====== ZFSのヤバげな機能Special Allocation ClassがFreeBSD 12.2で対応されてた ====== OpenZFS 2.0リリースの陰でひっそりと、FreeBSD 12.2-RELEASEのZFS実装にSpecial Allocation Class（以下、SACと略すことがある）が追加されていた。 時系列的にはOpenZFS 2.0が2020年12月1日、FreeBSD 12.2Rが10月27日リリースなので、まったく陰ってはないんですけどね、インパクトありそうな機能の割にはリリースノートに記載がなく、''zpool status''したら「プールのアップグレードができるぜ！」と出たので調べてみたら追加されていたという。関連するコミットはこの辺→[[https://svnweb.freebsd.org/base?view=revision&revision=354382|Rev.354382]] [[https://svnweb.freebsd.org/base?view=revision&revision=354385|Rev.354385]] [[https://svnweb.freebsd.org/base?view=revision&revision=354941|Rev.354941]] Special Allocation Class自体は[[https://github.com/openzfs/zfs/releases/tag/zfs-0.8.0|ZoL 0.8.0]]で2019年5月24日にリリースされ、その後、illumosへのバックポートを経て、めでたくFreeBSDに取り込まれた模様。ZFS実装が新生OpenZFSベースに切り替わろうとしている中で、Legacy ZFSをきっちりメンテする姿勢には頭が下がります。 で、肝心のSpecial Allocation Classは何かというと、I/O性能に直結するデータを専用のvdevに格納して性能改善を図るもののようだ。多少正確さを欠く表現だが、階層化ストレージのZFS版といえる。 ZFSはターゲットとするデータの種類によってvdevをAllocation Classという概念で分類し、OpenZFS 2.0時点では以下の5種類のクラスが定義されている。ちなみにAllocation Classの考え方は[[blog:2020:2020-10-07|dRAID]]で導入され、その後、開発コミュニティによる汎用化を経て現在の形となったそうだ。 ^ クラス ^ SAC ^ 用途 ^ 専用vdevを割り当てた時の効果 ^ | Normal | × | 通常のデータを扱うvdev。ミラーとかRAIDZとか。 | | | Log | × |ZILのレコード。いわゆるSLOG。 | 同期書き込みの高速化 | | Dedup | ○ |重複排除テーブル(DDT)のデータ | 重複排除パフォーマンスの向上とDDTのメモリ使用量の削減 | | Metadata | ○ | プールとファイルシステムのメタデータ | メタデータ操作（ファイル一覧の取得など）パフォーマンスの向上 | | Small Blocks | ○ | レコードサイズ以下のブロック | 小さなサイズの膨大なI/O性能の改善。詳細は後述 | 表で○を付けたクラスがSpecial Allocation Classとされている。それぞれのSACの役割は名前のごとくで、専用vdev (Special vdev)を割り当てるとそれなりに効果がありそうだ。とりわけSmall Blocksは[[https://www.napp-it.org/doc/downloads/special-vdev.pdf|劇的な性能改善の可能性]](PDF)を秘めている。 ZFSのファイルI/Oは原則128KiB単位((データセット毎にrecordsizeプロパティで変更可能))で行われる。それに満たないデータは、より小さなレコードが用いられることとなり、これらの小レコードがI/O性能にそれなりに影響するそうだ。Small Blocksは指定サイズ以下のレコードの読み書きをSpecial vdevにオフロードするような形となる。つまり、Special vdevとしてI/O性能が高いデバイス──要はSSDを割り当てると、その特性を活かして膨大な小規模I/Oを捌けるようになり、全体としてスループット向上が見込めるというワケだ。 ここで注意が必要なのは、Small Blocksの処理はファイルサイズベースではなく、レコードサイズベースで行われるということ。つまり、小さなファイルの全体がSpecial vdevに格納される訳ではない((Small Blocksの閾値をレコードサイズと同値にして全データをSpecial vdevに送ることは可能だが、それなら最初からSSDでプールを組んだ方が良い))。ZFSの書き込みは一旦キャッシュされ、トランザクショングループ（txg）にまとめられた後にレコード単位で書き出されるため、必ずしも小さいファイル＝小さなレコードとは限らない。逆に、大きなファイルでもレコードサイズ以下の端数は必ず存在するわけで、こうしたtxgを経てなおレコードサイズ未満となった分がSpecial vdev行きとなるようだ。このあたりが一般的な階層化ストレージと大きく異なる部分である。 他の階層化ストレージで見られる最頻ファイルをSSD層に配置する、といったことは（現時点では）できないが、ZFSではpL2ARC（とARC）がその役割を担っていると思われる。都度''special_small_blocks''の値を調整しSpecial vdevへの書き込みを制御してやれば、狙ったファイルをSSDに置くこともできなくはないが…… Small Blocksの対象となるブロックサイズは、レコードサイズ以下の2の冪を任意に指定できる。128KiB超のレコードサイズを許可する''large_blocks''フィーチャーと組み合わせると、よりパフォーマンスチューニングの幅が広がるだろう。なお、FreeBSDはレコードサイズが128KiBを超えるデータセットからの起動には対応してないので要注意。 Special Allocation Classで性能向上が見込める一方で、その仕組み上、Special vdevが死ぬと一発でプール全体のデータが飛ぶ恐れがある、というかメタデータという極めて重要なデータが飛ぶんだから、ほぼ確実に死ぬと思われる（→[[blog:2022:2022-02-24|実際に試して]]死ぬことを確認）。なので今まで以上に冗長性には留意する必要がある。信頼のおけるSSDで最低でもミラーリング、可能なら電源喪失保護付きSSDで3重ミラーにしたいところ。 Special vdevの容量が一杯になった場合は、従来通り普通のvdevの方が使われるそうなので、その辺は特に気にしなくてもよい模様。 もし試す場合は、プール（普通のvdev）とSpecial vdevのashift量を一致させること。もう修正済みかもしれないが、異なるashiftでプールに追加するとSpecial vdevの取り外せなくなる[[https://github.com/openzfs/zfs/pull/11053|バグ]]があるっぽい。ashift量はvdevごとに独立してて、プール作成時は気にするものの[[blog:2015:2015-05-20|vdev追加時はついつい忘れちゃう]]んだよね…。 ===== 参考サイト ===== * [[https://github.com/openzfs/zfs/pull/5182|Metadata Allocation Classes by don-brady · Pull Request #5182 · openzfs/zfs · GitHub]] * [[https://docs.google.com/presentation/d/17nYRgs-TAIOPODOMaq-VwuJ0LqJHEXBfM9sUDxJUJ54|Pool Allocation Classes - 5182]] * [[https://forums.servethehome.com/index.php?threads/zfs-allocation-classes-special-vdev.28862/|ZFS Allocation Classes / Special VDEV | ServeTheHome Forums]] * [[https://forum.level1techs.com/t/zfs-metadata-special-device-z/159954|ZFS Metadata Special Device: Z - Wikis & How-to Guides - Level1Techs Forums]] * [[https://zfs.datto.com/2017_slides/brady.pdf|Using Allocation Class]](PDF) * [[https://www.napp-it.org/doc/downloads/special-vdev.pdf|Allocation Classes Feature - Benchmarks and use case on OmniOS]] * [[https://github.com/openzfs/zfs/pull/11053|Ignore special vdev ashift for spa ashift min/max by don-brady · Pull Request #11053 · openzfs/zfs · GitHub]] * [[https://www.illumos.org/issues/11840|Bug #11840: Remove of a special vdev with different ashift than the pool vdevs results in an OmniOS panic/pool corrupt - illumos gate - illumos]]