vSphere での永続的なメモリの使用

不揮発性メモリ (NVM) とも呼ばれる永続的なメモリ (PMEM) は、電源が停止した後でもデータを保持することができます。PMEM は、ダウンタイムの影響を受けやすく高いパフォーマンスが必要なアプリケーションで使用できます。

仮想マシンは、スタンドアローンホスト上またはクラスタ内で PMEM を使用するように構成できます。PMEM は、ローカルデータストアとして扱われます。永続的なメモリは、ストレージの遅延を大幅に軽減します。ESXi では、PMEM で構成されている仮想マシンを作成することができ、これらの仮想マシン内のアプリケーションはこの高速化を利用できます。仮想マシンが最初にパワーオンされたときに、仮想マシンがパワーオンされているかパワーオフされているかに関係なく、PMEM が仮想マシン用に予約されます。この PMEM は、仮想マシンが移行または削除されるまで予約済みのままです。

永続的なメモリは、2 つの異なるモードで仮想マシンによって使用できます。レガシーのゲスト OS では、仮想永続的なメモリディスクの機能も利用できます。

[仮想永続的なメモリ (vPMem)]
vPMem を使用すると、メモリは仮想 NVDIMM としてゲスト OS に公開されます。これにより、ゲスト OS は PMEM をバイトアドレスが指定可能なランダムモードで使用することができます。
注：仮想マシンハードウェアバージョン 14 と NVM テクノロジーをサポートするゲスト OS を使用する必要があります。

注： PMEM 仮想マシン用に vSphere HA を構成する場合は、仮想マシンハードウェアバージョン 19 を使用する必要があります。詳細については、『 PMEM 仮想マシンに対する vSphere HA の構成』を参照してください。
[仮想永続的なメモリディスク (vPMemDisk)]
vPMemDisk を使用すると、ゲスト OS は仮想 SCSI デバイスとしてメモリにアクセスできますが、仮想ディスクは PMEM データストアに格納されます。

PMEM で仮想マシンを作成すると、ハードディスクの作成時にメモリが仮想マシン用に予約されます。アドミッションコントロールもハードディスクの作成時に実行されます。詳細については、『vSphere HA アドミッションコントロールの PMEM 予約』を参照してください。

クラスタでは、各仮想マシンに PMEM 用の一部の容量があります。PMEM の合計量は、クラスタで使用可能な合計量以下にする必要があります。PMEM の使用量には、パワーオン状態の仮想マシンとパワーオフ状態の仮想マシンの両方が含まれます。仮想マシンが PMEM を使用するように構成されており、DRS を使用しない場合は、仮想マシンを配置するのに十分な PMEM があるホストを手動で選択する必要があります。

[NVDIMM と従来のストレージ]

NVDIMM はメモリとしてアクセスされます。従来のストレージを使用すると、アプリケーションとストレージデバイスの間にソフトウェアが配置されるため、処理時間が遅延することがあります。PMEM を使用すると、アプリケーションはストレージを直接使用します。つまり、PMEM のパフォーマンスは従来のストレージよりも優れています。ストレージがホストに対してローカルです。ただし、システムソフトウェアは変更を追跡できないため、バックアップなどのソリューションは現在 PMEM では動作しません。

非 PMEM データストアへのライトスルー以外のモードで vPMEM を使用する場合、vSphere HA などのソリューションの範囲は制限されます。フェイルオーバーが有効な vPMEM 仮想マシンに対して vSphere HA を有効にすると、仮想マシンを別のホストにフェイルオーバーできます。この場合、仮想マシンは新しいホストの PMEM リソースを使用します。古いホストのリソースを解放するために、ガベージコレクタはこのようなリソースを定期的に特定して解放し、他の仮想マシンが使用できるようにします。

[名前空間]

PMEM の名前空間は、ESXi が起動する前に構成されます。名前空間は、システム上のディスクと似ています。ESXi は名前空間を読み取り、GPT ヘッダーを書き込むことで複数の名前空間を 1 つの論理ボリュームにまとめます。以前にこれを設定していない場合、デフォルトで自動的にフォーマットされます。すでにフォーマットされている場合は、ESXi は PMEM をマウントします。

[GPT テーブル]

PMEM ストレージ内のデータが破損していると、ESXi が動作しなくなることがあります。これを回避するため、ESXi は PMEM のマウント時にメタデータのエラーをチェックします。

[PMEM 領域]

