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遠隔ストレージアクセス時の性能評価
比嘉 玲華

指導教員：小口 正人

はじめにドウは増加するが、エラーが検出されると異常と判断され、輻輳ウィンドウは低下する 図 。輻輳
ウィンドウが低下する原因としては、送信側デバイスドライバのバッファが溢れることによる     エラーを検出した場合（）、重複 又は  を受信した場合（ !，タ
イムアウトを検出した場合（）の " つが挙げられる．また、  の  実装では、通信中に一度設定された輻輳ウィンドウは、そのウィンドウの値を使い切らない限りは変化しないという特徴を持ち、この時スループットはほぼ一定の値で安定することが確認されている。

近年、インターネットなどの発達により、企業でも家庭でも、個人の所有する情報量が爆発的に増えてきた。それに伴って問題となってくるのが、データを保全、管理する作業である。データを格納するストレージ装置の増設や万一に備えたデータのバックアップ、データの移管など、面倒な作業が幾つも生じてくる。さらに、データが複数の機器に分散するという問題が起こる可能性もある。
こうした問題に抜本的な解決策を与えるプロト
コルとして登場したのが、  である 。しかし、  は、複雑な階層構成で処理されており、バースト的なデータの転送も多いことから、通常の通信と比較して、特に、高遅延環境においては性能が著しく劣化してしまう。特に、下位基盤の  層が提供できる限界性能を超えることはできず、最大限の性能が発揮できるよう  パラメータなどを制御することが求められる  。一般に需要が多い遠隔ストレージへのデータバックアップを考えた場合、データの読み出し量よりも書き込み量の方が圧倒的に多く、また遠隔ストレージ側には標準的な環境のみを使用し、カスタマイズが不可能である場合も多い。
そこで本研究では、  のパラメータを最適に 側をカスタマイズして  輻輳設定し、ウィンドウの振舞とスループットを観察する。特に、高遅延環境における  のシーケンシャルライトアクセスの性能を高めるための手法を考案、検討する。

研究概要

 実験手順
本研究において、 と   間は #  $& '  で接続し、  接続を確立した。
使用したシステムを表  に示す。また、側の  ソースコードにモニタ用の関数を挿入し、ユーザ空間からもアクセス可能なカーネルメモリ空間に記録する仕組みを作成した。これによ から   へのライトアクセス時のり、輻輳ウィンドウなど  パラメータの値が観察可能になる。遅延装置を使い高遅延環境を作り出し、デフォルトの  とパラメータ設定を変更した
 を起動して測定を行った。
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ProtocolanalyzerᱜᏱ⁁ᘒ⁁ᘒ:OpenNetworkSimulator

実装
deviceLocal
tionconges㊀ⶄ ACK, SACKฃା

࿁ᓳ

TAP

L2 switch図㪦㪪㪚㪧㪬㪤㪸㫀㫅㩷㪤㪼㫄㫆㫉㫐㪥㪠㪚㪟㪛㪛㪩㪘㪠㪛㩷㪚㫆㫅㫋㫉㫆㫃㫃㪼㫉㫀㪪㪚㪪㪠⇣Ᏹ⁁ᘒ⁁ᘒ:CWR⁁ᘒ:Recovery䉺䉟䊛䉝䉡䊃ᬌ಴ユマ䉡䉞䊮䊄䉡ჇടiSCSI targetNIC

iSCSI initiatorKernel monitor
NIC

研究背景  ᱜᏱ
ACKฃାACKฃା㪥㪼㫋㫎㫆㫉㫂㩷㪘㫅㪸㫃㫐㫑㪼㫉㪥㪼㫋㫎㫆㫉㫂㩷㪪㫀㫄㫌㫃㪸㫋㫆㫉⁁ᘒ:Lossユマ䉡䉞䊮䊄䉡ᷫዋ実装システム㪩㪼㪻㩷㪟㪸㫋㩷㪜㫅㫋㪼㫉㫇㫉㫀㫊㪼㩷㪣㫀㫅㫌㫏㩷㪉㪅㪍㪈㪏㪄㪏㪅㪼㪅㪈㪌㪨㫌㪸㪻㩷㪚㫆㫉㪼㩷㪠㫅㫋㪼㫃㩷㪯㪼㫆㫅㩷㪈㪅㪍㪞㪟㪱㪉㪞㪙㪠㫅㫋㪼㫃㩷㪧㪩㪦㪆㪈㪇㪇㪇㪧㪫㩷㪪㪼㫉㫍㪼㫉㩷㪘㪻㪸㫇㫋㫆㫉㩷㫆㫅㩷㪧㪚㪠㩷㪜㫏㫇㫉㪼㫊㫊㪎㪊㪞㪙㩷㪪㪘㪪㬍㪉㩿㪩㪘㪠㪛㪇㪀㪪㪘㪪㪌㪆㫀㪩㪠㫅㫀㫋㫀㪸㫋㫆㫉㩷㪑㩷㫆㫇㪼㫅㪄㫀㫊㪺㫊㫀㪄㪉㪅㪇㪄㪏㪍㪌㪫㪸㫉㪾㪼㫋㩷㪑㩷㫀㪪㪚㪪㪠㩷㪜㫅㫋㪼㫉㫇㫉㫀㫊㪼㩷㪫㪸㫉㪾㪼㫋㩿㪠㪜㪫㪀㪄㪇㪅㪋㪅㪈㪌㪚㫃㪼㪸㫉㪪㫀㪾㪿㫋㩷㪥㪼㫋㫎㫆㫉㫂㩷㪩㪼㪺㫆㫉㪻㪼㫉㪘㪥㪬㪜

