DBTS2015 Tokyo DBAが知っておくべき最新テクノロジー

DBAが知っておくべき
最新テクノロジー
株式会社インサイトテクノロジー
CTO 石川雅也

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本資料の内容はすべて執筆者の個人的な見解であり、株式会社インサ
イトテクノロジーの公式な見解を示すものではありません。
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を禁じます。
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• 石川雅也 (いしかわまさや)
• 現職
o 株式会社インサイトテクノロジー取締役 CTO
FB: MasayaIshikawa
• 職歴
o 外資系HWベンダーにて、ミニコンOS, UNIX OS担当SE. 社内SE向け技術情報
発信、トラブルシュート。crash dump解析、UNIX SCSI Device Driver改造とか
o 1993年日本オラクルに入社。DBインフラ系テクニカルサポート、
コンサルティング、トラブルシュート。
o 1995年インサイトテクノロジー設立
Oracleパフォーマンス管理ツール Performance Insight開発 (1995~)
Oracleアクセスログ取得管理ツール PISO開発 (2004~)
SQL Server版、富士通Symfoware版 PISO開発 (2005~)
DB コンサルティング、トラブルシュート
2009年 SSDのR&D開始
2011年1月 DB向けIAサーバー Insight Qube R&D開始
2012年3月 Insight Qube発表
自己紹介

Designed in Ebisu
Rethink
Optimized
Database
Environment

Low Performance
メモリの不足によりI/Oが多発し、またI/O
の制約によって全体性能は制限されていた
CPU/Mem
NFS/SAN/iSCSI
HDD
CPU/Mem
SSD
＜
＜ InfiniBand
≦
High Performance
I/O制約を取り除き、さらに大容量メモリによ
りLatency向上し、CPU性能を最大限に発揮
Insight Qube とは
たった4つしかないデータベースのボトルネック要素(システムリソース)の
帯域を拡げ CPU性能を最大限に発揮するよう設計されたサーバーである

InfiniBand
(8 or 18port)
ストレージノード
データベースノード
Real Application Cluster
Automatic Storage Management / Oracle Clusterware
最低3ノードから最大30ノード程度 (データベースノード数により増減) SSD容量実効 200GB～6TB/ストレージノード
ノードあたり CPU:4core～24core(Intel Xeon) / Memory:4GB～768GB
Insight Qube Cluster 構成イメージ
Copyright © 2014 Insight Technology, Inc. All Rights Reserved.

他社DB専用機と同等性能 ~ OLTP処理
実顧客での PoCテスト内容：
約30GB相当のデータをRAC2ノードからinsert (シーケンシャル/ランダムライト)のテストを実施
DBアプライアンス
製品
IAサーバー +
SSDキャッシュストレージ
Insight Qube 構成
<DBサーバ 2台>
Oracle 11gR2, RAC構成(2node)
CPU: Xeon5690 (3.46GHz/6core)
Memory: 48GB
<ストレージサーバ 3台>
5.8TB(実効容量2.9TB)
1ストレージサーバあたり: 240GB SSD × 8枚
処理時間（秒）
Oracle

0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
日次バッチ A 日次バッチ B 日次バッチ C 日次バッチ D 日次バッチ E 月次バッチ全体
93 100 142
511 516
2122
191 105 174
448
1043
3287
314
375
174
807
1599
3606
Insight Qube DB専用機 (国内メーカー) DBアプライアンス製品
他社DB専用機より高性能 ~ Batch処理
実顧客での PoCテスト内容：
元データ約800GBに対する各種日次/月次バッチ処理の処理時間を比較
処理時間（秒）
Oracle
Insight Qube 構成
<DBサーバ 2台>
Oracle 11gR2, RAC構成(2node)
CPU: Xeon E5-2680 (2.7GHz/8core)
Memory: 512GB
<ストレージサーバ 3台>
4.3TB(実効容量2.15TB)
1ストレージサーバあたり: 240GB SSD × 6枚

Insight Qubeは何故速いのか?
• 特別はハードウェアは使用していない。
(コモディティなパーツだけで構成)
• たった4つしか無いボトルネック要素だが、細かい要因
に分けていくと、検討出来る項目は数100箇所に及ぶ。
それらの項目も、パーツの組合せ、各データベースの特
性、処理するワークロードの特性などにより最適な解は
異なる。それらの最適な解を一つ一つ検証し、適用して
いった結果が Insight Qubeの速度を生んでいる。
9Copyright © 2014 Insight Technology, Inc. All Rights Reserved.

