JP6487359B2 - ネットワークサービス評価システム - Google Patents

Description

本発明は、仮想化環境において仮想マシンの障害が検知されてライブマイグレーションによりネットワークサービスを継続する際に、サービス中断時間を計測してネットワークサービスを評価するネットワークサービス評価システムに関する。

ネットワークサービスの信頼性を高める技術としてマイグレーションが知られている。マイグレーションとは、仮想化技術により作成された仮想マシンを現在の物理マシンから他の物理マシンへ移行させてサービスを継続させる技術であり、特に、移行元の物理マシンにおいて仮想マシンを停止させずに、そのメモリデータ等を移行先の物理マシンにコピーすることで実質的に無停止で移行先の物理マシンが処理を引き継ぐ技術は、ライブマイグレーション（live migration）と呼ばれる。

ライブマイグレーションでは、サービスの停止時間をより短くすることが要求され、特許文献１には、保護切り替え動作等を実施する場合のサービス中断時間の測定に関連して、ネットワークの端点に送信機および受信機を設け、その送信機から受信機に向けて試験パケットを送出し、受信側でそのパケットを解析することで中断時間を測定する技術が開示されている。

特開2005-210719号公報

特許文献１によれば、仮想化環境においてもサービス中断時間の測定は可能であるが、以下のような２つの技術課題を解決しなければならない。

(1) 仮想化環境においては、複数の仮想マシンで構成されるネットワークの復旧に際し、ネットワークの構成要素である仮想マシンが、それを実現している物理サーバ間を移動することにより、試験パケットを送受信する装置のケーブル等をそれに応じて動的に変更する必要が生じる。

(2) 試験パケットを送受するための物理的な送受信装置を用意する必要があり、たとえ仮想マシンで仮想的な送信装置、受信装置を用意する場合でも、仮想マシンの作成にはある程度の時間を要するので、サービスの中断時間を短縮するためには、試験パケットの送受信装置をネットワーク上に常駐させなければならず、その結果、コンピューティングリソース（CPU・メモリ・HDD等）を余計に、または常時消費してしまう。

本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、ネットワークに物理的な変更を加えることなく、かつコンピューティングリソース（CPU・メモリ・HDD等）を余計に、または常時消費することなく、ライブマイグレーションにおけるサービスの中断時間を測定できるネットワークサービス評価システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、仮想マシンのライブマイグレーションを評価するシステムにおいて、仮想マシンの障害検知に応答して、試験パケットを送受するための送信コンテナおよび受信コンテナを仮想的に作成するサーバ資源をそれぞれ決定する手段と、決定された各サーバ資源に送信コンテナおよび受信コンテナを作成する手段と、試験パケットが移動対象の仮想マシンを経由できるネットワークを送信コンテナと受信コンテナとの間に仮想的に追加する手段と、仮想マシンが停止して移行先で再開するまでのサービス中断期間を、送信コンテナから受信コンテナへ送信した試験パケットに基づいて計算する手段を具備した。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1) サービス中断時間の計測に用いる試験パケットを送受する送受信機能を、その作成に時間を要する仮想マシンではなく、極めて短時間かつ少ないコンピュータリソースで仮想的に実現できるコンテナ技術により、送信コンテナおよび受信コンテナとして作成できる。その結果、試験パケットの送受信専用機能をネットワーク上に常駐させることなく、コンピューティングリソースの追加的な使用を短時間および最小限に抑えながら、ライブマイグレーションにおけるサービス中断時間を測定できるようになる。

例えば、仮想マシンの作成に、ハイパーバイザ型の仮想化方式であれば１０秒から数分必要とするのに対して、コンテナ技術では１秒以内で作成できる。したがって、仮想マシンの障害が検知されてから、その作成を開始しても、ライブマイグレーションにおけるサービス中断時間の測定に支障をきたすことがない。

