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© Hitachi, Ltd. 2014. All rights reserved.

CloudStackを活用したDaaS環境の実現

CloudStack Day Japan 2014

2014/3/62014/3/6

株式会社日立製作所ITプラットフォーム事業本部クライアントビジネス推進部

藤田あずさ

© Hitachi, Ltd. 2014. All rights reserved. 1

Contents

１. これまでの日立の取り組み

２. CloudStackを活用したDaaS環境

３. DaaS環境向け独自機能

４. 今後の取り組み

５. まとめ


１. これまでの日立の取り組み


仮想マシンの高い集約が可能なブレードサーバ

（ノードあたり最大80コア, 3TBメモリ）から、

Hadoop実行環境などに最適な高集積ブレードサーバ

（5Uに40ブレードを収容）まで幅広いラインアップを用意

容量仮想化をいち早く実現しクラウドに最適なSANストレージ、

高性能・高拡張性の特長を有し海外で実績のあるハイエンド

NASなど、適材適所にご提供

大学での導入実績：北海道大学さまアカデミッククラウド、九州大学さまキャンパスクラウド、他

マルチハイパーバイザでの導入が可能： XenServer, VMware, KVM, ベアメタルで稼動実績有

スモールスタート構成から高性能・高信頼構成まで幅広いニーズに対応

実績ある日立プラットフォーム製品で実現するプライベートクラウド

ブレードサーバ群BladeSymphony

ユニファイドストレージ群Hitachi Unified Storage 100 Series,Hitachi Unified Storage VM,Hitachi Virtual File Platform

高集積ブレード，PCサーバ群HA8000-bd, HA8000

１-１日立クラウド基盤導入ソリューションの提供


「日立クラウド基盤導入ソリューション Powered by Apache CloudStack」

クラウド基盤の利用イメージ

直感的なユーザインターフェースを持つポータル画面を通して、必要とする仮想サーバを

オンデマンドで調達し、利用可能

本ソリューションを適用する効果

1

2

3

ポータル画面から必要なサーバのスペックを選択

オンデマンドで仮想サーバを配信

利用申請クラウド基盤

Apache CloudStack

仮想サーバ環境ポータル画面例

管理・運用に

かかる時間や

コストの低減

ITリソースの

一元管理が可能

ITガバナンス

の向上

セキュリティ

環境の強化

１-２日立クラウド基盤導入ソリューションの概要


大学におけるクラウドサービス実現に最適と考えられるCloudStackをいち早く採用

利用申請や課金処理などのセンター運用管理機能とCloudStackの仮想マシン管理

ポータル画面を連携して提供

大規模超高速計算機

システム

技術計算向けサーバSR16000

ファイルシステム

ネットワーク

クラウドシステム

共有ファイルシステム

起動用ファイルシステム

クラウドサーバBladeSymphony BS2000

負荷分散装置学内ファイアウォールルータ

ギガビットスイッチ10Gbpsスイッチ

ギガビットスイッチ

北海道大学さま「アカデミッククラウド」

センター運用管理

端末装置、周辺装置

１-３システム構築事例(1)


大きく4システムをクラウドとして構築

高年次教育用クラウド、サーバ用クラウド、開発用クラウド、Hadoopなどのデータ処理用クラウド

大学間の共通認証基盤として提供されているShibboleth認証*を利用したシングル

サインオン機能で学内外から柔軟に利用可能

九州大学さま「キャンパスクラウド」

* Shibboleth認証：アメリカの大学と企業が参加する次世代インターネットの研究プロジェクトである「Internet2」において研究・開発され、異なるドメイン間で認証情報を引き継ぐシングル・サインオン機能を提供します。

NAS SANストレージ

開発用クラウドシステム

サーバ用クラウドシステム

高年次教育用クラウドシステム

データ処理用クラウドシステム

クラウド管理サーバ

兼認証サーバ

ブレード管理サーバ

学内ネットワーク

クラウド用LAN

教育用LAN

管理用LAN

１-４システム構築事例(2)


CloudStack

7

Shibboleth認証基盤と連携したシングルサインオン

既設のShibboleth認証基盤と日立ミドルウェア「uCosminexus

Secure Unify - SSO」を組み合わせ、シングルサインオン機能を

実現

Shibboleth認証画面

CloudStack画面

クラウド基盤

既設の認証基盤

連携

* IdP: Identity Provider

ＩdP* サーバ

uCosminexusSecure Unify - SSO

アカウントがない場合は、自動登録

アカウント情報

Shibbolethセッション

ログイン

画面例

画面例

認証アダプタ

DB

アカウント情報

１-５主な日立の独自機能(1)


