Smile Engineering blog ( スマイルエンジニアリング・ブログ )

ジェイエスピーからTipsや技術特集、プロジェクト物語を発信します

無料で使える仮想化技術【第二回】

2011-08-15 21:10:08 | 仮想化技術

第一回では『仮想化技術の概要』について記載しました。第二回では『無料で使えるサーバの仮想化ソフトウェア』をターゲットとして記載します。


今回の記載内容は以下の構成となります。


5. サーバの仮想化について


6. サーバの仮想化ソフトウェアについて


7. 製品比較




 


5. サーバの仮想化について


仮想化の中心を司る技術と言えるのが、サーバ仮想化です。複数の異なったOSを動作させるための受け皿となる仮想ハードウェアと、物理サーバ上にエミュレートすることで実現します。


サーバ仮想化には2つの手法が存在します。1つは「ホストOS型」、もう1つは「ハイパーバイザ型」です。いずれの手法も、仮想ハードウェアのエミュレーションという点は同じです。


 


(1) ホストOS型




ホストOS型では、ホストOS(WindowsやMac OS X、Linuxなど)の上で仮想化ソフトを実行し、そこで仮想マシンを作成して実行する方法です。サーバ仮想化ソフトは仮想化されたハードウェアを作り、そこにOSやアプリケーションを導入できるようにします。1台の物理マシン上に複数の仮想マシンをつくることも可能です。その場合は物理的なCPUを共有して利用します。仮想化のための専用のOSを用意する必要がなく、アプリケーションと同じように手軽に実行できるため、別のマシンを用意せずに他のOSを新たにインストールしたい場合や、実行・検証環境などに用いられています。


ホストOS型のデメリットとしては、仮想マシンとハードウェアの間にフル機能のOSが介在するため、実行時のオーバヘッドが大きく、仮想マシンの動作速度が遅くなってしまう点があります。



 


(2) ハイパーバイザ型




ハイパーバイザ型は、ハードウェアのBIOSから直接仮想化ソフトを起動して、その上で仮想マシンを実行するタイプです。ホストOSの起動の介さずに仮想マシンの実行が行えるため、ホストOS型に比べてオーバヘッドが小さいのが特徴です。このため、パフォーマンスを必要とするサーバの仮想化で主に使用されていて、近年のサーバ仮想化の主流となっています。



 


ハイパーバイザ型には、「完全仮想化」と「準仮想化」の2種類の仮想マシン実現方式が存在します。


完全仮想化は、物理マシンを完全に仮想マシンとして実現する方式で、WindowsなどのOSに手を加えることなくそのまま仮想マシンで実行することが可能です。


準仮想化は、現実のハードウェアのエミュレーションは行わず、仮想ハードウェアにのみアクセスするようにカスタマイズされた準仮想化対応OSをゲストOSとして稼動させることができます。ハードウェアを完全にエミュレーションする処理は大きな負荷が伴うため、仮想環境の実行速度が低下してしまう懸念がありますが、その処理が不要な準仮想化技術では性能をそれほど低下させることなく仮想OSを走らせることができます。ただし、準仮想化では、仮想ハードウェアを規定するため、仮想環境で動作させるOSごとに対応するドライバが必要になります。未対応のOSに関しては完全仮想化を使用することになります。


 


6. サーバの仮想化ソフトウェアについて


(1) VMware Server




VMware ServerはVMware社が無償で提供しているホストOS型の仮想化ソフトウェアです。特徴はWebベースのインターフェースを採用している点です。そのためネットワーク上のどのマシンからでも、VMware Serverにアクセスでき、仮想マシンの作成、管理、実行ができます。クライアント/サーバ型で使用する仮想化ソフトでもあります。但し、VMware ServerをインストールしたホストOSが起動していないと仮想マシンが起動できないデメリットもある反面、ホストOSが備えているドライバが対応した全てのデバイスを使用できるといったメリットがあります。


 


VMware Serverは、以下のURLからダウンロードできます。


http://www.vmware.com/jp/products/server/


(アカウントを持っていない場合はアカウントを作成する必要があります。)



 


(2) VMware vSphere Hypervisor(VMware ESXi)




VMware vSphere HypervisorはVMware社が無償で提供しているハイパーバイザ型の仮想化ソフトウェアです。サーバ機の上に直接インストールし、この上で様々なOSを動作することが可能とします。ゲストOSに仮想化のための修正を必要とせず、通常のOS製品を仮想マシンにそのままインストールして利用することができます。「vmkernel(※1)」をベースにした仮想マシンの実行環境を使用しているため、専用のデバイスドライバが必要となります。