(2) 各コンテナと各仮想スイッチとを動的に接続するので、ケーブルの配置換えをせずにサービス監視を実現できるようになる。

本発明を適用したネットワークサービス評価システムの主要部の構成を示した機能ブロック図である。 仮想マシンにより作成される仮想ネットワークが２つの論理ネットワークA，Bにより構成されている様子を示した図である。 構成情報データベースに蓄積されている論理ネットワークの接続情報の一例を示した図である。 構成情報データベースに蓄積されているリンク情報の一例を示した図である。 アラームの発生からライブマイグレーションの実施およびその完了までの手順を示したシーケンスフロー（その１）である。 アラームの発生からライブマイグレーションの実施およびその完了までの手順を示したシーケンスフロー（その２）である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明を適用したシステムの主要部の構成を示した図であり、ここでは、本発明の説明に不要な構成は図示が省略されている。

ネットワークには、仮想マシンを作成するための複数のサーバ資源（物理サーバ）２００（２００ａ，２００ｂ，２００ｃ）および各サーバ資源２００上で仮想環境を制御してネットワークサービスを評価する管理システム群１００が接続されており、各サーバ資源２００及び管理システム群１００にはIP到達性があるものとする。

各サーバ資源２００では、オペレーティングシステム（OS）２０１上に仮想マシンVMを実現するための仮想化実現ミドルウェア２０２が実装され、この仮想化実現ミドルウェア２０２上で１ないし複数の仮想マシンVMが稼働する。

ネットワークNW1には、内部ネットワークNW2および外部ネットワークNW3が接続され、内部ネットワークNW2で作成されるユーザのパケットは仮想マシンVMで構成されるネットワークNW1を通り、インターネット等の外部ネットワークNW3へ出て行くことができる。

管理システム群１００は、ネットワークNW1を構成する仮想マシンの作成を主に行う仮想マシン制御装置１０１、サービス中断時間を測定するための送信コンテナおよび受信コンテナを作成するコンテナ制御装置１０２、各コンテナと仮想マシンとを接続するためのネットワークを作成するネットワーク制御装置１０３、および各仮想マシンとサーバ資源２００とのマッピングなどを示す構成情報を管理する構成情報データベース(DB)１０４を主要な構成としている。これらの各装置は、それぞれ別のシステムとして作成しても良いし、同一システム内に機能として実装しても良い。

管理システム群１００は、仮想マシンVMが報知する障害アラームの受信等を契機にしてライブマイグレーションが実行される直前に、仮想マシンVMで構成されるネットワークの端点に送信コンテナ３０１および受信コンテナ３０２を作成する。そして、ライブマイグレーションの期間中に送信コンテナ３０１が送信したパケットを受信した受信コンテナ３０２が当該受信パケット数を解析することで、ライブマイグレーションの実行に伴うサービス中断時間を測定する。

本実施形態では、各サーバ資源２００の仮想化実現ミドルウェア２０２上で計５台の仮想マシンVMa，VMb，VMc，VMd，VMeが稼働しており、それぞれがファイヤーウォールなどのネットワークアプリケーションを実行する。

ここでは、図２に示したように、ネットワークNW1が２つの論理ネットワークA，Bにより作成されており、そのネットワークの接続に関する情報および各仮想リンクに関する情報は構成情報DB１０４に保持されている。

図３は、構成情報DB１０４に蓄積されている論理ネットワークの接続情報の例を示した図であり、ネットワークNW1が前記２つの論理ネットワークA，Bにより作成されていることを示している。

また、論理ネットワークAが「内部ネットワークNW2」、「仮想マシンVMa」、「仮想マシンVMd」および「外部ネットワークNW3」で構成されており、その接続状態が[内部ネットワークNW2−仮想リンクVL1−仮想マシンVMa]、[仮想マシンVMa−仮想リンクVL2−仮想マシンVMd]および[仮想マシンVMd−仮想リンクVL3−外部ネットワークNW3]であることを示している。

さらに、マッピング情報を参照することで、仮想マシンVMａがサーバ資源２００ａ上で稼働し、仮想マシンVMdがサーバ資源２００ｂ上で稼働していることも判る。論理ネットワークBの説明は省略する。

図４は、構成情報DB１０４に蓄積されているリンク情報の例を示した図であり、仮想リンクVLごとに、その一端側（端点A）および他端側（端点B）の接続対象、コネクションポイント（A/B）、スイッチコネクションポイント（A/B）および終端スイッチに関する情報が登録されている。

