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Virtualization 개념

Storage Virtualization은, 사용 가능한 Storage 공간을 어떠한 물리적인 방법이나 실질적인 저장장치 요소(Disk drive, RAID sub-systems 등)에 구애 받지 않고 가상 볼륨으로 통합 또는 분할하여 사용하는 방법

전형적으로, 가상 볼륨들은 시스템 상에 실질적 디스크들의 추상적인 볼륨으로서 O/S에 의해서 마치 실제 디스크 드라이브와 같이 사용 되는 것.

물리적인 저장장치의 Virtual Volume을 이용하여, 저장장치 성능감소 현상이나 Data 접근에 어떤 장애도 없이 고정 스토리지 서브 시스템의 이동 및 대체가 가능하며, 또한, S/W(예제 : Store-Age사의 SVMTM)를 이용 하여 효과적인 볼륨 할당이 가능


Virtualization 필요성

1. 파이버채널 및 스토리지가 갖는 대역폭 고유의 한계속도 극복
2. 동종 또는 이기종 O/S로 운영되는 다양한 벤더의 서버로 구성된 SANs 환경 지원
3. 다양한 구성과 다양한 벤더의 스토리지 디바이스로 구성된 SAN 지원 (e.g. RAID, JBOD, Tape, …)
4. 최적의 스토리지 자원 할당 및 통합 솔루션
5. 높은 스토리지 확장성(Volume 용량의 무제한 지원)
6. 통합관리를 통한 스토리지 관리 비용 절감



Virtualization 장점

특징 장점
스토리지 용량의 관리 증가된 스토리지 이용의 극대화
사용자 요구 기반 구조 사용자 & 어플리케이션 요구 충족
중앙집중식 스토리지 관리 관리자에 의한 스토리지 용량의 손쉬운 확장
스토리지 성능향상 RAID 스트라이핑에 의한 어플리케이션의 속도 향상
작업량의 효율적 분산 어플리케이션의 로드밸런싱
Virtual volume의 관리 향상된 데이터 가용성, zero window backup, DR, migration



응용분야 - 1. 비디오 어플리케이션 퍼포먼스 향상을 위한 virtualization의 역할

응용분야 - 1. 비디오 어플리케이션 퍼포먼스 향상

Abstract

최근 폭 넓게 사용되는 다양한 미디어와 컨텐츠기반의 어플리케이션은 디지털 정보의 활용면에서 폭발적인 성장의 견인차 역할을 하였다. 비디오를 디지털 형식으로 저장하는 일은 비디오컨텐츠의 편집과 송출 등의 어플리케이션이 발전하게 된 기회가 되었던 것이 사실이지만 컨텐츠의 저장에 관한 새로운 많은 문제를 제기하기도 했다. 향상된 스트리밍 미디어 어플리케이션의 요구조건은 전통적인 스토리지의 그것들과는 다르다. 데이터 베이스와 파일 시스템을 사용하고 있는 전통적인 비즈니스 어플리케이션과 다르게, 비디오 컨텐츠는 최소한의 확보된 대역폭 내에서 읽기/쓰기가 이루어 져야 한다.

비디오 어플리케이션은 높은 데이터 처리속도, 서버의 복수화, 지속적인 스토리지의 확장, 다른 서버들간에 비디오 파일의 공유를 요구하고 있다. 모든 구성 부속의 고가용성과 빠르고 쉽게 테이프에 컨텐츠를 보관하는 일 또한 필수 불가결하다.

