VirtIO-trace: 가상화 환경에서 NVMe SSD 입출력 특성 분석을 위한 통합 도구

Abstract

가상화 기술은 클라우드 컴퓨팅, 데이터 센터 등 다양한 컴퓨팅 환경에서 핵심 기술로 사용되고 있다. CPU 제조사들은 가상화 시스템의 성능 향상을 위하여 적극적으로 하드웨어 기반의 가상화 지원기술을 제공하고 있으며, NIC 제조사들도 네트워크 I/O 성능 향상을 위한 가상화 기술을 제공한다. 하지만 가상화 환경에서 저장장치 I/O는 여전히 성능 저하 문제를 겪고 있으며, 이를 해결하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. 최근에는 가상화 저장장치로 NVMe(Non-Volatile Memory express) SSD(Solid State Drive)를 적용하여 고성능의 가상화 I/O 시스템을 구축한다. 하지만 기대만큼의 I/O 성능을 보여주지 못하기 때문에 I/O 최적화 또는 개발이 필요하며 이때 I/O 정보를 추적하고 분석할 수 있는 도구를 필요로 한다. 본 논문에서는 가상화 환경에서 NVMe SSD를 저장 장치로 사용할 때 I/O를 효율적으로 추적하고, 수집된 정보를 토대로 I/O 특성을 분석할 수 있는 도구를 제안한다. 제안된 도구는 VirtIO-trace라고 불리며, 기존의 blktrace 도구처럼 I/O 요청 정보와 시간 정보를 기본적으로 제공한다. 한편 이 도구는 기존 blktrace와는 다르게, NVMe SSD 특화 정보 (큐 정보, I/O 제출/완료 정보 등)와 가상화 관련 정보(가상 머신 상에서 I/O 처리시간, 가상화 SW 상에서 I/O 처리시간 등)도 제공한다는 차별성이 있다. 실제 KVM 환경에서 구현하고 실험을 수행한 결과 I/O 정보를 실시간으로 잘 수집하며, 분석 정보는 NVMe SSD에 대한 가상화 I/O 특성 분석 및 성능 향상 기법 개발에 효과적으로 사용할 수 있음을 검증하였다.