HVM,(Hitachi Virtualization Manager)은 히다찌의 블레이드 서버인 Hitachi Compute Blade Server(BladeSymphnoy)에서 제공하는 LPAR(Logical Partition, 논리 분할) 방식의 서버 가상화 솔루션이다.

LPAR 방식은 메인프레임과 유닉스 등 기간계 시스템에서 이용되고 있는 방식인 만큼, 신뢰성, 안정성, 가상 서버간의 독립성 보장측면에서 우수하다. 이 방식을 IA 서버에서 구현할 수 있다는 것은 기간계 시스템의 가상화를 IA서버에서도 적용 가능함을 의미한다.

이처럼 IA 서버에서의 LPAR 지원은 프라이빗 클라우드 시스템의 가상화 적용 영역을 크게 확대할 수 있는 효과를 제공한다.

히다찌는 현재 운용성의 향상과 함께, 도입이 용이한 형태의 솔루션으로 개발 중이다. 이러한 노력에 힘입어 HVM의 클라우드 시스템 적용 사례는 꾸준히 증가하고 있다.

인프라 클라우드 시스템 구현에서 가상화는 주된 기술 중의 하나이다. 그 중에서도 데이터 처리의 중심이 되는 서버 가상화 제품이 ‘HVM’이다. 그 특징과 도입 사례에 대해 소개한다.

1. Hitachi Compute Blade Server(BladeSymphony) ‘HVM’의 특징

1.1　IA서버에서 LPAR 방식의 가상화 제공

HVM은 메인프레임이나 상용 유닉스 서버로 사용되고 있는 LPAR(Logical Partition：논리 분할) 방식의 서버 가상화 솔루션이다. VM(Virtual Machine：가상 머신) 방식과 비교해 고신뢰, 고성능 시스템 구축이 용이한 이점이 있다.

IA 서버에 LPAR 방식의 가상화를 구현한 제품은 많지 않다. (표1 참조)

메인프레임이나 상용 유닉스 등의 기간계 업무용에서는 기존의 LPAR 방식이 이용되어 왔다. HVM은 IA서버에서 LPAR 방식을 채용, 기간계 업무에도 적용 가능하게 한 가상화 제품이다.

<표1>각 사의 서버 가상화 기구(소프트웨어)의 특징

기존의 기간계 업무는 LPAR 방식의 가상화가 많이 이용되고 있으며, HVM은 타사의 가상화 소프트웨어와 달리 IA서버에서 LPAR 방식의 가상화를 가능하게 해주는 제품이다.

HVM은 히다찌 블레이드 서버인 Hitachi Compute Blade Server(BladeSymphnoy) 시리즈인 CB2000/CB320/CB1000에 탑재되어 제공한다.

1.2　클라우드 시스템에 최적인 자원 분할 방식

LPAR 방식은 CPU와 메모리, I/O 등 하드웨어 리소스에 대한 가상화(=공유)를 최소화함으로써, 하드웨어의 동작을 게스트 OS로 하여금 다이렉트로 액세스할 수 있도록 해준다. 이렇게 제어함으로써 외부의 I/O장비에 대한 성능과 활용도를 높일 수 있다.

I/O 제어 방식의 관점에서 분류하면, LPAR 방식은 I/O Path Through 모델을 이용하며, VM방식은 Hypervisor Emulation 모델이 적용된다. (그림 1 참조)

<그림1> LPAR방식과 VM방식의 I/O 아키텍처 : LPAR 방식은 게스트 OS에서 직접 I/O 카드에 액세스 가능하게 하는 Path Through 모델을 사용하기 때문에 하드웨어의 기능을 독점해서 사용할 수 있다. VM 방식은 하드웨어 리소스를 에뮬레이터에서 흡수하기 때문에 자원분배에 대한 유연성이 뛰어나다는 장점이 있다.

I/O Path Through 모델은 스토리지의 내부 복제기능(히다찌 스토리지 ‘ShadowImage’) 등 하드웨어의 기능을 게스트OS가 직접 이용 가능하며, LPAR간의 간섭이 적고, 독립성이 높기 때문에 멀티미디어 사용자 환경을 전제로 한 클라우드 시스템에도 적용되고 있다.

