20140315 jawsdays i2 instance io performance

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Information about 20140315 jawsdays i2 instance io performance
Technology

Published on March 16, 2014

Author: MatsumotoHiroki

Source: slideshare.net

Description

SSD搭載のi2インスタンスシリーズのI/O性能測定の結果と、それを踏まえたSSDエフェメラルディスクの使い方を紹介しています。

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. Jaws DAYS 2014 AWS Technical Deep Dive 「I/Oを極めろ!」 I2インスタンスパフォーマンス 2014年3月15日 アマゾンデータサービスジャパン株式会社 ソリューションアーキテクト 松尾康博 パートナーソリューションアーキテクト 松本大樹

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. 自己紹介 • 名前 – 松尾康博 • 所属 – アマゾンデータサービスジャパン株式会社 – ソリューションアーキテクト – ビッグデータ、HPCのお客様を担当 • 経歴等 – 1994 九州大学 計算機センターのジョブスケジューラ改良 – 2001 SI企業にて基幹系向け分散ミドルウェアの開発・導入 – 2006 Webベンチャー(CTO) – 2009 SI企業にて仮想化基盤の研究・調査・構築・運用 – 2011 現職

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. Agenda ブロックデバイスの概要 I2 のI/O性能検証結果 エフェメラルディスクの応⽤例 1 2 3

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© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. 5 ところで・・・ AWS上でストレージはいくつある? 1. Simple Queue Service 2. Instance Store 3. Elastic Block Store(EBS) 4. AWS Storage Gateway 5. Amazon Simple Storage Service(S3) 6. Amazon Glacier 7. Amazon ElastiCache 8. Amazon SimpleDB 9. Amazon DynamoDB 10.Amazon Relational Database Service(RDS) 11.Amazon Redshift 12.Amazon Kinesis

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. ブロックストレージのサービス AWS上でストレージはいくつある? 1. Simple Queue Service 2. Instance Storage 3. Elastic Block Store(EBS) 4. AWS Storage Gateway 5. Amazon Simple Storage Service(S3) 6. Amazon Glacier 7. Amazon ElastiCache 8. Amazon SimpleDB 9. Amazon DynamoDB 10.Amazon Relational Database Service(RDS) 11.Amazon Redshift 12.Amazon Kinesis EC2で利⽤可能な基本的なEC2で利⽤可能な基本的な ブロックストレージ

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. EC2からの接続方法から見たストレージ分類 EBS Provisioned IOPS EBS Provisioned IOPS EBS Standard EBS Standard S3 Glacier Ephe meral Disk Ephe meral Disk IOPSが指定 可能なEBS ブロックレベル のディスク WEB型の オブジェクト ストレージ アーカイブ 専用ストレージ EC2インスタ ンスの一時 ディスク 揮発性 非揮発性(永続化) コスト効果 (容量あたり) 安価高価 EC2EC2 Storage Gateway Storage Gateway 選定するEC2 により起動時 にマッピング アタッチ VTLStored Cached i-SCSI接続 無料! (Instance 料⾦内に 含まれる)

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. Instance Storeとは • 特徴 – EC2の物理筐体のローカルディスク – EC2インスタンスタイプにより、サイズと個数、 HDD/SSD、が予め決まっている。 • 利点 – 無料!無料!無料!無料! – 任意のファイルシステムが利用可能 – ローカルディスクのため、ネットワークの影響を受 けにくい(レイテンシ・帯域) • 注意 – インスタンスを停止(Stop)すると、データが消去さ れる ※[重要]再起動(Reboot)では消えない。 – スナップショット機能はない – 別のEC2に付替えができない EC2 /dev/xvdg /dev/xvdf 揮発性 EC2へマウント

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. Ephemeral Disk の Cloudwatch 監視 • EC2に紐づいているため、EC2インスタンスのDisk Metricを確認します。 (EBSの場合は、EBSのDisk Metricを確認します。) • 注)複数のEphemeral Diskを利用の場合は、合計値が表示されます。 (EBSの場合は、VolumeごとにMetricが分かれます。)

