JP6920281B2 - 高性能コンピューティング環境において仮想マシンの仮想マシンファブリックプロファイルを規定するためのシステムおよび方法 - Google Patents
高性能コンピューティング環境において仮想マシンの仮想マシンファブリックプロファイルを規定するためのシステムおよび方法 Download PDFInfo
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Description
本特許文献の開示の一部には、著作権保護の対象となるものが含まれている。著作権者は、この特許文献または特許開示の何者かによる複製が、特許商標庁の特許ファイルまたは記録にある限り、それに対して異議を唱えないが、そうでなければ、いかなる場合もすべての著作権を留保する。
本発明は、概してコンピュータシステムに関し、具体的には仮想マシンの仮想マシンファブリックプロファイルを規定することに関する。
導入されるクラウドコンピューティングアーキテクチャがより大規模になるのに応じて、従来のネットワークおよびストレージに関する性能および管理の障害が深刻な問題になってきている。クラウドコンピューティングファブリックのための基礎としてインフィニバンドTM(InfiniBand:IB)技術などの高性能な無損失相互接続を用いることへの関心がますます高まってきている。これは、本発明の実施形態が対応するように意図された一般領域である。
本明細書に記載されているのは、仮想マシンの仮想マシンファブリックプロファイルを規定するためのシステムおよび方法である。ある例示的な実施形態は、仮想マシン識別子、仮想ホストチャネルアダプタインスタンスID、および仮想グローバル一意識別子を提供することができる。仮想マシン識別子、仮想ホストチャネルアダプタインスタンスID、および仮想グローバル一意識別子は、仮想マシン識別子にアクセスすることにより、仮想ホストチャネルアダプタインスタンスIDおよび仮想グローバル一意識別子を取出すことができるように、相互にマッピングすることができる。さらに、管理パーティションを規定するP_Keyと仮想グローバル一意識別子との間の関係を作成することができ、上記P_Keyと仮想グローバル一意識別子との間の関係は、仮想グローバル一意識別子を、P_Keyによって規定される管理パーティションのメンバとして規定する。
本発明は、同様の参照番号が同様の要素を指している添付図面の図において、限定のためではなく例示のために説明されている。なお、この開示における「ある」または「1つの」または「いくつかの」実施形態への参照は必ずしも同じ実施形態に対するものではなく、そのような参照は少なくとも1つを意味する。特定の実現例が説明されるが、これらの特定の実現例が例示的な目的のためにのみ提供されることが理解される。当業者であれば、他の構成要素および構成が、この発明の範囲および精神から逸脱することなく使用され得ることを認識するであろう。
インフィニバンドTM(IB)は、インフィニバンドTM・トレード・アソシエーション(InfiniBandTM Trade Association)によって開発されたオープン標準無損失ネットワーク技術である。この技術は、特に高性能コンピューティング(high-performance computing:HPC)アプリケーションおよびデータセンタを対象とする、高スループットおよび少ない待ち時間の通信を提供するシリアルポイントツーポイント全二重相互接続(serial point-to-point full-duplex interconnect)に基づいている。
一実施形態に従うと、IBネットワークは、ネットワークファブリックを共有するシステムの論理グループを分離するためのセキュリティメカニズムとしてのパーティショニングをサポートし得る。ファブリックにおけるノード上の各HCAポートは、1つ以上のパーティションのメンバである可能性がある。一実施形態に従うと、本開示は、IBサブネット内に規定することができる2種類のパーティションとして、データパーティション(以下の段落でより詳細に説明する)と管理パーティション(本開示において後に詳細に説明する)とを提供する。
過去10年の間に、ハードウェア仮想化サポートによってCPUオーバーヘッドが実質的に排除され、メモリ管理ユニットを仮想化することによってメモリオーバーヘッドが著しく削減され、高速SANストレージまたは分散型ネットワークファイルシステムの利用によってストレージオーバーヘッドが削減され、シングルルートI/O仮想化(Single Root Input/Output Virtualization:SR−IOV)のようなデバイス・パススルー技術を使用することによってネットワークI/Oオーバーヘッドが削減されてきたことに応じて、仮想化された高性能コンピューティング(High Performance Computing:HPC)環境の将来見通しが大幅に改善されてきた。現在では、クラウドが、高性能相互接続ソリューションを用いて仮想HPC(virtual HPC:vHPC)クラスタに対応し、必要な性能を提供することができる。
