I/O仮想化
サーバーI/Oを管理する方法

仮想化において、入出力仮想化（I/O仮想化）は、エンタープライズ環境におけるサーバーの管理を簡素化し、コストを削減し、パフォーマンスを向上させる手法です。I/O仮想化環境は、物理接続から上位層プロトコルを抽象化することによって構築されます。[1]

この技術により、1枚の物理アダプタカードを複数の仮想ネットワークインターフェースカード（vNIC）および仮想ホストバスアダプタ（vHBA）として認識することが可能になります。[2]仮想NICおよびHBAは従来のNICおよびHBAと同様に機能し、既存のオペレーティングシステム、ハイパーバイザー、およびアプリケーションと互換性を持つように設計されています。ネットワークリソース（LANおよびSAN）からは、通常のカードとして認識されます。

物理的な観点から見ると、仮想I/Oはサーバーの複数のI/Oケーブルを、すべてのネットワークおよびストレージ接続に共有トランスポートを提供する1本のケーブルに置き換えます。このケーブル（通常は冗長性のために2本のケーブル）は外部デバイスに接続され、そこからデータセンターネットワークへの接続が提供されます。[2]

背景

サーバーI/Oは、特に仮想化サーバーにおいて、成功と効果的なサーバー導入に不可欠な要素です。複数のアプリケーションに対応するために、仮想化サーバーはより多くのネットワーク帯域幅と、より多くのネットワークおよびストレージへの接続を必要とします。ある調査によると、仮想化サーバーの75%はデバイスあたり7つ以上のI/O接続を必要とし、より頻繁なI/O再構成が必要になる傾向があります。[3]

仮想化データセンターでは、1台のサーバー上で多数の仮想マシン（VM）を実行することでI/Oパフォーマンスの問題が発生します。初期のサーバー仮想化実装では、サーバーあたりの仮想マシン数は通常6台以下に制限されていました。しかし、1台のサーバーで7台以上のアプリケーションを安全に実行できることが判明し、多くの場合、サーバー全体の容量の80%を使用しました。これは、仮想化されていないサーバーで平均5～15%しか使用されていないことと比較して、大幅な改善です。

しかし、仮想化によってサーバーの利用率が向上したことで、サーバーのI/O容量に大きな負担がかかりました。ネットワークトラフィック、ストレージトラフィック、サーバー間通信が相まって負荷が増加し、サーバーのチャネルが過負荷状態になり、バックログが発生し、CPUがデータ待ちでアイドル状態になることがあります。[4]

仮想I/Oは、I/Oを単一の接続に統合することでパフォーマンスのボトルネックを解消します。この接続の帯域幅は理想的にはサーバー自体のI/O容量を超え、I/Oリンク自体がボトルネックにならないようにします。この帯域幅は、ストレージとネットワークリソースの両方への複数の仮想接続にリアルタイムで動的に割り当てられます。I/Oを集中的に使用するアプリケーションでは、このアプローチにより、VMのパフォーマンスとサーバーあたりのVMの潜在的数の両方を向上させることができます。[2]

サービス品質（QoS）制御機能を備えた仮想I/Oシステムは、特定の仮想マシンへのI/O帯域幅を調整できるため、重要なアプリケーションの予測可能なパフォーマンスを確保できます。QoSは、実稼働サーバーとエンドユーザーアプリケーションの両方において、サーバー仮想化の適用性を高めます。 [4]

利点

  • 管理の俊敏性: 上位層プロトコルを物理接続から抽象化することで、I/O仮想化は、従来のNICやHBAカードアーキテクチャと比較して、柔軟性、利用率、プロビジョニングの高速化を実現します。[1]仮想I/Oテクノロジーは、従来の固定された静的な物理I/Oチャネルとは異なり、動的に拡張および縮小することができ、通常、各サーバーへの複数のネットワークおよびストレージ接続を、複数のトラフィックタイプを伝送する単一のケーブルに置き換えます。[5]構成変更はハードウェアではなくソフトウェアで実装されるため、サーバー、ストレージ、ネットワーク接続の追加など、一般的なデータセンタータスクの実行時間を数日から数分に短縮できます。[6]
  • コスト削減：仮想I/Oは、カード、ケーブル、スイッチポートの数を減らすことでコストを削減し、サーバー管理を簡素化しながら、ネットワークI/Oの完全なパフォーマンスを実現します。[7]また、LANとSANのネットワークスイッチを統合し、より有効に活用することで、データセンターのネットワーク設計を簡素化します。[8]
  • ケーブル配線の削減：仮想化I/O環境では、サーバーをストレージとネットワークトラフィックの両方に接続するのに1本のケーブルのみが必要です。これにより、データセンターのサーバーとネットワーク、およびサーバーとストレージ間のケーブル配線を1つのサーバーラック内で70%以上削減でき、コスト、複雑さ、電力要件の削減につながります。高速インターコネクトは様々な要件間で動的に共有されるため、パフォーマンスの向上にもつながります。[8]
  • 密度の向上： I/O仮想化により、一定のスペース内でより多くの接続が可能になり、実質的なI/O密度が向上します。これにより、I/Oの制約を受ける高密度1Uサーバーやブレードサーバーの利用率が向上します。

ブレードサーバシャーシは、多数のサーバ（ひいては多数のI/O接続）を狭い物理スペースに収容することで密度を高めます。仮想I/Oは、すべてのストレージおよびネットワーク接続を単一の物理インターコネクトに統合することで、ポート数に関する物理的な制限を排除します。また、仮想I/Oはソフトウェアベースの構成管理も可能にし、I/Oデバイスの制御を簡素化します。この組み合わせにより、限られたスペースにより多くのI/Oポートを配置できるようになり、結果として得られる環境の実用的な管理が容易になります。[9]

参照

参考文献

  1. ^ ab Scott Lowe (2008年4月21日). 「仮想化戦略 > I/O仮想化のメリット」. Tech Target . 2009年11月4日閲覧。
  2. ^ abc Scott Hanson. 「仮想マシンの接続性を最適化するための戦略」（PDF） . Dell . 2009年11月4日閲覧。
  3. ^ Keith Ward (2008年3月31日). 「仮想化の新たな潮流、仮想化レビュー」. virtualizationreview.com . 2009年11月4日閲覧。
  4. ^ ab Charles Babcock (2008年5月16日). 「仮想化の将来性と課題」Information Week . 2009年11月4日閲覧。
  5. ^ Travis, Paul (2009年6月8日). 「技術ロードマップ：仮想I/Oに注目」. Network Computing . 2009年11月4日閲覧。
  6. ^ Marshal, David (2009年7月20日). 「PrimaCloud、Xsigoの仮想I/Oを基盤とした新たなクラウドコンピューティングサービスを提供」InfoWorld . 2009年11月4日閲覧。
  7. ^ Neugebauer, Damouny; Neugebauer, Rolf (2009年6月1日). 「I/O仮想化（IOV）とネットワークインフラストラクチャにおけるその利用：パート1」. Embedded.com: Embedded.com. 2013年1月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年11月4日閲覧。
  8. ^ ab Lippis, Nick (2009年5月). 「Unified Fabric Options Are Finally Here, Lippis Report: 126」. Lippis Report. 2013年1月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年11月4日閲覧。
  9. ^ Chernicoff, David. 「ブレードサーバーのI/O仮想化」. Windows IT Pro . 2009年11月4日閲覧。
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