PMEM 領域とは、単一の vNVDimm または vPMemDisk を表す連続したバイトストリームです。各 PMEM ボリュームは 1 台のホストに属しています。これは、管理者が多数のホストを持つクラスタ内の各ホストを管理する必要がある場合には、管理が難しいことがあります。ただし、個々のデータストアを管理する必要はありません。代わりに、クラスタ内の PMEM 容量全体を 1 つのデータストアと見なすことができます。

vCenter Server および DRS は PMEM データストアの初期配置を自動化します。仮想マシンを作成したとき、またはデバイスを仮想マシンに追加したときに、ローカルの PMEM ストレージプロファイルを選択します。残りの設定は自動化されています。ESXi では仮想マシンホームを PMEM データストアに配置することができないという制限があります。これは、仮想マシンログと統計情報ファイルを保存するのに貴重な容量を必要とするためです。これらの領域は、仮想マシンデータを表すために使用され、バイトアドレス指定可能な nvDimms または VpMem ディスクとして公開できます。

[移行]

PMEM はローカルデータストアであるため、仮想マシンを移動する場合は Storage vMotion を使用する必要があります。vPMem を持つ仮想マシンは、PMEM リソースを持つ ESX ホストにのみ移行することができます。vPMemDisk を持つ仮想マシンは、PMEM リソースなしで ESX ホストに移行できます。

[エラー処理と NVDimm の管理]

ホスト障害により、ライトスルーモードではない vPMEM 仮想マシンの可用性が失われる可能性があります。致命的なエラーが発生した場合は、すべてのデータが失われる可能性があるため、手動で PMEM を再フォーマットする必要があります。

vSphere Client での vSphere の永続的なメモリ

永続的なメモリの簡単な概要については、以下を参照してください。

vSphere Client と PMEM の併用に対する機能向上

PMEM と併用する際の HTML5 ベース vSphere Client の機能向上の概要については、以下を参照してください：

PMEM を使用した vSphere Client での仮想マシンの移行およびクローン作成

PMem を使用する仮想マシンの移行およびクローン作成の詳細については、以下を参照してください：

PMEM 仮想マシンに対する vSphere HA の構成

vSphere HA を PMEM 仮想マシンに対しライトスルーモードで構成できます。これにより、ホストで障害が発生した場合に仮想マシンを機能している別のホストでリストアできるようになります。

前提条件

ハードウェアバージョン 19 を選択する必要があります。
vPMemDisks を持つ PMEM 仮想マシンはサポートされていません。

手順

[新規仮想マシン] ウィザードで新しい仮想マシンを作成する場合は、[ハードウェアのカスタマイズ] を選択します。
1. [新規デバイスを追加] をクリックし、ドロップダウンメニューから [NVDIMM を追加] を選択します。
2. チェックボックス [すべての NVDIMM デバイスに対し別のホストでのフェイルオーバーを許可] をクリックします。
3. [次へ] をクリックし、[新規仮想マシン] ウィザードを完了します。
  ホスト障害が発生した場合、NVDIMM PMEM データはリカバリできません。デフォルトでは、HA でこの仮想マシンは別のホストで再起動されません。ホスト障害が発生した場合に HA で仮想マシンのフェイルオーバーを許可すると、新しい空の NVDIMM が搭載されている別のホストで仮想マシンが再起動されます。
既存の仮想マシンで HA を有効にするには、仮想マシンを参照します。
1. [仮想マシンのハードウェア] で、[編集] をクリックします。
2. NVDIMM を選択します。
3. チェックボックス [すべての NVDIMM デバイスに対し別のホストでのフェイルオーバーを許可] をクリックします。
4. [OK] をクリックします。
  ホスト障害が発生した場合、HA は新しい空の NVDIMM が搭載されている別のホスト上でこの仮想マシンを再起動します。

vSphere HA アドミッションコントロールの PMEM 予約

アドミッションコントロールは vSphere HA が使用するポリシーです。これにより、クラスタ内のフェイルオーバーのキャパシティが確保されます。

許容されるホスト障害の数を増やすと、可用性の制約や予約キャパシティが増えます。ホストのフェイルオーバーキャパシティ用に一定割合の永続的なメモリを予約できます。これはブロックされる実際のストレージ容量であり、ホストのパワーオフを考慮する必要があります。

[クラスタ設定の編集] で [アドミッションコントロール] を選択して、ホストで許容する障害の数を指定できます。

次で定義された CPU/メモリ予約を選択した場合について以下に示します。

[クラスタリソースの割合 (%)]。クラスタ内の仮想マシンで永続的なメモリを使用していない場合でも、クラスタ内の永続的なメモリ容量の一部はフェイルオーバー専用となります。この割合は、オーバーライドで指定できるほか、[許容するホスト障害] 設定に従って自動的に計算されます。PMEM アドミッションコントロールを有効にすると、PMEM をディスクとして使用している仮想マシンがある場合でも、PMEM キャパシティがクラスタ全体で予約されます。
[スロットポリシー（パワーオン状態の仮想マシン）]。永続的なメモリのアドミッションコントロールでは、永続的なメモリリソースに対してのみ、クラスタリソースの割合 (%) ポリシーを使用してスロットポリシーをオーバーライドします。割合の値は、[クラスタで許容するホスト障害] 設定から自動的に計算され、オーバーライドすることはできません。
[専用フェイルオーバーホスト]。専用のフェイルオーバーホスト上の永続的なメモリはフェイルオーバー専用であり、これらのホスト上に永続的なメモリを持つ仮想マシンをプロビジョニングすることはできません。