一実施形態に従うと、IBベースのHPCシステムのいくつかは、ファットツリートポロジーを採用して、ファットツリーが提供する有用な特性を利用する。これらの特性は、各送信元宛先ペア間の複数経路の利用可能性に起因する、フルバイセクション帯域幅および固有の耐故障性を含む。ファットツリーの背後にある初期の概念は、ツリーがトポロジーのルート(root)に近づくにつれて、より利用可能な帯域幅を用いて、ノード間のより太いリンクを採用することであった。より太いリンクは、上位レベルのスイッチにおける輻輳を回避するのに役立てることができ、バイセクション帯域幅が維持される。
一実施形態に従うと、I/O仮想化(I/O Virtualization:IOV)は、基礎をなす物理リソースに仮想マシン(VM)がアクセスすることを可能にすることによって、I/Oを利用可能にすることができる。ストレージトラフィックとサーバ間通信とを組合わせると、シングルサーバのI/Oリソースにとって抗し難い高い負荷が課され、結果として、データの待機中に、バックログが発生し、プロセッサがアイドル状態になる可能性がある。I/O要求の数が増えるにつれて、IOVにより利用可能性をもたらすことができ、最新のCPU仮想化において見られる性能レベルに匹敵するように、(仮想化された)I/Oリソースの性能、スケーラビリティおよび融通性を向上させることができる。
さまざまなタイプのSR−IOVモデル(たとえば共有ポートモデル、仮想スイッチモデルおよび仮想ポートモデル)があり得る。
図5は、一実施形態に従った例示的なvSwitchアーキテクチャを示す。図に示されるように、ホスト400(たとえばホストチャネルアダプタ)はハイパーバイザ410と対話することができ、当該ハイパーバイザ410は、さまざまな仮想機能430、440および450をいくつかの仮想マシンに割当てることができる。同様に、物理機能はハイパーバイザ410によって処理することができる。仮想スイッチ415もハイパーバイザ401によって処理することができる。
図6は、一実施形態に従った例示的なvPortの概念を示す。図に示されるように、ホスト300(たとえばホストチャネルアダプタ)は、さまざまな仮想機能330、340および350をいくつかの仮想マシンに割当てることができるハイパーバイザ410と対話することができる。同様に、物理機能はハイパーバイザ310によって処理することができる。
一実施形態に従うと、本開示は、LIDが予めポピュレートされたvSwitchアーキテクチャを提供するためのシステムおよび方法を提供する。
一実施形態に従うと、本開示は、動的LID割当てがなされたvSwitchアーキテクチャを提供するためのシステムおよび方法を提供する。
図9は、一実施形態に従った、動的LID割当てがなされてLIDが予めポピュレートされたvSwitchを備えた例示的なvSwitchアーキテクチャを示す。図に示されるように、いくつかのスイッチ501〜504は、ネットワーク切替環境800(たとえばIBサブネット)内においてインフィニバンドTMファブリックなどのファブリックのメンバ間で通信を確立することができる。ファブリックはホストチャネルアダプタ510、520、530などのいくつかのハードウェアデバイスを含み得る。ホストチャネルアダプタ510、520および530は、それぞれ、さらに、ハイパーバイザ511、521および531と対話することができる。各々のハイパーバイザは、さらに、ホストチャネルアダプタと共に、いくつかの仮想機能514、515、516、524、525、526、534、535および536と対話し、設定し、いくつかの仮想マシンに割当てることができる。たとえば、仮想マシン1 550は、ハイパーバイザ511によって仮想機能1 514に割当てることができる。ハイパーバイザ511は、加えて、仮想マシン2 551を仮想機能2 515に割当てることができる。ハイパーバイザ521は、仮想マシン3 552を仮想機能3 526に割当てることができる。ハイパーバイザ531は、さらに、仮想マシン4 553を仮想機能2 535に割当てることができる。ハイパーバイザは、ホストチャネルアダプタの各々の上において十分な機能を有する物理機能513、523および533を介してホストチャネルアダプタにアクセスすることができる。
