オープンソースで実現する、仮想化技術最新情報！！ Red Hat K.K. Solution Architect: Satoshi Naito <[email protected]> V1.1: 2009.12.11 1 アジェンダ      オープンソースのトレンド KVMのモデル&バックエンド KVM & QEMU Xen vs KVM パフォーマンス比較 Red Hat Enterprise Virtualization Manager for Servers 2 Red Hatの提供するOSSソリューションスタック 3 KVM    Kernel-based Virtual Machine ● 2006 年 10 月から開発がスタート ● 2 ヶ月後にはアップストリームにマージ ● イスラエルの Qumranet が開発 ● 2008 年 12 月に Red Hat が買収 CPU の仮想化支援機構を前提に設計 ● Intel VT / AMD-V ● その他の CPU にも同等の機能があれば可能特徴 ● 非常に軽量:デバイスのエミュレーションは QEMU ● カーネルモジュール: Linux カーネルの様々な機能を利用可能 ● 管理が容易: Linux のパラダイムそのもの 4 KVMのゲストOSサポート   サポート ● RHEL3 x86、RHEL4 x86(x86_64) 、 RHEL5 x86(x86_64) ● Windows Server 2003 R2 32/64 bit ● Windows Server 2008 SP2 32/64 bit ● Windows XP SP2 32 bit para-virt ドライバの提供 ● RHEL4.8 x86(x86_64) 、 RHEL5.4 x86(x86_64) ● Windows Server 2003 R2 32/64 bit ● Windows Server 2008 32/64 bit ● Windows XP 32 bit ● ネットワークドライバのみ 5 Xen模式図 dom0 domU domU Frontend driver Frontend driver Back End driver Virtual CPU & Memory Device Driver Hypervisor Hardware 6 KVM模式図 QEMU ふつうのプロセス QEMU VM QEMU VM VM KVM Linux kernel Hardware 7 仮想ディスクのモデル guestからどう見えるかを選択可能  ide ● IDE接続のディスク最大4台まで(CD/DVDが有効だと3台まで)  virtio ● virtioで通信する。専用ドライバで高速化 8 仮想ディスクのバックエンド host側で対応するものを選択可能  デバイス（LUN、パーティション、LVM）を直接割り当てる  rawファイル ● ファイルをデバイスとして見せる ● 最初に全部確保すると速い←フラグメントしない ● sparceファイル(必要に応じて確保)にすると遅い  qcow2形式のファイル ● スナップショット機能、差分機能を提供 ● 差分ファイルの作成はvirt-mangerで未対応なのでqemu-img で作成 ● ディスクサイズ＜ファイルサイズになりうる ● qcow-imgによる作り直しで無駄な領域を捨てる ● RHEL5.4ではTechnology Preview 9 仮想ネットワークのモデル   実際にあるデバイスのエミュレーション ● e1000 -- virtioドライバがない場合e1000が最も軽い ● ne2k_pci ● pcnet ● rtl8139 -- デフォルトのNICはRTL8139 低オーバーヘッドでのネットワーク ● virtio -- virtioドライバが必要、最も速い 10 KVM & QEMU 11 KVM       Kernel-based Virtual Machine ● CPUの仮想化支援機能を利用するためのカーネルモジュール ● Intel VT / AMD-V ゲストの制限 ● CPUが直接実行できるアーキテクチャのみ対応実行を管理するのはLinuxカーネル制御はユーザプロセスから行う /dev/kvmを実装（後述）ゲストモードを追加（後述）仮想マシン割り当て用メモリ仮想マシン QEMU KVM Linux ハードウェア 12 QEMU     KVM以前から開発・利用多種のOSで動作 ● 命令を動的に変換することで多種の環境をエミュレーション ● x86、x86_64、ia64、ARM、 SPARC、PPC、MIPS 各種H/Wのエミュレーションを提供ユーザプロセスとして動作仮想マシン QEMU Linux / *BSD / Mac / Win etc. ハードウェア 13 KVMによるQEMUの高速化   QEMUの戦略 ● 従来のQEMUでは、実行前に命令をチェック ● 特権命令 or センシティブ命令か？ ● →対応するルーチンで処理 ● 通常の命令か？ ● →直接実行 ● 「対応するルーチン」？ ● I/O操作 → 対応するデバイスのエミュレータに渡す ● 一部のレジスタ操作など → CPUをエミュレートする KVMの戦略 ● Intel VT-x/AMD-Vでセンシティブ命令をフックする ● 事前の命令チェックが不要 → 高速化 ● VT-x/AMD-Vで発見したセンシティブ命令はKVMとQEMUで処理 14 VT-x / AMD-Vとリングプロテクション  従来のリングプロテクションとVMXによる保護は直交する VMX rootオペレーションモードプロセスプロセスプロセス VMX non-rootオペレーションモードリング3 リング3 プロセスプロセスプロセスリング2 リング2 リング1 リング1 システム・コールシステム・コールリング0 リング0 センシティブ命令の実行 Linuxカーネル LinuxカーネルゲストOS 15 KVMのメモリ・イメージ  ユーザプロセスで確保したメモリを仮想マシンのメモリとして利用 QEMUプロセスユーザアドレス空間仮想マシン確保したメモリゲストの物理アドレス空間カーネルゲストに割り当てられたメモリ 16 Xen vs KVM パフォーマンス比較 17 KVM Performance EPT/NPT vs Xen RHEL5.4 KVM Oracle OLTP Perf Intel Nehalem 8-cpu, 24 GB mem, 2FC 140000.00 120000.00 Base 8 CPU RHEL54 KVM RHEL54 XenPV RHEL5.4 Xen FV-PV 100000.00 tpm 80000.00 60000.00 40000.00 20000.00 0.00 10U 7 20U 40U 60U 80U Red Hat Summit 2009 | D. John Shakshober / Vijay Trehan 100U 18 KVM Performance – CPU/Disk Effects RHEL5.4 KVM Oralce OLTP Comparison Intel Nehalem 8cpu, 24GB mem, 2 FC 80.00 60.0% 56.3% 70.00 50.0% 60.00 40.0% 38.3% OLT P (k) 50.00 40.00 30.0% Oracle OLTP %diff vs Bare Metal 30.00 20.0% 20.00 12.9% 9.0% 10.0% 10.00 0.00 0.0% B 8 ar e Me ta l KV tu M( n ed) No a De ne d li No EP T V No irtI O Red Hat Summit 2009 | D. John Shakshober / Vijay Trehan 19 Virtualization Efficiency: Consolidation Virtualization Efficiency: Consolidation Oracle OLTP Load - 160 Users T r a n s a c ti o n / M i n u te 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 0 Bare Metal 2x8-vCPU 4x4-vCPU 8x2-vCPU Configuration 30 Red Hat Summit 2009 | D. John Shakshober / Vijay Trehan 20 C u m u l a ti v e M e m o r y T h r o u g h p u t / S e c ( L a r g e r i s b e tt e r ) Virtualization Efficiency: Consolidation 41 Virtualiztionation Efficiency: Consolidation SAP SLCS Workload 180,000 160,000 140,000 120,000 100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0 Bare Metal 8 x 2-vCPUs 4 x 4-vCPUs 2 x 8-vCPUs Configuration Red Hat Summit 2009 | D. John Shakshober / Vijay Trehan 21 企業アプリケーションにおけるパフォーマンス 22 Red Hat Enterprise Virtualization Manager for Servers 23 信頼性と柔軟性の高いクラウド基盤  