2. 운용성을 보장하는 HVM의 기능

2.1　가상 서버간의 간섭과 영향을 배제

클라우드 시스템 환경에서는 하나의 하드웨어 자원을 고객 또는 부문별로 공유하게 되지만, 응용 프로그램의 문제나 예기치 못한 시스템 부하 등으로 인해 특정 가상 서버가 하드웨어 자원을 소비하게 되면, 다른 가상 서버 즉, 다른 고객의 시스템에 영향을 줄 수 있는 위험성이 있다.

HVM은 CPU 점유 기능을 갖추고 있기 때문에 그룹별로 유연한 자원 할당이 가능하다. 가상 서버간에 영향을 주지 않는 구성을 가능하게끔 해주는 프로세서 그룹 기능을 제공한다. (그림 2 참조)

<그림2> 사용자간의 리소스 간섭 및 영향을 배제하는 프로세서 그룹 기능 : HVM은 점유 모드를 이용하여 사용자를 분리할 수(사용자 C) 있으며, 다른 프로세서 그룹을 이용해서 같은 그룹 내에서 유연하게 자원을 공유하고, 다른 그룹에 대해서는 분리 설정이 가능하다. (사용자 A / B에서 2코어를 공유하고, A / B 사이에 분리)

2.2　높은 처리성능을 요구하는 시스템에 클라우드 적용

상용 유닉스 시스템으로 구성되어 있는 대용량의 기간계 시스템을 IA 서버로 이행하는 활용사례를 고려해 높은 트래픽의 I/O 처리를 LPAR 간에서 완전하게 분리할 수 있는 I/O 점유 기능을 구현했다. 이로 인해, 높은 처리성능을 요구하는 기간계 시스템에서도 클라우드 시스템 적용이 가능하다.

지금까지의 IA 서버 통합 사례에서는 비교적 부하가 낮은 시스템을 통합하는 경우가 많아, I/O 카드의 공유에 의한 성능 장애는 거의 발생하지 않았다. 그러나 기간계 시스템에서는 I/O 부하가 높은 케이스도 있기 때문에 I/O카드를 특정 LPAR에 점유시키는 I/O 점유 기능을 가진 HVM이 적합하다.

2.3　하드웨어 장애에서도 운용유지

서버 가상화 환경에서는 서버 하드웨어 장애 발생 시, 통합되어 있는 다수의 가상 서버가 한꺼번에 다운되기 때문에, 서비스가 중단되지 않도록 HA구성 등 비용과 복잡한 시스템 구축이 과제로 남아 있다.

HVM은 펌웨어 형태로 동작하기 때문에 하드웨어 제어가 뛰어나다. 특히, CB2000 고성능 서버 블레이드에서는 영향 범위를 최소화할 수 있도록 하드웨어 장애시, 해당 LPAR만을 제거하여 다른 LPAR의 운용을 계속할 수 있도록 제어할 수 있어, 고가용성을 보장하는 클라우드 시스템 기반을 실현하고 있다. (그림 3 참조)

<그림3> 특정 하드웨어 장애 발생 시에도 서비스를 지속할 수 있는 뛰어난 복원력 : 캐시 메모리에 오류가 발생했을 경우, 해당 캐시 메모리를 사용하던 LPAR만이 중지되며, 다른 LPAR는 작업을 계속한다. 중지된 LPAR를 다시 시작할 때에는 오류가 발생한 캐시 메모리를 격리하여 운영을 재개한다. 또한, 장애 가능성을 사전에 검출하여 장애를 예방할 수 있는 사전 장애 프로세서 코어 교체 기능을 갖추고 있다.

3. HVM의 운용 관리

3.1　데이터 센터에서의 HVM관리

프라이빗 클라우드 시스템은 HVM 뿐만 아니라, 물리 서버나 VM 방식의 가상화 소프트웨어로 구축된 시스템이 혼재되어 있다. 히다찌는 이같이 다양한 시스템이 혼재하는 데이터 센터내의 서버 통합 운용 및 관리솔루션인 ‘ServerConductor’를 제공하고 있다.

