Amazon Elastic VMware Service における Memory Tiering でクラスター密度を高める

本記事は 2026 年 8 月 21 日に公開された「Increase your cluster density with Memory Tiering in Amazon Elastic VMware Service」を翻訳したものです。

Amazon Elastic VMware Service (Amazon EVS) で Memory Tiering を使ってクラスター密度を高めると、AWS インフラのコストを削減できます。Amazon EVS は VMware Cloud Foundation (VCF) 9.0 および 9.1 をサポートするようになりました。VMware Cloud Foundation (VCF) 9.0 で導入された Memory Tiering は、高速な NVMe デバイスを DRAM に加えて第 2 のメモリ階層として使用する ESX の新機能です。現在利用できる 2 つの Amazon EVS インスタンスタイプ (i4i.metal と i7i.metal-24xl) の両方で Memory Tiering を有効化できます。本記事では、Memory Tiering とは何か、クラスターのサイジング方法がどのように変わるか、そして Amazon EVS 上で稼働する VCF 9.1 デプロイで Memory Tiering を有効化・無効化する方法を詳しく説明します。

VCF 9.1 における Memory Tiering の概要

Memory Tiering は ESX カーネルに統合されたホストレベルの機能で、ハイパーバイザーに 2 つのメモリ階層を提供します。物理ホストの DRAM で構成される Tier 0 と、同じホストの NVMe で構成される Tier 1 です。メモリ管理層の階層化アルゴリズムは両方の階層のページアクティビティを監視し、頻繁にアクセスされる (ホットな) ページを DRAM に保持し、アクセス頻度の低い (コールドな) ページを低速な NVMe 階層に移動します。ホストのメモリ消費量が DRAM 容量の約 80% に達すると、コールドページの NVMe への階層化が始まります。ページの分類はアクセスの新しさとアクセス頻度の両方に基づくため、ワークロードが実際に使用するワーキングセットは DRAM に保持され、アイドル状態のメモリは低速な階層に置かれます。

Memory Tiering をメモリスワップと混同しないでください。スワップはランダムにページを選択し、ゲストストレージとデバイスを共有することが多い仕組みです。一方 Memory Tiering は専用の直接接続 NVMe とページエージング技術を使用し、極端な負荷時の安全弁としてだけでなく、予測可能なパフォーマンスを提供します。階層化の対象は VM のメモリページのみで、カーネルメモリは対象になりません。

VCF 9.1 では、Memory Tiering は vSphere Configuration Profiles (Desired State Configuration とも呼ばれます) を使用して構成し、クラスター内のすべてのホストに一貫して適用されます。ホストごとの ESX CLI コマンドやスクリプトを維持する必要はありません。VCF 9.1 では Tier 1 のソフトウェアミラーリングも追加され、追加の RAID ハードウェアなしで階層化されたメモリの冗長性を確保できます。

Amazon EVS が Memory Tiering をサポートする仕組み

Amazon EVS は、お客様の Amazon Virtual Private Cloud (Amazon VPC) 内でベアメタルインスタンス上に VCF を直接実行します。Memory Tiering は、Amazon EVS が現在提供する 2 つのインスタンスタイプ (i4i.metal と i7i.metal-24xl) の両方でサポートされます。どちらのインスタンスタイプの NVMe も、階層化によって生じる持続的な書き込みアクティビティに必要な書き込み耐性を備えているため、追加のドライブ適格性確認は不要です。

Amazon EVS のホストハードウェアと一般的なオンプレミスホストには、アーキテクチャ上の重要な違いがあります。オンプレミスでは、Memory Tiering 専用の NVMe デバイスをホストに追加できます。Amazon EVS では、両方のインスタンスタイプのローカル NVMe を、デプロイ時に vSAN が使用します。ドライブを Memory Tiering に使用するには、まず vSAN から取り除いてからメモリ階層に割り当てる必要があります。Amazon EVS はハイパーコンバージドストレージアーキテクチャを使用しているため、Memory Tiering に割り当てる容量は vSAN から取り除く容量になります。NVMe を Memory Tiering に使うか vSAN に使うかのトレードオフについては、次のセクションで詳しく説明します。