ここで、コネクションポイント（A/B）とは、端点A/Bが使用している物理ポートまたは仮想ポートである。図示の例では、コネクションポイントBは仮想マシンaの物理ポートeth1に該当する。なお、内部ネットワークNW2の場合は該当ポートが存在しない。スイッチコネクションポイント（A/B）は、仮想スイッチVMと端点A/Bとを接続する際に使用する仮想スイッチの仮想ポートである。

次いで、図５，６のシーケンスフローを参照して、アラームの発生からライブマイグレーションの実施およびその完了までの手順について説明する。ここでは、仮想マシンdが何らかのアラームを報知し、これが検知されて仮想マシンdを対象にライブマイグレーションを実行する場合を例にして説明する。

時刻t1において、管理システム群１００の仮想マシン制御装置１０１が仮想マシンdから何らかのアラームを受信すると、時刻t2では、仮想マシンdが作成されているサーバ資源２００ｂのミドルウェア２０２ｂに対して他のサーバ資源へのメモリコピーが指示される。

本実施形態では、サーバ資源２００ｃが仮想マシンdの機能を引き継ぐことを想定し、時刻t3では、仮想マシンdのメモリ内容がサーバ資源２００ｃのミドルウェア２０２ｃへコピーされる。時刻t4では、仮想マシン制御装置１０１からコンテナ制御装置１０２へコンテナ作成が指示される。

コンテナ制御装置１０２は、時刻t5において、前記コンテナ作成の指示に応答して構成情報DB１０４からネットワークに関する構成を取得し、論理的なネットワークの端点を確認する。時刻t6では、コンテナ制御装置１０２から仮想マシン制御装置１０１に対して、送信コンテナおよび受信コンテナを作成するためのコンピューティングリソース情報の問い合わせが実施され、最も潤沢にリソースが空いているサーバ資源が送信コンテナおよび受信コンテナの作成先として決定される。

時刻t7では、仮想マシン制御装置１０１からコンテナ制御装置１０２へ、前記決定されたサーバ資源が通知される。ここでは、サーバ資源２００ａ、２００ｃへのコンテナ作成が決定されたものとして説明を続ける。

時刻t8では、サーバ資源２００ａに対して送信コンテナの作成が指示され、そのオペレーティングシステム上に送信コンテナ３０１が作成される。時刻t9では、サーバ資源２００ｃに対して受信コンテナの作成が指示され、そのオペレーティングシステム上に受信コンテナ３０２が作成される。時刻t10では、コンテナ制御装置１０２からネットワーク制御装置１０３へ、前記各コンテナ３０１，３０２を含む論理ネットワークの作成が指示される。

ネットワーク制御装置１０３は、前記作成指示に応答して、時刻t11，t12において、前記構成情報DB１０４に蓄積されている情報に基づいて仮想スイッチVS1，VS2の設定変更を実施することで、送信コンテナ３０１と仮想マシンVMa、および受信コンテナ３０２と仮想マシンVMdとを接続する。

本実施形態では、図３，４の構成情報DB１０４を参照することで、(1) 仮想マシンVMa，VMdが論理ネットワークAを構成していること、(2) 仮想マシンVMaがサーバ資源２００ａ上に作成され、仮想マシンVMdがサーバ資源２００ｂ上に作成されていること、(3) 仮想マシンVMaの内部ネットワークNW2に最も近い仮想リンクがVL1であり、仮想マシンVMdの外部ネットワークNW3に最も近い仮想リンクがVL3であること、を認識する。

さらに、仮想マシンVMaに関しては、その接続される終端スイッチが仮想スイッチVS1のport2であることを認識し、これらの認識結果に基づいて、送信コンテナ３０１を仮想スイッチVS1に接続し、送信コンテナ３０１が接続されたportと仮想マシンVMaが接続されているport2との間をパケットが送受信可能なように仮想スイッチVS1に設定が投入される。なお、仮想マシンVMdに関する説明は省略する。

以上のようにして、送信および受信コンテナ３０１，３０２を含むネットワーク作成が完了すると、時刻t13において、ネットワーク制御装置１０３からコンテナ制御装置１０２へ完了通知が送信される。時刻t14では、コンテナ制御装置１０２から送信コンテナ３０１に対して監視の開始が指示される。

