Application / LVM / Virtualization / Connectivity (modules 02)

Application

• 애플리케이션은 컴퓨팅 연산의 로직을 제공하는 컴퓨터 프로그램이다.
• 데이터 센터를 이용하여 서비스되는 일반적인 애플리케이션 
  • Business Applications : email, enterprise resource planning(ERP), decision support system(DSS)
  • Management Applications : 리소스 관리, 성능 튜닝, 가상화
  • Data Protection Applicstions : backup(데이터를 보관하기 위함), replication(가용성을 위해서, 미리 복제해 준비해 둔 서버를 통해 문제가 생겨도 서비스가 중지되지 않게 함)
  • Security Applications : authentication, antivirus
• 애플리케이션의 주요 I/O 특성
  • Read intensive vs. Write intensive
  • Sequential vs. Random
  • I/O size

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Application Virtualization

Isolated(독립된, 고립된) 환경에서 필요한 Application을 사용하도록 제공한다.

• 운영 체제와 리소스를 애플리케이션 가상화 컨테이너로 결합하여 제공한다.
• 가상화 애플리케이션은 독립 환경에서 실행되기 때문에 OS나 기타 애플리케이션은 잠재적인 위험으로부터 보호된다.
• 다른 응용 프로그램 또는 동일한 응용 프로그램의 서로 다른 버전 간의 충돌을 방지한다.

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Logical Components (가상 애플리케이션 환경의 시스템 구조)

Traditional : 전통적인 방식으로는 하드웨어부터 Device Drivers, Volume Manager, File System, OS, Application 순으로 순차적으로 올라가는 방식으로 구성되며, OS가 직접 물리적인 엘리먼트들로부터 리소스를 가져와서 애플리케이션에게 제공한다.

 

Virtual Machines : VMware 등의 가상화 프로그램에서 애플리케이션을 구동하는 경우인데, 물리적 서버 윗단에 Hypervisor라고 하는 OS의 역할을 하는 소프트웨어가 자리 잡고 있으며 이 Hypervisor가 각 가상 머신의 GuestOS에게 물리적 서버에서 가져온 리소스를 전달하는 방식으로 제공한다. Hypervisor가 일괄적인 처리를 맡으며 실제 OS의 역할이 줄어들었기에 Traditional에 비해 OS가 가벼워지고 그에 따른 퍼포먼스 측면에서의 이점이 있다.

 

Containers : Docker 등의 컨테이너에서 애플리케이션을 구동하는 경우이다. Virtual Machines에서 한 단계 더 진화해 아예 GuestOS 조차 없애고 애플리케이션이 필요로 하는 리소스를 Docker Engine이 HostOS로부터 받아와 각 컨테이너에 할당해준다.

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Device Driver → OS → Application

Device Driver는 OS로 하여금 물리적인 엘리먼트들을 인식하게 하는 소프트웨어이다. Device Driver를 통해 장치를 인식한 OS는 그 리소스들을 Application의 요청에 맞게 할당한다.

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Memory Virtualization

 

 

메모리 가상화는 호스트의 물리적 메모리(RAM)를 가상화해주는 운영 체제의 기능이다.

가상 메모리 관리자(Virtual Memory Manager : VMM)가 디스크 스토리지에 있는 공간 중 일부를 사용해 스왑 공간(Swap space)으로 만들고 RAM에서 당장 실행 중이 아닌 프로세스들을 실제 메모리에서 스왑 공간으로 이동시킨다.

이로 인해 물리적 메모리의 효율적인 사용이 가능하고 디스크 스토리지의 놀고 있던 공간도 활용할 수 있게 된다. 만약 스왑 파일의 데이터 액세스 속도가 느려지게 되면 플래시 드라이브를 사용한다.

 

 

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LVM(Local Volume Manager)

LVM은 파일 시스템과 물리 디스크의 중간에 있는 레이어로, Physical Volumes, Volume Groups, Logical Volumes로 구성되어 있다. 일반적으로 운영 체제의 일부 또는 타사 호스트 소프트웨어로 제공되며, 파일 시스템 용량을 동적으로 확장할 수 있고 효율적인 스토리지 관리를 할 수 있다는 특징이 있다.

Volume Groups

볼륨 그룹은 1개 이상의 물리 볼륨을 그룹화해서 만든다(고유 물리적 볼륨 아이디 할당). 이 볼륨 그룹으로 논리적 볼륨을 생성할 수 있으며 여기서 볼륨 그룹은 디스크, 논리적 볼륨은 디스크 파티션이라고 생각할 수 있다.

 

정리하자면 LVM에서 물리적 볼륨들을 모아 하나의 큰 pool을 만들고 그 pool을 구성하는 작은 block들로 논리적인 볼륨을 생성하고 애플리케이션에 할당하는 것이다. 또한 이렇게 만들어진 논리적 볼륨은 데이터 가용성을 높이기 위해 복제될 수 있다.

LVM을 통해 물리적인 볼륨을 Partitioning 또는 Concatenating해서 하나의 물리적 볼륨을 여러 개의 논리적 볼륨으로 분할하거나 여러 개의 물리적 볼륨을 하나의 논리적 볼륨으로 합치는 등의 작업을 할 수 있다.