Storage for Video Applications The Challenges

비디오 시스템은 크게 다중의 인코딩시스템과 다중의 편집시스템으로 구성 되어지는 것이 일반적이다. 여기서 가장 중요한 첫번째 문제는 비디오 데이터의 증가에 맞춰 스토리지의 손쉬운 확장이 가능해야 한다는 점이다. 몇 가지 비디오 압축 기술은 스토리지 용량 문제의 해결에 많은 도움을 주고 있는 것이 사실이다
예를 들어, 만일 10분짜리의 압축되지 않는 비디오 파일이 20GB의 디스크 용량을 필요로 한다면, 압축된 비디오파일은 100MB의 공간에 저장되어 질 수 있어 디스크 용량은 200분의 1로 줄일 수 있다. 비디오데이타의 저장에 있어 압축기술은 매우 중요한 요소이다. 그러나 압축 수준이 높아짐에 따라 화상 품질이 저하되는 문제점이 있으며 이 요인은 스토리지의 용량과 성능과도 많은 관계가 있다. 더 높은 화상 품질을 필요로 하고 있는 어플리케이션은 낮은 압축비를 사용해야 하는데 이는 스토리지의 고성능화와 대용량화를 필요로 하고 있다. 물론 어플리케이션에 따라 높은 압축비를 사용할 수도 있는데 높은 압축방식에 비해 그다지 많은 스토리지와 고성능을 요구하지는 않는다.

비디오 어플리케이션을 위한 두 번째 중요한 문제는 대역폭 또는 데이터 처리량인데, 클라이언트가 동시 다발적으로 데이터를 요구하는 일이 빈번하기 때문이다. 그러므로 스토리지 솔루션은 지속적인 광대역폭의 특성을 가져야 한다. 데이터 처리량 또한 주요한 문제이다. NTSC 또는 PAL형식의 비디오데이터는 초당 30MB 끊김 없는 스트림을 요구 하며 HDTV와 같은 고화질 데이터는 그 보다 많은 초당 178MB의 처리량을 필요로 한다. 또한 MPEG-2방식으로 저장된 고품질 비디오는 초당 50MB의 지속적인 속도를 필요로 한다.
다시 말해서 1 GB의 스토리지를 NTSC 또는 PAL방식의 비디오스트림은 30초안에, HDTV는 단지 5초 안에 채울 것이다.
그러한 환경이 스토리지 공간의 보다 효율적인 활용과 멀티 벤더의 스토리와의 통합을 필요로 하게 만드는 것이다.

다음 그림은 스토리지의 용량과, 압축 비율과 데이터 처리속도 사이의 상관 관계를 잘 나타내고 있다.

그러므로, 비디오 어플리케이션은 매우 높은 수준의 성능과, 이기종간의 다양한 미디어 형식에 따른 처리능력을 요구하고 있다. 스토리지로부터 비디오데이타를 읽어 오는 것은 많은 I/O를 필요로 하지 않는다. 그러나 데이터 처리속도는 지속적으로 유지되어져야 한다.
비디오가 동시다발적인 사용자에게 서비스를 할 때, 데이터 처리속도는 빠르게 증가한다. 비디오 어플리케이션에 있어서 테스트나 정지화상의 경우를 제외하고 성능 하락은 있어서는 안될 일이다.
데이터는 앞에서 언급한 속도에 맞춰 연속적으로 제공되지 않으면 비디오스트림은 중간에 끊겨질 수 밖에 없다. 비디오 어플리케이션은 끊김 없는 비디오스트림의 제공을 위해 RAID를 사용하고 있다. RAID는 동시다발적인 비디오데이타 제공을 위해 고성능이라는 조건을 충족시키고 있다. RAID3과 RAID5은 비디오서버 환경에서 자주 쓰여지는 방식이다. 특히 크고 연속적인 파일에는 가장 적합한 방식이 RAID3인데, 심지어 드라이브의 제거 순간에도 성능저하 같은 현상은 보이지 않는다.

비디오 스토리지에 있어 절대 중요한 것은 가격대비 성능이다. 즉 스토리지시스템은 가능한 가장 높은 stream-to-disk 성능을 보장해야 하고, 온라인서비스가 가능한 총 컨텐츠를 위해 적절한 용량을 확보해야 한다. 스토리지시스템은 또한 고장에 대비한 방지능력이 있어야 한다.

The Solution

비디오 어플리케이션의 인프라로서 가장 추천할만한 솔루션은 바로 파이버채널 SAN기반의 Asymmetric Virtualization 솔루션이다. 그것은 SAN 파일공유시스템과 함께 적용되어 비디오 어플리케이션이 필요로 하는 확장성, 효율적인 스토리지 공간 활용, 처리량, 고성능을 한꺼번에 제공한다.

