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仮想化環境におけるストレージの役割お客様への仮想化関連コラムをご紹介します。

本ページに記載された技術情報は記事が出稿された時期に応じて推奨システムに対する考え方や実現方法が書かれています。
したがって、最新技術でのシステム構築を前提とし、この情報を利用する場合、その記事が時代に沿わない内容となる事もありますので予めご了承ください。

 

vmware technology alliance PARTNER
 

先般、ニューテックは、VMware社のテクノロジアライアンスパートナー(TAP)として登録されました。VMware社は仮想サーバ技術を効果的に活用したソフトウェアでのシステムコンソリデーション(集約化)に対する幅広いソリューション製品をいち早くから提供し、現在のサーバ仮想化製品市場のリーダー的存在となっています。
これまで豊富なストレージシステムの構築・保守経験を持つニューテックは、今回のTAPプログラム登録により、VMware社との関係を強化し、VMware環境における総合的なストレージソリューションの販売を加速していきます。そこで、本コラムでは「サーバ仮想化の概要」と「サーバ仮想化に対するストレージの関わり方」について取り上げてみたいと思います。

 

近年のITシステムの抱える課題

情報技術分野においてサーバやストレージ、アプリケーションなど、多種多様な場面で「仮想化」と呼ばれる技術が大きな話題になっています。

その中でも特に現在の主流として、話題の中心となっている分野が「サーバ仮想化」です。サーバ仮想化に関しての注目度の高さは、国内企業向けに「仮想化技術導入の予定」についてアンケートを実施すると、「仮想化技術の導入を評価、もしくは検討中」という回答が約半数もしくは半数以上を占めているといった状況からもうかがい知ることができます。サーバ仮想化導 入がこれほどまでに注目されはじめている理由には、その背景としてビジネス面とシステム面の両方で、変化に強いITシステムを必要とする状況の広がりがあります。

現在、IT部門において一般に考えられる課題として、下記のような内容があげられる場面が多くなってきています。

 

  • TCO削減
  • 余剰システム・リソースの有効活用
  • 環境保護の観点から見た際のITインフラの低減(グリーンIT)
  • ビジネスの継続性(高可用性・災害対策)
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    これまでのITシステムでは、業務やサービスといったアプリケーションをひとつ増やすたびに新規サーバの増設や既存システムの拡張といった形での対応をせまられていました。こうしたシステムの管理は各々の個別対応を強いられてしまい、システム全体としての柔軟性を欠いているうえに、当然、増設・拡張をした部分にはハードウェア保守費などのコスト増加が発生してしまいます。運用者の作業・工数面においても、ハードウェアメンテナンス作業やオペレーティング・システム(以下、OS)のパッチ管理といった部分で負担が大きくなる一方です。また、システムの増設・拡張をする場合、必ずしもそれが的確になされているというわけではありません。稼動アプリケーションに対して、必要以上のハードウェアを用意されてしまうこともあれば、また逆に運用段階に入る直前に必要としているサービスレベルと比べてみると、実はハードウェアの不足が発生していることがわかり、急な段階でのさらなる追加投資が必要となる、というような各システムでのハードウェアの過不足が発生してしまうようなケースもあります。

    システム導入に関する正確なサイジングは容易ではなく、システム管理者の大きな悩みの種でもありました。そのような状態が繰り返されていく中で、サーバAではシステム・リソース使用率が50%程度、サーバBではシステム・リソース使用率10%程度、サーバCではシステム・リソース使用率90%というような形で、システムごとのリソース使用率にばらつきが生じてしまい、実際に必要とされる需要とそれに対する供給とのバランスをとることの出来ない状況が顕著となって表れてきてしまいました。

    そこで、IT部門では、こうして数多く抱えてしまっている現在の課題を解消するため、限られた予算の中でも品質レベルを劣化させることなく、システムの見直しをする必要が出てきました。このような厳しい要求に応えるために仮想化技術の持つ特徴を有効的に利用することで、サーバの統合・集約を行い、システム全体の簡素化をする、すなわちシステムコンソリデーションに対しての注目が集まり始めるようになってきたのです。実際に現在の仮想化技術はこれらのシステム構築の際に発生する弊害の大部分を解消・低減をする十分な可能性を持っています。もちろん、仮想化技術を導入すれば、単純にそれだけですべての問題がなくなるということではありません。サーバ仮想化導入の際には実際のサービスレベルに合わせた判断やシステムの適切な設計が必要となります。

    実際にサーバ仮想化を導入することで何を行うのか、サーバ仮想化を取りまくハードウェアの現状について、などの話題を中心にサーバ仮想化の内容をもう少し具体的にみていきたいと思います。

     