Memory Tiering がクラスターサイジングに与える影響

クラスターのサイジングで物理メモリが制約になる場合、Memory Tiering を使うとホストを追加せずにクラスターの実効メモリ容量を増やせます。Memory Tiering によってサイジングの計算や Amazon EVS でデプロイするホスト数がどう変わるかを理解しているかどうかが、計画的なデプロイと過剰コミットになったデプロイの分かれ目です。

2 つの階層が組み合わさって実効メモリになる仕組み

2 つの階層を組み合わせることで実効メモリが得られます。まず必要な数値は DRAM の総量、つまり高速な Tier 0 メモリです。次に必要な数値は、階層化に割り当てる NVMe デバイス、つまり Tier 1 メモリになる容量です。この 2 つの数値を組み合わせた最終的な数値が実効メモリで、ハイパーバイザーが VM に提供できる総量、すなわち DRAM と NVMe 階層を合計した値です。

合計に追加される NVMe デバイスの量は、1 つのホスト設定である DRAM-to-NVMe 比率で決まり、これはティアサイズの割合として表されます。Amazon EVS の VCF 9.1 では、デフォルトの 1:1 比率 (ティアサイズ 100%) が使用されます。1:1 比率を使用すると、NVMe 階層は DRAM と同じ量を提供します。DRAM が 1 TB のホストで 1:1 比率を使うと、NVMe 階層が 1 TB 追加され、実効メモリは 2 TB になります。これがデフォルト比率で実効メモリを 2 倍にする仕組みです。

以下の表は、ホストあたり 1 TB の DRAM を持つ 4 ホストクラスターの例です。計算をわかりやすくするために丸めた数値を使用しています。実際に環境をサイジングする際は、お使いのインスタンスタイプの実際の DRAM 容量に置き換えてください。

指標	Memory Tiering なし	Memory Tiering あり (1:1 比率)
DRAM (Tier 0)	4 TB	4 TB
NVMe 階層 (Tier 1)	0 TB	4 TB
実効メモリ (Tier 0 + Tier 1)	4 TB	8 TB (DRAM の 2 倍)

表 1: デフォルトの 1:1 比率によるクラスターの実効メモリ (4 ホストクラスターの例)

重要な制約はアクティブメモリ

アドレス可能なメモリを 2 倍にしても、適切な分析なしにすべてのワークロードを 2 倍にできるわけではありません。サイジングは、VM が現在使用しているページを示すアクティブメモリの指標に基づいて行います。アクティブメモリを、アイドルメモリを含む消費メモリと混同しないでください。ほとんどのワークロードでは、アクティブメモリは消費メモリの 10% から 30% の範囲に収まります。良好なパフォーマンスを得るには、ワークロードのアクティブメモリを DRAM 階層内に収める必要があります。Broadcom のガイダンスでは、階層化導入前のアクティブメモリが既存の DRAM 容量の 0% から 50% の範囲にあるホストやクラスターを特定し、機能を有効化した後もアクティブメモリを DRAM の約 50% 未満に保つことを推奨しています。

この目安を 4 ホストの例に当てはめてみましょう。階層化導入前のクラスターが消費率 80%、アクティブ率 20% で稼働しており、階層化後に VM 密度を 2 倍にしたとします。消費メモリは 3.2 TB から 6.4 TB に増加しますが、これは 8 TB の実効容量で吸収できます。アクティブメモリは 0.8 TB から 1.6 TB に増加し、これは 4 TB の DRAM 階層の 40% で、50% の目標値内に収まっています。この構成例では、アクティブメモリを DRAM 内に保ったまま、クラスターで VM を 2 倍収容できます。

