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1 \chapter{これまでの学生向け VM 管理システム}
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2 本章では 2015 年現在使用されている、琉球大学情報工学科 (以下本学科) の運用している 2 つの VM 管理システムについて述べる。
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4 \section{VMWare ESXi}
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5 VMWare が無償で配布している Hypervisor であり、計算機に直接インストールし使用することができる。現在本学科では VMWare ESXi を Hypervisor として VM を管理している。
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7 \section{VMWare ESXi による VM 管理システム}
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8 オンプレミスのブレードサーバで構成されており、VMWare ESXi で動作している VM を VMWare vSphere Client で管理している。図\ref{fig:iesystem} のように、VM の所有者はメールでシステム管理者へ使用 VM を増やす依頼を行い、ユーザは本学科の提供する Web サービスから VM を作成する。
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10 \begin{figure}[htpb]
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11 \begin{center}
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12 \includegraphics[scale=0.7]{figures/ie_system.pdf}
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13 \caption{本学科のシステム}
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14 \label{fig:iesystem}
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15 \end{center}
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16 \end{figure}
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19 \section{本学科の提供する Web サービス}
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20 VM を操作するインターフェイスとして、VMWare の API を使った Web サービスを使用できる。
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22 本学科のシステムでは、VM の操作は Web サービス実装を通して行う。VM の作成はメールなどの連絡手段を使って、管理者を通して行う。既成の VM をブレードサーバへアップロードするにも、管理者と連絡し手続きを取る。
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24 Web サービスのポータル画面は図\ref{fig:ieportal}のようになる。本学科では IP アドレスもこの画面で配布している。
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26 \begin{figure}[htpb]
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27 \begin{center}
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28 \includegraphics[scale=0.35]{images/ie_sc_portal.png}
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29 \caption{本学科の Web サービス}
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30 \label{fig:ieportal}
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31 \end{center}
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32 \end{figure}
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34 VM を作成するためには、図\ref{fig:ieportal}の VM 新規作成をクリックする。クリックすると図\ref{fig:iemakevm}の画面に移る。図\ref{fig:iemakevm}で必要な情報をすべて入力し、「ok」をクリックすることによって VM を作成することができる。
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36 \begin{figure}[htpb]
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37 \begin{center}
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38 \includegraphics[scale=0.35]{images/ie_sc_makevm.png}
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39 \caption{Web サービスの VM 作成画面}
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40 \label{fig:iemakevm}
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41 \end{center}
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42 \end{figure}
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44 VM 作成後は VM を選択すると、図\ref{fig:ievmop} へ移り、VM を管理することができる。
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46 \begin{figure}[htpb]
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47 \begin{center}
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48 \includegraphics[scale=0.35]{images/ie_sc_vmop.png}
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49 \caption{Web サービスの VM 管理画面}
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50 \label{fig:ievmop}
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51 \end{center}
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52 \end{figure}
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54 管理画面で可能なことは、下記になる。
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56 \begin{itemize}
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57 \item 起動
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58 \item 停止
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59 \item サスペンド
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60 \item 再起動
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61 \item スタンバイ
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62 \end{itemize}
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64 \section{VMWare vSphere Client}
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65 GUI で VM を操作することができ、豊富な機能と高度な操作が可能となっている。管理者は VMWare vSphere Client での管理を行っている。VM などの資源に対する操作の権限を細かく扱うことができるため、利用者に対して権限を配布することが可能である。しかし GUI が複雑なため、操作に習熟する必要がある。
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67 また使用する OS が限定されており、主に Windows でのみ使用可能なため、Mac OS X を推奨している本学科では使用が困難である。
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69 \section{Kernel based Virtual Machine (KVM)}
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71 Linux 自体を VM の実行基盤として機能させるソフトウエアである。無償で利用可能なオープンソースとなっている。CPU の仮想化支援機能を必要とし、完全仮想化により仮想化環境を提供する Hypervisor である。
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73 KVM は Linux のカーネルモジュールとして実装されており、OS が持つメモリ管理プロセスやスケジューリング機能を利用している。
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74 アーキテクチャは図\ref{fig:kvmarch}のようになっている。
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76 \begin{figure}[htpb]
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77 \begin{center}
