第6回仮想マシンのネットワークI/O負荷を軽減

2009.01.20

前田裕貴，飯島徹
日本ヒューレット・パッカード

　VMware Infrastructure 3 v3.5の中の仮想化ソフトVMware ESX 3.5（以下ESX 3.5と略）の新機能の一つに，TCPセグメント化オフロード（TSO：TCP Segmentation Offload）のサポートがある。TSOは，NICに実装された専用チップがTCPパケット生成時の演算の一部を担うことにより，CPU負荷を軽減させる機能だ。現在販売されているほぼすべてのサーバー機用のNICがTSO機能を搭載しているにもかかわらず，これまでのESXではTSOをサポートしていなかった。

　そこで，ここではESX 3.5でTSOを有効化する方法と効果について解説したい。TSOを有効/無効としたときのパフォーマンスについては実際に検証を行った結果をもとに説明する。

TCPのセグメント化処理をNICで実行

　初めにTSOについて説明しよう。ここでは簡単な説明にとどめるので，TSOの詳細に興味をお持ちの方は，この記事の最後にある別掲記事をご覧いただきたい。

　そもそもTCP/IPネットワーク通信では，CPUに負荷がかかる計算処理が少なからず発生し，この負荷は通信速度が上がるほど高まる。そこでネットワークの通信に伴う計算処理を，CPUではなくNIC上で行う仕組みが作られた。これは一般にネットワーク・タスクのオフロードと呼ばれる。

　TSOはこのネットワーク・タスクのオフロードの一種だ。図1に示すようにTSOを有効にすると，本来はCPU上で行われるTCPセグメント化処理をNIC上で行うようになる。TCPセグメント化とは，一つのパケットでは送信できない大きなデータを送信するとき，データを複数のTCPパケットに分割する処理である。

図1●TSO有効/無効時のTCPセグメンテーション化処理の流れ

[画像のクリックで拡大表示]

　単なる分割処理だと侮ってはいけない。意外に思われるかもしれないが，多数のTCPパケットが演算対象となるため「塵も積もれば山となる」と同様，トラフィック量によっては無視できない負荷になる。そこで，この処理をNICにオフロードすると，CPU負荷を大きく軽減することが期待できる。

物理と仮想の両NICでTSOを有効に

　TSOを有効にするにはNIC，NICのデバイス・ドライバ，そしてOSがTSOに対応していればよい。ESX 3.5では，ESXの中核部分であるVMkernelインターフェース上，および仮想マシン上のそれぞれでTSOを有効に設定できる。

　まず，VMkernelインターフェースでの設定について言及しよう。VMotionやIPストレージ処理を行う際に利用するVMkernelインターフェースでは，デフォルトでTSOが有効になっている。つまり，VMotionおよびIPストレージ処理のいずれにおいてもデフォルトで大幅なCPU負荷の軽減が見込めるであろう。

　VMkernelインターフェースでTSOが有効になっているかどうかを確認するには，サービス・コンソールで，以下のコマンドを実行すればよい。

　esxcfg-vmknic -l

　TSOが有効な場合は，TSO MSSが「40960」に設定されている（図2a）。一方，TSOが無効な場合は，TSO MSSが「disabled」になる（図2b）。