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. EC2インスタンスタイプによる 選択可能な Instance Store • EC2のタイプによって、選択できるInstance Storeは以下の通り。 Instance Type Instance Store Volumes m1.small 1 x 160 GB† m1.medium 1 x 410 GB m1.large 2 x 420 GB (840 GB) m1.xlarge 4 x 420 GB (1680 GB) m2.xlarge 1 x 420 GB m2.2xlarge 1 x 850 GB m2.4xlarge 2 x 840 GB (1680 GB) m3.medium 1 x 4 GB SSD m3.large 1 x 32 GB SSD m3.xlarge 2 x 40 GB SSD (80 GB) m3.2xlarge 2 x 80 GB SSD (160 GB) t1.micro None (use Amazon EBS volumes) c1.medium 1 x 350 GB† c1.xlarge 4 x 420 GB (1680 GB) Instance Type Instance Store Volumes c3.large 2 x 16 GB SSD (32 GB) c3.xlarge 2 x 40 GB SSD (80 GB) c3.2xlarge 2 x 80 GB SSD (160 GB) c3.4xlarge 2 x 160 GB SSD (320 GB) c3.8xlarge 2 x 320 GB SSD (640 GB) cc2.8xlarge 4 x 840 GB (3360 GB) cg1.4xlarge 2 x 840 GB (1680 GB) cr1.8xlarge 2 x 120 GB SSD (240 GB) hi1.4xlarge 2 x 1024 GB SSD (2048 GB) hs1.8xlarge 24 x 2048 GB (49 TB) i2.xlarge 1 x 800 GB SSD i2.2xlarge 2 x 800 GB SSD (1600 GB) i2.4xlarge 4 x 800 GB SSD (3200 GB) i2.8xlarge 8 x 800 GB SSD (6400 GB) ※2014年3月15日時点

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. I2 Instance での Instance Store Size ECUs vCPU s Memory (GiB) Instance Storage (GiB) EBS- Optimized Network Performance i2.xlarge 14 4 30.5 1 x 800 (SSD) Yes Moderate i2.2xlarge 27 8 61 2 x 800 (SSD) Yes High i2.4xlarge 53 16 122 4 x 800 (SSD) Yes High i2.8xlarge 104 32 244 8 x 800 (SSD) - 10 Gigabit ・高I/Oを実現するインスタンスタイプ ・高速なSSD(Instance Store)を内蔵 ・ネットワークも高速(最大10Gbps) ※2014年3月15日時点

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. クラスタネットワーク( Placement Group) 高性能インスタンス間の通信を高速化するための機構 I2の他にC3,CG1,G2,CC2,Hi1,HS1も利⽤可能 論理クラスターを構築するネットワークの単位 1プレイスメントグループで220ノードを収容可能 アベイラビリティゾーンを跨げない 従来のEC2と比べ、約10倍の帯域と1/10のレイテンシ 帯域 最大10Gbps HPCインスタンス間は、JumboFrameを使用 ノンブロッキング Full bisection の帯域 Placement Group内のインスタンス間の通信帯域 は 10Gbps full bisectionのネットワーク Full bisection bandwidthFull bisection bandwidth http://docs.aws.amazon.com/AWSEC2/latest/UserGuide/placement-groups.html

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自己紹介 保有している主なIT資格 • SAP 認定テクノロジコンサルタント (NW Oracle/UNIX) • ORACLE MASTER Platinum (9i), Gold (10g) • BEA WebLogic Server System Administrator認定 • HP-UXシステムエンジニア認定資格 好きなAWSサービス • Provisioned IOPS (PIOPS) 松本 大樹 (まつもと ひろき) パートナー ソリューション アーキテクト 簡単な経歴 • 某ハードウェアベンダーにて11年間、H/Wインフ ラを中心にベンチマークセンターエンジニアや、 Java, Database, ERP パッケージなどの提案など を実施

今回の検証環境今回の検証環境今回の検証環境今回の検証環境 i2インスタンスに付属するSSDのエフェメラルディスクに対して、 FIOを利用した性能測定を実施した。 複数ディスクに対してはmdadmを利用したRAIDを構成して実施。 rw=“*1” blocksize=“*2” direct=1 loops=1 runtime=1800 *1: "randrw randread randwrite read write“ *2: “2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k 512k 1m 2m" i2.8xlarge SSD x8 FIOのパラメータ

