[논문 리뷰] Virtualization Implementation Model for Cost Effective & Efficient Data Centers

Mueen Uddin, Azizah Abdul Rahman|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 01.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 가상화를 통해 저조도 사용 서버를 통합함으로써 데이터 센터의 에너지 효율성을 높이고 비용을 절감하기 위해 다섯 단계의 가상화 구현 모델을 제안한다. 이 모델은 평가, 계획 수립, 구현, 최적화 및 관리의 단계를 통해 데이터 센터 관리자들을 안내하며, 최소한의 정지 시간과 향상된 내구성으로 에너지 소비 감소, 탄소 배출 감소 및 자원 활용도 향상을 이룬다.

ABSTRACT

Data centers form a key part of the infrastructure upon which a variety of information technology services are built.They provide the capabilities of centralized repository for storage, management, networking and dissemination of data.With the rapid increase in the capacity and size of data centers, there is a continuous increase in the demand for energy consumption.These data centers not only consume a tremendous amount of energy but are riddled with IT inefficiencies.Data center are plagued with thousands of servers as major components.These servers consume huge energy without performing useful work.In an average server environment, 30% of the servers are "dead" only consuming energy, without being properly utilized.This paper proposes a five step model using an emerging technology called virtualization to achieve energy efficient data centers.The proposed model helps Data Center managers to properly implement virtualization technology in their data centers to make them green and energy efficient so as to ensure that IT infrastructure contributes as little as possible to the emission of greenhouse gases, and helps to regain power and cooling capacity, recapture resilience and dramatically reducing energy costs and total cost of ownership.

연구 동기 및 목표

• 저조도 사용 서버로 인한 증가하는 데이터 센터의 에너지 소비와 탄소 배출을 해결하기 위해.
• 자원 효율성을 향상시키고 운영 비용을 줄이기 위해 가상화를 구현하기 위한 체계적인 프레임워크를 제공하기 위해.
• 물리적 서버의 과도한 확산을 최소화하고 전력 및 냉각 사용을 최적화함으로써 데이터 센터 관리자가 녹색 IT로 전환할 수 있도록 지원하기 위해.
• 단일 장애 지점 문제를 제거하기 위해 복수의 장비와 클러스터링을 통해 고가용성과 내구성을 확보함으로써 가상화 과정 중에도 안정적인 운영을 보장하기 위해.
• 비용-편익 분석, ROI 추정 및 SLA 준수 여부를 기반으로 가상화 도입에 대한 의사결정 지원을 제공하기 위해.

제안 방법

• 작업 유형, 활용도 및 중요도 기반으로 기존 서버와 애플리케이션을 자원 풀로 분류하기.
• 가상화 잠재력 평가를 위해 서버 워크로드를 분석하며, 일반적으로 30% 정도가 정지 상태에 있는 저조도 또는 비활성 서버에 초점을 맞추기.
• 하이퍼바이저(예: VMware, Microsoft Hyper-V, Citrix)를 사용하여 여러 워크로드를 더 적은 수의 물리적 머신에 통합하여 가상화 구현하기.
• 단일 장애 지점 문제를 제거하기 위해 복수성 및 클러스터링(예: VMware HA, Microsoft Failover Clustering)을 구현하기.
• 이중 레이어 관리 모델 도입: 인프라 추상화를 위한 자원 풀(RP)과 서비스 제공 및 SLA 이행을 위한 가상 서비스 제공(VSO) 구조 설계하기.
• 서비스 연속성과 SLA 이행을 확보하기 위해 오프라인 마이그레이션(예: 물리적-가상화 또는 라이브 마이그레이션)을 활용하여 전환 과정 중 장애 최소화하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 데이터 센터에서 에너지 소비와 탄소 배출을 줄이기 위해 가상화를 체계적으로 구현하는 방법은 무엇인가요?
• RQ2 서비스 제공에 영향을 주지 않으면서 성공적인 가상화 도입을 보장하기 위해 필요한 주요 기술적 및 관리적 단계는 무엇인가요?
• RQ3 더 적은 수의 물리적 서버에 여러 워크로드를 통합함으로써 단일 장애 지점의 위험을 어떻게 완화할 수 있나요?
• RQ4 가상화를 활용한 서버 통합을 통해 달성 가능한 측정 가능한 비용 절감 및 에너지 효율성 향상 수치는 무엇인가요?
• RQ5 가상화 계획 및 구현 과정에서 ROI, 보안 및 서비스 수준 계약(SLA) 간 균형을 어떻게 유지할 수 있나요?

주요 결과

• 가상화를 통해 저조도 사용 서버를 통합함으로써 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 일반적으로 30%의 서버가 정지 상태에 있어 생산적 작업 없이도 전력을 소비하고 있다.
• 제안된 다섯 단계 모델을 통해 데이터 센터는 하드웨어, 전력 및 냉각 비용을 최소화함으로써 총 소유비용(TCO)을 줄일 수 있다.
• 가상화를 통한 서버 통합은 전력 사용 감소로 인해 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있으며, 이는 2007년 기준 미국 전체 전력 소비의 1.5%를 차지한 데이터 센터의 상황를 고려할 때 매우 중요하다.
• 클러스터링과 복수성 기반으로 고가용성을 확보함으로써, 다수의 가상 워크로드를 한 대의 물리적 서버에서 처리하는 데 따른 정지 위험을 줄일 수 있다.
• 가상화 환경은 민첩성 향상, 관리 용이성 향상, 그리고 플랫폼 간 애플리케이션의 백업, 복구 및 마이그레이션을 보다 쉽게 구현할 수 있도록 한다.
• 적절한 구현을 위해서는 고가용성 가상화 환경에서의 전력 및 냉각 밀도 증가에 대비한 인프라 준비도 평가가 필요하다.