テクニカルコラム：かんたん♪ ＺＦＳ：第十二回：圧縮機能

これからZFSを勉強しようという方に好評な標記コラムの13号が発行されましたので、お伝えします。なお、バックナンバーは以下をご覧ください。

http://www.cmsinc.co.jp/mm/mailmagazine/nexenta_index.html

◆◆>[ テクニカルコラム：かんたん♪ ＺＦＳ  ]<◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆

第十二回：圧縮機能

◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇

　こんにちは。本年もよろしくお願いいたします。今年はいつもの年より寒
  いようです。今までの経験では、夏が暑いと冬は寒さが厳しい。逆に冷夏
  だと暖冬ということが多いように思います。みなさんも風邪などひかない
  ようお気をつけください。

　このコラムでは実際に ZFS を使う上で役に立つ Tips を紹介します。
　今までのファイルシステムとは一味違う ZFS  を活用して面倒なファイル
　管理の苦労を減らしましょう！

-------------------------------------------------------------------

　パフォーマンス改善を行う時、負荷に対して処理能力を持て余している部
　分を補強してもほとんど改善は望めません。一方、処理能力を目一杯使っ
　ている部分を補強すると、大きな改善を期待することができます。

  今回は ZFS の圧縮機能について説明します。処理性能がディスク I/O 律
  速で CPU リソースに余裕がある場合は、 圧縮機能を適用することにより
  性能を改善できる可能性があります。

  理想的な条件で圧縮機能の効果を確認してみましょう。同じストレージプー
  ル上に作成した二つの ZFS ファイルシステムについて、 一方は圧縮機能
  を使用、もう一方は圧縮機能を使用しないよう設定します。そして搭載さ
  れた物理メモリよりも十分に大きなサイズのファイルをシーケンシャルに
  書き込みます。

  ■ 圧縮機能 : ON
  　 # zfs set compression=on t/compress/
  　 # dd if=/dev/zero of=/t/compress/data bs=128k count=131072
  　 131072+0 records in
  　 131072+0 records out
  　 17179869184 bytes (17 GB) copied, 8.08684 seconds, 2.1 GB/s

  　　---------------------------
  　　CPU syscl  usr sys  wt idl
  　　  0  1658    0  38   0  62
  　　  1  9637    0  53   0  46
  　　  2  2113    0  38   0  62
  　　  3  1101    0  40   0  60
  　　  4  4918    0  44   0  56
  　　  5  8331    0  53   0  46
  　　  6  4061    0  42   0  58
  　　  7  2006    0  37   0  62

  ■ 圧縮機能 : OFF
  　 # zfs set compression=off t/nocompress/
  　 # dd if=/dev/zero of=/t/nocompress/data bs=128k count=131072
  　 131072+0 records in
  　 131072+0 records out
  　 17179869184 bytes (17 GB) copied, 38.5033 seconds, 446 MB/s

  　　---------------------------
  　　CPU syscl  usr sys  wt idl
  　　  0  1480    3   9   0  87
  　　  1  4372    3  18   0  80
  　　  2  2283    3  10   0  87
  　　  3  1847    2  15   0  83
  　　  4  1218    2  10   0  88
  　　  5  1053    0  15   0  85
  　　  6  2400    1  13   0  86
  　　  7   469    1   8   0  90

  試験には物理プロセッサ Intel(r) Xeon(r) CPU E5620 が一台搭載された
  マシンを使用しました。物理メモリは 2 [GB] 搭載されています。

  結果、圧縮機能を使用すると 2.1 [GB/s]、しない場合は、446 [MB/s] の
  スループットとなりました。 446 [MB/s] は試験に使用したストレージ装
  置の物理的な性能と見なすことができます。圧縮機能を使用するとディス
  ク装置への I/O 負荷が少なくなり、アプリケーション (dd コマンド) か
  ら見た性能が大きく向上しています。

  圧縮機能を使用すると CPU 負荷が高くなるので注意してください。 この
  テストでは、8 コアとも使用率が 40 ～ 50 % 程度に上がりました。圧縮
  機能を使用しない場合は 10 ～ 20 % 程度です。 結果では sys の部分の
  使用率が上がっています。 これは圧縮処理が ZFS I/O 処理 (カーネル空
  間) で行われているからです。この部分はパイプライン化されており、圧
  縮のように純粋に CPU に依存する処理は複数のコアに負荷が分散します。
  iostat で確認し、ディスク I/O が限界性能に達していない場合は CPU
  のコア数を増やすことによりさらなる性能向上が期待できます。

  圧縮機能はこのテストのようにストリーム型のシーケンシャルアクセスが
  多い場合に有効です。一方でランダムアクセスが多い OLTP へ適用しても
  効果が少ないという報告もあります。

  圧縮アルゴリズムは lzjb と gzip を選択することができます。単に on
  と指定すると lzjb が使用されます。

  　 # zfs set compression=gzip t/compress/

  とすると gzip (圧縮レベル 6) が使用されます。

  　 # zfs set compression=gzip-9 t/compress/

  とすると gzip (圧縮レベル 9) が使用されます。gzip の方が圧縮率は高
  いのですが、その分 CPU 負荷が高くなります。

  圧縮機能使用する場合は、事前に検証を行い。十分に効果が期待できるこ
  とを確認した上で使用してください。

　今回のコラムでは、ZFS の圧縮機能を紹介させていただきました。

　（つづく）

　■ 参考文献

　　(1) BigAdmin: ZFS ソースツアー
　      http://www.sun.com/bigadmin/hubs/multilingual/japanese/content/zfs-source.jsp

　  (2) The Blog of Ben Rockwood
　      http://www.cuddletech.com/blog/pivot/entry.php?id=983

　  (3) ZFS でデータ圧縮
　      http://blogs.sun.com/yappri/entry/zfs_compression

　（高田　浩生）

***