[論文レビュー] Virtualization Implementation Model for Cost Effective & Efficient Data Centers

Mueen Uddin, Azizah Abdul Rahman|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Cloud Computing and Resource Management参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、仮想化による未利用サーバーの統合を通じて、データセンタでのエネルギー効率の向上とコスト削減を実現するための5段階の仮想化実装モデルを提案する。このモデルは、評価、計画、展開、最適化、管理の各段階を経て、最小限のダウンタイムと高いレジリエンスを実現しつつ、エネルギー消費の低減、二酸化炭素排出量の削減、リソース利用効率の向上をもたらす。

ABSTRACT

Data centers form a key part of the infrastructure upon which a variety of information technology services are built.They provide the capabilities of centralized repository for storage, management, networking and dissemination of data.With the rapid increase in the capacity and size of data centers, there is a continuous increase in the demand for energy consumption.These data centers not only consume a tremendous amount of energy but are riddled with IT inefficiencies.Data center are plagued with thousands of servers as major components.These servers consume huge energy without performing useful work.In an average server environment, 30% of the servers are "dead" only consuming energy, without being properly utilized.This paper proposes a five step model using an emerging technology called virtualization to achieve energy efficient data centers.The proposed model helps Data Center managers to properly implement virtualization technology in their data centers to make them green and energy efficient so as to ensure that IT infrastructure contributes as little as possible to the emission of greenhouse gases, and helps to regain power and cooling capacity, recapture resilience and dramatically reducing energy costs and total cost of ownership.

研究の動機と目的

• 未利用のサーバーに起因する増加するデータセンタのエネルギー消費と二酸化炭素排出量に対処する。
• リソース効率の向上と運用コストの削減を図るための仮想化実装の構造的フレームワークを提供する。
• 物理的サーバーの過剰配置を最小限に抑え、電力および冷却使用量を最適化することで、データセンタ管理者がグリーンITに移行できるように支援する。
• 単一障害ポイントを排除するための冗長性とクラスタリングを活用することで、仮想化環境における高い可用性とレジリエンスを確保する。
• コスト・ベネフィット分析、ROI推定、SLA準拠に基づいて、仮想化導入の意思決定を支援する。

提案手法

• ワークロードの種別、利用状況、重要度に基づいて、既存のサーバーとアプリケーションをリソースプールに分類する。
• 仮想化の可能性を評価し、特に未使用または低利用のサーバー（例：通常環境では30％の未使用）に焦点を当てる。
• ハイパーバイザー（例：VMware、Microsoft Hyper-V、Citrix）を用いて、複数のワークロードを少数の物理マシンに統合する仮想化を展開する。
• 単一障害ポイントを排除するため、冗長性とクラスタリング（例：VMware HA、Microsoft Failover Clustering）を実装する。
• 2段階の管理モデルを構築する：インフラストラクチャ抽象化のためのリソースプール（RP）と、サービス提供およびSLAの履行のための仮想サービスオファー（VSO）。
• オフライン移行（例：物理から仮想、ライブ移行）を用いて、移行中もサービス継続性とSLAを満たす。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして仮想化をデータセンタに体系的かつ効果的に実装することで、エネルギー消費と二酸化炭素排出量を削減できるか？
• RQ2 サービス提供の中断を伴わせずに、仮想化の成功を確保するための主な技術的および管理的ステップは何か？
• RQ3 少数の物理サーバーに複数のワークロードを統合する際、単一障害ポイントのリスクを仮想化がどのように軽減できるか？
• RQ4 仮想化によるサーバー統合によって達成可能な、明確に測定可能なコストおよびエネルギー効率の改善は何か？
• RQ5 仮想化計画および展開の段階で、ROI、セキュリティ、サービスレベル契約（SLA）のバランスをどのようにとれるか？

主な発見

• 仮想化により、未利用のサーバーを統合することでエネルギー消費が削減され、通常30％のサーバーが未使用状態で電力を消費している。
• 提案された5段階モデルにより、ハードウェア、電力、冷却コストの最小化によって、データセンタの総所有コスト（TCO）を削減できる。
• 仮想化によるサーバー統合は、電力使用量の削減により、二酸化炭素排出量を顕著に低減できる。2007年に米国全体の電力消費量の1.5％を占めていたことから、これは極めて重要である。
• クラスタリングと冗長性を活用することで、本モデルは高い可用性を実現し、複数の仮想ワークロードを1台の物理サーバーが処理する場合のダウンタイムリスクを低減する。
• 仮想化環境はアジリティを向上させ、管理を簡素化し、アプリケーションのバックアップ、リカバリ、プラットフォーム間の移行を容易にする。
• 適切な実装には、特に高可用性の仮想化環境において、電力および冷却密度の増加に備えたインフラストラクチャの準備状況の評価が不可欠である。