーが可能

フェールオーバー クラスターマネージャーによる GUI 管理が可能

同期モードのみサポート

「 Hyper-V」や「汎用ファイルサーバー」に最適 ( スケールアウトファイルサーバーには不適 )

《 Stretch Cluster》 単一クラスター内でのレプリケーション

《 Server to Self》 サーバー内でのボリューム間レプリケーション

ボリュームの移設・転送に最適( データコピーが実施できない環境など )

Storage Replica : 構成と運用 Tips

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運用 Tips◦ 「 New-SRPartnership」のログサイズが小さすぎるとコマンドが実行できない

（エラーになる）◦ 初回実行には結構時間がかかる◦ Destination側のデータ Volume は表示されなくなる◦ Destination側を表示する場合は「 Remove-SRPartnership」で一旦関連を解除

構成 Tips◦ Workgrpoup 認証 未サポート◦ 別な Windows Domain 同士の Storage Replica は可能◦ Cluster to Server , Server to Cluster の複製は未サポート。この場合は Server側を

シングルノードクラスタ構成にする◦ GUI でコントロールできるのはクラスタ構成のみ

Storage Quality of Services （ QoS)

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柔軟性

• 柔軟かつ公平なリソースの分配 制御対象：

VHD, 仮想マシン , サービス , テナント 制御項目：

最小 IOPS, 最大 IOPS

帯域管理機能の進化

• ストレージを共有するすべての Hyper-V 環境を、ポリシーによって一元管理

• 帯域管理に必要なメトリクスを自動計測 (計測対象： VHD, VM, ホスト , ボリューム )

統合管理

• System Center (SCVMM / SCOM) または PowerShell による管理

• Storage Health Provider によるすべてのストレージレイヤーを包含した管理

仮想マシン

RateLimiters

RateLimiters

RateLimiters

RateLimiters

Hyper-V クラスター

　 SMB 3.x ストレージネットワーク

I/Oscheduler

I/Oscheduler

I/Oscheduler

スケールアウト ファイルサーバーポリシー

マネージャー

Storage performance metrics

QoS のタイプ

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マルチインスタンス 個々の仮想マシンに対して適用 仮想マシン単位で提供するサービスに最適

シングルインスタンス 複数の VM をまとめたリソースに適用 クラスターやテナント単位で提供する

サービスに最適

020406080

100120140160180200

120

80

VM1 VM2VM1 VM20

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

200 200

Max

imum

IOPs

= 2

00

Max

imum

IOPs

= 2

00

PowerShell からの管理

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モジュール名 : StorageQoS◦ Get-StorageQosFlow◦ Get-StorageQosPolicy◦ Get-StorageQosVolume◦ New-StorageQosPolicy◦ Remove-StorageQosPolicy

# QoS ポリシーの作成New-StorageQosPolicy -Name DesktopVM -PolicyType MultiInstance -MaximumIops 200

ストレージの将来像

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2016年 -2017年は変革の年

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CPU の世界ではムーアの法則が終焉

AFA （オールフラッシュストレージ）の台頭により市場＆メジャープレイヤーに変化が◦ 今現在の日本市場における AFA の導入率は約 4.8%◦ 年率 150% で成長中◦ 2022年に外付けストレージの 50% が AFAへ移行すると予想されている

変化のキーファクター◦ 単価の下落

2017年中に SAS HDD よりもフラッシュ Disk の容量単価が下回ると予想

◦ フラッシュ容量の劇的な向上と HDD 容量の頭打ち フラッシュは 2倍 /年を超えるスピードで容量が増加 2016年 4TB, 8TB 2017年 16TB, 32TB

新たな需要の発生

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アプリケーションへの貢献◦ データベース、ミドルウェアなどの処理が遅い理由の多くがストレージボトルネック◦ SSD の登場によりストレージボトルネックが解消◦ 今まで処理に時間がかかって実現できなかった事が簡単に実現可能に

新たなアプリケーションの登場（期待）◦ SSD を使う事を前提としたアプリケーション（フラッシュネイティブアプリケーション）の登場◦ 超低レイテンシ（ミリセカンド→マイクロセカンド）を使った環境へ

リアルタイム処理 拡張現実（ AR)

新たな問題の発生

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ボトルネックの変化◦ 旧来のストレージボトルネックは主に HDD の処理待ちが多かった◦ SSD のスピードは HDD の 100倍程度◦ ストレージのボトルネックはディスク部分からヘッドへと移行◦ ヘッドボトルネックが解消するとサーバーとストレージ間の経路がボトルネックに

既存のアーキテクチャを覆すハードウェアの登場

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ここからは HPE としてのアプローチ

PM Brings Storage

メモリスロットへ

PM

メモリの速度

ストレージの耐久性

ストレージの場所をサーバーにより近い場所へ経路がボトルネックになるなら直接挿しちゃえばいいじゃない

不揮発性メモリ（ Persistent Memory) の登場

不揮発性メモリ（ Persistent Memory)

1987 2000 2010 2016

4ms HDD

0.05ms SSD

20ns Memristor

15x faster in 20 years10-2

10-3

10-4

10-810-710-610-5

10-1 Persistent store access times60ms HDD

½ million x faster in 5 years

Storage technology trajectory

Memory technology trajectory

不揮発性メモリの速度ってどのくらい？

CPU からストレージまでの距離

CPU socket Memory Subsystem Storage Subsystem

Latency to data

Data volatility

Time

従来のデザイン :

Time

Persistent memory 用のデザイン :SoC: CPU + Memory (Storage)

Latency to data

Data volatility

Executionunits

CacheL1

CacheL2

Persistent memory Flash

Main memory(DRAM)

IO accelerator(Flash) Cache HDD /

SSD ArchiveCacheL1

CacheL2

CacheL3

Executionunits

アプリケーションからストレージへのアクセスステップも変化

Compiler

TodayHorizon 3:Languages

Horizon 1:PM Middleware

Horizon 2:PM Libraries

Application

File System File System

File System

PMSSD

Application Application

ApplicationPM Library

File System

PM PM

Disk Driver

コンピュータデザインの変化

プロセッサを中心としたデザインから…

SoC SoCSoC

SoC

SoC

SoCSoC

SoCSoC

SoC

SoC

SoC

MemoryMemory

Mem

ory

Mem

oryM

emory

Memory

MemoryMemory

Mem

ory

Mem

ory

Mem

ory

Memory

Memory+

Fabric

SoC SoC

SoCS

oC

SoC

SoCSoC

SoC

SoC

SoC

SoC

SoC

…メモリを中心としたデザインに変化

NVM Express と RDMANVM Express (NVMe)

SCSI Replacement – Block protocol over PCIeInitially for direct attached SSDsVery efficient queue and data flow structures< 10 uS read latencies demonstrated

RDMADefined for storage (ISER) for 10 yearsGaining popularity due to flash memoryEliminates software overhead by avoiding kernel

両方を組み合わせた「 Networked NVMe」

HPE の目指すコンピュータの新しい形

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The Machine

Photonics光通信（～ 20TB/s)

用途特化コア 不揮発メモリプール

まとめ

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Windows2016 のストレージ機能は主に以下の機能が拡充・追加されています◦ SMB3.1.1◦ Storage Spaces Direct◦ Storage Replica◦ Storage QoS

実はこの先数年はハードウェアも熱い！◦ ハードウェアにも面白い機能がたくさん搭載されるので、お見逃しなく

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ご清聴、ありがとうございました。

ご不明点等ございましたら、お気軽にご質問ください。