왜 퍼블릭 클라우드 Kubernetes에서도 I/O 가상화를 이해해야 하나?

AWS, NCP 같은 퍼블릭 클라우드에서 Kubernetes(k8s)를 사용하는 경우에도 고성능 I/O 가상화 기술에 대한 이해는 매우 중요합니다. 특히 네트워크와 스토리지 성능이 중요한 워크로드(B2B API, 금융 서비스, AI 모델 추론, 대규모 실시간 로그 등)를 다룰 경우 아래와 같은 이유에서 반드시 고려해야 합니다:

---

🎯 왜 퍼블릭 클라우드 Kubernetes에서도 I/O 가상화를 이해해야 하나?

 

이유	설명
성능 예측 및 보장	클라우드 VM, Pod의 I/O 경로를 이해하면 Throughput, Latency를 정확히 예측할 수 있음
고성능 워크로드 대응	DPDK, AI 추론서버, 고속 DB 등은 기본 ENI/스토리지로 병목 발생
비용 최적화	SR-IOV 기반 인스턴스, EBS vs 로컬스토리지 등 선택에 따라 비용 차이 큼
컨테이너 네트워크 병목 제거	VPC CNI, ENI, Multus, SR-IOV 등 네트워크 가상화 옵션을 선택해야 함
기반 아키텍처 설계 능력	클라우드 환경에서도 내부적으로는 KVM + SR-IOV + eBPF + DPDK가 동작함

 

---

🧱 클라우드별 지원 상황

 

항목	AWS	NCP
SR-IOV 지원	ENA Enhanced Networking (Elastic Network Adapter) / AWS Nitro	SR-IOV 네트워크 가속 (vNIC)
GPU 가상화	NVIDIA GRID, G5, G6 (GPU SR-IOV)	vGPU, NVIDIA A100 등
K8s CNI SR-IOV	지원 (Multus + SR-IOV CNI)	일부 지원 (NKS 프리미엄)
DPDK 가능 여부	EC2 Baremetal or Nitro 기반	Baremetal 노드에서 가능
로컬 고속 디스크	Instance Store, io2 Block Express	SSD Volumes with low-latency

 

---

⚙️ Kubernetes에서 적용 가능한 고성능 I/O 옵션

1. 네트워크: SR-IOV CNI + Multus

 

구성	설명
aws-cni	기본 VPC 네트워크 연결
Multus	Pod마다 복수 네트워크 인터페이스 할당
SR-IOV CNI	Pod에 NIC의 Virtual Function (VF) 직접 붙이기 → 네이티브 속도

 

➡ 예: Pod에 2개의 NIC

• 하나는 컨트롤 트래픽 (기본 CNI)
• 하나는 SR-IOV로 실시간 데이터 처리

---

2. 스토리지: 블록 가상화 vs 로컬 디바이스

 

옵션	설명
EBS	네트워크 기반 → 고정 대역폭, 중간 IOPS
Instance Store	로컬 SSD → 매우 빠름, 휘발성
io2 Block Express	최대 256,000 IOPS (고가용성)
NCP SSD Block	최대 100,000 IOPS 수준 가능 (타입별)

 

➡ 고속 DB, Kafka Broker, Redis 등은 로컬 디스크 또는 NVMe 기반 스토리지 권장

---

🧪 실사용 시나리오

 

워크로드	필요  기술
고속 API 서버 (1ms 미만)	ENA + SR-IOV + io2 SSD
AI 추론 서비스 (GPU 기반)	GPU SR-IOV, Pod당 단독 GPU
실시간 로그/모니터링	NVMe + Multus + DPDK
저지연 금융 트랜잭션	VFIO + eBPF + SR-IOV 조합
Kafka / DB 등 IO Intensive	로컬 SSD + CPU Pinning + SR-IOV

 

---

📌 요약

 

항목	설명
이해 필요 여부	반드시 필요 (특히 API 응답 시간, AI, 고속 DB 사용 시)
실제 적용 가능	AWS: ENA, Nitro, Baremetal EC2 NCP: vNIC + 고속 SSD
Kubernetes 활용	Multus, SR-IOV CNI, CPU Pinning, Node Selector 등