[논문]SLA를 지원하는 웹 서버 부하 분산 기법

고현주; 박기진; 박미선

SLA를 지원하는 웹 서버 부하 분산 기법
A Web Server Load Balancing Mechanism for Supporting Service Level Agreement 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 시스템 및 이론, v.33 no.8, 2006년, pp.505 - 513

고현주 (디오텔(주) 소프트웨어팀) , 박기진 (아주대학교 산업정보시스템공학부) , 박미선 (Nextouch(주) 소프트웨어팀)

초록
AI-Helper

클라이언트와 서비스 제공자간의 서비스 수준 계약인 SLA(Service Level Agreement)를 만족시키기 위해서는 클라이언트 요청을 우선순위 계층으로 구분하여, 낮은 수준의 서비스를 요청하는 클라이언트 보다는 고수준의 서비스를 요구하는 클라이언트에게 우선적으로 서비스를 제공할 수 있는 기술이 필요하다. 본 논문에서는 서비스 제공자의 웹 서버 노드를 우선 순위에 따라 정적. 동적으로 분할하는 방법 및 다중계층 (Multiclass) 에서의 승인 제어 (Admission Control) 기법을 연구하였으며, 시뮬레이션을 통해 SLA를 고려한 웹 서버 처리율 및 응답시간 성능을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To satisfy SLA(Service Level Agreement) contract between a client and a service provider, the client requests are classified and processed by priorities. In providing differentiated service, a request from a client who has low priority can be dealt with less important. In this paper, we study static and dynamic partitioning mechanism of web servers and also admission control policy for multiclass request distribution. Through simulation experiments, we analyze web server throughput and response time considering SLA.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 장에서는 n개의 우선순위 계층으로 분류된 클라이 언트 요청을 처리하기 위해, 정적.동적으로 서버를 분할 하는 기법 및 숭인 제어에 관한 내용을 기술하고자 한다.
본 연구에서는 클라이언트 계층별 요청률에 따라 분 할된 서버 노드들을 정적, 동적으로 관리하고 다중 계층 에서의 숭인 제어를 함으로써, 웹 서비스의 응답시간 성 능을 분석하였다. 이를 통해 클라이언트와 서비스 제공 자간에 SLA를 고려한 서비스가 이루어질 수 있도록 하 였으며, SLA롤 만족시키기 위해 클라이언트 요청을 우 선순위 계층으로 구분하여 고수준의 서비스를 요구하는 클라이언트에게 더 많은 컴퓨팅 자원을 할당하는 방식 의 적용 가능성을 확인하였다.

가설 설정

One-way 구조에 서는 들어오는(Inbound) 패킷은 웹 스위치를 거쳐 웹 서버로 전달되는 반면에 나가는(Outbound) 패킷은 웹 스위치를 거치지 않고 직접적으로 사용자에게 전달된다. 이에 비해 Two-way 구조는 클러스터 안의 각각의 서 버는 유일한 하나의 IP 주소로 설정되어 들어오는 패킷 과 나가는 패킷은 웹 스위치에 의해 재작성되기 때문에 One-way 구조에 비해 스위치의 오버헤드가 크다[25丄 웹 서버의 서비스 전제조건은 외부의 혼란이나 방해없 이 정책들의 공정한 비교를 위해, 네트워크에 병목현상 이 없다고 가정한다.

