本記事の原文はNutanixコミュニティのブログNutanix Connect Blogの記事の翻訳ヴァージョンです。原文の著者はNutanix社のSoftware EngineerのFelipe Franciosi氏によるものです。原文を参照したい方はThe Wait is Over: AHV Turbo is Here!をご確認ください。情報は原文の投稿時のままの情報ですので、現時点では投稿時の情報と製品とで差異が出ている場合があります。
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Nutanix OSの次なるリリース、5.5の最もホットな機能の一つは我々の.NEXTイベントで多くの方が耳にされたはずのAHV Turboテクノロジーです。このソリューションを実現しているキーとなっているのが我々の社内ではFrodoと呼ばれているコンポーネントです。この記事ではこのFrodoがどのようにストレージデータパスに入っており、今日市場で利用できる他のストレージ仮想化エンジンとどのように異なっているのかをご紹介していきます。
従来、AHVは仮想マシンを単一キューのVirtio-SCSI PCIコントローラーとして取り扱っていました。これはディスク数や仮想CPU数とは関係なくゲストOSは最大で同時に128のリクエストしか発行ができないということを意味します。加えて、この単一データ構造はハイパーバイザー側からは単一スレッドでしか管理ができませんでした。このモデルは他のハイパーバイザーと対して差はありません。
このアーキテクチャはほとんどの状況においては本当にうまく動くのですが、高いスループットやIOPSレートの場合、限界が見えてきます。近年のNVMeのようなハードウェアやRDMAの採用が増えるにつれ、これが心配になってくるのです。他のハイパーバイザーはこの問題をそれぞれのゲストOSにより多くの仮想化コントローラーを割り当てることで回避しています。しかし、このソリューションは単一仮想ディスクのパフォーマンスを改善するものではなく、単に仮想マシンの構成に複雑さをもたらすものです。加えて、実際のハードウェアを考慮した上で、本来行わなければならないものでもありません。
NVMeコントローラーから初めましょう、単一ドライブで数十万ものIOPSが提供されます。こうしたレベルのパフォーマンスを実現するためにはこうしたドライブのそれぞれを複数のハードウェアキューがあるものとして取り扱わなければなりません。つまり、オペレーティングシステムがマルチキューのブロックレイヤの提供をサポートしなくてはならないのです。これによってスタック全域に渡るより良い拡張性が実現できます : アプリケーションはマルチキューに対して並列でIOを投入できますし、それと同時に、ハードウェアはそのキューをこれまた同時に処理することができるのです。
実際のハードウェア上でもしそれがうまく動いているのに、どうしてハイパーバイザーはそれに追従しないのか? AHVは追従しました。
Frodoは仮想マシンへのVirtio-SCSI PCIコントローラーの提供を行う、新しいAHVのコンポーネントです。これまでのゲストの問題で唯一変わっていることは、コントローラーがマルチキューになったということです。ですが、ハイパーバイザー側ではFrodoはより効率的に、そしてマルチスレッドを使って異なるキューを並列で処理できるように設計されています。
これを実現するために、FrodoはNutanix上で動くために特別な設計になっています。マルチスレッドでリクエストキューを並列で処理するために、それぞれのスレッドも非常に効率化されています。まず最初に、FrodoはリクエストがSCSIコマンドであるということを理解しています。ですから、Frodoは一切の処理を行うこと無く、コマンドを直接CVMへと渡します。これはCVMもまたこのプロトコルをサポートしているからです。続いて、仮想キューがスレッドへとマッピングされ、これによってインテリジェントなリクエストのバッチ処理が行えるようになり、更に通信もまた効率的なものとなります。最後に、AHVに完全なデータパスのコントロールを委ねることができるようになります。これは将来の多くの可能性のための基盤のレイヤ化ということになるでしょう。
上のグラフはNX-3060-G5のオールフラッシュ構成での4KのランダムReadリクエストのIOPSを取ってきて比較したものです。8 vCPU、16GBのメモリ、6つの仮想化ディスクで構成された単一の仮想マシンでの驚くほどの数字のパフォーマンスの向上を示しています。Frodoによってパワーアップした仮想マシンは180K IOPSに届くほどのパフォーマンスを示しているのに対してQemuを使っている仮想マシンは80K以上になることはありません。
Frodoの開発はAHVに対して何故Nutanixが投資を行っているかということの素晴らしい例です。Nutanixがスタック全体をコントロールするとなれば、その可能性は無限大なのです。
結論として、Nutanix AHVは今日においても素晴らしいハイパーバイザーです。AHV TurboはNutanix Enterprise Cloud OSが次世代の技術、例えばRDMA、NVMe、3D XPointなどから多くのメリットを享受できるようにするために作られています。
もし何か気になる点や疑問点があれば、 フォーラムでこの続きをお話しましょう。投稿にはAHVTurboというタグを付けることを忘れないでください。
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記事担当者: マーケティング本部 三好哲生 (@Networld_NTNX)
昨年AHVは次世代ハイパーバイザーです!という記事を沢山投稿してきましたが、最新のAHVにはAHV Turboが搭載されています。ゲストOSの中、ハイパーバイザー、CVMと様々な部分でのチューニングを行っているのですが、メインとなるコンポーネントのFrodoはハイパーバイザー内部で動作しています。
グラフを見ても分かる通り、今後の高速なフラッシュやネットワークを考えるとハイパーバイザー内のオーバーヘッドが大きいものなのか、わかっていただけるかと思います。AHVはそこに真っ先に対応した最先端を走るハイパーバイザーなのです。
