비하인드 스토리: OpenShift Virtualization 성능 및 확장성 소개

Red Hat OpenShift Virtualization은 클라우드 네이티브 방식으로 컨테이너화된 애플리케이션과 함께 가상 머신(VM)의 배포와 관리를 통합하여 워크로드 장벽을 없앨 수 있게 돕습니다. Red Hat은 대규모 성능 및 확장 팀의 일원으로서 KubeVirt 오픈소스 프로젝트 초기부터 OpenShift에서 실행되는 VM의 측정 및 분석에 깊이 관여해 왔으며 새로운 기능 평가, 워크로드 튜닝, 스케일 테스트를 통해 제품 성숙도 향상을 도와 왔습니다. 이 문서에서는 Red Hat이 중점을 두는 몇 가지 영역을 자세히 살펴보고 OpenShift에서 VM 워크로드를 실행하고 튜닝하는 방법에 대한 추가적인 인사이트를 공유합니다.

튜닝 및 확장 가이드

Red Hat 팀은 고객이 VM 배포를 최대한 활용할 수 있도록 도큐멘테이션을 튜닝하고 확장하는 데 기여합니다. 먼저 이 기술 자료 문서에서 전체적인 튜닝 가이드를 확인할 수 있습니다. 이 가이드에서는 높은 VM "버스트" 생성 속도를 위해 가상화 컨트롤 플레인을 최적화하고 호스트 및 VM 수준에서 다양한 튜닝 옵션을 최적화하여 워크로드 성능을 개선하기 위한 권장 사항을 소개합니다.

둘째, OpenShift 클러스터 예시, Red Hat Ceph Storage(RHCS) 클러스터 및 네트워크 튜닝 세부 정보가 포함된 심층 표준 아키텍처를 게시했습니다. 또한 샘플 VM 배포 및 부트스톰 타이밍, I/O 대기 시간 확장 성능, VM 마이그레이션 및 병렬 처리, 대규모 클러스터 업그레이드 수행 등에 대해서도 살펴봅니다.

팀의 중점 영역

다음 섹션에서는 Red Hat의 주요 중점 영역 중 몇 가지와 OpenShift에서 실행되는 VM의 성능에 대해 그 특성을 기술하고 이를 개선하기 위해 수행하는 테스트에 대한 세부 정보를 전체적으로 살펴봅니다. 아래의 그림 1은 Red Hat의 중점 영역을 보여줍니다.

그림 1: OpenShift Virtualization 성능 중점 영역

워크로드 성능

Red Hat은 광범위한 적용 범위를 지원하기 위해 컴퓨팅, 네트워킹 및 스토리지 구성 요소를 포괄하는 주요 워크로드에 중점을 두고 많은 노력을 기울입니다. 이 작업에는 다양한 하드웨어 모델에 대한 지속적인 기준을 수집하고, 최신 릴리스 출시 시 결과를 업데이트하고, 최적의 성능을 실현하기 위한 다양한 튜닝 옵션을 심층적으로 분석하는 작업이 포함됩니다.

주요 워크로드 중점 영역 중 하나는 데이터베이스 성능입니다. Red Hat은 일반적으로 HammerDB를 워크로드 드라이버로 사용하고 MariaDB, PostgreSQL, MSSQL을 비롯한 여러 데이터베이스 유형에 초점을 맞추기 때문에 다양한 특성을 가진 데이터베이스의 성능을 이해할 수 있습니다. 이 템플릿에서는 HammerDB VM 정의의 예시를 제공합니다.

또 다른 주요 워크로드 중점 영역은 베어 메탈의 10% 이내 성능을 목표로 하는 고처리량 인메모리 데이터베이스인 SAP HANA입니다. 이를 실현하기 위해 CPUManager사용, systemd에서 제어하는 프로세스 선호도 조정, 대규모 페이지로 VM 지원, SRIOV 네트워크 연결 사용 등 호스트와 VM 계층 모두에서 일종의 격리 스타일 튜닝을 적용합니다.

스토리지 성능을 추가로 다루기 위해 Vdbench 워크로드를 사용하여 IOP(초당 입/출력 작업)와 대기 시간에 초점을 맞춰 일련의 다양한 I/O 애플리케이션 패턴을 실행합니다. 애플리케이션 패턴은 블록 크기, I/O 작업 유형, 파일 및 디렉터리의 크기 및 수를 변경하고 읽기 및 쓰기 조합을 조정합니다. 이를 통해 다양한 I/O 동작을 처리하여 다양한 성능 특성을 이해할 수 있습니다. 또한 다양한 스토리지 프로필을 측정하기 위해 또 다른 일반적인 스토리지 마이크로벤치마크인 Fio를 실행합니다. 여러 퍼시스턴트 스토리지 제공업체를 테스트하지만 주요 대상은 VM에서 블록 모드 RADOS 블록 장치(RBD) 볼륨을 사용하는 OpenShift Data Foundation입니다.

또한 다양한 유형의 마이크로벤치마크에 초점을 맞춰 기타 구성 요소의 성능을 평가하여 이러한 더욱 복잡한 워크로드 중 일부를 보완합니다. 네트워킹의 경우 일반적으로 uperf 워크로드를 사용하여 기본 podnetwork 및 기타 컨테이너 네트워크 인터페이스(CNI) 유형(예: Linux Bridge 및OVN-쿠버네티스 추가 네트워크)에 초점을 맞춰 다양한 메시지 크기와 스레드 수에 대해 Stream 및 RequestResponse 테스트 구성을 측정합니다. 컴퓨팅 테스트의 경우 중점 영역에 따라 stress-ng, blackscholes, SPECjbb2005 등의 다양한 벤치마크를 사용합니다.