検証料金概算検証料金概算検証料金概算検証料金概算 アクセスパターン: Random read/write, Random read, Random write, Sequential read, Sequential write Blocksize • 2KB, 4KB, 8KB, 16KB, 32KB, 64KB, 128KB, 256KB, 512KB, 1MB, 2MB Disk本数: SSD 1, 2, 4, 6, 8本 多重度: 16, 24, 32, 40, 56のIO負荷プロセスを起動 各構成が数パターン 全部で 2,658 パターンを計測。

負荷の多重度 & I/O Blocksize

検証条件検証条件検証条件検証条件 多重度 • 1 Disk当り16, 24, 32, 40, 56のIO負荷プロセスを起動 Blocksize • 各負荷に対して2KB, 4KB, 8KB, 16KB, 32KB, 64KB, 128KB, 256KB, 512KB, 1MB, 2MBとブロックサイズを 変えて計測 各アクセスパターンの特性は似ていたので、ここでは Random Read/Writeを利用して説明 I/O負荷

Random Read/Write 多重度多重度多重度多重度/Blocksize毎毎毎毎ののののMB/sec 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k 512k 1m 2m 128 jobs 192 jobs 256 jobs 320 jobs 384 jobs Blocksize 16KB辺り からサチッって来てい るのが分かる。 本セミナーではBlocksizeは2KB, 16KB, 128KB を基準に説明を実施します。

Random Read/Write 多重度多重度多重度多重度/Blocksize毎毎毎毎ののののIOPS IOPSでは分かりずらいので、ここでは省略。。 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 2k 4k 8k 16k 32k 64k 128k 256k 512k 1m 2m 128 jobs 192 jobs 256 jobs 320 jobs 384 jobs

Random Read/Write - 多重度毎の多重度毎の多重度毎の多重度毎のMB/sec 多重度毎に見ると Blocksize毎に優劣が 異なる。 利用される頻度が高い と思われる8KB, 16KB では192jobsが最も良 い性能となっている。 本計測では、今後 192jobs(1Disk辺り24 多重)にて実施すること とした。 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 2,200 2,400 2,600 2,800 3,000 4k 8k 16k 32k 128 jobs 192 jobs 256 jobs 320 jobs 384 jobs

I2 インスタンスタイプ毎 (Disk数毎)

I2 Instance Type のののの Instance Store I2 インスタンス • 高速なSSD(Instance Store)を内蔵 • 高いDisk I/O性能を実現 Instance Type ECU s vCP Us メモリ (GiB) Instance Storage (GiB) EBS- Optimized Network Performance i2.xlarge 14 4 30.5 1 x 800 (SSD) Yes Moderate i2.2xlarge 27 8 61 2 x 800 (SSD) Yes High i2.4xlarge 53 16 122 4 x 800 (SSD) Yes High i2.8xlarge 104 32 244 8 x 800 (SSD) - 10 Gigabit ※2014年1月29日時点

i2 インスタンスにおけるインスタンスにおけるインスタンスにおけるインスタンスにおける Random Read/Writeの最速構成は?の最速構成は?の最速構成は?の最速構成は? 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 1 disk 2 disk 4 disk 6 disk 8 disk 128KB - MB/sec 8xlarge 4xlarge 2xlarge xlarge 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 1 disk 2 disk 4 disk 6 disk 8 disk 2KB - IOPS 8xlarge 4xlarge 2xlarge xlarge Blocksize = 128KB 2.58GB/sec(2,582MB/sec) Blocksize=2KB 318,129 IOPS

i2 インスタンスにおけるインスタンスにおけるインスタンスにおけるインスタンスにおける 全てアクセスパターンでの最速構成全てアクセスパターンでの最速構成全てアクセスパターンでの最速構成全てアクセスパターンでの最速構成 Sequential Read Blocksize = 128KB 3.71GB/sec(3,710MB/sec) Sequential Read Blocksize=2KB 373,786 IOPS 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 1 disk 2 disk 4 disk 6 disk 8 disk 128KB - MB/sec 8xlarge 4xlarge 2xlarge xlarge 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 1 disk 2 disk 4 disk 6 disk 8 disk 2KB - IOPS 8xlarge 4xlarge 2xlarge xlarge

スタンドアローン構成でのまとめスタンドアローン構成でのまとめスタンドアローン構成でのまとめスタンドアローン構成でのまとめ 多重度を上げると性能が上がるが、最適数があるのでほど ほどに。 SSDのディスクを追加するたびに性能は向上する。 SSDのディスク 1本当りの性能は下記。各インスタンスタイプ 毎の平均値を算出。 # of SSD Access Blocksize 2KB Blocksize 128KB SSD x 1 Random R/W 53,654 IOPS 336 MB/sec Sequential Read 64,980 IOPS 473 MB/sec

参考までに、 EBSの性能は?