一実施形態に従うと、1つのサブネット内にインフィニバンドTMファブリックを提供することに加え、本開示の実施形態は、2つ以上のサブネットにまたがるインフィニバンドTMファブリックを提供することもできる。
上述のように、インフィニバンドTMファブリックなどのネットワークファブリックは、ファブリックの各サブネット内の相互接続されたルータを用いることで、複数のサブネットにまたがることができる。一実施形態に従うと、ファブリックマネージャ(図示せず)はホスト上で実現することができる。このホストは、ネットワークファブリックのメンバであり、ファブリック内で使用されることにより、ファブリックの一部である物理リソースおよび論理リソース双方を管理することができる。たとえば、特に、ファブリックリソースを発見すること、物理サーバ間の接続性を制御すること、リアルタイムのネットワーク統計を収集して観察すること、災害復旧(disaster recovery)、およびサービス品質(quality of service:QoS)設定を設定することなどの管理タスクを、ユーザは、ファブリックマネージャを通して実行することができる。一実施形態に従うと、ファブリックマネージャは、ファブリック内に規定されたすべてのサブネットにまたがっていてもよい。すなわち、ファブリックマネージャは、リソースがどのサブネットのメンバであるかに関係なく、ファブリックのメンバであるかまたは少なくともファブリックに対応付けられている物理リソースおよび論理リソースを管理することができる。
上述のように、ファブリックマネージャは、ユーザがファブリックマネージャのインターフェイスを用いてネットワークファブリック全体にわたって管理タスクを実行できるようにする。一実施形態に従うと、ファブリックマネージャのその他の機能は、階層的なロール(role)ベースのアクセス制御を容易にすることである。一実施形態において、ロールベースのアクセス制御は、ファブリックレベルリソースドメインを通して実現される。
一実施形態に従うと、リソースドメインは、アドミニストレーションまたは(本明細書における呼称である)「管理」パーティションにより、サブネットレベルで表わすことができる。管理パーティションは、サブネットレベルでアクセス権をサブネットリソースに与えるグループメンバーシップを表わす。一実施形態に従うと、管理パーティションのメンバは、管理パーティションに対応付けられているいずれのサブネットリソースへのアクセス権も有するという点において、特権があると考えられる。ファブリックマネージャレベルにおいて、管理パーティションは、リソースドメインと対応するドメイン管理ユーザとに対応付けられる。このようにして、マルチテナント環境においてユーザとロールの分離をサブネットレベルで保証することができる。さらに、特定のリソースドメインに対応付けられている管理パーティションのメンバであるリソースがリソースドメインのメンバにもなるように、リソースドメインメンバーシップを管理パーティションメンバーシップに対応付けることができる。
上述のように、効率的なハードウェアリソースの利用およびスケーラビリティを改善するために、IBファブリック等のファブリックにおいて仮想マシン(VM)を用いることができる。しかしながら、仮想マシン(VM)のライブマイグレーションは、これらのソリューションにおいて用いられるアドレス指定およびルーティングスキームのせいで、依然として問題である。一実施形態に従う方法およびシステムは、このようなVMのマイグレーションの問題を克服することを目的とし、アドレス指定スキームをサポートすることが可能な、予め定められ、非常に入手し易く、かつ物理的な場所に左右されない仮想マシンファブリックプロファイルを、容易にする。一実施形態に従うと、VMファブリックプロファイルにより、ファブリック接続性を用いてVMの集中型セットアップおよび構成管理を可能にし、かつ、SR−IOVに基づいて、VMに対し、最適化されたVMマイグレーションをサポートする。一実施形態に従うと、VMファブリックプロファイルは、仮想マシンに関する、詳細なファブリック構成情報の、単一の集中型リポジトリを表わす。ファブリックマネージャに対応付けられたデータベース(たとえばファブリックデータベース)は、VMファブリックプロファイルを構成する情報を永続化することができる。
ステップ1720において、仮想ホストチャネルアダプタ(vHCA)を特定する仮想ホストチャネルアダプタインスタンスIDが生成される。
Claims (7)
- 仮想マシン(VM)の仮想マシンファブリックプロファイルを作成する方法であって、
プロセッサを含むノードが、仮想マシン識別子(VM−id)を生成するステップと、