今回のセッションの
目的とゴール
目的
• DBAとして押さえるべき
最新テクノロジーをわか
りやすく紹介する。
• 今回は主にストレージの
観点から、HDD, Flash, 仮
想化、クラウドなど
(実はHDD, 仮想化は初めて
話します)
ゴール
• 最新のストレージ技術に
ついて正しい知識を得る
(ベンダーに騙されないた
めに)
• その他ストレージ界隈の
技術について知見を得る

今日のお品書き
• HDD
o High Capacity – SMR, Helium-filled HDD
• Flash
o High Capacity SSD Trend
o High Performance – NVMe
• Virtualization, Cloud
o Software Defined Storage – Server SAN
o Private Cloud - OpenStack
o Public Cloud Storage
13

Storage
HDD

http://www.slideshare.net/COMPUTEX/2014-bigdataforumhgst

http://www.hgst.com/ja/science-of-storage/next-generation-data-centers/10tb-smr-helioseal-hdd

SMR
• SMR – Shingled Magnetic Recording
• Shingle = 瓦
• HGST 10TB, Seagate 8TB (3.5”)

Shingled Magnetic Recording

• Only Archive (Cold Storage)
• DO NOT USE for RAID-5
• DO NOT USE for DATABASE
Shingled Magnetic Recording

Helium-filled HDD
• ヘリウムを密封したHDD 現在は HGSTのみ
• 空気抵抗が1/7になることにより
o プラッターの数が 5 から 7に増加し大容量化
o 消費電力低減、静音化、低温化
• 密封していることにより
o 空気が入らないため故障率が激減 MTBF 250万時間
o 空冷以外の新たな冷却方式が採用可能 (水冷/油冷?)
• 普通の7,200回転と同じ速度と思って下さい
• 価格は従来のHDDよりまだ若干高めだが、電力・
スペースコストを考えると良い選択肢となる

Storage
Flash

大容量・低価格SSDの登場
• 4～6TB SSD (2.5” 9.5mm厚)
• 2.5” HDDは最大でも2TB弱
• SATA IFで書き込み寿命は 0.4～0.5 DWPD/5year
• その分、価格も通常SSD(DWPD3.0)と比較して半額程度
高速HDDと比較すると似たような価格帯！
• Archiveデータ用途あるいは DWH/向け
• DWHでも複数人が使用する=ランダムアクセスの場合は
HDDと比較して非常に大きなアドバンテージ
• 通常のSAS SSD(DWPD=3.0以上)でも
4TBなど大容量化が進んでいる。

Enterprise SSD by Interface
https://intel.activeevents.com/sf14/connect/fileDownload/session/F43F980A53C61EF7AF426BEE22BB7402/SF14_SSDS003_101f.pdf

2015/06 現在

Technical Basics of NVMe
• All Parameters for 4kb command in single 64B command
• Support deep queues (64K commands/queue, 64K queues)
• Supports MSI-X and interrupt steering
• Streamlined & simple command set (13 required commands)

 FeRAM（強誘電体メモリ）
 MRAM（強磁性体メモリ）
 PRAM（相変化メモリ）
 ReRAM（抵抗変化型メモリ）
次世代
不揮発性
メモリ
ReRAM

NVMe Current Expectation

NVMe in Fabric Environment
• NVMeを使用した
All Flash アプライアンス
のユースケース
• ファブリック上
はSCSIプロトコル
で通信
• NVMeとSCSIの
プロトコル変換が必須
だが 100us以上のペナル
ティ (NVMeのLatencyは
1～2桁us)

