OpenStack 環境で利用される ハイパフォーマンスストレージの紹介

オープンソースカンファレンス 2016 Tokyo/Spring

特にHPC業界で広く利用されている、エンタープライズ・スケールアウト
GPFSファイルストレージ「GRIDScaler」をOpenStack環境で活用する方法を
ご紹介します。

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1. ddn.com
   © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
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   OpenStack 環境で利用される
   ハイパフォーマンスストレージの紹介
   オープンソースカンファレンス 2016 Tokyo/Spring
   2016/02/26
   DataDirect Networks Japan, Inc.
   塩入ヶ谷 寛
   Hiroshi Shioirigatani
   

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   自己紹介
   ► DataDirect Networks Japan
   • 塩入ヶ谷 寛 (しおいりがたに ひろし）
   o
   プリセルースエンジニア
   ► 主な担当
   • 製造・自動車 CAE
   • 通信事業 Big Data
   • クラウド事業
   • 仮想化・OpenStack
   2
   

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3. ddn.com
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   Agenda
   ► DDN とは
   ► DDN 製品ポートフォリオ
   ► DDN GRIDScaler について
   • GPFS とは
   • GPFS の基本構成
   ► OpenStack 環境での GPFS の利用
   • メリット
   • Storage Pool
   • Replica
   ► Performance
   • GPFS Local Read Only Cache vs DDN SFX
   3
   

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4. ddn.com
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   4
   DDN とは
   

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5. ddn.com
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   DDN について
   5
   顧客：
   1,100以上、50カ国
   大規模環境における
   ビッグデータ・ライフサイクルマネージメントの課題を解決します
   数々の受賞歴
   従業員：
   650名以上、20カ国
   ビジネスモデル：
   パートナービジネス・一部ダイレクト
   歴史：
   1998年設立
   本社：
   米国カリフォルニア サンタクララ
   製造拠点：
   米国カリフォルニア チャッツワース
   

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6. ddn.com
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   DDN Japan
   6
   代表者 代表取締役社長：ロベルト・トリンドル
   取締役：Alex Bouzari （DDN米国本社CEO)
   取締役：Paul Bloch （DDN米国本社ボードメンバー)
   社員 30 名以上
   事業内容 DDN ストレージ・ソリューションの販売, DDN ストレージ・ソリューションの設計, 構築、保守
   国内代理店 SCSK, CTCSP, 日本 SGI, 朋栄、加賀ソルネット、, 伊藤忠ケーブルシステム、HPC ソリューションズ
   OEM販売 SONY, 日本 SGI、クレイ・ジャパン・インク、日本 IBM、日本 HP
   

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7. ddn.com
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   DDN とは
   ► ハイパフォーマンスストレージ
   • SFA7700X
   • SFA12KX
   • SFA14K
   ► 高密度 ディスクエンクロージャ
   • 4 U で 3.5 インチディスクを 84 本 搭載可能
   • 6Gb SAS または、 12Gb SAS
   ► ファイル・オブジェクトアクセスソリューションの提供
   • GPFS (IBM Spectrum Scale)
   • Lustre
   • IME （Infinite Memory Engine）
   • WOS （Web Object Scaler）
   ► HPC 業界での実績
   7
   

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8. ddn.com
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   GPFS with DDN SFA12KX
   パフォーマンス
   8
   38 Pool 53 Pool 76 Pool
   Write (GB/s) 26.57 32.31 34.11
   Read (GB/s) 28.80 35.61 39.17
   26.57
   32.31
   34.11
   28.80
   35.61
   39.17
   0.00
   5.00
   10.00
   15.00
   20.00
   25.00
   30.00
   35.00
   40.00
   45.00
   GB/sec
   