EBSの検証構成の検証構成の検証構成の検証構成 去年末に4000 IOPSに設定したProvisioned IOPSを 8個並べて負荷を掛けてみたので参考までに。 PIOPS 4000 PIOPS 4000 PIOPS 4000 PIOPS 4000 PIOPS 4000 PIOPS 4000 PIOPS 4000 PIOPS 4000 CC2 Instance 4000 IOPS x 8 = 32,000 IOPS

ESBの参考性能値の参考性能値の参考性能値の参考性能値 CC2.8xlarge + PIOPSx8 での検証結果での検証結果での検証結果での検証結果 Sequential Read Blocksize = 64KB 523MB/sec Sequential Read Blocksize=2KB 32,011 IOPS 0 100 200 300 400 500 600 1 disk 2 disk 4 disk 6 disk 8 disk 64KB - MB/sec 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 1 disk 2 disk 4 disk 6 disk 8 disk 2KB - IOPS

EBS PIOPS vs SSD Ephemeral 当然ながら性能値の比較ではSSDの方が早い。 ただしどちらも期待した性能値が出ているのが確認できる。 EBSの永続化やスナップショット、AZ/Region間コピーなどのメリットもあ るので、性能値以外の要件でどちらのディスクが最適かを検討する。 Disk Type Access Blocksize 2KB Blocksize 64KB 4000 IOPS EBS x8 Sequential Read 32,011 IOPS 523 MB/sec SSD x 8 Sequential Read 373,786 IOPS 3,484 MB/sec

DRBDの性能特性は どうなのか?

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. ネットワークミラーリングの例: DRBD AZ-A AZ-B

DRBDを使った検証環境を使った検証環境を使った検証環境を使った検証環境 下記の様に2つのI2.8xlargeインスタンスを起動し、DRBDの Protocol-Bとして設定した。Versionは8.3.11。 I2.8xlarge I2.8xlargeデータ転送 ネットワーク経由 アクセス Primary Secondary DRBD Sync方式方式方式方式 特徴特徴特徴特徴 Protocol – A 非同期シンク Protocol – B Secondaryへの転送完了まで保障 Protocol – C 同期シンク

Standalone vs DRBD (Placement Group)

Blocksize=16KB時の時の時の時のMB/sec Random RWとRandom Writeのオーバーヘッドが非常に高 い。 同じWriteでもSequential Writeに関しては55%程度の性能 劣化だった。 Random RW Sequential Read Sequential Write Random Read Random Write Standalone PG 55%

Blocksize=2MB時の時の時の時のMB/sec Blocksizeが大きくなるほど、DRBDによるオーバーヘッドは 小さくなって来る。 2MBの場合はRandom RWでは60%程度の性能劣化だっ た。 Random RW Sequential Read Sequential Write Random Read Random Write Standalone PG 55%60% 80%

DRBD Protocol比較 (Placement Group)

DRBD Protocolとは?とは?とは?とは? Primary, Secondary間のデータシンクの方式として Protocol-A, B, Cの3種類がある。 I2.8xlarge I2.8xlargeデータ転送 ネットワーク経由 Primary Secondary DRBD Sync方式方式方式方式 特徴特徴特徴特徴 Protocol – A 非同期シンク Protocol – B Secondaryへの転送完了まで保障 Protocol – C 同期シンク

Blocksize=16KB時の時の時の時のMB/sec Read関連の処理に関してはどのProtocolでも性能差はほとんど無い。 Sequential Writeに関してはProtocol-Cだとオーバーヘッドが目立つ。 Random RW, Random Writeに関しては性能値が小さい為かほとんど 差が見られない。 Sequential Read Sequential Write Random Read Protocol-A Protocol-B Protocol-C Random RW Random Write Protocol-A Protocol-B Protocol-C 70%