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File System

• 파일은 관련 레코드의 집합, 또는 이름을 가진 단위로 저장된 데이터를 말한다.
• 파일 시스템은 파일의 계층 구조를 말한다.
• 파일 시스템은 디렉토리를 이용해서 데이터를 계층 구조로 관리한다.
• 디렉토리는 여러 파일에 대한 포인터를 저장하는 컨테이너이다.
• 파일 시스템은 디스크 드라이브나 디스크 파티션, 논리적 볼륨에 저장된 데이터 파일에 액세스할 수 있게 한다.
• 파일 시스템은 논리적 구조와 파일 액세스를 조정하는 소프트웨어 루틴으로 구성한다.
• 파일 시스템 종류 : FAT 32, NTFS, UNIX FS, EXT 2/3

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Compute Virtualization

컴퓨팅 가상화는 운영 체제로부터 물리적 하드웨어를 감추는 기술이다. 단일 또는 클러스터 머신에서 여러 운영 체제를 동시에 운영할 수 있다.

 

• 각 VM은 고립된 방식으로 운영 체제와 애플리케이션을 실행한다.
  • VM은 실제 컴퓨터처럼 보이고 행동하는 논리적 엔티티.
• 하드웨어와 가상 머신 사이의 가상화 레이어를 이용해 컴퓨팅 가상화를 실현한다. 이 레이어는 Hypervisor라고 불린다.
• Hypervisor는 CPU와 메모리, 네트워크 같은 하드웨어 리소스를 가상 머신에 제공한다. 물리적인 서버의 하드웨어 사양에 따라 한 서버 안에 많은 가상 머신을 만들 수 있다.
• Hypervisor의 관점에서 가상 머신은 VM 설정 파일과 데이터 파일 등의 독립적인 파일의 집합입니다.

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Desktop Virtualization

데스크탑 가상화는 하드웨어와 OS, 애플리케이션, 사용자 프로파일, 설정 간의 의존성을 없애 준다.

 

조직이 데스크탑을 호스팅하고 중앙집중적으로 관리할 수 있다.

• 조직은 데이터 센터 안에서 가상 머신으로 데스크탑이 운영되기 때문에 유출이나 도난의 위험을 줄여준다.

데스크탑 가상화의 장점

• thin clients의 활성화 → 유연한 액세스
• 향상된 데이터 보안
• 간소화된 데이터 백업 및 PC 유지 관리

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Connectivity

Connectivity란 호스트 간 또는 호스트와 프린터, 스토리지 디바이스 등의 주변기기와의 연결을 말한다.

연결은 다음과 같이 이루어진다.

 

Host Interface Card(Network Interface Card : NIC) ↔ Port ↔ Cable ↔ Port ↔ Disk

 

아래에서 대표적인 프로토콜 몇 가지를 알아보겠다.

 

IDE/ATA & Serial ATA(SATA)

• Integrated Device Electronics(IDE) / Advanced Technology Attachment(ATA)
  • IDE/ATA는 디스크 드라이브와 CD-ROM 드라이브 같은 스토리지 드라이브를 연결하는 데에 사용하는 인터페이스 프로토콜 표준이다.
  • 가격 대비 성능이 좋다.
  • 저렴한 비용으로 스토리지를 연결할 때 사용한다.
  • Internal Connectivity에 사용한다.
  • ATA의 Ultra DMA/133 버전은 초당 133MB의 전송량을 지원한다.
• Serial Advanced Technology Attachment(SATA)
  • IDE/ATA 직렬(serial) 버전은 단일 비트 직렬 전송을 지원한다.
  • SATA는 성능이 좋고 가격이 낮기 때문에 IDE/ATA를 대체하고 있다.
  • SATA 리비전 3.0은6Gb/s의 전송 속도를 제공한다. 
  • Hot-pluggable(장치를 제거하려면 PC를 종료해야 함)이다.

SCSI & Serial SCSI(SAS)

• Parallel SCSI(Small Computer System Interface)
  • 일반적으로 host와 peripheral device를 연결하기 위한 표준 방식이다.
  • IDE/ATA에 비해 가격이 높다. 개인용 데스크탑에서는 잘 사용되지 않는다.
  • SCSI는 하이엔드 컴퓨터에서 선호되는 연결 프로토콜이다.
  • SCSI는 1개의 버스에 최대 16개의 디바이스를 지원하고 데이터 전송 속도는 640MB/s (Ultra-640)이다.
• Serial Attached SCSI(SAS)
  • SAS는 포인트 간 직렬 프로토콜로, 병렬 SCSI의 대안이 되고 있다.
  • 새로운 버전의 직렬 SCSI(SAS 2.0)은 6Gb/s의 데이터 전송 속도를 지원한다.

Fibre Channel & IP

• Fibre Channel(FC)
  • 파이버 채널은 스토리지 디바이스에 대한 초고속 통신을 지원하는 프로토콜이다.
  • 동선과 광섬유를 통한 직렬 데이터 전송을 지원한다.
  • 파이버 채널 최신 버전의 표준에서는 속도가 최대 128Gb/s로 향상되었다.
    • 8, 16, 32Gb/s 버전도 사용 중
• Internet Protocol(IP)
  • 전통적으로 IP는 호스트 간 통신에 사용하는 네트워크 프로토콜이다.
  • 새로운 기술의 등장으로 IP 네트워크를 호스트와 스토리지 간의 통신에 사용할 수 있게 됐다.
  • IP는 비용과 기술의 성숙도 면에서 큰 장점을 지니고 있으며, 조직이 갖고 있는 IP 기반 네트워크를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
    • iSCSI와 FCIP 프로토콜