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데이터센터

구형 SAN을 더 이상 확장할 수 없는 이유

2014.10.31 Andrew Warfield  |  InfoWorld
플래시 스토리지 장비의 속도가 애플이케이션이 데이터에 액세스하는 방법을 바꿔 놓았으며, 구형 스토리지의 종말을 재촉하고 있다.

가상화 덕분에 서버 컴퓨팅의 효율성과 유연성은 극적으로 개선됐다. 하지만 스토리지는 이에 비해서는 상당히 뒤처져 있는 상태이다. 실제로 스토리지 세계는 테이프 스토리지가 데이터센터를 장악하고 있던 때와 비교해 크게 달라지지 않았다. 결과적으로 데이터센터의 어느 한 부분이 다른 부분에 비해 현격하게 효율성이 높은 상황이 연출되고 있다. 게다가 이런 환경은 최근 스토리지 분야의 가장 눈에 띄는 혁신인 플래시의 이점을 제대로 이용할 수 없도록 한다.

구글이나 페이스북 같은 대형 업체는 자사의 시스템을 스스로 구축해 확장성과 비용 효율성을 끌어 올리고 있다. 하지만 이런 식의 혁신은 아직 기업 데이터센터로까지 확산되지 않고 있다. 한편, 스토리지 시장은 디스크 기반의 장비를 판매하는 업체들로 가득 차 있다. 이런 단기적인 솔루션이 제공하는 이점도 적지 않지만, 당장의 문제를 해결하지는 못한다.

필자는 여기서 코호 데이터의 기술팀과 필자가 고성능 웹 스케일 스토리지 시스템을 구축하면서 얻은 통찰을 공유하고자 한다. 특히 현대적인 스케일 아웃 스토리지 시스템에서 최신 플래시 하드웨어의 역량을 제대로 드러내야 하는 과제에 중점을 둘 것이다.

소프트웨어 시스템의 성능을 파악하고 이를 개선하고자 할 때 가장 먼저 하는 작업은 가장 중요한 성능 병목을 파악하는 것이다. 성능 병목이 어떤 문제를 일으키는지는 누구나 알고 있다. 만약 시스템을 최대 성능으로 가동하면, 성능 병목은 시스템이 더 빨리 동작하지 못하도록 하는 부분이 된다. 결국 성능을 더 끌어올리기 위해서는 병목을 파악하고 이를 해결하는 데 집중해야 한다. 하지만 성능 병목이란 것은 결코 없어지지 않는다. 단지 다른 곳으로 옮겨질 뿐이다.

스토리지 시스템에서 병목은 언제나 미디어이다. 테이프가 원래 가지고 있는 기계적인 한계, 그리고 현재는 디스크의 기계적인 한계가 바로 그것이다. 하나의 디스크는 약 100Mbps의 속도로 읽기 또는 쓰기 스트림을 연속적으로 처리할 수 있다. 하지만 디스크가 임의의 데이터에 무작위적으로 액세스해야 한다면, 이 속도는 10Mbps 또는 그 이하로 떨어진다. 정말로 문제가 되는 성능 상의 측면은 따로 없다. 단 한 가지 데이터에 액세스하기 위해 디스크 헤드를 물리적으로 움직여야 한다는 기계적인 제한이 다른 모든 성능 문제를 압도하기 때문이다. 시스템의 다른 부분에 비해 디스크는 너무나 느리기 때문에 세계에서 가장 빠른 스토리지 시스템이라도 더 많은 디스크를 어떻게 모아서 사용할 것인가에 집중해 왔다. 그럼에도 불구하고 디스크는 여전히 성능 병목이다.

엔터프라이즈급 시스템에서 PCI-e SSD를 사용하면서 이런 상황은 완전히 바뀌었다. 하나의 PCIe SSD는 문자 그대로 수백 대의 하드디스크보다 더 빠르다. 이 뿐만 아니라 임의의 데이터 액세스에서 느려지는 원인인 기계적인 제한도 없다. 이제 한 대만으로 10기가 네트워크 연결을 완전히 잠식할 수 있는 스토리지 장비를 구입하는 것이 가능해졌다.

