ライブ・ストレージマイグレーション 機構の開発とその評価

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1 ライブ・ストレージマイグレーション 機構の開発とその評価
広渕崇宏　中田秀基　小川宏高　 伊藤智　関口智嗣 t.hirofuchi _at_ aist.go.jp 産業技術総合研究所

2 xNBDとは xNBD - http://bitbucket.org/hirofuchi/xnbd
VMクラスタ運用環境を想定した機能 Network Block Deviceプロトコル ブロックレベルのI/Oプロトコル iSCSIよりはるかに単純な仕様 必要かつ十分 VM VM VM VM Host Server NBD Protocol LAN Storage Server Disk Disk

3 xNBDの特徴（１） Linux NBDとの完全な互換性 既存NBDサーバよりも高速 複数クライアントの同時アクセス対応
カーネルドライバnbd.koで利用可能 既存NBDサーバよりも高速 mmap()の利用 多重リクエストキューイング処理 複数クライアントの同時アクセス対応 クラスタファイルシステムに対応 OCFS2、GFS

4 xNBDの特徴（２） ストレージマイグレーション 分散コピーオンライト オープンソース 分散キャッシュプロキシ
VMライブマイグレーションと連動したストレージ再配置 遠隔拠点間VMライブマイグレーションに対応 分散コピーオンライト ストレージノードをまたいだディスクイメージCoW 分散キャッシュプロキシ 大規模クライアントに対応 オープンソース GPL（応相談変更可） まもなく公開予定　

5 ターゲットサーバモード クライアントノード ターゲットサーバノード(10.1.1.1) 複数同時クライアント （OCFS2等と併用）
単一クライアント クライアントノード $ modprobe nbd $ echo deadline > /sys/block/nbd0/queue/scheduler $ nbd-client bs= /dev/nbd0 $ mkfs /dev/nbd0 ターゲットサーバノード( ) $ dd if=/dev/zero of=disk.img bs=4096 count=1 seek= $ xnbd-server --target --lport 8992 disk.img

6 プロキシサーバモード クライアントノード プロキシサーバノード ターゲットサーバノード(10.1.1.1) 複数同時 クライアント
単一クライアント $ modprobe nbd $ echo deadline > /sys/block/nbd0/queue/scheduler $ nbd-client bs= /dev/nbd0 プロキシサーバノード $ xnbd-server --proxy --lport cache.img cache.bitmap ターゲットサーバノード( ) $ dd if=/dev/zero of=disk.img bs=4096 count=1 seek= $ xnbd-server --target --lport 8992 disk.img テンプレートディスクイメージを複数ストレージノードで共有 各ストレージノードではデータをキャッシュ

7 ライブVM&ストレージマイグレーション （概要）
仮想ディスクも再配置

8 ライブVM&ストレージマイグレーション （移動元でVMを起動）
クライアントノード（移動元Dom 0） $ modprobe nbd echo deadline > /sys/block/nbd0/queue/scheduler $ nbd-client bs= /dev/nbd0 $ virt-install -f /dev/nbd0 $ grep disk /etc/xen/mydomain.cfg disk = [ "phy:/dev/nbd0,xvda,w" ] $ xm create /etc/xen/mydomain.cfg ターゲットサーバノード( ) $ dd if=/dev/zero of=disk.img bs=4096 count=1 seek= $ xnbd-server --target --lport 8992 disk.img

9 ライブVM&ストレージマイグレーション （VMの再配置）
クライアントノード （移動元Dom 0） クライアントノード（移動先Dom 0） $ xm migrate -l $ modprobe nbd $ echo deadline > /sys/block/nbd0/queue/scheduler $ nbd-client bs= /dev/nbd0 プロキシサーバノード( ) $ xnbd-server --proxy --lport cache.img cache.bitmap VM再配置後徐々にディスクブロックをキャッシュしていく I/Oパスの切り替わり

10 ライブVM&ストレージマイグレーション （残りのブロックを移動）
残りのブロックを再配置後、ターゲットへの接続を終了 プロキシサーバノード( ) $ xnbd-bgctl --cache-all-blocks /tmp/xnbd-bg.ctl $ kill -HUP # PID of xnbd-server

11 まだキャッシュしていないブロックの読み込み
プロキシサーバ詳細（基本動作） キャッシュ済みブロックの 読み込み まだキャッシュしていないブロックの読み込み 書き込み VM VM VM Host Host Host Host xNBD ターゲット サーバ xNBD プロキシ サーバ xNBD プロキシ サーバ xNBD プロキシ サーバ キャッシュ済みブロック ビットマップ 移動元ディスクから対象ブロックを遠隔読み込みし、 VMにデータを渡すとともに移動先ディスクにも保存。 キャッシュ済みとビットマップにマークする。 移動先ディスクに書き込んで、キャッシュ済みとマーク。 移動元への書き込みは不要。 移動先ディスクから読み込み。

12 VMのI/Oリクエストを分析して アクセス頻度が高い領域 （Ext3グループ）を分析。
プロキシサーバ詳細（最適化） VM移動前 VM移動後 オンデマンドなキャッシングと並行してバックグラウンドでも、使用中のブロックを優先度の高いものからコピー。すべての使用中ブロックをコピーし終えた時点で移動完了。 VMのI/Oリクエストを分析して アクセス頻度が高い領域 （Ext3グループ）を分析。 VM VM I/O リクエスト iotype: read iofrom: 0x1234 iosize: Ext2/3の特徴 Host Host グループごとにデータを局所化 グループ ０ グループ １ グループ ２ ディスク構造 ビットマップの解析により 使用中ブロックを把握可能 xNBD ターゲット サーバ xNBD プロキシ サーバ inode データ グループ１ バックグラウンドコピーも VM移動後から開始

13 関連NBD実装 オリジナルNBD ENBD (Enhanced NBD) GNBD (Global NBD)
カーネルドライバがLinuxにマージ済み ENBD (Enhanced NBD) オリジナルNBDの改良版 現在開発停止中？ GNBD (Global NBD) 複数クライアント同時アクセスに対応 専用カーネルドライバが必要 (gnbd.ko) DNBD (Distributed NBD) 読み込みキャッシュプロキシ

14 今後の予定 VM再配置によるデータセンタ省電力化 詳細な性能評価 仮想クラスタ管理システムへの統合
消費電力・温度センサ、負荷モニタによる状態監視 VM再配置による動的なサーバ集約、稼動状態制御 詳細な性能評価 SPECweb等の既存ベンチマーク I/Oリクエストロギングによる実サーバ分析結果の反映 所内イントラウェブサーバ

15 まとめ xNBDの開発 既存NBDサーバを置き換えるだけでもOK More Info. 仮想クラスタ向け分散ストレージサーバ
分散コピーオンライト ストレージライブマイグレーション 既存NBDサーバを置き換えるだけでもOK 高速 複数同時クライアント More Info. 論文等