 遠隔ストレージアクセスにおける各プロトコルレイヤの最適化による性能向上の実現
比嘉 玲華

指導教員小口 正人

はじめに
近 年 ，ス ト レ ー ジ 管 理 コ ス ト 低 減 な ど の 目 的 での導入が進んでおり，その中でも，より経済的でコストパフォーマンスの高い  のプロトコルである   は大いに期待されている．また，テロや自然災害を考えた場合，データをできるだけ遠くに保存するというリモートバックアップは非常に重要であり，リモートバックアップのプロトコルの研究は学術的興味のみならず，産業界からも強く望まれている．よりコストパフォーマンスの高いシステムが利用される昨今の時勢を考えた場合，リモートバックアップのプロトコルとして   の適用が望まれる．しかし   をリモートバックアッププロトコルとして実用化するには様々な問題がある．最も大きな問題として，  は高遅延環境になるほど性能が劣化してしまうというデメリットが一般的に知られている．
遅延時間  に対するスループットを測定した図 の のグラフからわかるように，本実験環境においても高遅延環境下における性能劣化が確認されている．
そこで本研究では，リモートバックアッププロトコルとして   を使用することを目的として，高遅延環境における   シーケンシャルライトアクセスの性能向上を実現するための手法の提案と実装を行い，その実行性能を解析および評価した．

       リモートストレージアクセス性能向上システムツール

実験システム

本研究において， と   間は 
  で接続し，  コネクションを確立した．
  のストレージには  ディスクを用い  コントローラによる  ! 構成で接続した" 実験環境を表 # に示す"

Application
SCSI
iSCSI
TCP
serverIP(Initiator)
Ethernet

MAC IP TCPSCSIdommando/data

SCSIcommando/data

SCSI
iSCSI
TCP
IP
Ethernet

storage(Target)

TCP IP MAC図 #$ %   解析システムツール提案  ストレージアクセスは図 # のように多段のプロトコルで構成されるため，全層を経由して通信処理が行われることから全層が性能劣化原因となる可能性があり，性能向上について考察するにはこれら全層を網羅的に解析する必要がある．そこで図 & のようなシステムツールを構築した '#(" このシステムツールを使用することで，ネットワーク上を飛び交うパケット解析と  におけるカーネル解析を行うことが可能となる．
システムツール構成要素の一つに我々のオリジナルのツールである「カーネルモニタ」がある．これは カーネルの振舞をモニタするツールである．カーネル内部の  ソースにモニタ関数を挿入しカーネルを再コンパイルすることで，一般にはユーザ空間からは見ることができない  のパラメータ情報などを可視化できるというツールである．これによりモニタできるようになった値には，輻輳ウィンドウやソケットバッ
ファキュー長といった  パラメータ情報や  )* +*, がある．その他のシステムツール構成要素
としては，),*, コマンド，ネットワークアナライザがある．これらによって，ネットワーク上を飛び交うパケットを解析し，パケット情報を得ることが可能になる．このシステムツールを効果的に使用しすべての層の解析，最適化を行うことで，  遠隔ストレージアクセスの性能低下の原因がどこにあるのか詳しく解析していく．

表 #$ 実験環境㻻㻿㻯㻼㼁㻹㼍㼕㼚㻌㻹㼑㼙㼛㼞㼥㻺㻵㻯㻴㻰㻰㻾㻭㻵㻰㻌㻯㼛㼚㼠㼞㼛㼘㼘㼑㼞㼕㻿㻯㻿㻵㻺㼑㼠㼣㼛㼞㼗㻌㻭㼚㼍㼘㼥㼦㼑㼞㻺㼑㼠㼣㼛㼞㼗㻌㻿㼕㼙㼡㼘㼍㼠㼛㼞㻾㼑㼐㻌㻴㼍㼠㻌㻱㼚㼠㼑㼞㼜㼞㼕㼟㼑㻌㻸㼕㼚㼡㼤㻌㻞㻚㻢㻝㻤㻙㻤㻚㼑㻚㻝㻡㻽㼡㼍㼐㻌㻯㼛㼞㼑㻌㻵㼚㼠㼑㼘㻌㼄㼑㼛㼚㻌㻝㻚㻢㻳㻴㼦㻞㻳㻮㻵㼚㼠㼑㼘㻌㻼㻾㻻㻛㻝㻜㻜㻜㻼㼀㻌㻿㼑㼞㼢㼑㼞㻌㻭㼐㼍㼜㼠㼛㼞㻌㼛㼚㻌㻼㻯㻵㻌㻱㼤㼜㼞㼑㼟㼟㻣㻟㻳㻮㻌㻿㻭㻿㽢㻞㻔㻾㻭㻵㻰㻜㻕㻿㻭㻿㻡㻛㼕㻾
㻵㼚㼕㼠㼕㼍㼠㼛㼞㻌㻦㻌㼛㼜㼑㼚㻙㼕㼟㼏㼟㼕㻙㻞㻚㻜㻙㻤㻣㻜㼀㼍㼞㼓㼑㼠㻌㻦㻌㼕㻿㻯㻿㻵㻌㻱㼚㼠㼑㼞㼜㼞㼕㼟㼑㻌㼀㼍㼞㼓㼑㼠㻔㻵㻱㼀㻕㻙㻜㻚㻠㻚㻝㻡㻯㼘㼑㼍㼞㻿㼕㼓㼔㼠㻌㻺㼑㼠㼣㼛㼞㼗㻌㻾㼑㼏㼛㼞㼐㼑㼞㻭㻺㼁㻱Parameter settings:- SCSI/iSCSI parameters- TCP/IP parameters- Ethernet parameters
SCSIiSCSI