※1:VMware社が開発した仮想化を実現するための独自のカーネルです。


 


VMware vSphere Hypervisorは、以下のURLからダウンロードできます。


http://www.vmware.com/jp/products/datacenter-virtualization/vsphere-hypervisor


(アカウントを持っていない場合はアカウントを作成する必要があります。)



 


(3) Citrix XenServer




Citrix XenServerはXenをベースとしたハイパーバイザ型の仮想化ソフトウェアです。XenSource社によって開発されていたオープンソースソフトウェアXenが、2007年にCitrix Systems(以降Citrix)社に買収され、XenServerと名を改めて提供されています。2009年3月にはXenServerを無償化し、エンタープライズ向けの機能の無償提供を始めました。XenServerは、仮想化のオーバヘッドを軽減するために、準仮想化のアーキテクチャを採用しています。Xenの特徴は準仮想化の仕組みを取り入れていることにあります。またIntel-VTといったプロセッサの仮想化支援機能を利用した完全仮想化の仕組みを対応したことによって、WindowsをはじめとするゲストOSを修正なしにそのまま稼働させることが可能になっています。


XenServerは仮想マシンを制御するだけなので、仮想マシンを経由して命令を受けることになります。この命令を与える仮想マシンはドメイン0と呼ばれる特殊な仮想マシンになります。それ以外の仮想マシンはドメインUと呼ばれます。


 


Citrix XenServerは、以下のURLからダウンロードできます。


http://www.citrix.co.jp/products/xenserver/download.html



 


 


(4) Hyper-V 




Hyper-V はMicrosoft社が提供するサーバ向けの仮想化ソフトウェアです。Hyper-V Server 2008(以下、Hyper-V)は2008年10月より無償ダウンロード提供を開始しています。Windows Serverの64ビット版の機能の1つとして、Windows Server 2008 x64に組み込まれて提供されています。


Hyper-Vでは、「Windows Hypervisor」と呼ばれる新たなレイヤー上でゲストOSやWindows Server 2008自信が動作するハイパーバイザアーキテクチャを採用しています。


Hyper-VはWindows Server 2008をベースに開発されたシステムのため、管理コンソールも従来のWindows Serverの運用担当者のスキルをそのまま活かせることができるため、汎用性のも特徴の1つです。Hyper-Vでは管理用のOSを必要とし、ゲストOSは管理用のOSのデバイスドライバに接続します。


 


Hyper-V Server 2008(最新版はHyper-V Server 2008 R2)は以下のURLからダウンロードできます。


http://www.microsoft.com/downloads/ja-jp/details.aspx?familyid=48359dd2-1c3d-4506-ae0a-232d0314ccf6&displaylang=ja-nec



 


 


(5) KVM(Kernel-based Virtual Machine) 




KVMはLinux上で仮想化環境を利用するためのハイパーバイザ型のソフトウェアです。Linux Kernelに仮想マシンモニタ(VMM:Virtual Machine Monitor (※2))を実装し、仮想的なコンピュータの上で複数のOSを並列に動作させられるようにします。CPUのスケジューラ、メモリ管理など、Linux Kernelがもつ機能をそのまま利用することができます。


KVMはQUMRANET社が開発し、オープンソースとして公開したもので、Linux Kernel 2.6.20から標準搭載されています。同社は2008年9月にRed Hat社に買収され、子会社となっています。


KVMでの仮想マシンを動かすには「QEMU」というエミュレータが必要となります。


※2:VMMはゲスト環境ごとに物理リソースをエミュレーションして、ゲスト環境からの要求を調停し、ゲスト環境ごとにメモリ空間を隔離する役割も持っています。OSがユーザ・アプリケーションに対して果たしているのと同じような役割をVMMはゲスト環境に対して提供しています。


 


KVMは、以下のURLからダウンロードできます。


http://www.linux-kvm.org/page/WindowsGuestDrivers/Download_Drivers



 


 


(6) OpenVZ  




OpenVZはParallels社が開発した仮想化ソフト「Virtuozzo」のオープンソース版で、OS仮想化技術を使ったサーバ仮想化ソフトウェアです。サーバを複数の仮想プライベート(VPS(※3))に分割することができるのが特徴です。但し、複数のOSを実行できないという欠点もあります。Linuxのホスト上でLinuxを稼動させることしかできません。その代わり、他の仮想化ソフトに比べるとシステムリソースを少なくできるメリットがあります。


