国立情報学研究所におけるアカデミックインタークラウド構築事例
2015.3.20
国立情報学研究所(NII)横山重俊

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1. はじめに2自己紹介
国立情報学研究所（NII）において，クラウド基盤の企画・開発・運用を担当
本日の内容
アカデミックインタークラウド構築事例として，NIIの事例を紹介

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国立情報学研究所 について
大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構
国立情報学研究所（National Institute of Informatics）
http://www.nii.ac.jp/
情報学研究の他，大学共同利用サービスの提供を行っています
コンテンツ
クラウド
認証連携ネットワーク

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2. 背景5NIIで運用しているクラウド• 教育クラウド edubase Cloud (2010.5 - )• 研究クラウド gunnii + tinii(2012.7 - )• アカデミックインタークラウド基盤 (2013.12 - )6（１） 教育クラウド

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edubase Cloudとは研究・教育のための実験・演習環境の提供①専有性

他への影響を恐れず
のびのび実験

②改変性
基盤からアプリまですべてを改良可能

外部クラウド③連携性

他のクラウドとの連携

http://grace-center.jp/prj_educloud.html④保存性
学術コミュニティ内で環境を検索・利活用
8実践的情報教育での利用

9（２） 研究クラウド

10研究クラウド構築の背景
幹部側の要求：研究者側の要求：投資対効果向上

研究効率アップ(より大きな研究成果）（より早く，より簡単）

・リソース共有化による利用率向上
・運用集中化による効率化• 大規模研究環境構築の迅速化• 運用作業の軽減

クラウドの導入により一挙解決！！
いいえ，次の 課題 があります

・物理マシン相当の安定的性能確保
・既存計算機リソースと接続
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研究環境の現状
研究環境-C① 物理マシンクラスタ提供
研究環境-A

研究環境-B
物理スイッチ

物理マシン

物理スイッチ

物理マシン

物理ストレージ
物理スイッチ

物理マシン

物理ストレージ② 仮想マシンクラスタ提供
研究環境-AVM（VM : 仮想マシン）

研究環境-B

VM

物理ストレージ

VM

VM

VM

研究環境-C

VM

VM

VM

VM

IaaS

物理スイッチ

物理マシン

物理ストレージ

12Cluster as a Service(CaaS) の導入
1. ソフトウェア
構成設定機能物理マシン
クラスタ-A

物理マシン
クラスタ-B

物理マシン
クラスタ-C貸出

2. ソフトウェア
インストール機能

返却
Cluster as a Service (CaaS)

3. クラスタ構築機能

4. リソース
プール管理

物理サーバプール

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研究クラウド - gunnii+tinii- 物理マシンも扱え，既存資産を活用できるベアメタルクラウド 既存クラスタ
既存クラスタのVLAN_IDとクラウド内クラスタIDをマッピング

研究クラウドクラスタ共有Object Store Service

グニー (gunniii)
っと伸縮

tinii
貸出

既存クラスタ-A

クラウド内クラスタ-A

返却

既存クラスタ-B

あたかもプロジェクトセグメントにクラスタが追加されたごとく

クラウド内
クラスタ-B

物理マシンプール
あたかも仮想マシンのごとく
GUI/CLIでクラスタ構築
14アカデミックインタークラウドの必要性
現状課題
海外
アカデミッククラウド

北海道大学
クラウド単一クラウドでは以下のような課題への対応が難しい．

大阪大学
クラウド
パブリッククラウド

九州大学
クラウド
NIIクラウド••

大学毎のクラウド構築が進行
パブリッククラウドのSINET接続と利用

 リソース容量不足
 法定停電時バックアップ
 災害時バックアップ
 大規模分散データ処理
 実時間分散データ分析処理

クラウド連携による解決への期待

アカデミックインタークラウド
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3. アカデミックインタークラウド

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アカデミックインタークラウド
地域クラウド北海道クラウド

海外
アカデミッククラウド

東北クラウド北陸クラウドインタークラウド基盤
関西クラウド東海クラウド九州クラウドパブリッククラウド

関東クラウド

四国クラウド• 地域クラウドが普及• インタークラウド基盤により連携
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4. 国立情報学研究所におけるアカデミックインタークラウド構築事例

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4-1. アカデミックインタークラウド
基盤

19オンデマンドクラウド構築でクラウド連携
既存アプローチ
クラウド連携は，クラウド運用者が運用している異種のクラウドをネットワーク機能とそれに付随するGlue機能によって結びつけることにより作りだしたリソースを使って実現する．

提案アプローチ
クラウド運用者とクラウド基盤を支えるハードウェアの運用者を分離する．
クラウド連携は，複数のハードウェア運用者から確保したリソースをSINETで繋ぎその上にクラウドを作りだすことで実現する．

サービス
実行用
クラスタα

サービス実行用クラスタ-β
Network with
Glue software

サービ
ス実行用クラスタ-γ

クラウド-Aクラウド-B

ハードウェア-1

ハードウェア-2

クラウド-A 運用者

クラウド-B 運用者

サービス実行用クラスタα

サービス実行用クラスタ-β

サービス実行用クラスタγ

クラウド-Aクラウド-Bクラウド-Cクラウド-A 運用者

クラウド-B 運用者

クラウド-C 運用者
分離

ハードウェア-1

ハードウェア-2

SINET
ハードウェア-1運用者

ハードウェア-2運用者

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アカデミックインタークラウド基盤- アカデミックコミュニティクラウドのHub 大学クラウド

