クラウド基盤技術の変遷とオーケストレーションの進化
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［2018/11/22開催「IIJ Technical DAY 2018」の講演資料です］ この10年間、クラウドが成長するに従い、その基盤技術は次々と変遷してきました。利用者からはスペック向上としか見えない変化の裏で何が起こっていたのかを解説します。また、IaaSが完成の域に達した今、その次に起こるオーケストレーション技術の革新についても解説します。▼講演者 サービス統括本部 技術戦略室 田口 景介
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クラウド基盤技術の変遷とオーケストレーションの進化
- 1.株式会社インターネットイニシアティブ技術戦略室 田口 景介IIJ Technical DAY 2018クラウド基盤技術の変遷とオーケストレーションの進化
- 2.‐ 2 ‐このセッションでは本セッションでは、この10年でパブリッククラウドに起きた基盤技術の進化と変遷についてお話しします。クラウドの歴史とは、ストレージとネットワークの制御技術開発の歴史ですから、前半はそんな話が中心になります。それから、タイトルにオーケストレーションの進化とありますが、実は進化が始まるのはこれからです。後半では、完成の域に近づいたIaaSが次にどこへ向かうのか、Serverless, Containerといった技術からお話しします。*
- 3.‐ 3 ‐自己紹介技術戦略室（通称CTO室）Keisuke Taguchi （keisuk-t@iij.ad.jp）アカウント名は最大8文字が当たり前だった時代の名残で間違えやすいです。オンラインストレージサービス、メールゲートウェイサービス、クラウドサービスなどサービス開発を続けてきましたが、IaaSのプロジェクトを立ち上げてからは半分インフラエンジニアになりつつあります。C/C++, Javaと来ましたが、最近はgolang一辺倒。IKEと名付けたコンテナプラットフォームを実装中。
- 4.‐ 4 ‐サービスプロバイダ視点では、IaaSの10年はこのように見えています。クラウド黎明期（2006～2008年頃） IaaSが何者なのか、まだわからなかった時代クラウド成長期（2008～2013年頃） IaaSに理解を求めた時代クラウド成熟期（2013～2018年頃） IaaSが当たり前になっていった時代クラウド完熟期（これから） ハイブリッドクラウドの時代より高いレイヤーでのオーケストレーションへ
- 5.‐ 5 ‐黎明期（2006～2008年ごろ）• IaaSがニッチな割り切りサービスに見えていた• AWSのEC2に永続的ストレージが存在しないことに驚いた*• IIJがクラウドサービスの開発に着手した頃
- 6.‐ 6 ‐成長期（2008～2013年ごろ）• IaaSが急速に高度化• PaaSに期待が集まっていた時代• IIJがクラウドサービスGIOを2010年にリリース
- 7.‐ 7 ‐IaaSの成長期開発者を中心にPaaSが注目を集める• IaaSよりも高いレイヤーでマネージドサービスを提供• 運用をアウトソースして開発に専念できる環境を提供*背景にあるのはIaaSへの懸念、不満• 漠然としたセキュリティへの懸念• ストレージやネットワークの性能やスケーラビリティの不足*国内のIaaS市場はエンタメ系企業がけん引• IaaSのアジリティとスケーラビリティが市場にマッチ• エンタメ市場では切実にIaaSがもたらすメリットを必要としていた*
- 8.‐ 8 ‐IIJ GIOをリリース2010年11月にIIJ GIOをリリース• サービス基盤用オーケストレータを拡張して開発管理対象をベアメタルサーバからVMへ変更して、大規模な改修を加えたもの• 仮想マシンはXenで管理• ストレージはiSCSI接続• ネットワークはVLANでテナントを分離
- 9.‐ 9 ‐GIOの使われ方VMは最小グレードと最大グレードが最も利用された• ワークロードに見合った適切なグレードを選択するのが一般的• 大規模ユーザーは最大グレードのVMを多数並べて、上手に利用*ネットワークはサーバあたり1Gbps。これを数台のVMでシェアストレージはHDDが中心。数千IOPSを数台のVMでシェア• Fusion-io社のioMemoryが大活躍。「エンジニアをダメにするデバイス」エフェメラルストレージを提供しなかったことは、今でも後悔*
- 10.‐ 10 ‐成熟期（2013～2018年ごろ）• IaaSの成長に伴い、IaaSがクラウドの主役とみなされるように• エンタープライズ市場においてもIaaSの利用が活発に• 周辺サービスでクラウドベンダを選択する時代• メガクラウドベンダがそろい踏み*大幅な性能向上を果たしたIaaS• ストレージはSSDが主流に• ネットワークは仮想化され、帯域も10～40Gbpsへ向上• I/O性能の不足に苦しんできたIaaSだが、逆にデバイスの能力を使い切れない状況が生まれる