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9. ddn.com
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   DDN SFA12KXi
   All Flash Array
   9
   0
   500,000
   1,000,000
   1,500,000
   2,000,000
   2,500,000
   3,000,000
   3,500,000
   4,000,000
   4,500,000
   1 8 16 32 40 48 56 64
   IOPS
   Pool Count
   Random Read IOPS
   4K I/O Size
   8K I/O Size
   16K I/O Size
   32K I/O Size
   64K I/O Size
   256K I/O Size
   0
   5,000
   10,000
   15,000
   20,000
   25,000
   30,000
   35,000
   40,000
   45,000
   50,000
   1 8 16 32 40 48 56 64 72
   Rate (MB/s)
   Pool Count
   Random Read Throughput
   64K I/O Size
   256K I/O Size
   512K I/O Size
   1M I/O Size
   2M I/O Size
   4M I/O Size
   0
   500,000
   1,000,000
   1,500,000
   2,000,000
   2,500,000
   3,000,000
   1 8 16 32 40 48 56 64 72
   IOPS
   Pool Count
   Random 50%-50% Read-Write
   4K I/O Size
   8K I/O Size
   16K I/O Size
   32K I/O Size
   64K I/O Size
   256K I/O Size
   TEST CONFIGURATION:
   SFX12KXi w 5x Shelves
   144x SSD (RAID-1)
   

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10. ddn.com
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    高密度エンクロージャ
    DDN SS84xx
    10
    SS8460 Internals
    Completely Fault Tolerant
    IO Module A
    42 x
    Dual-Port
    HDDs/SSDs
    42 x
    Dual-Port
    HDDs/SSDs
    IO Module B
    Multipath Controller I/O
    16 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    4 x SAS 6Gb
    42 x SAS 6Gb
    42 x SAS 6Gb 42 x SAS 6Gb
    42 x SAS 6Gb
    

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11. ddn.com
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    DDN ストレージ
    HPC 業界での実績
    11
    80%
    of the Top 10
    67%
    of the Top 100
    32%
    of the Top 500
    

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12. ddn.com
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    12
    DDN 製品ポートフォリオ
    

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    ペタスケール
    Lustre® ストレージ
    Up to 100,000 Clients
    Open Source
    Leading metadata &
    small file performance
    EXAScaler™
    DDN 製品
    ポートフォリオ
    13
    コア ストレージ プラットフォーム
    48GB/s, 1.7M IOPS
    1,680 Drives in 2 Racks
    Embedded Computing
    12.5GB/s, 450K IOPS
    60 Drives in 4U
    396 Drives in 20U
    SFA™12KX SFA™7700X
    SFA14K
    60GB/s, 6M IOPS
    72 Drives in 4U 2.5in
    1680 Drives in 2 Racks
    エンタープライズ
    スケールアウト
    GPFS ファイルストレージ
    Up to ~16,000 Clients
    Integrated Object Storage,
    Tape
    NFS & CIFS & Swift & HDFS
    Snapshots, Replication
    GRIDScaler™ / GS7K*
    SFA
    Software
    SSD Cache
    SFX™
    Intelligent
    Cache
    Management
    ReACT™
    Full Data
    Protection
    Direct Protect™
    ストレージエンクロージャ
    4 U 84 Drives
    6 Gbps SAS
    SS8460
    4 U 84 Drives
    12 Gbps SAS
    SS8412
    柔軟なドライブ構成
    1 つのディスクエンクロージャに混在可能
    SAS SSD , NVMe NL-SAS
    Virtualization Environment
    VMware
    Cinder Swift
    Glance Manila
    NFS FC
    

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14. ddn.com
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    通常のストレージ
    14
    Cache Link
    Write I/O
    Cache
    Battery-Backed
    L2 Cache
    Battery-Backed
    L2 Cache
    