※3:Virtual Private Serverの略で、1台のサーバの中で専用のソフトウェアを使ってあたかも複数のサーバが動作しているかのような環境を実現するためのサービスのことです。レンタルサーバを提供しているホスティング会社などで導入が進んでいます。


OpenVZのカーネルは以下のURLからダウンロードできます。


http://openvz.org/download/kernel/



 


7. 製品比較 


6章で紹介しました製品について表にまとめました。



 


※ 7.1.1:対応ゲストOSについて


WindowsやLinux以外にも以下のUNIXと幅広くOSをサポートしています。


・ FreeBSD 4.9以降


・ Solaris オペレーティング システム x86 プラットフォーム版 8以降 など


※ 7.1.2:対応ゲストOSについて


WindowsやLinux以外にも多くのOSをサポートしています。


・ FreeBSD 6


・ Solaris


※ 7.1.3.1:対応ゲストOSについて


対応するゲストOSはWindowsや一部のLinuxのみサポートされています。


※ 7.1.3.2:XenServerではLinuxをゲストOSとする場合、準仮想化カーネルを使用してゲストOSの中でCPU仮想化への対応を行っているが、WindowsゲストOSではCPUの仮想化支援機能を使用します。そのため、WindowsゲストOSを使用する場合は、Intel-VT-x/AMD-Vがサポートされているサーバを用意する必要があります。


※ 7.1.4:対応ゲストOSについて


対応するゲストOSはWindowsや一部のLinuxのみサポートされています。


※ 7.1.5:対応ゲストOSについて


対応するゲストOSはWindows、Linux以外にもUNIXと幅広くサポートされています。対応しているOSが他のソフトウェアに比べると格段に多いのも特徴です。


 


いかがでしたか、今回は『無料で使えるサーバの仮想化ソフトウェア』について記載しました。仮想化技術は今後さらに普及してくる技術だと思います。ブログを見て、仮想化技術について興味をもって頂けたらありがたいです。


 


 


 


【参考文献】


特集 仮想化入門


http://www.plathome.co.jp/solution/virtualserver/introduction/


第1回 仮想化技術のメリットとデメリット


http://thinkit.co.jp/story/2011/02/01/1970?page=0,0


仮想化の真実


http://www.computerworld.jp/topics/602/%E4%BB%AE%E6%83%B3%E5%8C%96


仮想化のメリットとデメリットを見極める


http://enterprisezine.jp/article/detail/1536/


 


 


 


株式会社ジェイエスピー


システム部


吉田 利充



monipet
  動物病院の犬猫の見守りをサポート
  病院を離れる夜間でも安心

ASSE/CORPA
  センサー、IoT、ビッグデータを活用して新たな価値を創造
  「できたらいいな」を「できる」に

OSGi対応 ECHONET Lite ミドルウェア
  短納期HEMS開発をサポート!

GuruPlug
  カードサイズ スマートサーバ

株式会社ジェイエスピー
  横浜に拠点を置くソフトウェア開発・システム開発・
  製品開発(monipet)、それに農業も手がけるIT企業
コメント (3)

無料で使える仮想化技術【第一回】

2011-08-08 15:05:05 | 仮想化技術

・ はじめに


近年、ITシステムの高度化、複雑化にともない、社内サーバ数が増加しています。このため、サーバの維持や管理コストの割合も増加し続けている現状です。しかし、ハードウェアは年々高性能になり、サーバの処理能力は飛躍的に向上していることから、リソースが効率的に使用できず、余剰リソースとなり、サーバの稼働率はピーク時以外およそ10%程度であると言われています。このような現状からリソースの有効活用やコスト削減、運用負荷の軽減に対する有効な手段として、仮想化技術のニーズがここ数年で高まっています。


とは言っても、仮想化技術とは何を仮想化するの?という疑問が出てくると思います。そこで、『仮想化技術とは何だろう?』という観点から調べました。


第一回は『仮想化技術の概要について』、第二回は『無料で使えるサーバの仮想化ソフトウェアについて』の2回に分けて掲載します。仮想化技術についてこれから学ぼうとしている方や、興味のある方に読んで頂けたら幸いです。


今回の掲載内容は以下の構成となります。



  1.  仮想化技術とは

  2.  歴史

  3.  仮想化の種類について

  4.  仮想化技術に伴うメリット・デメリット


 


