정필훈 SP코리아 이사

지금까지 데이터 센터는 성능과 안정성 위주의 설계 및 도입이 핵심 기준이었다. 각 기업이나 IDC 사업자들을 통해 구축된 데이터 센터는 애플리케이션의 안정적 사용 및 자원 할당 만이 가장 큰 관심사였고, 고객을 통해 인정된 가치이기도 했다. 물론 지금도 그 기본 생각에는 변화가 없는 듯 하다. 그런 일련의 습관적 관행과 도입 기준은 많은 복잡성과 고 비용이라는 작지 않은 문제를 낳고 있고 바로 데이터 센터를 위한 변화의 걸림돌이기도 하다.

그림1. 기존 데이터 센터의 구성 형태

데이터 센터의 ‘비효율성’은?
기존 데이터 센터가 점차 확대되고 애플리케이션의 증가에 따른 서버 자원은 늘어만 갔다. 이로 인한 높은 자원 투입 비용과 관리 비용은 ‘비효율성’이라는 문제에 직면한다. 이를 해결하기 위한 시도로 표준화, 통합화라는 기술 방향이 제시됐다. 그런데 통합화 과정에서 통합 자원 풀을 효과적으로 접근하기 위해서는 ‘가상화’라는 기술은 절대적인 특징과 장점을 제공해준다.

가상화의 과정은 크게 OS에 의한 서버 가상화, 하이퍼바이저(Hypervisor)에 의한 서버 가상화, 블레이드 서버에 의한 서버 가상화가 있다. 각각의 서버 가상화는 거의 순차적으로 시장에서 진화돼 적용됐고, 현재 하이퍼바이저에 의한 서버 가상화와 블레이드 서버에 의한 가상화 기술이 조금이나마 시장에 적용되어 운용 중에 있다. 물론 스토리지 가상화 역시 SAN 네트워크와 더불어 진행됐고, 요즘 새롭게 iSCSI라는 기술까지 소개되고 있다. 이처럼 효율적 자원 활용 및 성능 개선을 위한 노력은 커지는 반면, 서버간 또는 서버와 스토리지간 트래픽 폭주에 따른 처리 성능 저하, 통합 처리 과정에서 발생 할 수 있는 중요한 애플리케이션의 보안 처리 문제 등과 같은 기술적 제한점이 지적되고 있다. 이를 좀더 정리해 보면 다음과 같다.

 <서버 I/O 구성의 문제점>
- 서버와 다른 자원간 연동을 위한 물리적인 링크 개별 할당
: 복잡한 케이블링, 추가적인 네트워크 카드 비용 발생
-새로운 애플리케이션 추가 시마다 링크 연동을 위한 많은 작업 필요
: 설계 및 구축을 위해 많은 시간과 작업량을 필요, 관리의 어려움 증가
- 서버 및 요구되는 I/O 자원에 대한 요구량 증가
: 데이터 센터 內 공간, 전원, 냉각시스템 등과 같은 2차적인 자원 요구 증가

그림 2. 기존 데이터 센터의 서버 I/O 구성도

서버 가상화 도입시 서버 I/O 구성의 문제
그 동안 서버 가상화 도입은 ‘접속(Connectivity)’ 이라는 부분에서 가상화 이전 구성이 그대로 유지되고 있다. 이 개념을 최적화하기 위해서는 논리적인 맵핑(Mapping)과 함께 그에 맞는 물리적 구성이 연동돼야 한다. 그러나 각 서버 및 스토리지 업체는 이 과정에서 주로 소프트웨어적인 도구를 활용하고, 관리 도구를 강화하는 방법을 채택한다. 따라서 ‘접속’ 부분 즉 I/O네트워크가 함께 총체적 구성이 되지 않은 상태에서는 서버 자원 간에 작업 처리 성능에 만족치를 얻기 어려웠고, 이를 극복하기 위한 방안이 검토됐다. 바로 이러한 검토 하에 서버 I/O 가상화라는 기술이 등장하게 된다.