注：アドミッションコントロールポリシーを選択した後、 [永続的なメモリのフェイルオーバーキャパシティの予約] チェックボックスをクリックして PMEM アドミッションコントロールを有効にする必要もあります。

vSphere メモリの監視と修正

vMMR では、アプリケーションのワークロードがメモリモードが原因で回帰されるかどうかを判断できるよう、データが収集され、パフォーマンス統計が表示されます。

Intel Optane パーシステントメモリは、アプリケーション直接モードまたはメモリモードで BIOS 設定で構成できます。アプリケーション直接モードでは、パーシステントメモリに DRAM とともにバイトアドレスが指定可能なパーシステントメモリとしてアクセス可能です。メモリモードでは、DRAM がハードウェアキャッシュになり、より大きな PMEM が揮発性になり、システムメモリとして表示されます。

メモリモードは、仮想マシンに認識されず、透過的です。メモリモードでシステムを構成すると、システムは DRAM が搭載された従来のシステムとして表示されます。クラスタには、構成が異なるホストを混在させることができます。vSphere では、メモリモードになっているシステムに関する追加情報が表示されます。ESXi では、ホストレベルと仮想マシンレベルの統計に関する情報を収集するパフォーマンスカウンタがプログラムされます。これらのパフォーマンス統計は、アラームの作成に使用されます。統計情報は、パフォーマンスチャートでも追跡されます。

システムがメモリモードになっているかどうかは、ホストの [サマリ] タブの [メモリ階層化: ハードウェアおよび追加詳細] で確認できます。

このスクリーンショットは、[メモリ階層化: ハードウェアおよび追加詳細] のホストの [サマリ] タブに表示された、メモリモードのシステムを示しています。

DRAM と PMEM のサイズを [構成] > [ハードウェア] > [概要] > [メモリ] で表示することもできます。

このスクリーンショットは、[構成] > [ハードウェア] > [概要] > [メモリ] の順に進んで表示される DRAM と PMEM のサイズを示しています。

ESXi では、次の 2 種類のメモリ統計情報が収集および公開されます。

ホストレベルの統計情報：メモリのサブコンポーネントでは、パフォーマンスカウンタのプログラムによって DRAM と PMEM のパフォーマンスが測定されます。ホストレベルの統計情報は、さまざまなメモリタイプ（DRAM、PMEM）の合計、読み取り/書き込みのバンド幅、読み取り/書き込み遅延、およびミス率です。
仮想マシンレベルの統計情報：vSphere では、パフォーマンスカウンタが監視され、仮想マシンの DRAM および PMEM 読み取りバンド幅に関するデータが取得されます。

ホストと仮想マシンの両方には、[パフォーマンスチャート] の下に新しい [メモリ] ペインがあります。ここに、メモリ使用率やメモリの解放などのメモリ詳細が新しい統計情報とともに表示されます。ESXi ホストレベルでは、メモリのバンド幅とメモリのミス率のチャートを監視できます。仮想マシンレベルでは、PMEM と DRAM の読み取りバンド幅を表示できます。

ESXi ホストの [仮想マシン] タブで、ホストに配置されているすべての仮想マシンに関するパフォーマンス情報を含むリストを表示できます。仮想マシンに対するメモリモードの影響に関する情報を表示するには、列表示（列表示アイコン）アイコンをクリックして、アクティブなメモリ、DRAM 読み取りバンド幅、および PMEM 読み取りバンド幅のメトリックを選択します。

事前構成済みのデフォルトアラームは 2 つあります。ホストレベル（メモリモードのホストのアクティブな DRAM の使用率が高い）と仮想マシンレベル（仮想マシンの PMEM バンド幅の使用率が高い）のアラームです。アラーム条件が満たされると、イベントが発行され、対応するアラームがトリガされます。パフォーマンスメトリックに基づき、カスタムアラームを作成することもできます。vMMR アラームは、メモリモードで構成されたホストでのみ機能します。

DRS がクラスタで有効で、完全自動化されている場合、ホストのアクティブなメモリの使用率が DRAM キャッシュのサイズの一定割合を超えると、負荷をより適切に分散させるために、DRS で一部の仮想マシンがホスト外に移動されることがあります。

詳細については、『vSphere の監視とパフォーマンス』を参照してください。

注： vMMR は、Intel Broadwell、Skylake、Cascade Lake、Ice Lake プラットフォームでサポートされています。ホストレベルの DRAM 統計情報は、これらのプラットフォームで使用できます。ホストレベルおよび仮想マシンレベルの PMEM 統計情報は、メモリモードで構成された Cascade Lake ホストおよび Ice Lake ホストでのみ使用できます。