이런 스토리지 시스템을 구축하는 데 사용되는 부품의 변화로 인해 성능 병목이 완전히 없어졌다. 가장 느린 요소가 갑자기 가장 빠른 요소가 된 것이다. 만약 기존에 디스크 스토리지를 추가하는 방식으로 추가 플래시 장비를 첫 번째 플래시 장비 옆에 추가한다면, 성능 병목은 네트워크 자체가 되고 말 것이다. 오히려 애플리케이션이 스토리지의 성능을 온전하게 다 사용하지 못해 성능을 낭비하는 상황이 될 수도 있다.

네트워크만이 병목이 되는 것은 아니다. 이런 플래시 장비는 아주 빠르기 때문에 플래시 하드웨어를 제대로 활용할 만큼의 빠른 입출력 요청을 처리하려면 상당한 CPU 성능을 소비해야 한다. 실제로 입출력 처리가 너무 많은 CPU 성능을 소비하기 때문에 PCIe 플래시 장비는 사실상 전용 프로세서가 필요하다.

필자는 새로운 스토리지 시스템이 성능에 미치는 영향을 제대로 설명하기 위해 ‘데이터 구경(Data Aperture)’이란 개념을 사용하곤 한다. 사진에서 렌즈의 구경은 셔터가 열리는 폭과 통과할 수 있는 빛의 양으로 측정된다. 데이터 액세스 역시 비슷한 방식으로 생각할 수 있다. 데이터 구경은 사용자의 모든 애플리케이션이 필요로 하는 모든 데이터에 액세스하는 경로의 폭이라고 볼 수 있다.

스토리지 시스템은 전통적으로 이런 부분에 대해 크게 신경을 쓰지 않았다. 왜냐하면 데이터 구경이 성능 병목이 아니었기 때문이다. 하지만 이제는 완전히 문제 요소가 되고 있다. 필자의 기술팀이 2년 전 고성능 플래시 장비를 사용해 확장형 스토리지를 구축하려고 했을 때 제일 먼저 직면한 문제도 바로 이것이었다. 수많은 벤치마크와 분석을 통해 필자와 기술팀은 심각한 성능 병목이 없는 확장형 스토리지 시스템을 구축하는 유일한 방법은 스토리지 시스템 설계에 사용되는 모든 물리적인 자원의 균형을 맞추는 것이라는 결론에 도달했다.

기존 스토리지 시스템은 고정된 네트워크 연결과 정적인 스토리지 컨트롤러(이른바 헤드)에 의존하고 있으며, 성능이나 용량을 올리기 위해서는 디스크를 추가했다. 현대적인 스토리지 시스템은 이와는 다른 접근법을 사용해야 한다. 말 그대로 CPU와 네트워크 자원 역시 고성능 플래시에 맞춰 확장 가능해야 한다는 것이다.

이처럼 자원 간의 균형을 맞추면 스토리지 시스템을 적절한 부품으로 설계할 수 있다. PCIe 플래시 장비는 입출력을 처리할 수 있을 정도로 충분히 빠른 CPU와 짝을 맞추어야 한다. 이렇게 짝을 맞춘 구성이 10GB 네트워크 인터페이스에 연결되어야 플래시의 성능을 온전하게 활용할 수 있다. 또한 데이터에 액세스하는 ‘구경’ 역시 스토리지 시스템을 확장하는 것에 따라 선형적으로 증가한다.

‘데이터 구경’이란 과제는 전통적인 스케일업 스토리지 어레이가 더 이상 적합하지 않은 확실한 이유가 된다. 스토리지에 대한 웹 스케일(Web-Scale) 접근법, 다시 말해 스케일 아웃 아키텍처에서 유연하고 범용적인 하드웨어를 사용하는 방식은 빠르게 발전하는 플래시 하드웨어를 통합하는 데 훨씬 더 적합한 방법이다.

*Andrew Warfield는 코호 데이터의 CTO이자 브리티시 콜럼비아 대학의 컴퓨터공학과 교수이다.
editor@itworld.co.kr 
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