우선, 서버 가상화는 서버 가용성 개선에 중점을 두고 있으며,  ‘접속’을 위한 성능 개선에서는 한계(기존 기가비트 이더넷 연결과 HBA에 많은 VM(Virtual Machine) 요청작업이 몰리면서 각 요구 처리에 대한 네트워크 능력의 한계)를 보여준다.

그림3. Gigabit Ethernet 링크의 병목

두번째는 다수의 VM(Virtual Machine)의 I/O 자원 공유로 인한 서비스 품질 보장 및 보안 문제가 발생할 수 있다는 것이다. 한 개의 서버에 다수의 VM을 구성하면 여러 VM이 I/O를 함께 공유하게 된다. 이 경우 I/O자원에 대해 VM별 성능 할당 과정에서 서비스 품질 보장의 어려움이 발생하고, 중요 처리 결과에 대한 보안이  미흡한 것으로 지적되고 있다.

‘접속’을 강화한 서버 I/O 가상화
서버 I/O 가상화 방안은 서버와 서버간 그리고 서버와 스토리지간 ‘접속’ 즉 I/O 구성을 간결하고, 쉽게, 그리고 서비스의 품질을 보장해주는 것을 목표로 한다. 즉, 기존 구성에서 서버의 구성 이동, 재설정과 같은 작업 등이 1주일 정도 소요되던 것을 단 30분 내에 해결하는 동시에 복잡한 기존 구성을 간결하게 해줄 수 있는 효과적인 해결책이다.

그림4. I/O 가상화를 적용한 간결해진 데이터 센터 구성도

또한 I/O 가상화 방안은 서버의 가상화 솔루션과 연계해 구성하면 아주 이상적인 결과를 얻을 수 있다. 서버 가상화에서 지적됐던 ‘접속’의 한계를 뛰어넘으면서 사용자가 목표하던 서버의 처리 성능 개선과 애플리케이션 자원 할당의 편리함, 데이터 센터 내 자원의 효율성 증가를 모두 얻을 수 있게 해준다.  

작년부터 이러한 서버 I/O 가상화 솔루션이 가상 I/O 서버 스위치라는 제품 형태로 출시되어 상용화되었다.

가상 I/O 서버 스위치를 통한 적용 구성
가상 I/O 서버 스위치는 I/O 가상화를 구현하는 제품으로 미국의 Xsigo가 이 분야의 기술을 주도하고 있다.

[그림5]에서는 보듯이 간결한 구성, 이를 통해 얻을 수 있는 관리의 편리함, 서버 성능의 최적화 및 서버 자원의 효율성까지 개선시켜주는 장점을 얻을 수 있다.  이것을 다시금 살펴보면, 
 Fast
1.  각 서버 I/O에 10Gbps의 대역폭을 할당하여 네트워크, 스토리지 간에 고속 접속 처리 성능 보장
2.  단순화된 케이블링, 간단한 네트워크 구성으로 서버 처리 성능 향상 및 높은 수준의 처리 개선 효과
 Simple
1. 신속한 변화 관리: 사용자가 CPU 자원을 사용 요구에 맞게 즉각적으로 가상 I/O를 통해 자원 배분, 이를 위한 시간 및 노력 비용 최소화
2. 줄어든 케이블: 가상화된 CPU를 위해 개별 할당된 I/O를 가상 I/O 구성으로 대체시 최대 70%까지 케이블링 감소
3. 총 소유 비용 최대 50% 절감: I/O 병목 해결을 위해 과도하게 투자된 서버, 스위치 포트, NIC등의 투자비 등을 최대 50%까지 절감
4. 전력 비용 감소: 감소된 서버 자원으로 인한 데이터 센터 內 전력 사용량, 냉각기 시스템의 절감 등으로 최대 50%의 절전 효과

이와 같이 가상 I/O 서버 스위치는 데이터 센터 운영자에게 복잡하고 어려웠던 구성 변경 작업을 단순화 시키면서 서버의 성능을 끌어올려주는 효율성 높은 장비다. 이는 데이터 센터의 가상화 기술 도입을 더욱 가속화 시킬 수 있는 촉매제가 될 것으로 기대된다.