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15. ddn.com
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    DDN SFA
    ReACT
    15
    IOサイズに応じ、シーケンシャルデータはキャッシュを介さず直接ディスクに書き込み、小さなランダムデータは
    キャッシュに書き込まれます。その結果、ライトキャッシュを有効利用する事でシステム全体の書き込みの最適化
    を実現します。
    Aligned I/O
     シーケンシャルデータ(フルストライプ)はキャッシュを利用せず、ディスクに直接ストライプ書込され、
    キャッシュリンクを利用せずオーバヘッドを軽減する
    Unaligned I/O
     ランダムデータはキャッシュに書き込み、ランダムWrite I/O性能の低下を防ぐ
    High-Speed
    Cache Link
    Full Stripe Small Write I/O
    Cache
    Battery-Backed
    SFA L2 Cache
    Battery-Backed
    SFA L2 Cache
    

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16. ddn.com
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    16
    DDN GRIDScaler について
    GPFS (IBM Spectrum Scale)
    

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    GPFS とは
    17
    ► 複数のアクセス方式を有する、スケールアウト型の SDS
    • 高速なシミュレーションや解析、Cloud環境で必要なパラレルI/Oを提供
    • 汎用的にアクセスするためのNAS を同時に提供
    o GPFS , NFS , CIFS , Swift
    ► DDN SFA ストレージ との組み合わせで、省スペース・ハイパフォーマンス
    I/Oを提供
    • 1 クライアントから、最大 4GB/sec の I/O を実現※1
    ► 豊富な機能
    • Snapshot/Rollback
    • File Level Clone
    • Quota
    • Data and Metadata Replica
    • Active File Management
    • Disaster Recovery
    • HSM (ILM)
    • Local Read Only Cache
    • HAWC
    • NFS / CIFS / Swift / HDFS RPC Access
    • CLI / GUI Management
    ※1 Infiniband FDR を使用
    NSD#1 NSD#2 NSD#3 NSD#4
    DDN SFA
    GPFS
    Client
    複数のサーバから
    同時に Read
    

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18. ddn.com
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    LAN
    LAN
    DDN | Parallel Client Architecture
    NFS Client Traditional or Scale-Out NAS
    DDN Parallel LAN Client DDN Intelligent File Storage Systems
    ü
    ü
    ü
    ü
    

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19. ddn.com
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    GPFS 基本構成
    19
    NSD
    Server 1
    NSD
    Server 2
    ・・・・ NSD
    Server N
    Protocol
    Node
    NFS
    Protocol
    Node
    CIFS
    Protocol
    Node
    Swift
    GPFS
    Client
    GPFS
    Client
    GPFS
    Client
    ・・・・
    Protocol
    Client
    Protocol
    Client
    Protocol
    Client
    ・・・・
    ・・・・
    LROC
    GPFS File System
    NSD NSD NSD
    LROC
    NFS CIFS Swift
    NSD: Network Shared Disk
    Ethernet
    Infiniband
    FC or IB
    LROC: Local Read-Only Cache
    Ethernet
    IPoIB
    HDFS
    Client
    GUI
    Node
    WOS Core
    Tape
    Library
    TSM
    Bridge
    Migration
    Cinder
    Glance
    Object Storage
    

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    20
    OpenStack 環境における GPFS
    

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    OpenStack 環境における
    GPFS メリット
    ► Compute Node からのパラレル I/O
    ► GPFS Client （Compute Node） のパフォーマンス監視が可能な GUI
    ► Storage Pool (ILM) を利用したデータマネージメント
    ► 利用用途に合わせた、データレプリケーション
    ► GPFS Client （Compute Node） が GPFS で利用する メモリを制限
    ► 複数の Cinder Volume の作成速度
    ► Swift でのアクセス、 Manila による ファイルサービスの提供も可能
    21
    

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    Any statements or representations around future events are subject to change.
    OpenStack 環境における
    GPFS メリット
    ► Compute Node からのパラレル I/O
    ► GPFS Client （Compute Node） のパフォーマンス監視が可能な GUI
    ► Storage Pool (ILM) を利用したデータマネージメント
    ► 利用用途に合わせた、データレプリケーション
    ► GPFS Client （Compute Node） が GPFS で利用する メモリを制限
    ► 複数の Cinder Volume の作成速度
    ► Swift でのアクセス、 Manila による ファイルサービスの提供も可能
    22
    