図６へ進み、時刻t15では、送信コンテナ３０１から受信コンテナ３０２へ試験パケットの送信が開始される。時刻t16では、送信コンテナ３０１からコンテナ制御装置１０２に対して、試験パケットの送信を開始した旨が通知される。時刻t17では、コンテナ制御装置１０２から仮想マシン制御装置１０１に対してライブマイグレーションが指示される。

時刻t18では、仮想マシン制御装置１０１からサーバ資源２００ｂのミドルウェア２０２ｂに対して仮想マシンVMdの停止が指示される。時刻t19では、ミドルウェア２０２ｂが、前記要求に応答して仮想マシンVMdを停止させ、残りのメモリ情報をサーバ資源２００ｃのミドルウェア２０２ｃへコピーする。

全てのメモリコピーが完了し、サーバ資源２００ｃ上に仮想マシンVMdが移設されると、時刻t20では、仮想マシン制御装置１０１からサーバ資源２００ｃのミドルウェア２０２ｃに対して仮想マシンVMdの起動が指示されてライブマイグレーションが完了する。時刻t21では、仮想マシン制御装置１０１からコンテナ制御装置１０２へライブマイグレーションの完了が通知される。

時刻t22では、コンテナ制御装置１０２から送信コンテナ３０１に対して結果が要求され、時刻t23では、コンテナ制御装置１０２から受信コンテナ３０２へ結果が要求される。時刻t24では、送信コンテナ３０１からコンテナ制御装置１０２へ結果が送信され、時刻t25では、受信コンテナ３０２からコンテナ制御装置１０２へ結果が送信される。

時刻t26では、コンテナ制御装置１０２において、前記通知された結果に基づいて解析が行われる。本実施形態では、送信コンテナ３０１が送信した試験パケット数から、受信コンテナ３０２で受信できた試験パケット数を減じることでサービスの中断時間が求められる。

時刻t27、t28では、それぞれ送信コンテナ３０１および受信コンテナ３０２に対して、その削除が要求され、それぞれのサーバ資源上で各コンテナ３０１，３０２が削除される。

本実施形態によれば、サービス中断時間の計測に用いる試験パケットを送受する送受信機能を、その作成に時間を要する仮想マシンではなく、極めて短時間かつ少ないコンピュータリソースで仮想的に実現できるコンテナ技術により、送信コンテナ３０１および受信コンテナ３０２として作成できる。

その結果、試験パケットの送受信専用機能をネットワーク上に常駐させることなく、コンピューティングリソースの追加的な使用を短時間および最小限に抑えながら、ライブマイグレーションにおけるサービス中断時間を測定できるようになる。

１００…管理システム群，１０１…仮想マシン制御装置，１０２…コンテナ制御装置，１０３…ネットワーク制御装置，１０４…構成情報データベース(DB)，２００…サーバ資源，２０１…オペレーティングシステム（OS），２０２…仮想化実現ミドルウェア，３０１…送信コンテナ，３０２…受信コンテナ

Claims (3)

1. 第１のサーバ資源上で稼働する仮想マシンを第２のサーバ資源上へ移行するライブマイグレーションを評価するシステムにおいて、
   仮想マシンの障害検知に応答して、試験パケットを送受信する送信コンテナおよび受信コンテナを仮想的に作成するサーバ資源をそれぞれ決定する手段と、
   決定された各サーバ資源に送信コンテナおよび受信コンテナを作成する手段と、
   試験パケットが移動対象の仮想マシンを経由できるネットワークを送信コンテナと受信コンテナとの間に仮想的に追加する手段と、
   仮想マシンが第1のサーバ資源上で停止してから第２のサーバ資源上で再開するまでのサービス中断期間を前記送信コンテナから受信コンテナへ送信した試験パケットに基づいて計算する手段を具備したことを特徴とするネットワークサービス評価システム。
2. 前記仮想的に追加するネットワークが仮想スイッチであることを特徴とする請求項１に記載のネットワークサービス評価システム。
3. 前記ネットワークを仮想的に追加する手段は、移動対象の仮想マシンで構成される論理ネットワークの一方側及び他方側の端点に前記送信コンテナおよび受信コンテナを配置することを特徴とする請求項１または２に記載のネットワークサービス評価システム。