2012 年 6 月 30 日 (土) に開催された、第 1 回 Windows Server 2012 Community Day でのセッション資料です。

1. Windows Server 2012 の
ストレージ強化と
エンタープライズへの活用
小川 大地
Microsoft MVP for Virtual Machine
日本ヒューレット・パッカード

2. 2
自己紹介
• 氏名： 小川 大地 （Daichi Ogawa）
• 仕事： サーバー・テクノロジーの啓蒙と、システム設計・実提案
（今日は Hyper-V の MVP として呼ばれたので、会社は無関係です）
• Blog： 仮想化でプリセールスしてる SE の一日
http://d.hatena.ne.jp/ogawad/

3. 3
本セッションのキーポイント
Storage
• Windows Server 2012 ストレージ周りの新機能
Hardware
• 最新のハードウェア・テクノロジーで実現する WS2012 の新機能
Enterprise
• WS2012 や Hyper-V の最新技術をエンタープライズ分野でどう使っていくか？

4. サービスファイルシステム サービスファイルシステム
4
Windows Server 2012 の主なストレージ新技術
ディスク

5. 記憶域プール - Storage Spaces
5
複数の LUN を組み合わせて “巨大なディスク” として利用
ローカルディスク
（HDD / SSD）
USB ドライブ
（HDD / SSD）
SAN ストレージ
（FC / iSCSI / Shared SAS）
複数の LUN を組み合わせて
”巨大なディスク” として利用
2 TB 10 TB 500 GB
マウントされた
VHD / VHDX ファイル

6. 記憶域プール - Storage Spaces
6
主な機能 ①
LVM と同様な三層管理
• 物理ディスク / プール / 仮想ディスク
基本概念は LVM と同じ
プール化
物理ディスク
(LUN)
記憶域プール
(Storage Pool)
仮想ディスク
(Storage Spaces)
≒ LV
≒ VG
≒ PV
≒ VG
≒ LV ≒ PV

7. 記憶域プール - Storage Spaces
7
主な機能 ②
RAID
• Simple … RAID 0 相当
• Parity … RAID 5 相当
• Mirror … 2-way（ディスク 2 本以上で構成可能）
… 3-way（ディスク 5 本以上で構成可能）
冗長化
Thin Provisioning
• 固定 … シック・プロビジョニング
• 最小限 … シン・プロビジョニング
• シンプロビジョニング は
T10 UNMAP (Trim) にも対応
シンプロビジョニング
LUN Size
100TB ?
実際の消費量だけ
物理ディスクを確保できれば良い

8. 記憶域プール - Storage Spaces
8
主な機能 ③
物理ディスクのオンライン増設・削除
• コストを抑えた初期導入 を実現
• 10TB 割り当てておきたいけど、コストが足りない…
→ シンプロビジョニングを活用し、
本当に足りなくなったら、都度増設すれば良い
その他の特徴
Windows 2000 ダイナミックディスクとの違い
• シンプロビジョニング や ディスク増設/削除 が可能
• カーネルモードのミニポートドライバで動作（spaceport.sys）
• 割り振ったディスクは 「LUN」 として OS から扱える
• ファイルシステムの種類や機能を制限しない
4 TB 6 TB
2 TB
互換性など
• LUN レイヤであるためファイルシステムに一切制限を与えない
• SAN の LUN であればクラスタディスクにも対応（CSV含む）
• 4KiB セクタ HDD は、ネイティブ / RMW の両方に対応

9. 記憶域プール - Storage Spaces
9
どんなシーンで活用できるか？
退役 PC の HDD を利用した大容量ドライブ
BOX 型簡易 NAS からの卒業
エントリー SAN ストレージを無償で機能強化

10. ファイルシステムディスク サービスサービスディスク
10
Windows Server 2012 の主なストレージ新技術

11. NTFS の新機能
① ディスクをアンマウントして CHKDSK はもう不要
WS2012 では オンライン破損スキャンと自己修復が強化。
破損ファイルの修復 (spotfix) は通常 1 秒以内で処理できるほか
処理時にボリュームの全スキャンが掛からないため、ファイル数にも
依存しない。
従来、ファイルシステム上で自己修復できない破損ファイルが
あった場合は、「CHKDSK /X」 によるボリュームのアンマウントと
全スキャンが必要。
このため、破損ボリューム上のファイル数次第では、
非常に長時間のダウンタイムを強いられた…
0
50
100
150
200
250
300
350
100
Million
Files
200
Million
Files
300
Million
Files
Minutes
Windows
Server 2008 R2
Windows
Server 2012
ファイルシステム修復に要するダウンタイム
Microsoft 社資料より
11