회귀(Regression) 테스트

Red Hat은 벤치마크-러너라는 자동화 프레임워크를 사용하여 지속적으로 워크로드 구성을 실행하고, 그 결과를 알려진 기준과 비교하여 OpenShift Virtualization 출시 전 버전의 회귀를 파악하고 수정합니다. Red Hat은 가상화 성능을 중시하기 때문에 베어 메탈 시스템에서 이 지속적인 테스트 프레임워크를 실행합니다. Red Hat은 포드, VM, 샌드박스 처리된 컨테이너 전반에서 유사한 구성의 워크로드를 비교하여 상대적 성능을 효과적으로 파악합니다. 이러한 자동화를 통해 OpenShift Virtualization, OpenShift Data Foundation, Local Storage Operator, OpenShift 샌드박스 처리된 컨테이너를 포함하여 OpenShift의 새로운 출시 전 버전과 주요 오퍼레이터를 신속하게 설치할 수 있습니다. 매주 여러 번 출시 전 버전의 성능 특성을 기술하면 고객 출시 전 조기에 회귀를 파악할 수 있으며, 개선된 기능이 포함된 최신 릴리스로 업데이트할 때 성능 개선 사항의 시간별 추이를 비교해 볼 수 있습니다.

Red Hat은 지속적으로 자동화된 워크로드 적용 범위를 확장하고 있습니다. 현재 정기적으로 실행하는 워크로드 세트는 데이터베이스 벤치마크, 컴퓨팅 마이크로벤치마크, uperf, Vdbench, Fio, 그리고 한 번에 대량으로 시작 가능한 포드 또는 VM 수를 빠르게 측정하기 위해 클러스터의 다양한 영역을 실행하는 VM "부트스톰" 및 포드 시작 대기 시간 테스트입니다.

마이그레이션 성능

RWX 액세스 모드를 허용하는 공유 스토리지 프로바이더를 사용하는 것의 이점 중 하나는 클러스터 업그레이드 중에 VM 워크로드를 더 원활하게 실시간 마이그레이션할 수 있다는 것입니다. Red Hat은 중대한 워크로드 중단 없이 VM 마이그레이션 속도를 개선하기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 여기에는 안전한 기본값을 제공하기 위해 마이그레이션 제한 및 정책을 테스트 및 권장하고 마이그레이션 구성 요소의 병목 지점을 파악하기 위해 훨씬 더 높은 제한을 테스트하는 작업이 포함됩니다. 또한 전용 마이그레이션 네트워크 생성의 이점을 측정하고, 노드 수준 네트워킹과 VM별 마이그레이션 메트릭을 분석하여 네트워크를 통한 마이그레이션 진행 상황의 특성을 기술합니다.

성능 확장

Red Hat은 대규모 환경을 정기적으로 테스트하여 병목 지점을 발견하고 튜닝 옵션을 평가합니다. Red Hat의 스케일 테스트는 OpenShift 컨트롤 플레인 스케일부터 가상화 컨트롤 플레인 스케일, 워크로드 I/O 대기 시간 스케일링, 마이그레이션 병렬 처리, DataVolume 복제 및 VM "버스트" 생성 튜닝에 이르는 영역을 포괄합니다.

이 테스트를 통해 Red Hat은 궁극적으로 개선으로 이어지는 다양한 스케일 관련 버그를 발견하여 다음 단계의 스케일 테스트를 더 높은 수준으로 향상할 수 있었습니다. 테스트 중에 확인한 모든 스케일 관련 모범 사례는 Red Hat의 일반적인 튜닝 및 스케일링 가이드에 문서화됩니다.

호스팅된 클러스터 성능

Red Hat의 새로운 중점 영역은 호스팅된 컨트롤 플레인과 호스팅된 클러스터 성능으로, 특히 KubeVirt 클러스터 제공업체를 이용하는 OpenShift Virtualization에서 온프레미스 베어 메탈 호스팅된 컨트롤 플레인과 호스팅된 클러스터를 검사합니다.

초기 작업 영역 중 일부는 etcd의 여러 인스턴스에 대한 스케일 테스트(중요 섹션의 스토리지 권장 사항 참조), API 워크로드가 많은 호스팅된 컨트롤 플레인 스케일 테스트, OpenShift Virtualization에서 호스팅된 컨트롤 플레인 클러스터를 관리할 때의 호스팅된 워크로드 성능입니다. 호스팅된 클러스터 크기 조정 지침에서 최근 작업의 주요 성과 중 하나를 확인하세요.

다음 단계

추후 게시물을 통해 호스팅된 클러스터 크기 조정 지침 방법론 및 심층적인 VM 마이그레이션 튜닝 권장 사항에 대한 심층 분석을 포함하여 이러한 성능 및 확장 영역에 대해 자세히 알아보세요.

Red Hat은 앞으로도 OpenShift에서 VM의 성능을 지속적으로 측정 및 분석하고, 스케일의 경계를 새롭게 확장하고, 고객 출시 전에 회귀를 파악하고 수정하는 데 초점을 맞출 것입니다!

Red Hat OpenShift Virtualization에 대해 자세히 알아보기