Blocksize=2MB時の時の時の時のMB/sec Blocksizeが大きくなるとDRBDによるオーバーヘッドが少な くなってくる。 Random RW Sequential Read Sequential Write Random Read Random Write Protocol-A Protocol-B Protocol-C 50% 45%

Placement Group vs Multi-AZ

Blocksize=16KB時の時の時の時のMB/sec やはり同一Placement Group内で設置した方が性能劣化は 少ない。特にSequential Writeでは顕著な差がみられた。 Sequential Read Sequential Write Random Read PG AZ Random RW Random Write PG AZ PG 5倍 PGが1.8倍

SR-IOV(PG)の効果

Blocksize=16KB時の時の時の時のMB/sec SR-IOVを有効にした方が性能が向上していることが確認できる。 特にSequential Writeでは顕著に性能向上が確認できる。 問題が無ければSR-IOVを有効にすべきである。 Sequential Read Sequential Write Random Read SRIOV on SRIOV off Random RW Random Write SRIOV on SRIOV off SR-IOV 4倍 SR-IOV 1.25倍

DRBD構成でのまとめ構成でのまとめ構成でのまとめ構成でのまとめ DRBD構成にするとネットワークを介することになるため、 SSDへのダイレクトアクセスに比べると当然性能は落ちる。 ただRead系のアクセスに関してのオーバーヘッドはほとんど 見られなかった。 Sequential WriteもRandom Writeと比較すると性能劣化も 限定的であった。 性能劣化を最小限にするためにはPlacement Groupや SR-IOVを有効にすることが効果的であることも確認できた。

検証のまとめ I2ならスループットもIOPSも速い! 現状、AWS上では最速の性能を発揮! SSDのディスクを増やせば性能が向上! 冗長化をするとオーバーヘッドがあるが限定的! 次はDRBDの新しいバージョンや商用ソフトの実力 を確認したい!

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© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. Instance Storageを使うべきなのは • 消えても良い一次データの置き場として使う場合 • 高IOPS、高帯域なストレージが必要な場合 • ストレージ冗長化を自分で作りこめる場合 S3

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. Instance Store の適用箇所 (シングルノード) OSブートディスクブートディスクブートディスクブートディスク としての利用としての利用としての利用としての利用 アプリ データ /mount システム データ / EBS EC2 EBS データ格納ディスク としての利⽤ Ephe meral /tmp データ計算用 一時ディスク としての利⽤

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. • ネットワーク冗長化 – DRBD – ClusterPro – DataKeeper • 分散FS – GlusterFS (OSS) – OrangeFS – Lustre – Windows Distributed File System (DFS) – HDFS ストレージ冗⻑化

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. 分散ファイルシステムの例 GlusterFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS NFS GlusterFS AZ-A AZ-B

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. RDBMSの冗長化 (ログシッピング) – MySQL + replication (+ MHA) – PostgreSQL + streaming replication – Oracle + Data Guard – SQL Server + AlwaysOn 分散DB – MySQL Cluster – MongoDB – Cassandra – (Redshift) DB冗⻑化

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. RDBMS冗長化 トランザクションログ転送トランザクションログ転送トランザクションログ転送トランザクションログ転送 Ephe meral Ephe meral Ephe meral Ephe meral Master Slave

© 2014 Amazon.com, Inc. and its affiliates. All rights reserved. May not be copied, modified or distributed in whole or in part without the express consent of Amazon.com, Inc. MongoDB Sharded Replica sets 複数のAZに跨ってレプリカセットを配備することで高可用性を実現

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例えば、どっちがよい!? Read, Writeの性能や可用性、コストなどを考慮するとトータ ルとしてどちら良いか? Placement Group i2.8xlarge DRBD 32vCPU (104ECU) 244 GB Memory SSD 800GB x8 32vCPU (88ECU) 244 GB Memory PIOPS 4000 IOPS/800GB x8 cr1.8xlarge PIOPS 3年 Reserved Instance $ 4049.4 3年 Reserved Instance $ 5814.3 2014年3月15日時点の価格

まとめまとめまとめまとめ SSDのエフェメラルディスクはAWS上では最速の性 能を発揮!如何に使いこなすかがキモ! 構成次第では、エフェメラルも実用に耐えれる! 更に上級を目指すAWSエンジニアはエフェメラル ディスクも選択肢に入れて、トータルな要件を踏まえ て最適なアーキテクトを! SSD

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