SAN Fibre Channel
편집과 파일 공유를 포함하는 고품질 비디오 어플리케이션은 매우 높은 대역폭을 필요로 하는데, 고속의 네트워크를 제공하는 파이버 채널 SAN환경에서 많은 잇점을 찾을 수 있을 것이다. SAN 패브릭 토폴러지는 사실상 무제한의 대역폭을 제공한다. 대역폭의 가용 총량은 패브릭 스위치의 처리능력에 의해 결정되어 진다. 초당 200MB의 처리속도를 요구하는 HDTV와 같은 경우에 고성능의 RAID와 통합된 다중의 패브릭 구조만이 가격대비 최고의 성능을 제공할 수 있다.
이러한 SAN 기반 위에서, 하나의 스토리지에 공유하고 있는 많은 비디오 편집 서버뿐만 아니라 다수의 스토리지를 높은 대역폭으로 네트워킹 하는 것이 가능하다.
SAN는 새로운 스토리지장치 또는 서버가 더해지거나 삭제될 때, 데이터스트림의 어떠한 중단도 발생하지 않도록 하기 위한 특별한 구조로 설계되어 져야 한다.
Zoning에 의해 모든 서버를 독립시키고, FC 패브릭으로부터 RSCN 통지를 받는 것을 불능화 시키는 것이 바람직 하다. 또한 HBA 레벨에서는 스토리지의 전원 인가시 반드시 리셋명령을 불능화시켜야 한다. 또한 백업에 대해서는, 대용량 테이프 라이브러리는 다른 서버 사이에서 공유될 수 있고, LAN 대역폭의 사용없이, FC 네트워크 위에서 모든 백업 활동을 수행할 수 있다.

많은 장점에도 불구하고 전통적인 SAN구조는 열거한 모든 문제점들을 극복할 수 없다. SAN는 다양한 서버가 같은 스토리지에 액서스할 수 있게 한다. 그러나 이 스토리지는 많은 데이터 I/O로 인한 병목이 일어나기 쉽다.
최종적인 문제는 백업 수행중인 서버의 부하량이다.
서버에서 테이프를 위한 최대 데이터 처리량은 시간당 약 25GB이다. 그래서 사용자가 5TB를 가지고 있는 경우에, 대략 10일 걸릴 것이다. 비록 사용자가 증가식 백업을 사용한다 하더라도, 백업의 긴 시간동안 여전히 심각한 부하를 서버에 주게 된다.
이 문제들에 대한 솔루션은 비대칭 스토리지 Virtualization이다.

Asymmetric Virtualization
스토리지 Virtualization은 SAN전반에 걸쳐 중앙관리의 스토리지 풀과 가상 볼륨을 제공한다. 그것은 상당히 향상된 스토리지 네트워크 관리기능을 제공하는데, 관리 비용을 줄이고, 값비싼 스토리지 자원의 활용도를 개선할 수 있다. 스토리지 Virtualization는 다양한 벤더의 스토리지 및 서버가 혼재 된 이기종의 SAN 환경에서 운영할 수 있다. 스토리지는 유연하게 서버에 그리고 부가가치의 스토리지 어플리케이션에 할당될 수 있다.


디지털 비디오 환경을 위한 권장할만한 솔루션은 비대칭 Virtualization 솔루션이다. 그것은 모든 SAN 자원의 개별적인 확장성, 최고의 성능과 고가용성을 제공하기 때문이다. 여러 가지 서버 플랫폼은 agent의 설치를 통하여 지원된다. Agent는 볼륨 정보를 비대칭 어플라이언스로 부터 받아서 ,서버로 하여금 읽고 쓰고 기능에 대해 물리적인 스토리지와 직접 의사 소통하는 것을 가능하게 한다. (그림 3)
데이터 패스로부터 컨트롤패스와 메타데이타의 핸들링을 분리시킴으로써 비대칭 Virtualization 어플라이언스는 중앙관리의 맵핑과 다른 SAN기능 제공한다.
이러한 아키텍쳐는 SAN패브릭 구조의 대역폭의 활용도를 극대화 시킨다.