前記ノードが、仮想ホストチャネルアダプタ(vHCA)を特定するvHCAインスタンスIDを生成するステップと、
前記ノードが、グローバル一意識別子のプールからの仮想グローバル一意識別子(vGUID)を、前記vHCAの仮想ポートの現在のファブリックアドレスとして割当てるステップと、
前記ノードが、管理パーティションを規定するP_Keyと前記vGUIDとの間の第1の関係を作成するステップとを含み、前記P_Keyと前記vGUIDとの間の前記第1の関係は、前記vGUIDが前記現在のファブリックアドレスとして割当てられている前記仮想ポートを、前記P_Keyによって規定される前記管理パーティションのメンバとして規定し、
前記ノードが、前記VM−idと前記vHCAインスタンスIDとの間の第2の関係を作成するステップを含み、前記第2の関係により、前記vHCAインスタンスIDを、前記VM−idへのアクセスを通して取出すことができ、
前記ノードが、前記VM−idと前記vGUIDとの間の第3の関係を作成するステップを含み、前記第3の関係により、前記vGUIDを、前記VM−idへのアクセスを通して取出すことができ、
前記ノードが、前記VM−id、前記vHCAインスタンスID、前記vGUID、前記第1の関係、前記第2の関係、および前記第3の関係を、前記VM−id、前記vHCA、前記vGUID、前記第1の関係、前記第2の関係、および前記第3の関係を保存するフォーマットで、永続化するステップを含む、方法。 - 前記VM−id、前記vHCAインスタンスID、前記vGUID、前記第1の関係、前記第2の関係、前記第3の関係、および前記P_Keyは、サブネットのサブネットマネージャのキャッシュに置かれ、前記P_Keyによって規定される前記管理パーティションは前記サブネット内に定められる、請求項1に記載の方法。
- 前記キャッシュに置かれた前記VM−id、前記vHCAインスタンスID、前記vGUID、前記第1の関係、前記第2の関係、前記第3の関係、および前記P_Keyは、コピーである、請求項2に記載の方法。
- 前記キャッシュは揮発性メモリである、請求項2または3に記載の方法。
- 前記サブネットマネージャが、前記キャッシュから、前記vHCAインスタンスIDおよび前記vGUIDを取出すステップと、
前記サブネットマネージャが、前記vHCAインスタンスIDおよび前記vGUIDを物理ホストチャネルアダプタに送るステップとをさらに含む、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 仮想マシン(VM)の仮想マシンファブリックプロファイルを作成し前記仮想マシンファブリックプロファイルにアクセスするためのシステムであって、
プロセッサを含むノードと、
前記ノードにアクセス可能なメモリとを備え、
前記ノードは、
仮想マシン識別子(VM−id)を生成するように動作し、
仮想ホストチャネルアダプタ(vHCA)を特定するvHCAインスタンスIDを生成するように動作し、
グローバル一意識別子のプールからの仮想グローバル一意識別子(vGUID)を、前記vHCAの仮想ポートの現在のファブリックアドレスとして割当てるように動作し、
管理パーティションを規定するP_Keyと前記vGUIDとの間の第1の関係を作成するように動作し、前記P_Keyと前記vGUIDとの間の前記第1の関係は、前記vGUIDが前記現在のファブリックアドレスとして割当てられている前記仮想ポートを、前記P_Keyによって規定される前記管理パーティションのメンバとして規定し、前記ノードはさらに、
前記VM−idと前記vHCAインスタンスIDとの間の第2の関係を作成するように動作し、前記第2の関係により、前記vHCAインスタンスIDを、前記VM−idへのアクセスを通して取出すことができ、前記ノードはさらに、
前記VM−idと前記vGUIDとの間の第3の関係を作成するように動作し、前記第3の関係により、前記vGUIDを、前記VM−idへのアクセスを通して取出すことができ、前記ノードはさらに、
前記VM−id、前記vHCAインスタンスID、前記vGUID、前記第1の関係、前記第2の関係、および前記第3の関係を、前記VM−id、前記vHCA、前記vGUID、前記第1の関係、前記第2の関係、および前記第3の関係を保存するフォーマットで、永続化するように動作する、システム。 - コンピュータシステムに請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法を実行させるためのコンピュータプログラム。
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