クラウドをワンストップで提供 24 仮想化製品ポートフォリオ Red Hat Enterprise Virtualization for Servers Red Hat Enterprise Virtualization Manager for Servers（管理ソフトウェア） NEW! Red Hat Enterprise Virtualization Hypervisor（スタンドアローンハイパーバイザ） Red Hat Enterprise Linux 5.4 (with KVM) ９月発表 Red Hat Enterprise Virtualization Manager for Desktops（仮想デスクトップ基盤）２０１０年 25 Red Hat Enterprise Virtualization Hypervisor    スケーラビリティ ● 高いコンソリデーション率 ● ホスト: 96コア、1TBメモリ ● ゲスト: 16VCPU、64GBメモリ業界標準 ● 信頼性の高いRHELのカーネルと KVMの組み合わせ ● 高性能なvirtioドライバ ● libvirt / CIM管理インターフェース ● カーネルとKVMはRHEL5.4と同一小さいフットプリント(128MB)と容易な導入/構成と高度な機能 ● メモリページ共有 ● SELinuxによるセキュリティ 26 Red Hat Enterprise Virtualization Manager for Servers    仮想化環境の全てのオブジェクトを集中管理サーチ指向のインターフェースによる高いスケーラビリティ高度な管理機能 ● イメージ管理 ● 高可用性 ● ライブマイグレーション ● システムスケジューラ ● パワーセイバー ● アップデート/ ブートマネージャ ● システムモニタリング ● 監査 27 高可用性   エンタープライズの高可用なインフラを構築 ● ホストと仮想マシンを継続的にモニタ ● 問題発生時に自動再起動 ● クラスタの他のノードで仮想マシンを再起動 ● 優先度付きポリシーによる再起動ユーザの介入は不要 ● 復旧時に仮想マシンを元のノードに戻すためにライブ・マイグレーションを利用 28 ライブ・マイグレーション   ホスト間で動的に仮想マシンを移動 ● サービス中断は非常に短いアプリケーションは継続実行 ● データベースのようなI/Oの重たい処理ですら移動可能 ● サービスを中断せずにハードウェアをメンテナンス ● ホストシステム間で動的に負荷分散 29 システム・スケジューラ  データセンタの負荷を自動的に平均化 ● リソースに基づいて仮想マシンを自動的にマイグレーション ● 仮想マシンの配置ポリシーをカスタマイズ 30 パワー・セイバー   非ピーク時に少ないサーバで負荷を最適化するポリシーを定義非ピーク時にデータセンタ全体の消費電力を節約するするため、自動的にサーバの電源をオフ 31 Red Hat Enterprise Virtualization 32 購入ガイドライン   管理対象とするCPUソケット単位での購入仮想化基盤は以下より選択 ● RHEL 5.4 ● ゲストOSの利用ポリシーは従来通り ● RHEV Hypervisor（RHEV-Sに付属） ● 別途ゲストOSのサブスクリプションを必要数購入 RHEV for RHEV for RHEV for RHEV for 製品 Servers, standard Servers, Premium Servers, standard Servers, Premium 期間価格（税別） 1 year 68,000 1 year 98,000 3 year 198,000 3 year 278,000 33 サブスクリプション数単価計 RHEV for Servers, Standard 6 68,000 408,000 RHEL AP, Standard 3 195,000 585,000 RHEL ゲスト無制限サブスクリプション RHEV for Servers, Standard ゲスト OSのサブスクリプション別途購入数 6 単価計 68,000 408,000 34 NTTコミュニケーションズ様クラウドコンピューティングサービス Bizホスティングベーシッククラウド型サービスとして、お客さまはロケーションを意識することなく、サーバーリソースをネットワーク経由で利用可能 ■オンデマンド・必要な時に必要な量のサーバーリソースを利用可・柔軟なリソース変更も可能 ■複数ロケーションによるクラウド型サービス提供・NWバックボーンに直結したクラウド基盤 ■ディザスターリカバリー（オプションサービス）・災害時のBCP対策も可能 Internet Internet VPN VPN KVM 社内LAN KVM KVM リソース補完収容変更 35 OPEN SOURCE 36