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78 \includegraphics[scale=0.7]{figures/kvmarch.pdf}
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79 \caption{KVM architecture}
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80 \label{fig:kvmarch}
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81 \end{center}
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82 \end{figure}
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84 Intel-VT や AMD-V などの仮想化支援機能を持つプロセッサや BIOS の載っている PC 上で動作する。
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86 本学科のシステムは、KVM と VMWare ESXi の２つの Hypervisor を利用している。本学科全体の VM 管理は、主に VMWare ESXi が使われている。
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88 \section{libvirt}
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89 VM 管理ツールである virsh を含む、 VM の制御を抽象化したライブラリである。 VM の情報を習得・操作することが可能な API 群である。
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91 \begin{figure}[htpb]
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92 \begin{center}
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93 \includegraphics[scale=0.7]{figures/libvirt_arch.pdf}
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94 \caption{libvirt architecture}
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95 \label{fig:libvirtarch}
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96 \end{center}
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97 \end{figure}
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99 図\ref{fig:libvirtarch}のように、アプリケーションから libvirt API を呼び出すと、API に従って内部の VMM API もしくは資源管理 API を呼び出し、制御を行う。libvirt は VM の管理だけではなく、仮想ネットワーク、仮想ストレージも管理することができる。もともとは Xen に対して API を提供していたが、現在は多くの Hypervisor に対応している。
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101 \section{virsh}
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102 virsh は libvirt に付属する VM 管理コンソールである。libvirt の API で VM を制御することができる。VM の起動や停止、情報の表示、ゲストが接続しているネットワークやデバイスの管理をすることができる。
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104 virsh をそのまま使用して複数のユーザを管理するためには、ユーザやグループの設定が必要である。またユーザやグループの設定を行ったとしても、ネットワークなどの操作をを制限することができない。
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106 \section{ie-virsh}
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108 virsh はグループの設定を行わない限り、root ユーザでのみ使用可能である。virsh を使う管理者以外のユーザ全てに root ユーザを使わせてしまうと、他のユーザに対しての不正な操作や、多量の資源取得、ネットワーク等の管理者がするべき操作を許してしまう。そのため ie-virsh の開発を行った。ie-virsh は virsh をラップすることで作成された VM 管理用のツールである。ie-virsh を使用することにより、他のアカウントの VM を操作させずに VM 所持者に操作させられる。
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110 表\ref{table:ievirshfunc}が ie-virsh の機能である。
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112 \begin{tiny}
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113 \begin{table}[ht]
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114 \begin{center}
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115 \caption{ie-virsh のコマンド}
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116 \label{table:ievirshfunc}
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117 \small
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118 \begin{tabular}[t]{c|l}
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119 \hline
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120 define & XML の template を元に domain を作成 \\
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121 \hline
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122 undefine & define で作成した domain を削除 \\
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123 \hline
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124 list & define で作成した domain を一覧表示 \\
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125 \hline
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126 start & 指定した domain 名の VM を起動 \\
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127 \hline
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128 destroy & 指定した domain 名の VM を停止 \\
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129 \hline
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130 dumpxml & domain の XML を参照 \\
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131 \hline
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132 debug & linux kernel のコードを gdb で読む\\
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133 \hline
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134 \end{tabular}
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135 \end{center}
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136 \end{table}
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137 \end{tiny}
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139 virsh ではネットワークやストレージの設定を行うことも可能である。しかし ie-virsh では管理者ではない使用者にはネットワークやストレージの設定ができないよう実装している。
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141 また ie-virsh には virsh で使用できる、ネットワークの構成の操作などの管理者側がするべき操作はない。管理者でないアカウントでは操作できない。
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143 \section{ie-virsh による OS 管理システム}
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145 ie-virsh によって複数のユーザの VM 管理を行っている。
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147 また本学科では Operating System という授業を提供している。この授業では OS について学ぶ一環として VM について学習し、課題を提出させる。課題では VM の環境を学生が設定し、本学科の持つブレードサーバ上に VM をアップロードし、プログラムの実装や計測を行う。ie-virsh による OS 管理システムを使用し、 VM のアップロードから計測までの課題を行わせた。
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