제안 방법

요청 패킷의 경로는 요청의 계층별 우선순위에 분리되어 그에 상응하는 서 버 집합(Set)이 결정된다. 각 자원의 사용 시간과 대기 시간으로부터 시스템의 응답 시간이 계산되며, 그 외에 0-100% 구간의 다양한 구성 비율의 조합으로 실험을 수행하였다. 또한, 서버 수는 10~30대 구간의 경우 수를 모두 적용하였으며, 클라이 언트 계층은 High - Mediu m - Low 3개의 수준으로 나누어 성능을 평가했다.
각 자원의 사용 시간과 대기 시간으로부터 시스템의 응답 시간이 계산되며, 그 외에 0-100% 구간의 다양한 구성 비율의 조합으로 실험을 수행하였다. 또한, 서버 수는 10~30대 구간의 경우 수를 모두 적용하였으며, 클라이 언트 계층은 High - Mediu m - Low 3개의 수준으로 나누어 성능을 평가했다.
본 논문에서는 사용자의 요청 내용을 계층별로 분류 하여 처리할 수 있는 Layer-7 스위치를 이용하며, 요청 처리 결과를 해당 서버에서 사용자에게 직접 전달하는 One-way 웹 서버 구조를 고려한다. One-way 구조에 서는 들어오는(Inbound) 패킷은 웹 스위치를 거쳐 웹 서버로 전달되는 반면에 나가는(Outbound) 패킷은 웹 스위치를 거치지 않고 직접적으로 사용자에게 전달된다.
서비스 분류는 로드발런서에 입력되는 클라이언트의 요청을 분류하여 계층별 큐(Queue)로 보내는 작업을 의 미하며, 다양한 클라이언트 계층에 대한 차별화된 서비 스를 제공하기 위해 다중계층 개념을 도입하였다. 클라 이언트 요청은 우선 순위에 따라 n개의 계층으로 구분 된 후에, 그 요청을 처리할 수 있는 서버 노드가 결정된 다.
웹 서버는 각 클라이언트 계층으로부터 정적 요 청과 동적 요청을 받아들이며, 시뮬레이션에 사용된 웹 서버 클러스터 시스템의 운영 파라미터는 표 1, 2와 같 다!:17, 25]. 시뮬레이션은 PC 환경(Pentium 4)에서 C 언 어를 사용하여 수행하였으며, 서버내 각 자원으로의 클 라이언트 요청 도착 시간 간격을 지수(Exponential) 분 포를 사용하여 표현하였다. 클라이언트의 서비스 요청 사건(Event)이 발생되면, 이는 다시 서비스 시간이 상이 한 동적 요청과 정적 요청을 랜덤(Random)한 비율로 발생시킨다.
이와 같이 동적으로 서버 노드를 분할하려면, 과부하 상태시 어떤 계층에서 서버를 제공받을 것인지, 혹은 반 대의 경우 누구에게 돌려줄 것 인지도 고려해야 하며, 본 논문에서는 특정 계충의 클라이언트 요청률이 높아 져 과부하가 걸릴 경우, 과부하가 걸린 서버보다 한 단 계 낮은 우선 순위의 계층에서 서버를 가져가고, 클라이 언트의 요청이 적어지면 다시 한 단계 낮은 우선 순위 의 계층으로 반납하는 방식을 채택하였다(그림 3참조).
그림 2는 계충 1를 서비스 하는 서버의 동적 분할 방 식을 표시하고 있으며, 부하의 변동 비율(。)에 따라 클 라이언트 계층별 서버 노드의 경계값이 계산된다. 즉, 실제 부하량과 처리 용량과의 차이를 구하여, a %이내 의 변동은 서버 분할에 영향을 미치지 않도록 하였다. 여기서 SumLoadcs't、) 는 C»(sl) 에서의 서버 부하 (Load)의 합이며, 부하는 클라이언트의 최대 접속 수 (M女Com)를 의미한다.
클라이언트의 요청을 2개의 계층(High Set, Low Set)으로 분리하여, 차별화된 서비스를 제공하려는 시도 가 있었으몌 19], 본 논문에서는 클라이언트 계층을 단 순히 2개로만 구별 하지 않고, 이를 일반화시킨 개념인 다중 계층(Multiclass) 문제를 다루었다. 즉, 기존의 연 구 기법에서 고수준의 요청은 High 클래스, 저수준의 요청은 Low클래스의 서버가 서비스를 제공하는 반면, 본 논문의 다중 계충기법에서는 High 클래스, Low 클 래스 외에도 계층을 더 분류함으로써 폭넓은 계층에게 SLA를 만족시키면서 각 계층마다 차별화된 서비스를 제공할 수 있다.
클러스터 웹 서버 구조에서 우선 순위별로 클라이언 트 요청을 처리하기 위해, 서버 노드를 정적 . 동적으로 분할하는 기법이 연구되고 있다.

