クラウド環境における計算資源の動的共有手法

摘要

クラウドは，ネットワークで接続された物理マシン（VMホスト）、それらの物理マシン上で動作する仮想マシン（VM）、およびVMホストとVMを管理するクラウド管理サーバで構成される。プロセッサやメモリなどの計算資源はクラウド管理サーバにより管理され、VMに適切な計算資源を割り振ることで計算資源利用の効率化を行っている。また、VMのライブマイグレーション機能を用いて実行中のVMを別のVMホストへ移動させることで、VMの稼働率およびVMホストの保守性の確保と、クラウド全体の消費電力削減を図っている。クラウドの電力効率向上のためには、VMが低負荷な状況において使用されない計算資源を別のVMに割り当て、有効利用する必要がある。このため、変動する負荷状況に合わせてVMに割り当てる計算資源量を細粒度に再配分するクラウドとしてResource-as-a-Serviceクラウドが提案されているが、実装が困難であるという課題がある。また、VM外部の計算資源を割り当てる既存技術として、PCIパススルーによるものとAPIインターセプトによるものの2種類がある。しかし、これらには計算資源の共有、ライブマイグレーション、計算性能のいずれかに制約が発生するという課題がある。本研究では、VMの必要に応じた計算資源の動的な割り当てを可能にするため、クラウド上に高負荷なジョブの実行を担う専用のサーバ（計算ホスト）を配置し、VMから利用することで上記の課題を回避する。各VMに割り当てる計算資源量を縮小し、1台のVMホストに収容可能なVM数を拡大し、クラウドの高密度化と省電力化を実現する。研究室内にプライベートクラウドを構築し、VMでジョブを実行する際に計算ホストの計算資源を共有し、計算を行うプログラムを開発した。このプログラムを使用してVMから計算ホストにジョブを依頼し、(1) VMから計算ホストの計算資源が低オーバヘッドで利用できること(2) 計算ホストが備えるGPUを複数のVMで共用できること(3) 計算処理の実行中においてもVMのライブマイグレーションが可能であること(4) 計算ホストを1台から2台に増強することで、VMから依頼するジョブの実行性能を約2倍にできることについてそれぞれ確認した。これにより、クラウドの利点を維持しつつ、VMの計算性能の向上と計算資源の利用率向上が両立できることを実証した。