12. NTFS の新機能
② データ重複除去
ファイルデータを可変サイズの “チャンク” に分割管理
定期的に重複チャンクを統合（場合によっては圧縮も）して、ディスク容量を削減
待望の “ブロックレベル” 重複排除
• 本格的な NAS ストレージと同様に チャンク 単位で重複排除
• 従来の SIS や NTFS 圧縮に比べて容量効率が良く、
性能へのインパクトも少ない
• 統合により削除された領域は T10 UNMAP に対応
データ重複除去の削減効果（例）
一般的な文書共有用途では
50% の容量削減を期待できる
12

13. NTFS の新機能
② データ重複除去
設定画面
重複排除は一定期間経過したファイルが対象
拡張子指定による対象外ファイルも設定可能
業務影響を抑えるためにアイドル時のみ実施
休日や夜間は処理優先度を上げることも可能
13

14. ReFS - Resilient File System
次世代ファイルシステム
14

15. ReFS - Resilient File System
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主な機能 ①
NTFS の欠点
• 書換方式なため、ファイル上書きでデータ消失の危険性
ReFS の場合
• 切替方式なため、障害時もデータ消失のリスクは無い
サーバー障害発生！
上書き中のファイル
（書き換え方式）
中途半端な破損ファイル
でコピー前のデータすら
読み出せない
新しいデータを書き込み中
古いデータはそのまま待機
古いデータ領域には
非利用フラグが立てられる
新しいデータに切り替え
ファイル整合性ストリーム *
* データベースなど、格納アドレスを意識するアプリケーションのために無効化することも可能

16. ReFS - Resilient File System
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主な機能 ②
記憶域プールとの連携
• ミラーボリュームを利用して、
ファイルシステムの論理破損ブロックを自動修復
オンライン破損スキャンと自動修復
• オンライン破損スキャンと自動修復は ReFS にも対応
• 「CHKDSK /X」 なしで破損データをオンライン除去
ファイルシステム的に
不正な領域を
ブロック単位で自動修復
データの自動修復 と 互換性
破損ブロック 正常ブロック
既存機能との互換性
• 次ページを除く NTFS 機能と Win32 API のサポート
• NTFS と同等以上のスケーラビリティと性能
• WSFC クラスタボリューム対応（CSV は非対応）
• VSS, ブロックレベル暗号化（BitLocker）サポート
ミラーモード

17. ReFS - Resilient File System
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パフォーマンス
NTFS (64KB)
NTFS と ReFS の性能比較（簡易版）
ReFS (64KB*) *ReFS のアロケーションユニットは 64KB のみ
512 KB は
ReFS の方が得意？

18. ReFS - Resilient File System
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制約事項
サポートされない機能
サーバーのデータドライブのみの対応
• ブートドライブ （Cドライブ）は非対応
• USB フラッシュなどの 「リムーバブルディスク」 は非対応
• Windows 8（次期デスクトップOS）には搭載されない
CSV（クラスタ共有ボリューム）は非サポート
• CSV は NTFS のみのサポートなので注意
NTFS にあって ReFS に無い機能
• 名前付きストリーム、オブジェクト ID、短い名前
• 圧縮、ファイルレベル暗号化（EFS）、拡張属性、スパース
• ユーザーデータトランザクション、ハード リンク、クォータ
• データ重複除去*
* WS2012 からの新機能

19. ReFS - Resilient File System
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どんなシーンで活用できるか？
機能重視なら NTFS, 堅牢性なら ReFS
NTFS と ReFS で性能差はほとんど無い
バックアップキャッシュ付き RAID の無い環境

20. ファイルシステムディスク ファイルシステムディスク
20
Windows Server 2012 の主なストレージ新技術
サービス

21. ファイルサービス
21
レイヤのおさらい
記憶域
プール RAID
Thick Thin
NTFS ReFS
オンライン破損スキャン と 自己修復
重複除去CSVv2 整合性
iSCSI NFS 4.1 SMB 3.0
WSFC フェイルオーバークラスター
サービス
ファイルシステム
ディスク