プライマリストレージ

クラスタ 1

クラスタ 2

クラスタ 3

8

Hadoopへの対応

CloudStack

LU 1

ビッグデータを分散並列処理するHadoopを利用する際、

仮想環境において、ストレージへの負荷を平準化させる

アロケーション機能を提供

多数の仮想マシンを一括作成する機能を追加

仮想マシンが一部の物理ディスクに偏らないよう、

複数のクラスタに仮想マシンを均等配置

仮想マシン

仮想マシン

仮想マシン

LU 2

LU 3

仮想マシン

仮想マシン

仮想マシン

Hadoop

複数の仮想マシンを一括作成

仮想マシンを複数のクラスタに均等配置

１-６主な日立の独自機能(2)

画面例


２. CloudStackを活用したDaaS環境


想定するDaaS規模

適用対象：学術情報分野の研究室やセミナー教室など

ユーザ数：数十名～数百名

コストパフォーマンス向上のために着眼した検証ポイント

高集積ブレードサーバの採用

オープンソースを活用したソフトウェア導入コスト低減

物理サーバの管理コスト低減

物理サーバの台数最適化

シンプルなシステム構成

２-１本取り組みの目的と検証ポイント

コストパフォーマンスの高いDaaS*環境を実現する。

目的

* DaaS: Desktop as a Service


ブレードサーバで構築

11

管理サーバホスト用物理サーバ群

・・・

・・・

管理コンソール用PC

クライアント端末

項目内容

1 クラウド基盤 Apache CloudStack

2 ハイパーバイザ KVM

3 画面転送ソフトウェア X2Go

4 管理サーバ、ホスト日立ブレードサーバ「HA8000-bd」 (Intel Xeon E3-1260L, メモリ16GB/台)

主なコンポーネント

プライマリストレージ

セカンダリストレージ

システムVM 仮想デスクトップ

仮想デスクトップ





CloudStackマネジャ

２-２検証システムの構成


CloudStackポータル画面でDaaS環境を管理

日立独自機能のメニューを

追加

画面例

２-３管理コンソールの画面


ホスト


13

デスクトップはLinux

クライアント端末

OpenSSHで保護

オープンソースを活用したクライアント環境

画面例

X2Goサーバが動作

X2Goクライアントが動作

ゲストOS = Ubuntu

２-４シンクライアント端末の画面

OS = Windows 7

Ubuntu


高集積

5Uのベースユニットに最大40台のサーバブレードを搭載可能

14

集積度 1Uサーバ比 8倍

プレード追加

スケールアウト

・・・

運用コスト約290M¥ (電気代約73M¥+フロア代約217M¥) 運用コスト約60M¥ (電気代約15M¥+フロア代約45M¥)

40U

HA8000-bd サーバブレード 40台

1Uサーバ

1Uサーバラック24本

サーバ500台×5年運用コスト 1Uサーバ比約80%削減 (ラック当り6kW条件下)

省電力・省スペース

容易なスケールアウト

…

5U

HA8000-bd ラック5本

1

2

3

２-５日立エントリーブレードサーバ「HA8000-bd」を採用


日立「かんたんHadoopソリューション」

ローカルディスクにデータを配置し、ブレード数に比例した性能向上を実現

A

C

B

D

Eデータノード群


ビッグデータ

A CB D E

C D E A B

マスタノード

第１弾 2012年5月発表

「かんたんHadoopソリューションfor ログ解析」

第２弾 2013年4月発表

「かんたんHadoopソリューションfor バッチ処理」

第３弾 2013年10月発表

「かんたんHadoopソリューションfor COBOL基幹データ活用」

インメモリ型BIツール

バッチ処理開発フレームワーク COBOL バッチデータ解析

２-６「HA8000-bd」を活用したHadoopソリューション


DaaSソリューションを検証中

サーバブレードに仮想デスクトップを配置し、CloudStackによるDaaS環境を構築

日立の独自機能を実装し、コストパフォーマンスの高いDaaS環境を実現

16

管理サーバ




・・・




・・・




・・・




・・・


ブレード追加

ユーザ追加ホスト群

DaaS管理者

ユーザ


接続ブローカレス機能

仮想デスクトップ配置最適化機能

物理サーバ管理機能

２-７「HA8000-bd」を活用したDaaSソリューションの検証


３. DaaS環境向け独自機能


管理サーバ…


仮想デスクトップ配置最適化機能

仮想デスクトップ管理

接続ブローカレス機能

CloudStackポータル画面

ホスト


・・・



ホスト


・・・



ホスト


・・・




KVMKVMKVM



３-１独自機能の実装箇所


実現方法

登録手順実現方法

1 物理サーバ機器に対する作業

ホストOSのインストール

(キッティング)2ハイパーバイザのインストールCloudStackモジュールのインストール

3 日立独自物理サーバ管理機能のインストール

4 システムへの接続と電源ON (手動)5 CloudStack管理画面

での作業ゾーン、ポッド設定 IPMI*より情報取得

6 クラスタ設定デフォルト値を設定

7 ホスト名設定自動生成

8 ホスト管理者情報設定デフォルト値を設定* IPMI: Intelligent Platform Management Interface

スムーズにスケールアウトするDaaS環境を実現するため、物理サーバ(ホスト)を

CloudStackへ容易に追加登録できるようにする。

目的

３-２-１物理サーバ管理機能(1)

