学認クラウドオンデマンド構築サービスによるマルチクラウド環境
佐賀 一繁 1), 竹房 あつ子 1),3), 丹生 智也 1), 横山 重俊 1),2), 合田 憲人 1),3)
1) 国立情報学研究所、2) 群馬大学、3) 総合研究大学院大学
saga@nii.ac.jp

Multi-Cloud Environment with GakuNin Cloud On-demand Configuration
ServiceKazushige Saga 1), Atsuko Takefusa 1),3), Tomoya Tanjo 1),
Shigetoshi Yokoyama 1),2), Kento Aida 1),3)
1) National Institute of Informatics, 2) Gunma University, 3) The Graduate University for Advanced Studies
概要

近年、商用クラウドの利用において、ベンダーロックインの回避やコスト低減を目的として複数のクラウドプロバイダを利用するユーザが増えている。複数プロバイダ利用の問
題のひとつが、プロバイダ毎にユーザインターフェースと構成が異なることである。国立情報学研究所では，SINET とクラウドを活用して再現性のあるアプリケーション実行環境の構築と運用を支援する学認クラウドオンデマンド構築サービスを学術機関向けに提供している[1]。本サービスでは、Overlay Cloud の概念のもとに、複数のクラウドをひとつの仮想的なクラウド環境にまとめるために、プロバイダ毎に異なるインターフェースと構成の抽象化を行っている。本稿では、本サービスにおけるクラウド環境の抽象化とマルチクラウドの概要とユースケースを説明する。

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はじめに既に多くの学術機関において、メールやデータ共有など機能別に複数の SaaS タイプのクラウドプロバイダが利用されている。近年、研究・教育環境において IaaS タイプのクラウド利用が増え、複数のクラウドプロバイダ（以下、プロバイダと略）の利用も検討され始めている。背景には、ベンダーロックインの回避やコストの低減がある。
ベンダーロックインの原因のひとつはプロバイダ毎に異なるユーザインターフェースにあり、一度実現している。本稿では OCS における複数のクラウドプロバイダの抽象化について概要を説明する。

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Virtual Cloud Provider (VCP)
Virtual Cloud Provider（以下、VCP と略）は OCSの中心的なソフトウェアであり、Overlay Cloud、Overlay Network の概念のもと、１つ以上の実際のクラウド環境をまとめ、１つの仮想的なクラウド環境を提供するプロバイダである[2]。概念構成を図 1 に示す。
Application Templates

アプリ環境の構築方法を確立すると他のプロバイダには移行しにくいことが挙げられる。そこで、Application

Application

Application

Cluster

Cluster

L2 Overlay

L2 Overlay

Application

ユーザインターフェースを抽象化し、複数のプロバイダの統一的利用を可能とする Terraform やFlexera Cloud Management Platform（旧 RightScale）

L2/3 Net

L2/3 Net

Virtual Cloud Providerなどの OSS やサービスで、これを回避する動きがある。しかしこれらには、とくに近年、研究に求められている長期に渡る計算環境再現性やポータビリティに問題がある。そこで学認クラウドオン
デマンド構築サービス（以下、OCS と略）では、インターフェースの抽象化に加え、コンテナ技術を利用した長期の環境再現性やポータビリティを

BM

BM

VM

VM

BMBM

VM

VM

High Performance R&E Network (e.g., SINET5)
Real
Cloud Provider

図 1

Real
Cloud Provider

Real
Cloud Provider

Real
Cloud Provider

VCP による仮想クラウドの概念構成図

2.1 仮想クラウドの資源管理

VCP では、Terraform と独自機能により資源管理イ

VCP による仮想クラウド（VC）の資源は、Node、Unit、UnitGroup の３階層で管理される。

ンターフェースを抽象化しており、Node 資源の構成定義で実プロバイダを指定できる。

• Node: 単体の資源であり、計算資源とブロックストレージ資源の２種類がある。計算資源は、VM もしくは BM と、その上で動作する VCPのベースコンテナから構成される。
• Unit: ひとつの実際のプロバイダ（以下、実プロバイダと略）に属する同質（VM, BM, ベースコンテナが同じ）の Node の集合。
複数の Nodeを一括して操作することが可能である。
• UnitGroup: 異なる Unit の集合。ただし、計算資源の Unit とストレージ資源の Unit は混在で

sdk.get_spec(実プロバイダ名, フレーバ)