NVMe over Fabrics

NVMe over Fabrics
• 複数のファブリックタ
イプにNVMeアーキテク
チャを適用
o NVMe コマンドセット
o NVMe マルチキューモデル
• PCIe以外のファブリッ
ク
o RDMA (iWARP, RoCE and
Infiniband)
o NVMe over Fibre Channel
(under developing)
• NVMe Ver1.2(2014.9) で
は規定が見送られた。
2015Q2に出る予定

Hot Plugの難しさ
• ホスト・スレージ・コン
トローラーが SATA/SAS
と NVMe で異なるた
め、今までと異なるアプ
ローチでの開発が必要。
• NVMe Ver1.2で主要ドラ
イバはHot Plugをサポー
トしている(はず)
Flash Memory SUMMIT 2014

NVMe マシン設計の難しさ

NVMeの現状
• Hot Plugは十分な検証が必要
• HW RAIDは存在しないので、
SWで冗長化を行う必要がある。
あるいは冗長化が必要ないところで使用する。
• バランスの取れたサーバーを探す必要がある。
• Device側のFWも、まだ発展途上 (まだ良くなる)
• データベースで使い処を考えるのならば…
o 現状、冗長化の必要ないキャッシュ用途など
o 今年中にはもう少し違った形の
データベース向け NVMeサーバーを出したい

NVMe まとめ
• NVMに最適化されたプロトコル
今後10年間以上、主流になるプロトコルである(と予想)
• Hot Plugのサポート
• NVMe over Fabric で、SANもサポート

Software Defined Storage
• 既にバズワード化?
• 各社 SDSと称している製品を出しているが、
機能やメリット/デメリット、アーキテクチャ千差万別
なので、使い処をきちんと把握する必要がある
• (一般的に)必要とされている機能
o Automation
o Policy Base Management
o Self Service Management
o Service Level Management
o Standard Interface (API)
o Virtualized Data Path
o Scalability (Online Scaling)

Server SAN
http://wikibon.org/wiki/v/Server_SAN_Market_Definition

Private Cloud -OpenStack
• OpenStack
o クラウド環境構築のソフトウェア群 (AWS を自前で作るものと思って下さい)
• Ironic
o ベアメタル・プロビジョニング
o Kiloリリース(2015.1)で正式採用
o 物理サーバーが元々持っている IPMI と PXE を利用して、
物理サーバーにプロビジョニングする。
• Trove
o DBaaS
(AWSの RDSを自前で
作るものだと思って下さい。)

Public Cloud - Storage
• AWS EBSボリューム 4,000 IOPS
• AWS I2インスタンス 35,000～365,000 IOPS (4K Read)
35,000～315,000 IOPS (4K Write)
• Azure プレミアムストレージ
50,000IOPS～ (4K Read)
• Google Compute Engine Local SSD (但し冗長化されない)
170,000～680,000 IOPS (4K Read)
90,000～360,000 IOPS (4K Write)

Public Cloud
Managed SQL Databases
• AWS
o RDS: MySQL, Oracle, MS SQL Server, PostgreSQL (OLTP)
o RedShift (DWH)
o Aurora (OLTP)
• Microsoft Azure
o Azure SQL
• Google Compute Platform
o Cloud SQL (OLTP: MySQL)
o BigQuery (DWH: Dremel, 擬似SQL)
• IBM Bluemix
o SQL Database (OLTP: DB2)
o その他 MySQL, PostgreSQL など (OLTP)
o Analytic Warehouse (DWH: DB2)

Wrap up
• NVMeは次のトレンド
o HDDの 2500倍の Random Readは破壊的な速度
o PCIe直結ではなく、SFF接続とすることで、
Hot Swapのサポートと
接続デバイス数を増やし、並列化・高速化することが可能
o 現在のNANDベースから次世代NVMになり
更なる高速化が可能
• ストレージ仮想化、クラウド
o SDS: 目的に応じて製品機能を見極める必要がある。
o 性能が必要なシステムでは、クラウドはまだ力不足か?
o 企業内データを扱うデータベースシステムとしては、まだ難しい部
分が多い
o が、クラウド化・仮想化は今後の必須技術なので引き続きウォッチ

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Rethink
Optimized
Database
Environment

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