CloudStack管理画面に日立独自の画面を追加


CloudStackポータル画面で、物理サーバの容易なスケールアウトを支援

物理サーバの追加登録【追加登録前】

【追加登録後】

新たに登録された物理サーバを表示

３-２-２物理サーバ管理機能(2)

BMC: Baseboard Management Controller


CloudStackポータル画面で、物理サーバの状態を管理

物理サーバの状態管理

３-２-３物理サーバ管理機能(3)

物理サーバの電源ON/OFFなどを制御

ゾーン、ポッドの設定に利用

© Hitachi, Ltd. 2014. All rights reserved.ホスト2

ホスト3

ホスト122

仮想デスクトップ A

リソ

ース

使用

量

時間

仮想デスクトップ B

リソ

ース

使用

量

時間

仮想デスクトップ C

リソ

ース

使用

量

時間

ホスト 3

仮想デスクトップ A+C

リソ

ース

使用

量

時間

仮想デスクトップ B

リソ

ース

使用

量

時間

仮想デスクトップの

配置最適化の結果、

「ホスト3」は不要に

仮想デスクトップ Cを再配置

(ライブマイグレーション)

同じホストに配置された仮想デスクトップのリソース競合を低減

仮想デスクトップのリソース使用量を平準化し、物理サーバ(ホスト)台数を削減

目的

３-３-１仮想デスクトップ配置最適化機能(1)


実現のための仮説

計測が必要なリソース量は、CPU利用率だけ

CPU利用率は、メモリ使用量、ディスクアクセス量に相関関係があるので、仮想デスクトップのCPU利用率を計測すればリソース使用量の傾向がわかる。

仮想デスクトップのCPU利用率は、一定周期でほぼ同じパターンの変化を繰り返す*

① 各仮想デスクトップのCPU利用率を一定期間計測し、変化パターンを把握

② 変化パターンの相関が異なる仮想デスクトップを同じホストへ配置

本方式をPBA方式と呼ぶ。 (PBA: Pattern-based Virtual Machine Placement Algorithm)

③ 各ホストのCPU使用率が閾値を超えないように再配置案を作成し、任意実行

実現方法

自己

相関

率

経過時間(時間)

CPU利用率に関する、仮想デスクトップ12個の自己相関例

24時間周期で、同じような

パターンを繰り返している。

３-３-２仮想デスクトップ配置最適化機能(2)

*: LeThanhMan, C. and Kayashima, M., “Virtual Machine Placement Algorithm for Virtualized Desktop Infrastructure”, in Proceedings of IEEE CCIS, 2011


３-３-３仮想デスクトップ配置最適化機能(3)

単純方式 PBA方式

CPU利用率が低い状態

CPU利用率が0⇒不要なホスト

CPU利用率にムラがある CPU利用率がほぼ平準

CPU利

用率

(%)

CPU利

用率

(%)

経過時間(分) 経過時間(分)

ホスト1ホスト2ホスト3ホスト4

ホスト1

ホスト2

ホスト3

ホスト4

PBA方式と別配置方式「単純方式(仮名)」を比較

単純方式＝新規の仮想デスクトップを、その時点で負荷が低いホストに配置する。

検証条件

ホスト(物理サーバ)数 4台、ユーザ(仮想デスクトップ)数 12

検証結果

PBA方式を適用すれば、ホスト4台のうち1台は不要


仮想デスクトップの配置案を管理者に提示し、ライブマイグレーションを実行

３-３-４仮想デスクトップ配置最適化機能(4)

仮想デスクトップの再配置

CB12の仮想デスクトップが、CB14とCB15へ移動


ユーザID/パスワード入力

認証DBにユーザ認証依頼

ユーザ認証結果を返送

接続先の仮想デスクトップ情報を返送

仮想デスクトップへログイン

仮想デスクトップ作成

接続ブローカを利用する場合のログイン処理

接続ブローカ

認証DB

管理サーバホスト


ユーザと仮想デスクトップ登録

1

2

3

4

5

5

12

3 4

クライアント端末が接続する仮想デスクトップ情報を提供する接続ブローカを

無くすことで、シンプルなシステム構成を実現する。

目的

ユーザ

３-４-１接続ブローカレス機能(1)