大学側クラスタのVLAN_ID等とクラウド内クラスタIDをマッピング

インタークラウド基盤(compute)

インタークラウド基盤(storage)

インタークラウド基盤内クラスタ-A
大学内クラスタ-A

連携
大学内クラスタ-B

インタークラウド基盤内クラ 物理マシンプール
スタ-B

連
携
インタークラウド基盤内クラインタークラウド
Object Store Service

colonyスタ-C
大学内クラスタ-C

大学内クラスタ-D

連携
インタークラウド基盤内クラ 物理マシンプール
スタ-D

あたかも大学側クラスタにクラスタが追加されたごとく

あたかもローカルと同一オブジェクトストアのごとく

あたかも大学間が同一データ内で直結されるがごとく
21利用例： クラウドマイグレーション実験
OpenStack@研究クラウド(先)OpenStack@北大(元)

仮想マシン

仮想マシン

192.168.4.3, …

192.168.4.3, …

10.1.4. 30, …

L2VPN接続

物理マシン

10.1.4.133, …

物理マシン

Objects
DBs
Proposalsvolumescolony snapshots

10.1.4.34, 35, 36 + 10.1.4.133
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4-2 Overlay Cloud23

海運とクラウド
コンテンツ

コンテナ

コンテナ
管理システムコンテナ
管理システム連携

1950s -海運

積荷

コンテナ

コンテナ船・港湾システム

海運システムITアプリケーション

仮想サーバ

クラウド

インタークラウド

2000s -？
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海運とクラウド
コンテンツ

コンテナ

コンテナ
管理システムコンテナ
管理システム連携

1950s -海運

積荷

コンテナ

コンテナ船・
港湾システム海運システムIT

アプリケーション

仮想サーバ

クラウド

インタークラウド

2000s -？
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海運における Separation of Concerns

Separation of Concerns

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海運における Separation of Concerns

Separation of Concerns

New System
Separation of Concerns

海運とクラウド
コンテンツ

コンテナ

コンテナ
管理システムコンテナ
管理システム連携

1950s -海運

積荷

コンテナ

コンテナ船・港湾システム

海運システムIT

アプリケーション

仮想サーバ

クラウド

インタークラウド

2000s -コンテナ
＝ VM？
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コンテナ = Container
Virtual Cloud Provider

BM

Cluster

Cluster

Cluster

L2Tunnels

L2Tunnels

L2Tunnels

New SystemBMReal
Cloud Provider

VM

VM

RealCloud Provider

VM

VM

Real
Cloud Provider

BM: Bare-metal Machine / VM: Virtual Machine

VM

VM

Real
Cloud Provider

Overlay cloudApplications

Separation of Concerns
Overlay Cloud

New SystemBM

Cluster

Cluster

Cluster

L2Tunnels

L2Tunnels

L2Tunnels

BM

VM

VM

VM

VM

VM

VM

Separation of Concerns
Real
Cloud Provider

Real
Cloud Provider

Real
Cloud Provider

Real
Cloud Provider: docker, BM: Baremetal Machine, VM: Virtual Machine30

アカデミックインタークラウド基盤
ベアメタルクラウド技術によるインタークラウド実現
Cloud-A
Bare-metal
Servers

Cloud-B

Bare-metal
L2On demandconnection

Data Center- αBare-metal
On demand

Academic Inter-Cloud(AIC)

Bare-metal
Servers

L2Connection

Data Center- β

SINET ( L2VPN on demand )31

Overlay Cloud
コンテナ技術によるインタークラウド実現範囲拡大
Cloud-B

Cloud-A

DockerDockerDockerDockerDockerDocker

VirtualServers

Bare-metal
Servers

Bare-metal
On demand

Bare-metal
On demand

Bare-metal
Servers

VirtualServers

L2
Connection

Public Cloud- 1

Data Center- αL2connection

Academic Inter-cloud
Infrastructure (AIC)

L2
Connection

Data Center- β

L2Connection

Public Cloud- 2

SINET ( L2VPN on demand )32

Virtual Cloud ProviderとContainer Hub

Virtual Cloud# JAIRO Backup Site

SINET

Automatic High Availability
SecureLocation Awareness
Cost EffectivePortability
Simple / Easy

Virtual Cloud# Mesos Cluster

Internet
Console /Dashboard
Administrator

VirtualCloud# other

Virtual Cloud Provider
Resource Aggregator

Academic
Inter-Cloud

Hokudai
Cloud

Container Manager

CloudLabAICN

PublicCloud

App
Templ

Image

Container Hub

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５. おわりに34

まとめ• クラウド利用の第３の波が訪れている．
（第１波） パブリッククラウドの出現 （AWS, …）（第２波） オープンクラウドの出現 （OpenStack, …）（第３波） コンテナエンジンの活用 （Docker, …）• それらは共存し，インタークラウド形成する．
第３波

第２波

Web

第1波

InternetCloud
Computing35

Thank you