サーバーの仮想化

• 物理サーバーを集約してリソースの有効活用をはかる
  • CPU, I/O, ネットワークバウンドなど色々なワークロードのサーバーを集約することでリソースを無駄なく使う

仮想化の方式

• 仮想マシン方式
• OS仮想化
• パーティショニング方式

仮想マシンの種類

• ホストOS型: Linux 上で仮想化アプリケーションを動作させ、その上で仮想マシンを稼働させる方式
  • VMware Server とか
• ハイパーバイザ型: ハードウェア上で直接仮想化ソフトウェアを配置し、すべての OS を仮想化環境で動作させる方式
  • ハイパーバイザ型でのデバイスへのアクセスの方式として以下の2つの方針がある
    • ハイパーバイザにデバイスドライバを組み込む
    • ドライバを一元管理するOSである Dom0 を用意し、仮想マシンは Dom0 のドライバを利用してハードウェアにアクセスする
  • ESXi などはハイパーバイザを肥大化させないためにサポートするハードウェアを限定している。Xen, Hyper-V などは Dom0 のドライバーを利用しているためハードウェアへの制約がゆるい

ハイパーバイザー型の仮想マシン

• BIOS上で直接仮想化ソフトウェアを動作させ、その上で仮想マシンを稼働させる
• ホストOS型よりパフォーマンスが高い
• 完全仮想化から準仮想化への流れがある
  • 完全仮想化はハードウェアを仮想環境上にエミュレートするが、準仮想化は仮想環境に都合の用意仮想ハードウェアをエミュレートすることにより、シンプル化を図るもの
  • 準仮想化はスーパーバイザは、ゲストOSのカーネルに変更を加えることによりハードウェアをエミューレトするオーバーヘッドを軽減させている
  • I/O以外の処理について、ゲストOSは、ハイパーバイザコールによりハードウェア操作の要求して、ハイパーバイザが直接ハードウェアを操作する
  • I/O処理に関してはハイパーバイザコールを呼び出された後、ホストOSが直接ハードウェアをいじる
• 完全仮想化ハイパーバイザ
  • VMware ESXi
  • Hyper-V
• 準仮想化ハイパーバイザ
  • Xen
    • 仮想環境を実現するのに都合のよい仮想的なハードウェアをエミュレートする
    • 実在のハードウェアを完全には仮想化せず、あくまで扱いやすくするに留めていて、これにより完全仮想化に比べてオーバーヘッドを減らしている
    • Domain0 上の Linux カーネルが物理デバイスの制御と Xen の管理を行なっている
    • 物理マシン間で仮想マシン環境をマイグレーションできる

準仮想化ハイパーバイザ

• 製品例
  • Xen
  • KVM

アプリケーションに対しOSを仮想化する方法

• 物理パーティショニング: 物理サーバーのリソースを塊として、物理的なブロックで分割する
  • PPAR(IBM)
  • nPartition(HP)
• 論理パーティショニング: CPU, メモリブロック単位で分割する
  • vPar(HP)
  • LPAR(IBM)

ネットワークの仮想化

ネットワークまわりについての仮想化について、ベーシックな各技術をまとめておく。
ひとくちにネットワーク仮想化といっても以下のように分類できる

• ネットワーク経路の仮想化: VLAN, VRF, VPN
• ネットワーク機器の仮想化: LB, ブレードサーバー

物理的な配線などを考えずに、仮想化によりネットワーク構成を変更し、コストを減らす、変更に強くする

ネットワーク経路の仮想化

VPN

• パケットをカプセル化し暗号化することにより、仮想的な専用回線によるセキュアな通信を可能にする
• 主に IPSec

VLAN

• 基本的にイーサネットフレームに VLAN タグを付加して宛先の VLAN を指示する（VLAN タギング）仕組み
• 論理ネットワークを構成してブロードキャストドメインとを分割するような使い方をする
• ブロードキャストドメインを分割すると、不要なパケット配信や ARPING を抑制でき、ネットワークやサーバーのコンピューティングパフォーマンスが向上する
• サブネッティングすることにもなるため、アクセスコントロールにも使える
• VLAN のバリエーション
  • ポート VLAN: ポートに VLAN 番号を割り当てる
  • MAC VLAN: MAC アドレスと VLAN の対応関係を設定することにより、ポートによらず機器に対して VLAN を割り当てられる
  • サブネット VLAN: 送信元 IP アドレスに VLAN を関係付ける
  • プロトコル VLAN: プロトコルに応じて VLAN をひもづける
• L3 スイッチにより VLAN 間のルーティングを行う

ネットワーク機器の仮想化

ルータ

• VRF(Virtual Routing and Forwarding)
• MPLS(Multi-Protocol Label Switching)

ロードバランサー

いろいろな機能がある（多機能だと高い）

• 個別のサーバーに依存せずに付加を分散する装置
• L4, L7（コンテンツスイッチング）
• ヘルスチェック
• スティッキーセッション

ブレードサーバー

• 仮想化ネットワーク環境
• ブレードサーバーをバーチャルコネクトイーサネットモジュールで束ねる
• MAC アドレスを仮想化できる、故障時にネットワーク接続性を再構成できるようになっている

ストレージの仮想化

• ストレージを集約しリソースの有効活用する
• ひとつのストレージを複数の仮想的なストレージに見せる