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2008年1月17日 09:00 |
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オープンソースソフトウェアで実現するサーバー仮想化技術――3
著者: 山��靖之 プリンター用 記事を転送
▼2008年1月17日 09:00 付の記事
□国内internet.com発の記事
前回のコラムでは、
サーバー仮想化がもたらすメリットと、
それを実現する仮想化ソフトの種類について触れてきました。
今回はサーバー仮想化を実現する OSS の仮想化ソフトを紹介します。
そしてサーバー仮想化の延長線上にあるサーバー運用の未来を考察して、
サーバー仮想化のコラムを締めくくりたいと思います。
OSS のサーバー仮想化ソフト
代表的な OSS の仮想化ソフトとして、
仮想マシン（ハイパーバイザー）タイプの Xen や、
OS 仮想化タイプの OpenVZ、Linux-Vserver などがあります。
これらは GNU GPL ライセンスの下で提供され、自由に入手、配布、改変できます。
その他にも、
Linux カーネル 2.6.20 から実装された仮想化機能である KVM（Kernel Virtual Machine）などもあります。
カーネルモジュールをロードすることで Linux カーネルをハイパーバイザーに変換し、その上でゲスト OS を動作させるというもので、
プロセッサの仮想化支援機構の利用を前提にしています。
KVM は、まだまだ発展途上ですが、
今後の開発に期待がよせられています。
本稿では、利用実績の多い Xen と OpenVZ を紹介します。
2つの仮想化ソフトは根本的に仕組みが異なります。
ユーザー空間を仮想分割する OpenVZ に対して、
Xen はカーネル空間を複数持つ仕組みで仮想化を実現します。
Xen
Xen はイギリスケンブリッジ大学の研究プロジェクトとして始まり、
そのプロジェクトメンバーによって創立された XenSource が中心となって、
開発が進んで来ました。
2007年8月に、Citrix Systems が XenSource の買収を発表し、
同年10月に買収を完了しました。
すでに同社から XenServer などの商用製品がリリースされておりますが、
Xen のオープンソース開発に関しては、
Xen コミュニティによる開発が継続しております。
その他にも Xen をベースにした商用仮想化ソフト製品は多数あります。
Red Hat や SuSE の商用ディストリビューションに採用されている以外にも、
VirtualIron や OracleVM などもあり、
Xen はもっとも注目されている仮想化技術です。
Xen は、準仮想化と呼ばれる実装手法を標準採用しており、
実在のハードウェアを完全にエミュレートする代わりに、
仮想ハードウェアを再定義します。
この仮想ハードウェアは、実在のハードウェアに似ていますが、
操作をするためにはハイパーバイザーコールを呼び出す必要があり、
このハイパーバイザーコールの要求に応じて、
仮想マシン環境に変更を加える方法で仮想化を実現しています。
この実装手法は、
エミュレーションのオーバーヘッドを最小限に抑えることができるため、
性能面で大きなアドバンテージがありますが、
OS を Xen 仮想ハードウェア上に移植する必要があります。
また、Xen はハードウェアの完全仮想化も提供しており、
これを利用すると、
実ハードウェア用に用意された OS をそのまま Xen 上で動作させることが可能となります。
しかし、完全仮想化を用いるためには Intel VT、
もしくは AMD-V 対応のプロセッサ（CPU）が必要となります。
完全仮想化と準仮想化の違いは、以下になります。
準仮想化（Para Virtualization）
- ほとんどのハードウェアは仮想化されている
- パフォーマンスがほとんど劣化しない
- OS を修正する必要がある
完全仮想化（Fill Virtualization）
- ゲスト OS からは完全なハードウェアとして認識される
- ハードウェアをソフトウェアでエミュレートする
- パフォーマンスの劣化がある
- Intel VT/AMD AMD-V によって問題はある程度解消
OpenVZ
OpenVZ（Open Virtuozzo）は、
SWsoft によって開発された独自の仮想化技術を用いて Linux を分割することで、
上位のソフトウェアから見ると、
複数の独立した OS インスタンスが存在しているように見せる、
OS 仮想化ソフトです。
商用版 Virtuozzo の仮想化エンジンに使用されており、
1台のサーバーのハードウェア共有と管理向上を実現するために、
複数の独立した Virtual Private Server（VPS）を提供します。
それぞれの VPS は個々のサーバー再起動、root 権限、ユーザー、IP アドレス
メモリ、プロセス、ファイル、アプリケーション、システムライブラリ、
設定ファイルを持つことができます。
ゲスト OS というものが存在しないため、
その切替え（バイナリトランスレーション）といったオーバーヘッドが発生しにくい構造になっており、