    サーバ仮想化とは

    サーバ仮想化とは

    従来は、単一の物理サーバ上に単一のOSを稼動させる運用形態が一般的でした。しかし、近年のVMware社の「VMware ESX Server(以下、ESXサーバ)」に代表される仮想化OSを導入することで、単一の物理サーバ上で複数かつ異なるOS、たとえばWindowsとLinuxなどをゲストOSとして実行し、さらにその上でアプリケーションを実行するような環境を実現することができるようになってきました。このような仮想化OS上でゲストOSとして実行されている環境のことを「仮想マシン」と呼び、また同じ物理マシン上で複数の仮想マシンを実行させることを「サーバ仮想化」と呼びます。この「一台の物理サーバ上で複数OSを動作させる」という考えが現在のサーバ仮想化技術の基本的概念の部分になります。さらにこの考えを発展させ、「複数OSの動作している物理サーバ群をひとつに束ねてクラスタ構成化」し、各サーバの持っているリソースをひとつの集合体(共有リソース・プール)としてまとめることが可能です。複数あるリソースを仮想化することによって、ひとつのコンピュータ・リソースとみなし、ユーザー要求があった場合や障害時などに、必要な分だけ、コンピュータ・リソースを動的に別のシステムに割り当てできるようにする考え方を『プロビジョニング』と呼んでいます。プロビジョニング化をすることで、より効率的に「バラバラに散らばってしまっているサーバ台数の削減(コスト低減・システム集約)や「本来、システム上で稼動しているアプリケーションが必要とするリソースに対し、オーバースペックになってしまっている各サーバのシステム・リソースの有効活用(システム・リソース最適化)、「可用性の向上」といった多様なメリットをユーザーが享受することができるようになるのです。

     

    サーバ仮想化とは

    仮想化導入に際して

    一般に、仮想化されていない現在稼働中のx86系IAサーバは、そのほとんどのCPU平均使用率は15~25%であるといわれています。かといって、システム機器導入に際しては、導入前のベンチマークテスト等でピーク時の負荷をはかり、負荷時に合わせてシステム規模の決定をおこなっていることも多いため、システム規模を平均使用率だけに合わせてしまうとピーク時に処理能力が不足してしまうということになってしまいます。

    そのため、1台の物理サーバ上で複数の仮想マシンを稼動させ、さらにはそれらの複数物理サーバの集合体でクラスタ構成をとることにより、柔軟なリソース配分をおこない、先述の『コスト低減・システム集約』『システム・リソース最適化』を実現する、ということになるのですが、その反面で、そもそもの仮想化技術を導入する際の不安要素として「動作が遅くなってしまうのでは?」「ハングアップしてしまうのでは?」といった疑問や不安の声をよく耳にすることも事実です。

    しかし、最近のハードウェアのほとんどはチップセット上のプロセッサのデュアルコア・クアッドコアといったマルチコア化によるめざましいハードウェアスペック自体の向上に加え、いわゆる「仮想化支援機能」と呼ばれる「Intel-VT」「AMD-V」というテクノロジを実装したプロセッサも登場してきたことから、仮想化技術自体がハードウェアと連携した形での実装方式に移り始め、サーバ仮想化技術の進歩はさらに加速していくことが予想されます。それに対し、ストレージに関する話題は、(もちろんないということではないのですが)順番としてプロセッサ・メモリの話題の次に来ることが得てして多いのが現状です。しかし、サーバ仮想化をおこなう際に実はとても重要なポイントとなるのが、SANストレージの設計・構築の部分であるのです。

     

    サーバ仮想化とストレージ

    BAVは、バックアップに必要なハード/ソフトがバンドルされたオールinワンの一体型製品となっているため、ユーザーがバックアップに必要なハードとソフトを組み合わせて作成する手間を省き、ユーザーの既存インフラに接続したその日からのバックアップを実現します。仮想化技術を用いて仮想マシンを作成する場合、それら仮想マシンの情報はひとつの独立したファイルとして、管理されます。たとえば、C:ドライブが10GB、D:ドライブが100GBというような物理Windowsマシンがあったとします。この場合、この物理マシンを仮想化しようとすると10GBのファイルが1つ、100GBのファイルが1つというような形で作成されます。

    このように仮想マシンをカプセル化することで、ファイル感覚で管理をすることができるようになり、バックアップ・リストアが容易に行えるようになります。それでは、その仮想マシンの情報であるこれらのファイルは具体的にはどこに保存されるのでしょうか? 仮想マシン(ファイル)の配置パターンは大きく分けると以下の2つに分けることが出来ます。

     

    1)ESXサーバの内蔵ローカルディスク(SCSI/SAS)上に配置する。

    2)ESXサーバの外部ストレージ(FC/iSCSI/NAS)上に配置する。

     

    最初の手法をとった場合のメリットしては導入が容易であるという点が挙げられますが、デメリットとして、内蔵ローカルディスクでは複数仮想マシンを保存できるだけの十分なディスク容量が確保できない場合が多いことやESXサーバ自体のハードが障害を起こしてしまった際に仮想マシンの復旧に時間がかかる、もしくは仮想マシンのバックアップをしていなかった場合、仮想マシンの復旧自体ができないという事態にもなりかねない為、本番環境には適しません。