비대칭 Virtualization는 가상 스토리지를 확장하고, 다양한 서버 간에 가상 스토리지를 공유를 가능하게 한다. 서버와 스토리지 사이의 mult-pathing을 관리하는 것은 비대칭 Virtualization 플랫폼의 중요한 또 다른 잇점인데, path 사이에서 페일오버와 로드 밸런싱을 제공 한다. 다시 말해서, 비대칭의 Virtualization는 다중의 서버에 의해 공유될 수 있는 고가용성 및 고성능의 가상 스토리지를 창출하는 것이다.

비대칭 스토리지 Virtualization의 중요한 잇점 중의 하나는"striping"이다. striping은 하나의 가상 볼륨이 복수개의 RAID시스템에 striping 될 수 있는 테크닉이다. 이러한 방법으로,가상 볼륨이 10개의 물리적 RAID장치를 striping으로 구성을 했다면, 하나의 물리적 RAID장치가 초당 80MB의 데이터 전송을 할 때 가상 볼륨은 초당 800MB의 속도를 제공할 수 있었다. 비대칭 Virtualization 플랫폼이 있는"striped"가상 볼륨의 구성은 비디오 스트리밍과 편집에 대해 이상적인 네트워크뿐만 아니라 고성능의 인프라 구조를 제공한다.


다음의 숫자는 SAN상의 비대칭 Virtualization의 단편적 효과를 명백하게 예시 하고 있다.
이 숫자는 비디오 어플리케이션을 위한 대규모 SAN으로부터 추출되었는데 90대의 서버, 10TB와 8개의 FC 스위치가 리던던시를 구성하고 있는 SAN이었다.



비대칭 Virtualization(또는out-of-the-data path")는 사용자가 zoning의 복잡한 구성의 문제를 해결하는데 결정적인 역할을 하였다. 스위치 벤더의API와 통합하게 되는 스위치 zoning의 스마트 알고리즘이 그런 복잡한 zoning을 구성하기 위한 자동 도구를 제공한다.
이 기능은 네트워크 상에 불필요한 교통을 제거, 고객으로 하여금 상당한 시간의 절약과 경제적 효과를 만들어낸다.


또한 백업 수행중의 서버의 부하문제는 비대칭 Virtualization의 스냅샷 기능을 사용함으로써 서버프리 및 랜프리 백업의 구현에 의해 해결된다.

백업 서버를 초기화하는 것은 오리지널 볼륨의 스냅샷을 만들 수 있고, 그 스냅샷을 그 자체에 할당할 수 있고, 그 다음 백업을 직접 수행할 수 있었다.


File Sharing
결국, 크고 고성능의 가상 스토리지가 만들어지고, 다양한 서버로부터 액서스 되면서 파이버 채널 속도로 데이터에 액서스하는 동안 다수의 서버들이 파일을 공유할 수 있도록 SAN공유 파일시스템이 필요하게 된다. SAN공유 파일시스템은 비대칭 Virtualization과 유사한 방식으로 작동한다, out-of-the-data path 메타데이터 서버가 있고 그리고 데이터 전송은 클라언트와 스토리지 사이에서 직접 수행된다. SAN공유 파일시스템은 서버 또는 백업서버를 두게 되는데 백업서버는 비디오 파일을 FC에 연결된 테이프 라이브러리에 이동하거나 백업을 할수 있도록 하였다. 예를 들면 디지털화 되었던 비디오 어플리케이션이 텔레비전 채널의 운영시스템의 일부로서 스토리지에 읽고/쓰기 때문에 파일 공유가 편집과 저장된 비디오 파일의 사후 편집에 필수 불가결한 것이다.

Conclusion
디지털 비디오 시스템의 성장과 비디오 데이터의 관리량이 늘어 남에 따라 고성능, 확장성, 고가용성의 스토리지 환경의 수요는 계속 성장하고 있다. 오늘날, 더 나은 파일 관리, 더 빠른 데이터 처리량, 상호 운용과 ROI같은 요구는 비디오 스트리밍 프로젝트를 위해 대단히 중요한 요소이다.
디지털 비디오와 다른 스트리밍 어플리케이션을 위해 미세조정된 스토리지시스템을 구성할 때 비대칭 Virtualization와 SAN 공유 파일 시스템의 조합은 유용하고 효과적이다.