[論文レビュー] A Survey of Virtualization Techniques Focusing on Secure On-Demand Cluster Computing

Nadir Kiyanclar|ArXiv.org|Nov 2, 2005

Cloud Computing and Resource Management参考文献 27被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、セキュアなオンデマンドクラスタービルディングのための仮想化技術を調査し、Xen、VMware ESX Server、Linux-VServer、その他のシステムを、セキュリティ、パフォーマンス、ポータビリティの観点から評価している。本研究では、Xenが、コンmodityハードウェア上で動作するオープンソースの性質、優れたパフォーマンス、効果的な隔離メカニズムを備えているため、オンデマンドセキュアクラスタービルディングプロジェクトにおいて最適な選択であると結論づけている。

ABSTRACT

Virtualization, a technique once used to multiplex the resources of high-priced mainframe hardware, is seeing a resurgence in applicability with the increasing computing power of commodity computers. By inserting a layer of software between the machine and traditional operating systems, this technology allows access to a shared computing medium in a manner that is secure, resource-controlled, and efficient. These properties are attractive in the field of on-demand computing, where the fine-grained subdivision of resources provided by virtualized systems allows potentially higher utilization of computing resources. It this work, we survey a number of virtual machine systems with the goal of finding an appropriate candidate to serve as the basis for the On-Demand Secure Cluster Computing project at the National Center for Supercomputing Applications. Contenders are reviewed on a number of desirable properties including portability and security. We conclude with a comparison and justification of our choice.

研究の動機と目的

• アメリカ国立スーパーコンピューティングアプリケーションセンターにおけるオンデマンドセキュアクラスタービルディング（ODSCC）プロジェクトに適した仮想化プラットフォームを特定すること。
• セキュリティ、パフォーマンス、ポータビリティ、ハードウェアサポートといった重要な基準に基づき、仮想マシンモニタ（VMM）を評価すること。
• コンmodityハードウェアを基盤とするオンデマンドコンピューティングインfra構築に適した、ホステッド型とベアメタル型仮想化システムの適合性を比較すること。
• ODSCCシステムの今後の開発に向け、Xenを優先仮想化技術として選定する根拠を提示すること。

提案手法

• VMware ESX Server、Xen、Linux-VServer、User-Mode Linux（UML）、Denali、Disco、Cellular Discoを含む、さまざまな仮想化システムを調査した。
• パフォーマンス、セキュリティ隔離、リソース制御、ハードウェアサポート、ゲストOSのポートの可用性といった基準に基づき、システムを評価した。
• パブリッシュされたベンチマークとシステム設計原則を用いて、パフォーマンス特性を分析した。特に、システムコールのオーバーヘッドとCPU効率に注目した。
• ゲストOSの変更の実現可能性を評価し、LinuxおよびUnixバージョンの安定した公開ポートを備えたシステムを優遇した。
• ホステッド型仮想化とベアメタル型仮想化を比較し、各々のパフォーマンスと管理上のトレードオフを検討した。
• 仮想マシンモニタ（VMM）の比較分析を通し、セキュアでスケーラブルなオンデマンドクラスタービルディングに適した技術の適合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンmodityハードウェア上でオンデマンドクラスタービルディングに適した仮想化技術は、パフォーマンス、セキュリティ、ポータビリティのバランスをどのように最適化できるか？
• RQ2 VMware Workstation や UML といったホステッド型仮想化システムと、Xen や VMware ESX Server といったベアメタル型システムとを比較した場合、リソース効率と隔離性においてどのような差異が生じるか？
• RQ3 仮想化システムにおけるゲストOSの変更が、実装や保守に与える実用的影響は何か？
• RQ4 ハードウェアサポートおよびI/O仮想化機能の有無が、仮想化プラットフォームのスケーラビリティと保守性に与える影響は何か？
• RQ5 VMware ESX Server といったプロプライエタリ仮想化ソリューションと、Xen といったオープンソース代替品を比較した場合、コストとライセンスの影響は何か？

主な発見

• Xenは、優れたパフォーマンス、オープンソースのライセンス、LinuxおよびUnixゲストOSの成熟したサポートの観点から、ODSCCプロジェクトにおける最適な仮想化プラットフォームとして選定された。
• VMware ESX Server は、ホステッド版のVMware製品を上回るパフォーマンスを示したが、ライセンス制限のためパブリックに利用可能なパフォーマンスデータが不足しており、独立したベンチマークが不可能であった。
• Linux-VServer は強力なセキュリティ隔離を提供しており、PlanetLab でも使用されているが、ネイティブなディスクリソース隔離機能がなく、リソース制御の恩恵を受けるにはアプリケーションレベルの変更が必要である。
• User-Mode Linux（UML）は、CPUパフォーマンスがネイティブに近いが、システムコールのオーバーヘッドのため、I/O集約型ワークロードでは顕著なパフォーマンス劣化を示した。
• Denali は高いゲスト密度に有望であったが、直接的なハードウェアインターフェースを必要としており、Xenと比較してポータビリティが低く、保守の複雑さが増加した。
• 本サーベイの結論として、Xenのパフォーマンス、オープンソースの可用性、安定したゲストカーネルポートの両立が、コンmodityハードウェア上でのセキュアでスケーラブルなオンデマンドクラスタービルディングに最も適した選択であるとされた。