22. iSCSI と NFS
22
汎用性の高い本格ストレージとして
「iSCSI Software Target」 を統合
• サーバーマネージャーと GUI 統合し、シームレスな管理
iSCSI（ブロック・ストレージ）
本格的な SAN ストレージを実現
• 下位レイヤの技術との併用で本格的なストレージに
• 記憶域プール（RAID, Thin Provisioning）
• 重複排除、WSFC クラスタ対応
• 差分ディスク機能
• iPXE 対応 ディスクレス・
ネットブートソリューション
• 1 GbE で 60 台に対応
• 10 GbE の場合、
256 台の初期デプロイを
34 分で完了*
* Microsoft 社資料より

23. iSCSI と NFS
23
汎用性の高い本格ストレージとして
NFS 4.1 に対応
• 同じ領域への
SMB 3.0 / NFS 4.1
同時アクセスも可能
• Kerberos v5
• VSS スナップショット
• RFC-2307 準拠
ID マッピング
NFS 4.1（ネットワーク・ストレージ）
本格的な NAS ストレージを実現
• 下位レイヤの技術との併用で本格的なストレージに
• 記憶域プール（RAID, Thin Provisioning）
• 重複排除、WSFC クラスタ対応
• VMware Certified

24. SMB 3.0
24
ファイル共有に最適化された SMB/CIFS は着実に進化
SMB 1.0
1990 年代 2006 年
SMB 2.0
• パイプライン機構による
パケット通信量の削減
• バッファサイズの拡大
• スケーラビリティの向上
• 切断時の透過的再接続
• シンボリックリンク
2009 年
SMB 2.1
• 動的キャッシュの改善
• MTU サイズの拡大
（最大 64KB → 1MB）
• 切断時のセッション保持
• スリープモード対応
• SMB 1.0 と比較して
3 倍以上の性能向上*
* http://www.atmarkit.co.jp/ad/ms/1102windowsnas/1102windowsnas.html
2012 年
SMB 3.0
• SMB Transparent Failover
• SMB Multichannel
• SMB Direct
• VSS Agent for SMB Storage
• デフォルト MTU を 1MB に拡大
• 運用管理面の強化

25. SOFS - Scale-Out File Servers
25
SMB 3.0 と WSFC の強化で実現する スケールアウト型ファイルサーバー
CSV v2
SOFS
WSFC
WSFC WSFC
Hyper-V
MSSQL
SMB 3.0
SAN
(FC, iSCSI, Shared SAS)

26. SOFS - Scale-Out File Servers
26
汎用ファイルサーバー と スケールアウト・ファイルサーバー の比較（併用可能）
汎用ファイルサーバー スケールアウト・ファイルサーバー（SOFS）
サポート Windows Windows NT 4.0 Server ～ Windows Server 2012 ～
サポート・ボリューム クラスタ切替ディスク クラスタ共有ボリューム（CSV v2）
サポート・ファイルシステム NTFS, ReFS NTFS
サービス・プロトコル SMB / NFS（下位互換あり） SMB 3.0 のみ
NTFS 重複除去
DFS レプリケーション
ファイルサーバーリソースマネージャー
○ ×
アクセス・モード Active-Passive Active-Active
シングル・ネームスペース DFS-N（名前空間） DNN（分散ネットワーク名）
ノード障害時のダウンタイム 数十秒 ほぼ一瞬
対応用途 ファイル共有（SMB / NFS）
Windows Server 2012 Hyper-V
Microsoft SQL Server 2008 R2 / 2012

27. SOFS - Scale-Out File Servers
27
SOFS は Active-Active 動作
Active-Active を実現する新技術
CSV v2（クラスタ共有ボリューム）
• 性能強化
• 仮想マシンの生成の向上
• ファイルコピーのパフォーマンスの向上
• Read キャッシュ機構を実装（512MB までテスト済み）
• インタコネクトに SMB Direct, SMB Multichannel をサポート
• 互換性強化
• コーディネータ・ノード以外からの VSS スナップショット
• マルチサブネット対応による、マルチサイト・クラスタリング
• 独自フィルタドライバを持つバックアップ・アンチウィルス製品に対応
• BitLocker サポート
• CSV → 通常ディスクへの移行が可能に
DNN（分散ネットワーク名）
• DFS-N に代わる新しいシングルネーム・スペース
• 仮想 IP アドレス不要
• 全ノードの 物理 IP アドレスを DNS に登録