 1. 仮想化技術とは


従来のシステムでは、APサーバ、DBサーバ、開発環境、バックアップなどの環境を整えるには膨大なコストと時間が掛かってしまいます。これを解決するために仮想化技術が誕生しました。


仮想化技術とは、コンピュータのCPUやメモリ、ディスク、通信インターフェースなどを物理的構成によらず柔軟に分割する技術です。例えば、通常ハードウェアとOSは1対1の関係ですが、仮想化技術を使うと、1台のコンピュータをあたかも複数のコンピュータであるかのように扱うことができるようになり、それぞれに別のOSやアプリケーションを動作させることが可能になります。


 


複数台のサーバを統合



 


 2. 歴史

仮想化というのは、大規模なメインフレームハードウェアのパーティショニングを行い、ハードウェアの使用率を向上するために、1960年代に開発されたテクノロジーです。最初に仮想化機能を搭載したメインフレームはSystem/360という1964年にIBMが開発したOSに搭載されました。1967年にはIBMの汎用機「Sysyem/360 model 67」で稼働し、仮想機能をもったOS「CP-67/CMS」が商用化されています。近年では、ハードウェアの高性能化・低価格化や、仮想化技術の発達によって、一般のコンピュータやサーバでも簡単・手軽に導入できるようになりました。


 


 3. 仮想化の種類について


仮想化技術といっても、何を仮想化するのかによって様々な種類があります。仮想化技術は主に以下の4つの種類に分類されます。


(1) サーバの仮想化




サーバの仮想化とは、サーバ向けの仮想マシンソフトウェアを利用し、1台のサーバを独立した複数台のサーバとして動作させる技術です。プロセッサやメモリ、ディスクをまとめて仮想的に複数の領域に分割し、それがあたかも1台のコンピュータであるかのように振る舞い、異なるOSやアプリケーションを同時に実行できます。サーバの仮想化によってコンピュータを管理する人員や設置場所、消費電力の削減につながります。


 


(2) デスクトップの仮想化




デスクトップの仮想化とは、OSを含めたデスクトップ環境をサーバ上の仮想マシンで稼働させる技術です。ユーザはさまざまなデバイスを使用して、LANやインターネットなどのネットワーク経由で安全に仮想クライアントOSを利用できます。ユーザが入力するキーボードやマウスの情報に応じて、サーバ上で実行されている仮想クライアントOSの画面情報が転送され、ローカル環境と同じようなデスクトップの操作ができます。外部メディアの利用規制や不正ソフトウェアのインストール防止などのセキュリティ強化やアプリケーションの集中管理やクライアント端末の一元管理、運用コストの削減といったメリットがあります。


 


(3) ストレージの仮想化




ストレージの仮想化とは、複数のストレージ装置を統合して仮想的なひとつのストレージプールとして扱い、柔軟な容量変更を可能としたり、物理ストレージに障害が発生してもシステムの稼働を継続させたりといった機能を実現する技術です。おもにハードディスクを効率良く利用するという目的で用いられています。具体的にはディスクスペースの共有や、複数のストレージを必要に応じて分配するなどが挙げられます。


 


(4) ネットワークの仮想化




ネットワークの仮想化とは、ルータやハブ・スイッチなどのネットワーク機器を仮想環境上で構築し、機器台数の集約と管理の効率化を目的とした技術です。1台の装置を複数に分散させたり、複数の装置を1台に集約させたりすることによって、ネットワークの信頼性を向上させ、一元的な運用を可能とすると共に、セキュリティの確保も実現します。ネットワークの仮想化では「ネットワーク接続の仮想化」と「ネットワーク機器の仮想化」という2つの機能が中心となります。


 


 4. 仮想化技術にともなうメリット・デメリットについて


仮想化技術のメリット・デメリットを考慮するための物差しは大きく2つに分類されます。


1つは「コスト」、もう1つは「機能」です。具体的な分類の説明については以下のとおりです。


 


「コスト」は2つの分類に分けることができます。


(1-1) イニシャルコスト(初期費用)




コンピュータやシステムを導入・構築する際に必要となる経費のことを指します。購入費用などもこれに当たります。


 


(1-2) ランニングコスト(運用費)




機器やシステムの保守・管理に必要な費用のことを指します。人件費や、機器の電気代、保守サービスの料金などが該当します。


 


   「機能」は3つの分類に分けることができます。


(2-1) スケーラビリティ(拡張性)