実現方法

仮想化機構のライブマイグレーション機能を利用し、仮想デスクトップのIPアドレスを

ユーザごとに固定化

接続先の仮想デスクトップ情報を、USBメモリに格納して各ユーザへ配布

USBメモリをクライアント端末に挿入

・ IPアドレスなど接続先の

仮想デスクトップ情報を取得

仮想デスクトップへログイン

・初回接続時は、SSHポート

フォワーディング機能にて

adduserを実行し、ユーザ登録

仮想デスクトップ作成

接続ブローカレスの場合のログイン処理

管理サーバホスト


接続先の仮想デスクトップ登録

USBメモリ

1

22

1ユーザ

３-４-２接続ブローカレス機能(2)


ユーザIDとパスワードを登録

初回接続時

登録済みパスワードを入力

2回目以降接続時

ユーザの利用手順

① 接続先仮想デスクトップのIPアドレスなどが格納されたUSBメモリをクライアント端末に挿入

② 仮想デスクトップへ初回接続時は、ユーザIDとパスワードを入力し、ユーザ情報を仮想デスクトップに登録

③ 2回目以降に接続時は、パスワードだけ入力し、ログイン

アカウント入力画面

３-４-３接続ブローカレス機能(3)


４. 今後の取り組み


日立エントリーブレードサーバ HA8000-bd

・・・

H S F S

ファイルを分割し、

複数のローカル

ディスクに分散配置

分散共有ファイルシステム「Hitachi Striping File System」

複数サーバのローカルディスクで、シングルイメージのファイルシステムを構成

高性能・大容量のストレージを提供

容易で柔軟なシステム拡張を実現

Hitachi Striping File SystemH S F S

４-１分散共有ファイルシステムによるストレージ構築

CloudStackを活用したDaaS環境における

プライマリストレージおよびセカンダリ

ストレージとしての利用を検証中


５. まとめ


５-１まとめ

CloudStackをはじめとしたオープンソース・ソフトウェアを活用することで、

コストパフォーマンスの高いDaaS環境を実現。

日立独自機能と高集積ブレードサーバ「HA8000-bd」により、

シンプルな運用管理のDaaS環境を小規模からスタート可能。

今後、「Hitachi Striping File System」による信頼性の向上や、

サーバラインナップを充実し、ユーザにとって使い勝手の良い

CloudStack活用DaaS環境を検討。


お問い合わせ先

お問い合わせ窓口

http://www.hitachi.co.jp/ha8000-bd-inq/

(日立製作所 ITプラットフォーム事業本部ソリューションビジネス統括部)

関連情報

日立クラウド基盤導入ソリューション Powered by Apache CloudStack

http://www.hitachi.co.jp/Prod/comp/app/cloud-stk/

Private Cloud/VDI構築サービス (日立ソリューションズ)

http://www.hitachi-solutions.co.jp/pcvdi/

研修コース (日立インフォメーションアカデミー)

「Linuxで構築するクラウド基盤－CloudStack編－」

http://www.hitachi-ia.co.jp/h_comp/service/cloud.htm


•Apache, Apache CloudStack, CloudStack, Apache CloudStackロゴ, Cloud Monkeyロゴ, Hadoop, Hadoopロゴ,

OpenOfficeは、Apache Software Foundationの登録商標または商標です。

•Asakusa Frameworkは、株式会社ノーチラス・テクノロジーズの登録商標です。

•Citrix, XenServerは、Citrix Systems, Inc.の米国およびその他の国における登録商標または商標です。

•Firefox, Firefoxロゴは、Mozilla Foundationの米国およびその他の国における登録商標または商標です。

•Google Chrome, Chromeロゴは、Google Inc.の商標です。

• IEEEは、米国におけるInstitute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.の商標です。

• Intel, Intel Xeon, Xeonは、米国およびその他の国におけるIntel Corporationの商標です。

•LibreOfficeは、The Document Foundation の米国およびその他の国における商標または登録商標です。

•Linuxは、Linus Torvaldsの日本およびその他の国における登録商標または商標です。

•Microsoft, Windows, Windows 7, Windowsロゴ, Internet Explorer, Internet Explorerロゴは、米国Microsoft

Corporationの米国およびその他の国における登録商標または商標です。

•QlikViewは、QlikTech International ABの商標または登録商標です。

•Red Hat, Cygwinは、米国およびその他の国におけるRed Hat, Inc.の登録商標または商標です。

•Shibbolethは、Internet2の登録商標です。

•Ubuntuは、Canonical Ltd.の登録商標です。

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•その他記載の会社名、製品名は、それぞれの会社の商号、登録商標または商標です。

•製品の内容・仕様は、改良のために予告なしに変更する場合があります。

•製品写真は出荷時のものと異なる場合があります。

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END

CloudStackを活用したDaaS環境の実現

2014/3/6

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