28. SOFS - Scale-Out File Servers
28
アプリからは UNC パスで指定
Windows Server 2012 Hyper-V の場合
• 仮想マシンを DNN 配下の UNC パスに格納
アプリ側での設定
Microsoft SQL Server 2012 の場合
• *.mdf や *.ldf を DNN 配下の UNC パスに格納

29. SOFS - Scale-Out File Servers
29
なぜ、SOFS サーバーを間に挟むの？ SAN ストレージに直接アクセスした方が効率的なのでは？
WSFC WSFC
Hyper-V
MSSQL
SAN
(FC, iSCSI, Shared SAS)
CSV v2
OR
CSV v2
SOFS
WSFC
WSFC WSFC
Hyper-V
MSSQL
SMB 3.0
SAN
(FC, iSCSI, Shared SAS)

30. SOFS - Scale-Out File Servers
30
SMB 3.0 対応アプリケーション専用
性能の目安: FC > SOFS > iSCSI
大容量 MTU（1TB）で効率の良い転送
安価なサーバーメモリでキャッシュ効果
サーバーとストレージの管理分解点を明確に
CSV v2
SOFS
WSFC
WSFC WSFC
Hyper-V
MSSQL
SMB 3.0
SAN
(FC, iSCSI, Shared SAS)
どんなシーンで活用できるか？

31. SOFS の性能強化オプション
31
SMB 3.0 その他の新機能
SMB Direct
ダイレクトメモリアクセス
• HPC などで使われる RDMA* 上で SMB パケットを転送
• オーバーヘッドの大きい
TCP/IP を介さない
• レイテンシ（遅延）と
CPU 負荷を大幅削減
* Remote Direct Memory Access
必要な機材
• Infiniband HCA
• RoCE (RDMA over Converged Ethernet)
• iWARP
特に Infiniband は 10GbE より高性能
スループット スイッチング遅延
10GbE Ethernet 10 Gbps 1.5 ~ 2.0 msec
Infiniband (QDR) 32 Gbps 0.10 msec
Infiniband (FDR) 56 Gbps 0.17 msec

32. SOFS の性能強化オプション
32
SMB 3.0 その他の新機能
SMB Direct
RDMA の圧倒的パフォーマンス 出典: http://smb3.info （Windows Server 12 Beta での測定結果）
ローカル接続時の性能を引き出しながら
サーバーに CPU 負荷は掛けない
スループット
GB/sec
IOPS
512KB
CPU負荷
Privileged
10GbE (10 Gbps) 1.1 GB/sec 2,259 < 9.8 %
RDMA (IB QDR, 32 Gbps) 3.8 GB/sec 7,508 < 3.5 %
RDMA (IB FDR, 54 Gbps) 5.8 GB/sec 11,565 < 4.8 %
Local (PCIe Direct) 5.8 GB/sec 11,616 < 6.6 %

33. SOFS の性能強化オプション
33
SMB 3.0 その他の新機能
SMB Direct
Infiniband は速いのに安い！ SMB Multichannel
• 複数のネットワーク・セグメントを使ってスループットを向上
• NIC Teaming で帯域増強できないケースで有効
SMB Multichannel
FibreChannel 16GbEthernet 10GbE
Infiniband FDR
10 Gbps × 24 ポート
200~250 万円
16 Gbps × 24 ポート
200~250 万円
56 Gbps × 36 ポート
200~250 万円

34. サーバーで作れる “ユニファイド・ストレージ”
34
iSCSI / NFS / SMB / SOFS を同時にホスト（WSFC クラスタリング対応）
マルチプロトコル
iSCSI / NFS / SMB / SOFS
クラスタリング
SMB シングルネームスペース対応
重複排除
シン・プロビジョニング
記憶域プール併用時