    また、大きなデメリットとして、本構成ではESXサーバを使用するにあたり特徴的な機能である、VMotion™/VMwareDRS(Distributed Resource Scheduler)/VMwareHA(High Avarability)※といった機能が使用できないことにも注意が必要です。

    そこで、本番環境で稼動させる際には二番目の手法である仮想マシン(ファイル)を外部ストレージに配置する手法をご選択いただくことがほとんどです。これはVMotionなどの機能が可能な構成であるということだけはでなく、信頼性やメンテナンス性、運用性の観点からもメリットのある構成となります。ESXサーバを稼働させる物理サーバ、仮想マシンの内のシステム領域(C:ドライブ)とアプリケーションで使用するデータ領域(D:ドライブ等)を分離して配置しておくことで、それぞれが別々にメンテナンスを行うことが可能となり、システムを変更するうえでも非常に対応しやすくなります。また、仮想マシンの実体ファイルを、ESXサーバ本体と切り離しておくことによって、ESXサーバ(物理サーバ)の障害時やメンテナンス時などシステム停止時にも必要最小限の対応で運用を継続することが可能となります。このように、VMwareを使用したシステムの構成については、実は仮想マシンを配置するためのストレージ中心での設計となり、ESXサーバを搭載する物理サーバは、仮想マシンを稼働させるためだけに使用される単純なヘッド部分にすぎないと考えることもできます。

    ESXサーバに外部ストレージを接続する場合には、十分に検証された製品を使用することが前提となります。現在ニューテックでは高速iSCSIストレージ製品のAQULIAや、高信頼性RAIDシステムSweeper Stor、さらにはストレージも仮想化することでトータルバーチャリゼーション環境を実現するNRS(Newtech Replication Suite)等をはじめとする各種製品群ラインナップを取り揃えております。ニューテックでは、TAPプログラムメンバーとして自社ストレージ製品に対し、VMwareシリーズソフトウェアとの接続検証テストを順次実施していきます。その結果を公表することでVMwareコミュニティーに対し低価格で高信頼性のストレージソリューションを幅広くご提供いたします。また、今後ニューテックは他のサーバ仮想化ソフトについても同様の取り組みを行っていく予定です。仮想化環境の導入による、システム統合にご興味のあるお客様は、ぜひともニューテック営業部までご相談ください。

     

    (※)VMotion™/VMwareHA とは?

     

    仮想化環境を導入することで、サーバの可用性が下がることを心配されることがあります。しかし、実際にはそのようなことになりません。逆に可用性を向上させることが期待されます。
    以下に高可用性を実現する代表的な機能、VMotion™/VMwareHAについて記述させていただきます。

     

    VMotion™

     

    VMotion™

    VMotion™とは、ESXサーバ上で稼働中の仮想マシンに対しダウンタイムをもうけることなく、オンライン状態のまま、別ESXサーバへ移動(マイグレーション)を可能とするVMware固有のテクノロジとなります。要件として、VMotion™を実行する仮想マシン(ファイル)が外部ストレージ内に保存されており、かつその外部ストレージを複数ESXサーバすべてで共有されている(どのESXサーバからもその仮想マシンが起動可能な状態である)ことになります。

    ESXサーバは、外部ストレージのファイルシステムとして、独自の「VMFS」というクラスタ・ファイルシステムを使用しており、各ホスト間でロック管理することにより、このVMotion™を実現しています。

    VMotion™を利用することにより、継続的なサービス提供と「ダウンタイムなし」での本番機のハードウェアメンテナンスを実施することが可能になります。さらには、VMwareDRS(Distribute Resource Scheduler)という機能と連動させることで、ESXサーバ上において、ある特定の仮想マシンが高負荷状態になってしまい物理サーバのリソースを過剰に使用してしまっているような状況時にシステム・リソースに余裕のある別ESXサーバへ「自動的」にマイグレーションするといったESXサーバ間で仮想マシンの負荷の動的バランシングをとることも可能となります。

     

    VMwareHA

     

    VMwareHA

    それでもやはり、仮想化環境ではかねてよりハードウェア障害による、計画外での物理サーバーの停止が複数台の仮想マシンの全台停止につながるという課題がありました。

    そこでVMwareではハードウェア障害に対応するクラスタリングソリューションとして、VMwareHAという機能を提供しています。要件としては、VMotion™と同様で仮想マシン(ファイル)が外部ストレージ内に保存されており、その外部ストレージを複数ESXサーバすべてで共有されていることが必要になります。本機能では、ESXサーバがハードウェア障害などにより、クラッシュを起こした際、その時に稼動していた仮想マシンを別ESXサーバ上で仮想マシンのOS自体の再起動をおこないます。「ダウンタイムはゼロではありません」が最小限に抑えることができます。

    上述のとおり、サーバ仮想化環境では、計画停止時にはプロアクティブ思考としてのVMotion™、計画外停止時にはリアクティブ思考としてのVMwareHAを併用することで、仮想マシンの可用性を大きく高めることが可能になっています。

     

    (2008年4月掲載)