ゲスト OS に相当する仮想サーバー部分
（設定ファイル、ライブラリー、コマンド群）は、
テンプレートとして用意されています。
仮想サーバーの OS 部分に相当するサイズは、
Xen などと比べると小さなものとなっているのも特徴です。
OpenVZ のコンセプトは、Xen などの仮想マシンとは違い、
カーネルはホストシステムと同じものを使用します。
このシングルカーネルのテクノロジーは、
オーバーヘッドをほとんどゼロに近くさせ、
パフォーマンスを向上させます。
OpenVZ や、商用製品である Virtuozzo は、
ホスティングサービスでの利用を想定して開発されています。
日本国内でも、
多くのホスティング事業者でこれらの仮想化ソフトが利用されています。
仮想化ソフトの選択
OSS の仮想化ソフトとして Xen と OpenVZ を紹介してきましたが、
実際にサーバーを仮想化する際に、
どちらの仮想化技術を選択すればよいのでしょう。
選択のポイントは、仮想化しようとするサーバーの状況により異なります。
複数の OS を実行する必要がなく、
単純に複数のゲスト環境を必要とする場合、
最小限のオーバーヘッドで大部分のハードウェアをサービス間で分割する OpenVZ が適しています。
同一の Linux バージョンで構成される Web ファームなどがそれにあたります。
ホスト上で Linux 以外の OS を実行したい場合や、
複数の異なるバージョンの Linux を実行したい場合は、Xen が最適です。
OpenVZ では複数の OS を実行することができません。
さらに、サーバーを仮想化する際に、
各ゲスト OS（サーバー）のピーク負荷を分析し、
ゲスト OS ごとに適切にリソースを配分することで、
理想的な仮想システム環境となります。
Xen や OpenVZ には、
サーバーを効率的に管理する機能として、
ライブマイグレーションと呼ばれる機能が提供されています。
これは、稼働中の仮想サーバーを停止することなく、
他の仮想マシンに移動する機能で、
これにより、
物理マシンの増設・アップグレードといったサーバーのメンテナンスなどによる、
システム停止が不要になります。
物理マシンの制約から開放され、保守性が向上します。
これ以外にも、
サーバー仮想化はシステム管理に対する様々な機能を提供してくれます。
仮想環境の管理
OSS の仮想化ソフト Xen や OpenVZ の他にも、
商用の仮想化製品である VMware や Virtuozzo など、
様々な仮想化ソフトが存在しています。
これらのソフトウェアは、それぞれに特徴をもっており、
サーバー運用の状況やサーバーが提供するサービスの種類によって、
推奨される仮想化ソフトは異なります。
ここで問題になるのが、
複数の仮想化ソフトを採用した場合の仮想化システムの管理です。
最近では、
システム運用管理の標準化団体 DMTF（Distributed Management Task Force）による、
仮想環境の相互運用性を高めるための標準化が進められております。
DMTF は、
昨年末に仮想サーバー管理を支援する標準プロファイルのセットをリリースしました。
これにより、仮想システムの検出、ライフサイクル管理、
仮想リソースの作成・修正・削除、
仮想システムの健全性とパフォーマンスの監視といった機能が対応可能となり、
管理情報を相互運用可能な形式でやり取りできるようになります。
標準プロファイルセットは以下の5種類があります。
1.System Virtualization Profile
2.Virtual System Profile
3.Generic Device Resource Virtualization Profile
4.Resource Allocation Profile
5.Allocation Capabilities Profile
これらのプロファイルの開発には、
仮想化ソフトのメーカーと管理製品のベンダーが参加しており、
各社は DMTF の標準を自社製品に組込む作業に取組んでいます。
近い将来、仮想環境における物理リソースと仮想リソースの管理は簡素化し、
拡張されていくものと思われます。
仮想化の先に
IT 基盤の仮想化が普及し、
管理効率が向上した先にはどんな未来があるのでしょう。
仮想上の OS （イメージファイル）は、
標準化の推進により相互運用性が向上して行くことが予想されます。
前述のライブマイグレーションの機能をはじめ、
バックアップ、ディザスタリカバリ、
クラスタリングなど多くの機能は、
各社が提供する仮想システム運用ツールによって統合的に管理されています。
その先には、
ゲスト OS の動的再配置であるプロビジョニングや、
ワークロード監視によるシステムリソースの動的再配置、
障害時自動復旧など、
現存する要素技術の組み合わせにより実現可能となっています。
数年前にほとんどのシステムベンダーが提唱していた自律コンピューティングを実現させるための環境は、
仮想化技術の延長線上で実現します。
近い将来、
人手によるハードウェアの増設、
メンテナンス以外の OS を含むソフトウェアは自動化され、
自律コンピューティングによりシステムが運用される日がやってくるでしょう。
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