35. Windows Server “ユニファイド・ストレージ” の具現化
35
WS2012 + Shared SAS をキーとする “ユニファイド・ストレージ” が登場（予定）
Cluster-in-a-Box
Server
Enclosure
Additional JBODs …
1/10G Ethernet
cluster connectx8 PCIe
x4 SAS
External JBOD
B ports
A ports
SAS
Expander
SAS
Expander23…10
23…10
SAS
Expander
Storage
Controller
CPU
SAS
Expander
Storage
Controller
CPU
Server A Server B
Infiniband
or 10GbE
Infiniband
or 10GbE 「Tech・Ed North America」 では各社が対応を表明
HP X5000 G2
（現行製品は WSS2008R2 ベース）
性能に興味がある方は
「X5000 パフォーマンス」 で PDF 検索！

36. ODX - Offloaded Data Transfer
36
ファイルコピー処理をストレージにオフロード
従来
ODX の動作イメージ
ODX ベネフィット
• コピーによる、サーバー負荷がゼロに
• コピーによる、パスの負荷もゼロに
• 夜を待たずに VM クローンができる
• 1GbE 環境では特に効果的
サーバーはストレージに
コピー命令を送るだけ
要件
• ODX 対応ストレージ*
• ODX API に対応したアプリケーションODX 対応ストレージ
* T10 XCOPY に対応していれば
ストレージ側の対応は容易

37. ODX - Offloaded Data Transfer
37
ファイルコピー処理をストレージにオフロード
ODX と同様に T10/XCOPY を実装している
VMware VAAI での効果
ODX の効果
米 Dell EqualLogic の
ベータファームウェアによるレポート
• 削減効果
• CPU 負荷: 36 % 削減
• ネットワーク負荷: 99 % 削減
• コピー時間: 1/3 に削減
• コピー速度: 2.4 倍に向上
• http://en.community.dell.com/techcenter/
b/techcenter/archive/2012/04/27/offloade
d-data-transfer-in-microsoft-174-
windows-server-174-2012-beta.aspx
通常のクローン 34 分 52 秒
T10/XCOPY
2 分 14 秒
日本 HP によるテスト（HP P4500G2 SAS/1GbE iSCSI 環境にて、業務中における 50GB 仮想マシンのクローン所要時間）

38. Synthetic FibreChannel
38
FC-SAN ストレージでも Hyper-V のゲスト間で WSFC（ゲストクラスタ）を構成可能に
NPIV*
NPIV 対応
FC-SAN Switch
Hyper-V
ホスト
ゲスト OS
（WS2008 以降）
Synthetic 対応
FC-HBA
NPIV 技術を利用
• ゲストの仮想 FC-HBA に専用の WWN が割り振られる
• FC-SAN 導入規模で求められる、アプリのクラスタリングや FC テープ接続がゲストでも可能に！
• WSFC と Live Migration の併用が可能！
• 「HP Virtual Connect」 のような、既存の NPIV 技術との併用も可能（Nested NPIV）
• FCoE CNA の NPAR 分割技術とも併用可能
* NPIV = N_Port ID Virtualization
WWPN:
5000:A0…3A
5000:A0…3B
WWPN:
C003:FF…01
C003:FF…02

39. Hyper-V ホストから ゲストOS のサービス監視
39
ホストクラスタだけでも ゲストOS 上のサービス監視が可能に

40. バックアップ関連の強化
40
VSS 連携によるシームレス・バックアップから BCP を考えたクラウド対応まで
SMB ファイル共有 VSS エージェント
• アプリサーバーからリモート SMB ストレージに VSS を指示
Hyper-V Replica
• Hyper-V のゲスト OS は別拠点に簡単にコピーが可能
クラウドサービスへバックアップ
• Windows Server
Backup (WSB) は
クラウドサービスへ
バックアップ可能に
• Microsoft Online
Backup Service が
現在ベータテスト中
リモートの SMB ストレージと VSS 連携 災害対策も可能なサイト間バックアップ

41. 41
Follow Up!
このあとのハッピーアワーで WS2012 の実機を展示します
• NTFS vs. ReFS
• Synthetic FibreChannel
• SR-IOV
• 10GbE
• Enterprise SSD
HP ProLiant DL380p Gen8

42. 42
まとめ
記憶域
プール
シンプロ
ビジョニング
T10
UNMAP
オンライン
破損
スキャン
重複除去
ReFS
NFS 4.1
iSCSI
Target
SMB 3.0
SOFS
CSV v2
RDMA
ODX
Synthetic
FC
Backup

43. 43
Q & A

44. 44
Thank You!