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    GPFS GUI
    23
    ► カスタマイズ可能な
    ダッシュボード
    

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    Performance
    Metrics
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    OpenStack 環境における
    GPFS メリット
    ► Compute Node からのパラレル I/O
    ► GPFS Client （Compute Node） のパフォーマンス監視が可能な GUI
    ► Storage Pool (ILM) を利用したデータマネージメント
    ► 利用用途に合わせた、データレプリケーション
    ► GPFS Client （Compute Node） が GPFS で利用する メモリを制限
    ► 複数の Cinder Volume の作成速度
    ► Swift でのアクセス、 Manila による ファイルサービスの提供も可能
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    GPFS
    Storage Pool
    26
    SSD NL-SAS
    SSD
    SSD
    NL-SAS
    NL-SAS
    NL-SAS
    NL-SAS
    NL-SAS
    GPFS File System
    System
    Storage Pool
    NL-SAS
    Storage Pool
    /gpfs
    glance
    cinder
    ・
    ・
    ・
    さまざまなポリシーに基づき
    データをマイグレーション
    スタブ
    [gpfs_ssd]
    gpfs_storage_pool = system
    [gpfs_nl-sas]
    gpfs_storage_pool = NL-SAS
    Volume Type Fast Normal
    Metadata
    Volume-xxxxxxx
    Cinder.conf
    

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    OpenStack 環境における
    GPFS メリット
    ► Compute Node からのパラレル I/O
    ► GPFS Client （Compute Node） のパフォーマンス監視が可能な GUI
    ► Storage Pool (ILM) を利用したデータマネージメント
    ► 利用用途に合わせた、データレプリケーション
    ► GPFS Client （Compute Node） が GPFS で利用する メモリを制限
    ► 複数の Cinder Volume の作成速度
    ► Swift でのアクセス、 Manila による ファイルサービスの提供も可能
    27
    

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    GPFS
    Replica
    28
    GPFS File System
    Failure
    Group
    100
    Failure
    Group
    200
    Replica
    # cinder create --metadata fstype=ext4 fslabel=newfs dio=yes replicas=1 --display-name vol01 50
    # cinder create --metadata fstype=ext4 fslabel=newfs dio=yes replicas=2 --display-name vol02 50
    vol01
    vol02
    Replica
    NSD
    Server
    SFA7700X
    

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    遠隔クラスタ環境におけるデータマネージ
    GPFS AFM
    ► AFM （Active File Management）
    • キャッシング機能を利用した、データ共有機能
    o GPFS マルチクラスタ環境
    o
    他社 NFS v3 環境 （一部制限あり）
    • シングルネームスペースの提供
    • Home と Cache
    o Home
    – データソース となる GPFSファイルシステム および NFS Exports
    o Cache
    – Fileset 単位で作成する、Home と紐づき、4 つの Caching Mode を持つ
    – Read Only
    – Single Writer
    – Independent Writer
    – Local Update
    29
    GPFS Server GPFS Server
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    LAN
    WAN
    GPFS Server GPFS Server
    A 社 NAS
    B 社 NAS
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Clients GPFS Clients
    /gpfs
    /A_NAS
    /B_NAS
    /Osaka
    /A
    /Osaka
    /B
    NFS
    NFS
    GPFS
    Home Site
    Cache Site
    /Home
    