表  実験環境

図    の状態遷移
 では，通信の制御にウィンドウサイズという概念を用いている。ウィンドウサイズとは、ホストが  なしに一度に送信できるデータのサイズで、 ヘッダに含まれる。また、このウィンドウサイズは、データの送信側では輻輳ウィンドウ、受信側では広告ウィンドウと呼ばれ、このどちらか小さい方の値がウィンドウサイズとして用いられる。広告ウィンドウは現在の受信ウィンドウの空き容量を示しており， で送信側に送られる．一方、輻輳ウィンドウは送信側の制御パラメータで、ネットワークの混雑を回避するため送信側が  のカーネル内において自主的に制限する値である。輻
輳制御ではこの輻輳ウィンドウが利用されている。
本実験で用いた    においては、通信時の状態が正常であれば  受信ごとに輻輳ウィン

パラメータ設定

本研究において、  のパラメータ設定をライトアクセス時における最適な状態になるように調整した。  側で、(   ) なライトアクセス通信を行えるように設定し、(   ) なライ
トの最大長を *+, から -*, へ、  が受信する .( の最大セグメント長を /, から  /,へ変更した。



ハードディスクベンチマークツールとしては % $を用いた "。これはデータベースのような大規模なファイル操作のスループットを測定できる。また比較的小さなファイルの作成、読込み、削除のスループットも測定可能である。本研究で
0012""-

は、3  連続書き込み のスループットを測定した。

ᵑᵓᵎᵑᵎᵎᵐᵓᵎᵐᵎᵎ 実験結果ᵏᵓᵎᵏᵎᵎ
ᵓᵎ ローカルディスク、アクセスにおける

図 + デフォルト  輻輳ウィンドウ

スループット遅延装置を使って、片道遅延時間 244 4+4/4*5の遅延環境を作り、デフォルトの  と最適パラメータ設定を行った  のスループットを測定した。また比較として、ローカルディスク  アクセスの性能も測定した。この結果を図 " に示す。
ローカルディスクに高速な  ディスクをハードウェア .2 構成で用いているため、ローカルアクセスが極めて性能が良いことが確認できた。これと比較すると  の性能は低くなる。  を用いた場合も低遅延環境においては比較的良好なスループットが出ているが、高遅延環境においては、遅延時間と反比例するようにスループットが低下していた。また、最適パラメータ設定の のスループットはデフォルトの  のスループットよりも高い値になっているが、高遅延環境になるにつれて差がなくなっている。




図 - パラメータ最適化  輻輳ウィンドウ
隔が他のパケット間に比べて大きい箇所を見つけ出し、性能低下の原因を解明していく。

図 * プロトコルアナライザ㪈㪍㪇㪈㪋㪇㪫㪿㫉㫆㫌㪾㪿㫇㫌㫋㪲㪤㪙㪆㫊㪴䊨䊷䉦䊦䋨㫎㫉㫀㫋㪼䋩㪈㪇㪇䊌䊤䊜䊷䉺ᦨㆡൻ㫀㪪㪚㪪㪠㩿㫎㫉㫀㫋㪼㪀䊂䊐䉤䊦䊃㫀㪪㪚㪪㪠㩿㫎㫉㫀㫋㪼㪀㪏㪇㪍㪇 のパラメータを最適値に設定することで、シーケンシャルライトアクセスにおけるスループットが向上すること、および輻輳ウィンドウの値が大きくなることが本研究で確認できた。しかし、高遅延環境になるにつれてスループットが大幅に低下し、差もあまり見られなくなってしまう。その原因としては、大きなブロックサイズで 6  システムコールを発行しても、 層において小さなブロックサイズに分割されてしまうことや、輻輳ウィンドウ制御の  待ち状態が起きていることなどが考えられる。これについてはネットワーク上のパケットを調べれば解明できるため、プロトコルアナライザを設置し、  アクセス時のパケットキャプチャを行える環境を整えた。今後はパケットを解析していくことで高遅延環境で性能が落ちる原因を具体的に調べていく。

㪋㪇㪉㪇㪇㪇㪈㪉㪋㪫㫀㫄㪼㪲㫄㫊㪴㪏㪈㪍

図 " ストレージアクセスのスループット輻輳ウィンドウモニタ

高遅延環境においてスループットが急激に低下する背景として、以下のようなことが考えられる。
 は  コマンドを、  パケット内にカプセル化しており、         & ' という複雑な構成となっている。
 を用いる通信は下位レイヤである  の提供するスループットを超えることは不可能であり、 の設定や振舞が性能に大きな影響を与えていると考えられる。
そこで、輻輳ウィンドウの値をモニタし、振舞を調べた。6  システムコールにより .    を行うプロセスを 2 並列で起動し、ターゲットへのライトアクセスを実行した（図 +、図 -）。片道遅延時間 /5 の遅延環境において測定した。パラメー
タを最適化した  では、デフォルトの  に比べて、輻輳ウィンドウの成長は比較的早く、またその最大値は約 "22 から約 +22 へと大きくなることが確認できた。

ラダー表示 まとめと今後の課題

㪈㪉㪇

参考文献
喜連川優，ストレージネットワーキング，オーム社出版局

 

豊田真智子，山口実靖，小口正人：7高遅延ネッ
トワーク環境における  リードアクセス
時の  輻輳ウィンドウ制御手法の性能評
価7  22-，881++"$+-2， 22- 年 - 月

" ,

プロトコルアナライザ'

高遅延環境において性能が著しく劣化する原因を解明するため、本研究ではネットワーク上のパケットを調べていく。プロトコルアナライザを設置し、 アクセス時のパケットキャプチャを行える環境を整えた。図 * にラダー表示を示す。パケット間

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比嘉玲華、神坂紀久子、山口実靖、小口正人7  遠隔ストレージアクセス時の の振舞に関する一検討74 情報処理学会第 92 回
全国大会4 :$ 4 22/ 年 " 月発表予定