Initiator

TCPIPEthernet

Based onMonitoring dataKernel monitor- log trace- time stamp- monitoring parameters
Packet monitor- TCPDump command- Network analyzer
storage
Network analyzer
Network simulator

図 &$ 解析システムツール概要





複数の層にまたがる解析と最適化

複数の層にまたがる最適化を行った．その際アクセス
ブロックサイズを -.，広告ウィンドウを通信の妨げにならない程度の値に設定した．アクセスブロックサイズを -. に設定したときのスループットの理論値を図 の  ) / に示す．

   層における最適化  パ ラ メ ー タ の 最 適 化 を 行 っ た ．そ の 結 果
&!*+ においてデフォルト時と比較して約 01 の性能向上が確認された．

層における最適化

本実験においては   のパラメータをライトアクセス時において最も高い性能が出るように最適化した．その結果，&!*+ においてデフォルト時と比較して約0 倍の性能向上が確認された．  パラメータと  パラメータ最適化を合わせた結果を図  の,*2   ,*  に示す．しかし，高遅延環境での性能劣化という問題は解消されておらず，この値は理論値には尚も及ばない．

148000
147000145000

1MB

1MB

1MB

1MB

11.4ms11.8ms11.8ms11.8ms144000143000142000141000packet number

146000

dataout
write10packet

14000012.6ms5.13

5.15

13.1ms5.17

12.3ms5.19

22.1ms5.21

図 $ 各最適化後のスループット比較

 まとめと今後の課題
本研究では   リモートストレージアクセスの性能向上を実現するためのシステムツールの提案と実装を行った．複数の層にまたがる解析と最適化の結果，層におけるソケットバッファ最適化がもっとも有効であった．  はローカル内での使用を想定したものであり，高遅延環境においてバーストアクセスが行われることは想定外であったことが原因として考えられる．
今後はその他の   を使用した解析をすることで汎用性の証明をするとともに，より現実的な環境での解析を行うことで   リモートストレージアクセス性能向上を実現するための有効な手法を提案していきたい．

139000138000

5.23

time[s]

図 3$ パケット解析

   層における解析と最適化
トランスポート層に性能劣化の要因が考えられる場
合，一般的には，広告ウィンドウ，輻輳ウィンドウ，ソケットバッファのいずれかである．

ソケット通信時と   通信時におけるソケットバッファのキュー長を解析した結果，明らかなる差異が確認された．  通信時には，不必要なタイムアウト待ちが頻繁に生じており，送信されるべきデータが上位層に存在していても，キューが割当られることなく，パケット送信の断続が引き起こされていることがわかった．そこで，カーネルを解析し条件分岐点となるコードに対して対処して，ソケットバッファ最適化を行った結果，タイムアウト待ちは格段に減り，キュー長も増大し，図 の,*2  +)  5に示す通り，&!*+ においてデフォルト時と比較して約 6 倍の性能向上が達成された．またその値は理論値と匹敵する性能であることから，  リモートストレージアクセスの高遅延環境における性能劣化問題は解決されたということができる'#('3(．

ネットワーク上のパケット解析

高遅延環境での性能劣化問題を解析すべくネットワー
ク上を飛び交うパケットを詳細に解析した．&!*+における解析結果を図 3 に示す．ブロックサイズ -.
で送信したパケットが約 #-. ずつに断続して送信されていることがわかった．上位層には送るべきデータが存在するにも関わらず，送信パケットの断続が生じていることが性能低下の大きな要因だと考えられる．また， 4 がきっかけでパケット送信再開が始まっていることから，パケット送信断続の原因は  層のどこかにあるということが確認された．

5.11

ソケットバッファ解析と最適化

ウィンドウ解析実際の   通信時における広告ウィンドウ，輻輳ウィンドウの値を解析した '&(．その結果，広告ウィンドウ，輻輳ウィンドウともにパケット送信の断続を引き起こす値ではないことが分かった．

参考文献'#(    7  " $8) 8+ * +    *  )) ++   *)*,/ *  8 9,*2   +: &!!;: : : ) *  &!!;'&(    7  " $9,*2     *  )) ++  -, <8 +:  =&!!;  )>)  !;:,,"?#&?#6: -8 &!!;
'3( 比嘉玲華: 松原幸助: 岡廻隆生: 山口実靖: 小口正人：「  リモートストレージアクセスの性能向上を実現する手法の提案と実装」コンピュータシス
テム研究会（ @），信学技報，A"#!;: "&;?:
 @&!!;3B: ,,"#;&，京都，&!!; 年 ## 月