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    Read Only Mode
    Use Case: 配信ソリューション
    ► Home Site
    • Ingest, Encoding, Editing, Rendering 等の処理を実施
    • 大容量で高いパフォーマンスを提供
    • それぞれの配信用フォルダに配信コンテンツを保存する
    と、配信サイトでコンテンツが確認できるようになる
    30
    GPFS Server GPFS Server
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    Editing Ingest
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    WAN
    配信1
    配信3
    配信2
    Encoding
    配信1
    配信2
    配信3
    SFA7700X-IB
    1 x SS8460
    184 x 4 TB NL-SAS
    10 x 800 GB SSD
    500 TiB
    SFA7700X-FC
    22 x 800 GB SSD
    SFA7700X-FC
    22 x 800 GB SSD
    10 TiB
    10 TiB
    500 TiB
    Read Cache
    Read Cache
    Read Cache
    Home Site
    7 GB/sec
    4 GB/sec
    4 GB/sec
    4 GB/sec
    SFA7700X-IB
    1 x SS8460
    184 x 4 TB NL-SAS
    Cache Site
    ► Cache Site （配信サイト）
    • 配信用コンテンツを Read-Only キャッシュを利用し、ホット
    コンテンツのみがキャッシュ
    o Fileset Soft Quota を超えると、自動的にキャッシュのクリー
    ニングが実施される （Cache Eviction ON/OFF）
    o
    もっとも古いデータから削除される
    • キャッシュに存在しないデータは、最初の読み込み時に
    Home からオンデマンドで読み出される
    o
    手動でプリフェッチさせることも可能
    Evict ： ON
    Evict ： ON
    Evict ： OFF
    

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31. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
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    Single Writer Mode
    Use Case：中央バックアップ
    ► Home Site
    • Home Site の データは、Read Only となる (オレンジ)
    o
    別領域で通常の Read-Write 可能な領域を配置可能 (ブルー)
    • 各サイトから集めたデータを集中バックアップ
    31
    GPFS Server GPFS Server
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    SFA7700X-IB
    1 x SS8460
    184 x 4 TB NL-SAS
    10 x 800 GB SSD
    500 TiB
    Home Site
    100 TiB
    #1
    Read Write OK
    Tape Library
    Tape
    Backup
    Data
    Copy
    #2
    #3
    /data
    WAN
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS
    SFA7700X-FC
    52 x 600 GB SAS
    Evict ： ON
    Read Write Cache #1
    4 GB/sec
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    GPFS Gateway
    10 TiB
    20 TiB
    342 TiB
    SFA7700X-IB
    22 x 800 GB SSD
    Evict ： ON
    SFA7700X-FC
    60 x 8TB NL-SAS
    Evict ： OFF
    4 GB/sec
    8 GB/sec
    NFS
    CIFS
    Read Write Cache #2
    Read Write Cache #3
    Cache Site
    ► Cache Site
    • SSD や SAS を使用した使用した少量で高いパフォーマンスを提供する
    • Cache に書込んだデータは、非同期でブロック単位で、Home Site へ転送さ
    れる
    • Soft Quota 機能で自動的に使用していないデータを削除
    o
    ホットデータのみ Cache に配置される
    • キャッシュに存在しないデータは、最初に読み込み時に Home Siteから読み
    だされる
    

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32. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
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    32 構成例
    

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33. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
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    構成例
    2 x NSD Server with SFA7700X
    33
    Pool 0
    Vdisk 0
    (LUN0)
    Raid6
    (8d+2p)
    Pool 1
    Vdisk 1
    (LUN1)
    Raid6
    (8d+2p)
    Pool 8
    Vdisk 8
    (LUN8)
    Raid6
    (8d+2p)
    Pool 9
    Vdisk 9
    (LUN9)
    Raid6
    (8d+2p)
    nsd01
    21 TiB
    nsd02
    21 TiB
    nsd08
    21 TiB
    nsd09
    21 TiB
    SFA7700X
    8 TB NL-SAS x120
    750 TiB
    /gpfs
    glance
    cinder
    volume-5cbd0b01-6a20-4b00-adb6-c3d06be83b45
    volume-8ba2535d-f4b4-477e-a013-275db98f71e3
    snap-8ba2535d-f4b4-477e-a013-275db98f71e3
    ・
    ・
    ・
    ・
    ・
    ・
    10 TiB
    30TiB
    share1 100 GB
    Compute Nodes
    GPFS Clients
    Quota 値
    仮想マシン用 ボリュームファイル
    仮想マシン用 ボリュームファイル
    仮想マシン用 スナップショットファイル
    Cinder
    Glance
    Controller Node
    GPFS Client
    ・・・ 10 LUN ・・・
    GPFS File System
    GPFS Filesystem は
    任意の LUN を組みあわせて
    作成することが可能です。
    Virtual Machines
    GPFS Server
    (NSD Server)
    NSD Server
    NSD Server NSD Server
    NSD Server NSD Server
    NSD Server NSD Server
    NSD Server
    