물리 서버와 동일한 관리방식으로 LPAR 관리가 가능하기 때문에 물리/가상이 혼재되어있는 환경에서도 서버 블레이드 장애시에는 ServerConductor로 구성되는 N＋1 콜드 스탠바이 기능으로 관리자의 개입 없이 자동으로 예비서버 블레이드로 서비스를 전환시킬 수 있다. 또, 물리 서버의 경우와 같이 HVM상의 LPAR에 대해서도 시스템 디스크의 backup/restore 기능을 제공한다.

3.2　HVM 전용 환경관리 툴

ServerConductor 관리하에서 HVM 환경에 대한 문제가 발견되었을 때는, HVM 전용의 고유 정보를 상세하게 확인할 수 있는 ‘HVM Navigator’를 이용해 상황 판단이나 문제 해결을 진행할 수 있다. 성능 모니터, 구성 뷰어, LPAR Migration, LPAR 조작 및 설정 등의 기능을 제공하며, 관리 PC에 설치하여 사용한다.

성능 모니터 기능에서는 서버 블레이드 전체나, 각 LPAR내의 논리 CPU 사용률, NIC(Network Interface Card) 성능 등을 확인할 수 있다. 이러한 정보는 관리 서버에 축적하여 분석이 가능하며, 필요에 따라 독자적인 분류 및 통계를 통해 분석하는 등, 클라우드 시스템 운용 보고서 작성에 이용할 수 있다.

구성 뷰어는 각 블레이드 내의 HVM에 관한 구성 정보를 일괄 수집 및 표시한다. 관리자가 직접관리하게 되면 장애를 유발시킬 가능성이 있기 때문에, 기계적인 정보 수집 기능이 클라우드 시스템에 있어서 구성 관리의 정확성, 효율성에 효과적이다.

3.3　저전력 운용과 성능의 부하 밸런스 조정

장기간 운용하다 보면, 시스템의 부하 상황이 설계 당시의 예상과는 다르게 진행되어 증감하거나, 4분기에 한 번 정도의 특정 시기에만 부하가 증가하는 시스템이 있음을 발견하게 된다.

이런 상황에서 부하가 낮은 LPAR를 특정 서버 블레이드로 마이그레이션(이행)하여 빈 블레이드의 전원을 끄는 저전력 운용이 가능하며, 정기 유지보수를 위해 서버 블레이드를 다운해야 할 경우, 해당 블레이드의 LPAR를 간단하게 다른 블레이드로 마이그레이션(이행)시킬 수 있기 때문에 효율적인 운용이 가능하다

HVM은 게스트OS의 Reboot를 통한 LPAR migration(이행) 기능을 제공하고 있다. (그림 4 참조)

<그림4> LPAR Migration의 조작 (HVM Navigator)
: 왼쪽 창에서 원본 LPAR 번호를 선택하고 오른쪽 창에서 미정의된 대상 LPAR 번호를 선택한 후 Execute 버튼을 누르면 LPAR Migration이 수행된다.

HVM의 특징은 게스트OS로부터 하드웨어에 직접 액세스할 수 있다는 것과 해당 LPAR의 하드웨어 환경의 변경작업 없이 그대로 다른 서버 블레이드로 이동시킬 수 있다는 것이다. 이에 따라 클라우드 시스템 운용 중, 예를 들면, 월 1회 정도 계획된 서버 블레이드의 하드웨어 점검을 실시할 수 있다.

3.4　백업 운용

가상 환경의 게스트OS를 백업하는 경우, VM 방식의 디스크 백업 운용에는 파일시스템이 다르기 때문에 별도의 백업 솔루션 구성이 필요로 하지만, LPAR 방식의 HVM에서는 물리 서버의 경우와 동일하다.