指標	導入前 (ベースライン)	導入後 (VM 密度 2 倍)
消費メモリ	3.2 TB	6.4 TB
アクティブメモリ	0.8 TB	1.6 TB
DRAM に対するアクティブメモリの割合	20%	40% (目標値 50% 未満)

表 2: アクティブメモリが DRAM 内に収まる場合の統合の余地

Amazon EVS における vSAN のトレードオフ

Amazon EVS では、この追加メモリは無償で得られる容量ではありません。vSAN はデプロイ時にすべてのローカル NVMe を確保するため、Memory Tiering に再割り当てするドライブはすべて vSAN データストアから取り除かれることになります。4 ホストの例では、ホストあたり 1 TB の NVMe をメモリ階層に移動すると、クラスターの vSAN 生容量が 4 TB 減少します。つまり、ストレージ容量とメモリ容量を交換していることになります。

機能を有効化する前に、vSAN に制約がないことを確認する必要があります。回収を予定しているドライブを失っても十分な空き容量とポリシー上の余裕が vSAN データストアにあるか、また完全なデータ退避後もストレージ容量がワークロードと可用性の要件を満たし続けるかを確認してください。クラスターの vSAN 容量にすでに余裕がない場合、ストレージの問題を解決するまでは Memory Tiering が適切な選択ではない可能性があります。ローカルストレージの減少による影響を抑えるために、Amazon FSx for NetApp ONTAP のような外部ストレージを追加することもできます。

ガイダンス

別の設定を裏付けるアクティブメモリの履歴データがない限り、デフォルトの 1:1 DRAM-to-NVMe 比率を使用してください。NVMe 階層のサイズは DRAM と同等以上にする必要があります。
Memory Tiering が有効な場合はメモリオーバーコミットを使用しないでください。2 つの仕組みは互いに競合し、負荷がかかった際にパフォーマンスを低下させる可能性があります。
ページを NVMe 階層から取得する必要があるため、vMotion や DRS の操作にかかる時間は長くなります。ただし、移行中に稼働中の VM のパフォーマンスへの影響はほとんどありません。
本記事の前半で説明した、放棄する vSAN 容量を、サイジングを行うたびに必ず考慮してください。

Amazon EVS の VCF 9.1 デプロイで Memory Tiering を有効化する

Amazon EVS で Memory Tiering を有効化する作業は 2 段階のプロセスです。まず NVMe デバイスを vSAN から回収し、次にクラスター全体に適用する Desired State Configuration のドラフトでメモリ階層を構成します。構成の適用時にホストがメンテナンスモードに入るため、これらの手順は通常無停止で実行できますが、スケジュールされたメンテナンスウィンドウ内で実施することをお勧めします。

前提条件

Amazon EVS (i4i.metal または i7i.metal-24xl) 上で稼働している VCF 9.1 デプロイ
クラスターの構成プロファイルを管理する管理者権限
各ホストのメンテナンスウィンドウ中に自動化がワークロードをライブマイグレーションできる、vMotion 対応の VM
回収予定のドライブの完全なデータ退避を吸収できる、十分な vSAN の空き容量

