ハイエンドNICは実際にどの程度ネットワークスループットを向上させるのか？：Validation Case Study（1/2 ページ）

オンボードのNICとデスクトップ用のハイエンドNICはどの程度性能が違うのだろう。幾つかのベンチマークテストを通して、その性能差を検証してみよう。価格にふさわしい性能差はあるのだろうか。

[Ben Martin，Open Tech Press]

　マザーボードに標準で搭載されているギガビットNIC（Network Interface Card）をIntel製ハイエンドデスクトップ用NICに置き換えた場合、具体的にどの程度の機能向上が見込めるのだろう？　今回わたしは、2つの一般的なマザーボードにオンボードで搭載されたギガビットNICおよび、これらをIntel製PCIeデスクトップ用ギガビットNICに置き換えた場合とを比較対象とし、ネットワークを介したNFS共有アクセスに特化したベンチマークを実行してみた。その結果を簡単にまとめると、連続的なリード／ライト処理のスループットはそれほど向上しなかったものの、レイテンシ（待ち時間）がかなり改善されたため、ネットワークの往復を伴うファイルの作成、削除、シークなどの処理が高速化することが判明したのである。

　今回のベンチマークテストに使用した2台のマシンはそれぞれ、AMD Athlon64 X2 4200+およびIntel Core 2 Quad Q6600を搭載したP35マザーボードを使用している。このうちAMDマシンはNvidia CK804 Ethernet Controller（rev a3）とforcedethドライバという組み合わせで、IntelマシンはMarvell Technology Group Ltd. 88E8056 PCI-E Gigabit Ethernet Controller（rev 12）とsky2ドライバという組み合わせである。

　これらの比較対象に選んだNICSは、2枚のIntel Pro/1000 PTギガビットPCIe NICである。特に言及しない場合、ここでのテストは2つのコンピュータ間をDLink DGS-1008Dギガビットスイッチでつないだ結果を示している。またこれらの2つのテストマシンを除き、このスイッチにはほかの負荷は掛からないようにしてある。なおスイッチを介さない状態でIntel NICに対して幾つかのテストも実行したが、その際にはレイテンシは10〜20％程度向上したものの帯域幅は大差なかった。

　ベンチマーク測定用ツールとして使用したのは、lmbench（バージョン3.0-a9）、fio（バージョン1.18）、bonnie++（バージョン1.03）である。lmbenchではさまざまなマイクロベンチマークを実施できるが、ここではネットワークに関連する項目として、ネットワーク帯域幅を計測するbw_tcpおよび、TCPとUDP通信のネットワークレイテンシをそれぞれ計測するlat_tcpとlat_udpに注目した。同じくfioおよびbonnie++で計測したのは、NFSを用いて共有されたRAID5アレイに格納されているファイルシステムへのアクセスパフォーマンスである。またfioによる計測は主として、NFS共有されたファイルシステムに対する一般的なアクセスパターンがNICの違いによりどのように変化するかの確認に使用している。

　最初に行ったのは、各マシンの発揮可能な最大パフォーマンスを確認しておく目的でそれぞれのローカルホストに対して実施した、lmbenchによるテストである。

ベンチマーク／マシン	AMD X2 4200	Intel Q6600
bw_tcp（Mバイト／秒）	766	1298
lat_tcp（マイクロ秒）	31.8	29.8
lat_udp（マイクロ秒）	31.9	30.2

各マシンのローカルホストに対するlmbenchネットワークマイクロベンチマーク

　マザーボードNICを介して通信させた場合、bw_tcpは109.43Mbps、TCPレイテンシは1459マイクロ秒、UDPレイテンシは1129マイクロ秒というテスト結果となった。次にIntel NICを介して同じテストを実施した場合、bw_tcpは87.47Mbps、TCPレイテンシは121マイクロ秒、UDPレイテンシは100マイクロ秒というスコアを出している。ここではネットワークレイテンシが大幅に改善されているが、この結果はマザーボードのオンボードNICに接続し直した上で再検証してある。またbw_tcpについてはマザーボードNICを使用した場合よりもIntel NICを使用した場合の方が悪化しているが、この結果はジャンボ（jumbo）フレームの有効化やe1000モジュールパラメータ（InterruptThrottleRate、RxDescriptors、TxDescriptors）の変更をしても劣ったままであった。そのほかIntelのWebサイトから入手したドライバe1000-7.6.15.4も試してみたが、その場合もIntel NICでのbw_tcp値87.5Mbpsに対する大幅な改善は成されていない。結局、Intel NICを使用することでレイテンシは1桁短縮されるものの、最大スループットについてはオンボードNICのレベルに戻すことはできなかった。Intel NICでこうした悪化が生じる理由は今のところ不明である。

　fioを用いたベンチマークでは、1024Mバイトファイルの連続リード、128Mバイトファイルのランダムリード、512Mバイトファイルのランダムなリード／ライトをテストした。その結果、Intel NICを使用した場合はランダムリード／ライトでのパフォーマンス向上が成されているが、これはおそらく同NICによるレイテンシ改善の恩恵を受けているのだろう。Intel NICの最小スループットは、ランダムリードではマザーボードNIC使用時の約2倍に向上しているものの、ランダムリード／ライトでは逆に悪化している。

NIC	マザーボードNIC			Intel Pro/1000 PT
結果（Mbps）	min	max	aggrb	min	max	aggrb
連続リード	77.1	113.8	102	96.4	102.8	99.6
ランダムリード	6.7	16.7	13.5	15.6	17.4	16.2
ランダムリード/ライト	13/0	15.3/15.3	5.5/5.5	8/0	16.1/15.4	5.5/7.1

NFS共有した3ディスクRAID5に格納されたファイルシステムに対するfioベンチマーク