특히, LAN을 경유하지 않고 FC에 의한 공유 스토리지로부터 백업하는 LAN 프리 백업 운용을 실시하는 경우, LPAR를 그대로 1대의 물리 서버와 같은 방식으로 구성할 수 있어 VM 방식에 비해 구성 설계가 용이하다.

또한, 백업 서버는 대상 시스템의 부하가 비교적 낮은 시간대에서 동작시키기 때문에 가상화를 적용시킬 수 있지만, 일반적으로 백업 소프트웨어 벤더는 백업 디바이스의 입출력 동작이 가상화되는 것 자체를 추천하지 않는 등 백업 서버를 VM에 의한 가상화로 인정하지 않는 경우가 많다. 그러나 HVM의 경우, 물리 서버와 같은 I/O 동작이 가능하기 때문에 백업 서버를 LPAR 방식의 가상화로 운용하고 있다. 따라서 HVM은 여분의 물리 서버가 필요 없어 효율적인 백업 환경을 구축할 수 있다.

3.5　LPAR 환경을 구축하는 솔루션

서버 가상화 기술은 넓게 이용되고 있지만, 사용자에 따라서는 아직 가상화 시스템 구축에 있어 여러 가지 걱정을 하는 있다. 국내에 블레이드 서버와 HVM 솔루션을 공급하고 있는 LG히다찌는 HVM를 포함한 가상화 전반을 지원하는 솔루션 서비스를 제공하고 있다. (표 2 참조)

<표2> HVM도입을 용이하게 하는 솔루션 서비스
4. 적용 사례

HVM은 현재까지 누계 1,000 블레이드 이상의 사용 실적이 있으며(유료 라이선스 수), 주로 높은 안정성이 요구되는 시스템에 이용되고 있다. 다음은 클라우드 시스템으로 이용되고 있는 사례이다.

(1) 일본, 마루베니 주식회사(丸紅株式会社)

Hitachi Compute Blade Server CB1000 HVM를 사용, 사내에 프라이빗 클라우드 시스템을 구축해 사내 각 부문의 시스템을 통합하는 프로젝트를 추진했다. 서버의 유지보수 비용, 설치 면적, 소비 전력 등을 혁신적으로 절감했다. 현재는 CB2000 HVM도 사용하고 있다.

(2) 일본, EVGIN JAPAN 주식회사

CB320 HVM을 적용해 자체 개발한 총판 시스템을 SaaS(Software as a Service) 방식으로 제공하고 있으며, 프라이빗 클라우드 시스템의 구축도 수행하고 있다. 이로 인해 총판 기업의 업무 혁신과 사업 비용의 절감을 지원하고 있다.

(3) 한국, 한국경제신문

뉴스 서비스를 제공해온 기존 NT서버들의 관리 리소스의 절감과 서비스 통합을 목적으로 Hitachi Compute Blade Server CB2000 HVM을 도입해 가상화 기반의 서버 통합과 관리 환경을 구현했다. 특히 유닉스에서 운영되던 증권서비스를 리눅스로 마이그레이션함에 따라 최적의 서버 환경 구축 및 운용효율의 향상 효과를 거뒀다.

5. 맺음말

지금까지 히다찌 그룹의 통합 서비스 플랫폼 ‘BladeSymphony, Hitachi Compute Blade Server’에서 가상화 환경을 지원하는 서버 가상화 도구 ‘HVM’의 특징과 도입 사례에 대해 설명하였다.

HVM은 안정된 성능과 신뢰성의 확보, 서버간의 높은 독립성이 특징인 LPAR 방식의 가상화를 구현한 솔루션으로, 히다찌가 가장 먼저 개발했다.

이러한 솔루션은 유연한 확장성 등을 장점으로 하는 프라이빗 클라우드 시스템의 운영에 필수적이다.

히다찌는 현재 성능이나 신뢰성 측면에서는 하드웨어 기반의 LPAR 방식의 가상화라는 특징을 살리면서, VM 방식의 운용의 용이성이나 최종 사용자의 서비스 중단 빈도를 최소화하는 기능 등을 개발해 나가고 있다.