ステップ 1: vSAN から NVMe ドライブを削除する

vSAN Disk Management showing host disk list

図 1: vSAN ディスク管理、ホストディスク表示

Selecting NVMe disk for removal from vSAN

図 2: 削除する NVMe ディスクの選択

Full data evacuation option selected

図 3: 完全なデータ退避を選択

vSAN disk removal in progress

図 4: ディスク削除の進行状況

vSAN resync status after disk removal

図 5: vSAN 再同期のステータス

vSAN disk group after NVMe removal

図 6: NVMe 削除後のディスクグループ

ステップ 2: vSphere Configuration Profiles を有効化して Desired State を作成する

vSphere Configuration Profiles option in cluster Configure tab

図 7: Configure タブの vSphere Configuration Profiles

Figure 8: Creating configuration from a reference host

図 8: リファレンスホストからの構成の作成

Figure 9: Pre-check results

図 9: 事前チェックの結果

ステップ 3: ドラフトを作成して MEMTIER を構成する

MEMTIER setting in Desired State draft editor

図 10: ドラフトエディタの MEMTIER 設定

Figure 11- NVMe configuration settings

図 11: NVMe 構成設定

Figure 12- Host-specific device selection

図 12: ホスト固有のデバイス選択

Memory Tiering configuration summary

図 13: 構成の概要

ステップ 4 (オプション): ソフトウェアミラーリングを有効化する

冗長性を確保するには、ホストごとにプライマリのミラーとして 2 台目の NVMe デバイスを選択します。ホストごとに同等容量の NVMe デバイスが 2 台必要で、いずれも vSAN から回収したものを使用します。

ステップ 5: 事前チェック、適用、確認

Apply Changes and Remediate action

図 14: 変更の適用と修復

Figure 15- Host remediation progress

図 15: ホストの修復の進行状況

Cluster Summary tab showing Tier 0 and Tier 1 memory capacity

図 16: Memory Tiering の容量を示すクラスターサマリー

Amazon EVS の VCF 9.1 デプロイで Memory Tiering を無効化する

Memory Tiering を無効化する作業は、有効化の手順を逆に行うものです。Desired State のドラフトで memtier 設定を無効にし、必要に応じて回収した NVMe デバイスを vSAN に戻してストレージ容量を復元します。有効化と同様に、修復中はホストがメンテナンスモードに入る必要がありますが、これらの手順は通常無停止で実行できます。スケジュールされたメンテナンスウィンドウ内で実施することをお勧めします。

ステップ 1: Desired State のドラフトで MEMTIER を無効化する

Desired State > Configuration > Draft > Create Draft の順に進みます。MEMTIER を選択し、enable を FALSE に設定します。保存して事前チェックを行い、Apply Changes and Remediate を実行します。ホストは順番に修復されます。

ステップ 2 (オプション): NVMe ドライブを vSAN に戻す

ストレージ容量を回復したい場合は、cluster > Configure > vSAN > Disk Management から解放された NVMe デバイスを vSAN のディスクグループに戻し、vSAN のリバランスを実行させます。

ステップ 3: 確認する

クラスターの Summary タブで Tier 1 の容量が表示されなくなっていること、ドライブを戻した場合は vSAN の容量が復元されていることを確認します。

まとめ

本記事では、VCF 9.1 における Memory Tiering とは何か、ESX カーネルが自動管理する第 2 のメモリ階層として NVMe を提供する方法、そして Amazon EVS が i4i.metal と i7i.metal-24xl で Memory Tiering をサポートする仕組みを説明しました。デフォルトの 1:1 比率で実効メモリが 2 倍になる一方、アクティブメモリは DRAM 内に収める必要があるというサイジングの計算方法も確認しました。また、Amazon EVS 特有のトレードオフ、つまり vSAN がローカル NVMe を所有しているため、Memory Tiering に割り当てる容量は vSAN から取り除く容量になるという点も見てきました。最後に、vSphere Configuration Profiles と vSAN のディスク管理ワークフローを使用して、Memory Tiering を有効化・無効化する手順を確認しました。

Memory Tiering を使うと、アクティブメモリが DRAM 内に収まり、vSAN データストアが再割り当てされた容量を吸収できるという条件のもとで、インスタンスタイプを変更したりノード数を増やしたりせずに、Amazon EVS クラスターの実効メモリを増やし、ハードウェアとライセンスのコストを削減できます。メモリの両階層と VM のストレージ要件を考慮してサイジングを行い、有効化後はクラスターの Summary タブでアクティブメモリの利用率を確認して、Memory Tiering が環境で効果を発揮しているかを確かめてください。

著者について

翻訳はパートナーソリューションアーキテクト豊田が担当しました。原文はこちらです。

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