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I/O仮想化技術の詳細

2010年7月12日(月)
尾方 一成

XSIGOによるI/O仮想化の概要と構成要素

仮想I/Oでは、すべてのストレージ接続とネットワーク接続を、サーバーごとに1本(または冗長ケーブルを含め2本)のInfiniBandケーブルにまとめます。これにより、ケーブル配線の数が少なくて済み、いつでも必要なときに仮想的に「接続」を追加できるようになります。

サーバーOSやSANストレージから見ると、従来の物理I/Oと同じように使えます。このうえで、アダプタ・カードやケーブル、エッジ・スイッチといった物理的なコンポーネントを大幅に削減します。

I/O仮想化を構成する要素は、以下の通りです(図4)。

図4: Xsigo SystemsによるI/O仮想化の構成要素
(1)I/O仮想化コントローラ(I/O仮想化装置)
NICやHBAの機能を持ったI/Oモジュールを仮想化し、サーバーに仮想I/Oを提供します。サーバーは、InfiniBandアダプタ・カードとInfiniBandケーブルを介して、I/O仮想化コントローラに接続します。各サーバー上に作られる複数の仮想I/Oは、それぞれ独立した仮想リンクにより、I/Oモジュール上の物理ポートにつながります。外部のイーサネット・スイッチとSANデバイスには、従来のイーサネット・リンクとFCリンクを介して接続します。
(2)高速サーバー・ファブリック
各サーバーは、20GbpsのInfiniBandリンクを介して、I/O仮想化機器に接続します(冗長構成時には、2台のI/O仮想化コントローラを介して、個別のリンクで各サーバーに接続します)。このリンクは、FCトラフィックとイーサネット・トラフィックを統合し、かつ、マルチポイント接続が可能です。
(3)ホスト・チャネル・アダプタ(HCA)
各サーバーに搭載された1枚のカード(冗長用には2枚)により、I/O仮想化コントローラに接続します。現在、1ポートあたり40Gbpsの帯域が使えます。
(4)仮想NIC(vNIC)
アプリケーション、OS、ハイパーバイザから、物理ネットワーク・アダプタとまったく同様に認識されます。仮想NICは、次のような特長を備えています。
  • オンデマンド拡張: オンラインで作成でき、サーバーを再起動する必要がありません。
  • 拡張性: サーバー1台に対して、16の仮想NICを作成できます。
  • 可動性: 仮想サーバーのマイグレーションと同様、物理サーバー間で容易に移行できます。
  • 識別情報の保持: サーバーを再起動した場合でも、サーバー間で仮想NICを移行させた場合でも、仮想NICは、MACアドレス(イーサネット・アドレス)や固定IPアドレスを、永続的に保持します。このため、ネットワーク構成に影響を受けることなく、容易にサーバーI/Oを再構成できます。
(5)仮想HBA(vHBA)
仮想HBAは、物理HBA(ホスト・バス・アダプタ)とまったく同様に認識されます。仮想NIC同様、オンデマンドの拡張に加えて、拡張性と可動性を備え、FCのアドレスであるWWN(World Wide Name)を永続的に保持します。

XSIGO I/O仮想化の特徴

XSIGOによるI/O仮想化の特徴は、以下の通りです。

(a)オンラインでI/Oを増設できる
InfiniBandで接続した個々の物理サーバーごとに、20Gbpsの帯域幅をあらかじめ提供します。物理サーバー側では、このI/O帯域を、仮想サーバー間で共有します。従来のI/Oでは、搭載されたアダプタ・カードに依存した限られた帯域幅しか提供できませんでした。一方、仮想I/Oの場合、その時に有効なすべての帯域を、特定の仮想サーバーに割り当てることができます。さらに、すべての作業はリモートから、サーバーを再起動することなくオンラインで実行可能です。
(b)リソースを分離できる
標準のあらゆるX86系サーバー、ストレージ、OS(Windows、Linux、ESX、Hyper-V、Xen Server、Open Solarisなど)から利用できます。また、セキュリティ上の観点から、システムごとまたは仮想サーバーごとにネットワーク接続を分離独立させることが可能です。個々の仮想NIC/HBAは、物理NIC/HBAを用いた場合と同様に、互いのリンクを分離できます。

図5: サーバーのI/Oを1つに束ねてネットワーク接続を集中制御する(クリックで拡大)
(c)サービス品質(QoS)を設定できる
QoS機能により、個々の仮想NICと仮想HBAに対して、優先制御や帯域制御の設定が可能です。リソースが競合した場合でも、あらかじめ設定した帯域幅が保証されるため、想定通りのアプリケーション・パフォーマンスを確保できます。スループットは、ハードウエア処理によって保証され、ユーザーが定義する以下の設定値で制御します。
  1. CIR(最低帯域保証値) - 回線混雑時でも、最低限保証する帯域幅
  2. PIR(最大利用帯域値) - 回線が空いている時に消費できる最大の帯域幅

図6: 個々の仮想サーバーごとにI/O帯域を割り当てる
シーゴシステムズ・ジャパン株式会社 代表取締役

国内システムインテグレータでの基幹システム開発エンジニアの経験を経て、その後米国通信機器ベンダーで営業・マーケティングを担当。2007年にシーゴシステムズ・ジャパンに入社し、現在に至る。Mr. I/O(Issei Ogata)として、「I/O仮想化」の普及に奔走する毎日。www.xsigo.co.jp/

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