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34. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
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    構成例
    GPFS アプライアンス GS7K
    34
    Pool 0
    Vdisk 0
    (LUN0)
    Raid6
    (8d+2p)
    Pool 1
    Vdisk 1
    (LUN1)
    Raid6
    (8d+2p)
    Pool 8
    Vdisk 8
    (LUN8)
    Raid6
    (8d+2p)
    Pool 9
    Vdisk 9
    (LUN9)
    Raid6
    (8d+2p)
    nsd01
    21 TiB
    nsd02
    21 TiB
    nsd08
    21 TiB
    nsd09
    21 TiB
    GPFS Apliance
    GS7K
    8 TB NL-SAS x120
    750 TiB
    /gpfs
    glance
    cinder
    volume-5cbd0b01-6a20-4b00-adb6-c3d06be83b45
    volume-8ba2535d-f4b4-477e-a013-275db98f71e3
    snap-8ba2535d-f4b4-477e-a013-275db98f71e3
    ・
    ・
    ・
    ・
    ・
    ・
    10 TiB
    30TiB
    share1 100 GB
    Compute Nodes
    GPFS Clients
    Quota 値
    仮想マシン用 ボリュームファイル
    仮想マシン用 ボリュームファイル
    仮想マシン用 スナップショットファイル
    Cinder
    Glance
    Controller Node
    GPFS Client
    ・・・ 10 LUN ・・・
    GPFS File System
    GPFS Filesystem は
    任意の LUN を組みあわせて
    作成することが可能です。
    Virtual Machines
    10GbE or 40GbE 10GbE or 40GbE 10GbE or 40GbE 10GbE or 40GbE
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD
    Server
    NSD Server NSD Server
    SFA7700X
    

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35. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
    Any statements or representations around future events are subject to change.
    35 まとめ
    

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36. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
    Any statements or representations around future events are subject to change.
    OpenStack 環境における
    GPFS のメリット
    ► Compute Node からのパラレル I/O
    ► GPFS Client （Compute Node） のパフォーマンス監視が可能な GUI
    ► Storage Pool (ILM) を利用したデータマネージメント
    ► 利用用途に合わせた、データレプリケーション
    ► GPFS Client （Compute Node） が GPFS で利用する メモリを制限
    ► 複数の Cinder Volume の作成速度
    ► Swift でのアクセス、 Manila による ファイルサービスの提供も可能
    ► DDN SFA と使用することで最大限のパフォーマンスが発揮できる
    36
    

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37. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
    Any statements or representations around future events are subject to change.
    102-0081
    東京都千代田区四番町6-2
    東急番町ビル 8F
    TEL:03-3261-9101
    FAX：03-3261-9140
    company/datadirect-networks
    @ddn_limitless
    Team-jpsales@ddn.com
    Thank You!
    Keep in touch with us
    

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38. ddn.com
    © 2015 DataDirect Networks, Inc. * Other names and brands may be claimed as the property of others.
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    GPFS Cinder Driver
    Functions
    Function Y/N Comments
    Create Volume OK
    Delete Volume OK
    Attach Volume OK
    Detach Volume OK
    Extend Volume OK
    Create Snapshot OK
    Delete Snapshot OK
    List Snapshots OK
    Create Volume from Snapshot OK
    Create Volume from Image OK
    Create Volume from Volume (Clone) OK
    Create Image from Volume OK
    Volume Migration (host assisted) OK
    

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