このため、環境構築スクリプト（テンプレートと呼ぶ）の大幅変更なしに、利用する実プロバイダを変更できる。実行時に一番廉価な実プロバイダ名に変更すれば、コスト低減を図ることができる。
なお、構成定義のフレーバとは、small、large な
ど Node 構成を表す抽象名であり、フレーバ名と各プロバイダのインスタンス名の対応は、あらかじめ VCP 内に定義しておく。
VC: Application_Env

きない。複数の実クラウドを跨ることができる。

実プロバイダ A

実プロバイダ B

UnitGroup: Compute_Server
Unit: Pre_Node

2.2 プロバイダ構成の抽象化

Node:
Big_Mem

Unit: GPU_Cluster
Node:
GPU1

Node:
GPU2

Node:
GPU3

Node:
GPU4UnitGroup: Data_Server

VCP では、仮想クラウドの要素としての実プロ

Unit: NFS_Node
Node:
NFS

バイダを制御するために、その構成も抽象化してUnitGroup: Storage
Unit: Disk_Nodeいる。図 3 に OCS による仮想クラウド環境の構

Node:
Disk

成を示す。図中の実プロバイダが、抽象化したプ

図 3ロバイダである。
実プロバイダには、SINET クラウド接続の要件と安全性の観点から、テナント（利用機関等）

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仮想クラウド環境の構成例

まとめ毎に専用のセグメントを有することを前提にしてOCS における、複数のプロバイダを統一的に扱いる。VCP では、これを仮想セグメントと呼ぶ。

うための抽象化について概要を説明し、複数プロ資源は、仮想セグメントのサブネット内に生成すバイダ利用のユースケースを示した。商用プロバる。仮想セグメントは、AWS の VPC、Azure のイダは、他社差別化のためにベンダー固有の資源

VNet 等に対応する。また、実プロバイダによってやサービスの提供を加速しており、複数プロバイは、１つのアカウントで複数のセグメントを利用ダ利用の重要性は増すものと考える。今後も抽象でき、かつ SINET の１つの VLAN を共有できる化の範囲や抽象化レベルの向上に努めていく。な

ものがある。SINET 接続アダプタはこのような接

お OCS では、ユーザの利便性のために moodle や続をサポートする。AWS の DirectConnect GW な

Galaxy など著名アプリの環境構築テンプレート

どに対応する。

も提供しており[3]、今後も、提供アプリの種類のVCコントローラ
＠SINET接続業者施設

VCC #2拡充を図っていく。また、簡単な申込みで OCS仮想クラウドを試すことがきる試用環境も提供している[1]。

実プロバイダ n

VCC #1VCC
SW

実プロバイダ B
実プロバイダ A

VCC #3利用機関

SINET接続アダプタ

利用グループ

利用グループの仮想セグメント

仮想セグメントサブネット

参考SINET5
仮想セグメントサブネット
OCS 利用者
環境ソフトウェア

他グループの仮想セグメント（同じ利用機関）

図 2

3OCS による仮想クラウド環境の構成

OCS によるマルチクラウド利用例
利用コストの低減などのために、データ保管とデータ処理用資源の実プロバイダを分ける例を図3 に示す。前処理はデータがある実プロバイダ Aで、計算はコストの安い実プロバイダ B で行う。

[1] 学認クラウド，https://cloud.gakunin.jp/(accessed on 01-10-2020).
[2] Takefusa, A. et al.,: Virtual Cloud Service System
for Building Effective Inter-Cloud Applications,
Proc. IEEE CloudCom2017, pp. 296-303 (2017).
[3] https://github.com/nii-gakunin-cloud/ocs-templates

付録：対応プロバイダ（2020 年 10 月現在）
AWS、Azure、さくらのクラウド、Oracle Cloud
北海道大学サーバサービス、VMware