システムの利用者や負荷の増大に応じて、柔軟に性能や機能を向上させられることを指します。リソース不足に陥ったときにどの程度拡張できるか、また、拡張の際のコストや手間などを検討します。


 


(2-2) アベイラビリティ(耐障害性・可用性)




システムを正常な状態で継続的に使い続けることができる耐久性のことを指します。システムの障害・停止・破損が発生しにくく、それらの不具合が生じた際に速やかに復旧できるかどうかを検討します。


 


(2-3) パフォーマンス(性能)




システムの処理速度や実行速度を指します。要求される性能を満たすことができるか。また、要求性能を満たす場合にはどれだけのコストをかけなければいけないのかを検討します。


 


これらの観点から、仮想化技術におけるメリット・デメリットを以下にあげます。


 


  4.1 メリット


(1) 運用コスト削減




複数のサービスでシステムリソースを共有できるようになり、利用効率が向上します。またそれによりシステムの複雑性が解消し、運用コストの削減も可能となります。


 


(2) 電力・設置場所などのランニングコスト削減




物理サーバの運用台数を大きく減らすことができ、省電力・設置スペース・管理リソースといった様々な側面での大きなコスト削減を実現できます。


 


(3) リソースの有効活用




従来ではアイドル時間に大量に余りがちだったCPU処理能力やメモリといったサーバーリソースを複数のOSで分配し有効に活用できます。


 


(4) リスク軽減




仮想化によって、機器の障害や過大なピーク需要に対応できるようにリソースを迅速に配分できるようになるため、システム全体で見ると常に安定した稼動状態を維持できます。


 


(5) サービス品質の向上




仮想化技術によって複数のサービスがシステムを共有した場には、ピークに達したサービスに対して優先的にシステムのリソースを割り振るなど柔軟な運用が可能となり、過剰な設備を導入することなくユーザ・サービスを高いレベルで維持することが可能となります。


 


(6) 耐障害性




仮想マシンはそれぞれが完全に隔離されており、いずれかがクラッシュしても他の仮想マシンはそのまま稼働するため、仮想マシン同士のサーバークラスタで可用性向上・耐障害性の向上が可能となります。


 


 4.2 デメリット


(1) 新しい技術を導入することへの技術的な管理負担増




仮想化は複数のハードウェア資源を仮想的に1台のものに見せているため、従来1つの物理的なサーバを1つのアプリケーションで利用していた際とは異なり、仮想化によりシステム統合されると、他のアプリケーションにも影響がでる可能性があります。また、バックアップ運用が行いにくくなってしまう可能性もあります。仮想化で複数のアプリケーションが統合されていたりすると、バックアップのための静止点の確保が難しくなってしまいます。


 


(2) 性能劣化




システムに仮想化という新たな層が加わることで、仮想化の処理が必ず途中に入ることになり、性能が劣化する可能性があります。


 


(3) 標準化(ガバナンス)




仮想化技術の利点を最大限に引き出すには、環境の標準化が必要です。複数のサーバ上で動作していたOS/アプリケーションを、仮想化技術を利用して1つのサーバに単に集約しただけでは、ハードウェアの管理工数が減るだけとなってしまいます。管理効率までを向上させるためには、OS/パッチ・レベル/アプリケーションを標準化しておくことが必要です。これにより要求に応じて迅速なコンピュータリソースの割り当てや、メンテナンス性が向上し、開発効率につながります。


 


どうでしょう、仮想化技術について少しはイメージが湧きましたか?今回は仮想化技術の概要について記載しました。


次回は『サーバの仮想化』をターゲットにして、無料で使えるサーバ仮想化のソフトウェアをご紹介します。


 ・ サーバの仮想化について


 ・ サーバ仮想化ソフトウェアについて


 ・ 製品比較




 


株式会社ジェイエスピー


システム部


吉田 利充



monipet
  動物病院の犬猫の見守りをサポート
  病院を離れる夜間でも安心

ASSE/CORPA
  センサー、IoT、ビッグデータを活用して新たな価値を創造
  「できたらいいな」を「できる」に

OSGi対応 ECHONET Lite ミドルウェア
  短納期HEMS開発をサポート!

GuruPlug
  カードサイズ スマートサーバ

株式会社ジェイエスピー
  横浜に拠点を置くソフトウェア開発・システム開発・
  製品開発(monipet)、それに農業も手がけるIT企業
コメント (2)