- 11.‐ 11 ‐続くストレージの技術開発ストレージの性能向上• HDD（数百IOPS）• SSD（数万IOPS）• NVMe SSD（数十万IOPS）SSDの性能を生かし切れていない• 仮想化レイヤーのオーバーヘッドが許容できないレベルに。IOPSが頭打ち• 旧来のSANではストレージのトラフィックをまかなえない。スループットが頭打ち
- 12.‐ 12 ‐その頃のIIJ GIO第2世代IaaSであるIIJ P2を2015年にリリース• ネットワークを仮想化、10Gbps化• ストレージをSSDへ移行• ハイパーバイザをkvmへ変更P2＝Public and Private• パブリッククラウドとプライベートクラウドのシームレスな連携を目指した• 最初期はIP2（IIJ Public and Private）と呼ばれたが、早々に却下されP2にスケーラビリティを大きく向上させ、ネットワーク構成の柔軟性を向上• 運用負荷を大きく改善し、お客様のみならず弊社スタッフの満足度を向上• 以前はサーバリソースに余裕があっても、VLANIDを先に使い切ってしまうこともあった*• ゾーンの大規模化により在庫コントロールが容易に
- 13.‐ 13 ‐P2のストレージPCI接続SSD, NVMe SSDの性能を引き出すには• ベアメタルサーバが最適だが、IaaSから利用できる利便性も捨てがたい• 現時点でリモートストレージは時期尚早• ローカル接続、PCI Passthroughで仮想化層のオーバーヘッドを回避ストレージの管理システムを独自に実装• シンプルなハードウェア上にソフトウェアで付加価値を提供• バックアップ・リストア、暗号化、クローニング、etc
- 14.‐ 14 ‐P2のネットワークネットワークをテナントごとに分離するためのアーキテクチャ• 仮想L2ネットワーク• PBR（policy based routing）• BGPオーバーレイかルーティングか• 運用はシンプルだが、スイッチがボトルネックになりうるオーバーレイ方式• パフォーマンスの懸念は少ないが、運用が複雑になりうるルーティング方式最終的にVXLANベースの仮想L2ネットワークを選択• 仮想スイッチがボトルネックになるのを避けるため二段階のスイッチを採用• 目論見通り大半のトラフィックは同一ゾーンに閉じて、安定的にパフォーマンスを発揮• 大規模な突発トラフィックには注意が必要
- 15.‐ 15 ‐P2のハイパーバイザXenからkvmへ• ゲストOSにWindowsを利用する際のパフォーマンス向上• 脆弱性対応の負荷軽減
- 16.‐ 16 ‐完熟期（2018年～）• セキュリティや性能に対する懸念は大幅に後退• コンプライアンスや「自分で責任を持つ範囲」がクラウド利用可否の判断基準にIaaSの次へ• 開発や運用の効率化• ハイブリッドクラウド、マルチクラウドの活用
- 17.‐ 17 ‐オーケストレーションIaaSを利用してもインフラ以外の運用は大きく変わらない• 仮想化の有無はあれど、管理対象はサーバ、ストレージ、ネットワーク• 根本的なところは変化がなく、ワークフローも同じオーケストレーションのレイヤーを上げて効率化• Container• Serverlessシステム設計や運用をインフラから切り離す• サイジングをシステムリソースではなく、ワークロードの規模で• サーバ単位のサイジングから、コンテナ単位のサイジングへ
- 18.‐ 18 ‐オーケストレーションのレイヤーどのレイヤーでオーケストレーションするか• Virtual Machine (IaaS)• Container (CaaS, docker/Kubernetes)• Function (FaaS, Serverless)オーケストレーションのレイヤーが高いほど効率化は期待できるが、用途は限定される• 高： Function > Container > VirtualMachine ：低それぞれに適した領域があるので、目的を明確にする• 開発、運用の効率化をしたいのか• IaaSの特性を生かしてコストダウンを図りたいのか• 必要なのは汎用的なプラットフォームか、特定用途の最適化か
- 19.‐ 19 ‐ハイブリッドクラウドクラウドファーストが浸透しても、100％クラウドを選択されるケースは極めてまれ• 必然定期にハイブリッドクラウドへ向かうハイブリッドクラウドの形態は目的により様々• IaaSとオンプレのリソースを連携させるのか• オペレーションの統一が必要なのか• ワークロードをIaaSとオンプレの間でマイグレートさせたいのか• 複数のIaaSを使い分けたいのか
- 20.‐ 20 ‐KubernetesとServerlessIaaSとオンプレを密接に連携させるのであれば、Kubernetesが有効• コンテナ化がもたらすポータビリティ• Kubernetesがインフラを抽象化し、オペレーションを統一内製アプリケーションのランタイム環境ならばServerlessが有望• PaaSの再来• Serverlessのインターフェイスはプロダクト依存のためポータビリティには難あり• イベントフォーマットに標準化の動きあり