성능/효과

(3)를 만족하면, 1번째 계층 웹 서버의 과부하 상태가 되어, 1+1 번째 계충에 서버가 있는지 없는지 확인을 한 뒤, 서버가 있으면 1번째 계충은 i+1 번째 계층에서 서버 를 가지고와 요청을 처리하며, 서버가 없다고 판단되면 들어온 요청을 거절한다.
그림 8에서는 동적 분할에서 95-percentile 응답시간 을 서버 수와 동적 요청 비율의 변동에 따라 표시하였 다. 각 계층에서 서버 수가 증가할수록 응답시간이 작게 나왔으며, 동적 요청 비율이 증가할수록 처리시간이 길 어져 응답시간 성능이 떨어지는 것을 알 수 있다. 한편, 서버 수 변화 보다는 동적 요청 비율 변화에 따라 시스템 성능 저중;■가 급격히 발생하므로, 동적 요청의 구성 비율이 중요한 성능 평가 요소임을 나타내고 있다.
동적 요청에 따른 응답시간을 서버 분할 방식에 따라 표시하 였다. 동적 요청의 계층별 응답시간을 비교해보면, 동적 분할이 정적 분할에 비해 High 계충과 Medium 계층 응답시간이 상당히 좋은 반면, Low 계층의 요청은 정적 분할이 동적 분할에 비해 응답시간 성능이 우수했다. 이 는 동적 분할에서 상위 계충이 과부하 상태일 경우
본 연구에서는 클라이언트 계층별 요청률에 따라 분 할된 서버 노드들을 정적, 동적으로 관리하고 다중 계층 에서의 숭인 제어를 함으로써, 웹 서비스의 응답시간 성 능을 분석하였다. 이를 통해 클라이언트와 서비스 제공 자간에 SLA를 고려한 서비스가 이루어질 수 있도록 하 였으며, SLA롤 만족시키기 위해 클라이언트 요청을 우 선순위 계층으로 구분하여 고수준의 서비스를 요구하는 클라이언트에게 더 많은 컴퓨팅 자원을 할당하는 방식 의 적용 가능성을 확인하였다. 추후에는 서비스 요청 시 간대에 따라 부하를 적절하게 조절할 수 있는 동적 분 할 기법 및 로드발란서의 결함 허용도(eg 산뢰도, 가용 도)에 대한 연구를 수행할 예정이다.
클라이언트의 요청을 2개의 계층(High Set, Low Set)으로 분리하여, 차별화된 서비스를 제공하려는 시도 가 있었으몌 19], 본 논문에서는 클라이언트 계층을 단 순히 2개로만 구별 하지 않고, 이를 일반화시킨 개념인 다중 계층(Multiclass) 문제를 다루었다. 즉, 기존의 연 구 기법에서 고수준의 요청은 High 클래스, 저수준의 요청은 Low클래스의 서버가 서비스를 제공하는 반면, 본 논문의 다중 계충기법에서는 High 클래스, Low 클 래스 외에도 계층을 더 분류함으로써 폭넓은 계층에게 SLA를 만족시키면서 각 계층마다 차별화된 서비스를 제공할 수 있다. 다중 계층은 클라이언트의 계충을 3개 이상으로 구분하여 서비스하는 것으로, 전체 서버를 3개 이상의 그룹으로 구분하여, 클라이언트의 요청 수준에 맞는 적합한 서버그룹으로 요청을 보내어 처리하며, 계 층별 요청은 이렇게 구분되어진 각 계층으로 들어오는 클라이언트의 요청을 의미한다.
Low 계층을 서비스하는 서버를 High - Medium 계층에 제공해주기 때문이다. 한편, 정적 요청은 변하지 않는 문서와 같은 형식의 파일이고, 동적 요청은 자주 변하면 서 처리하는데 시간이 많이 걸리는 VOD와 같은 동영 상 파일이라 대체적으로 정적 요청이 동적 요청에 비해 월등히 응답시간이 좋게 나왔다.

후속연구

이를 통해 클라이언트와 서비스 제공 자간에 SLA를 고려한 서비스가 이루어질 수 있도록 하 였으며, SLA롤 만족시키기 위해 클라이언트 요청을 우 선순위 계층으로 구분하여 고수준의 서비스를 요구하는 클라이언트에게 더 많은 컴퓨팅 자원을 할당하는 방식 의 적용 가능성을 확인하였다. 추후에는 서비스 요청 시 간대에 따라 부하를 적절하게 조절할 수 있는 동적 분 할 기법 및 로드발란서의 결함 허용도(eg 산뢰도, 가용 도)에 대한 연구를 수행할 예정이다.

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황미선외 2인, '이질 웹 서비스 환경에서 차별화 서비스를 위한 부하분산 기법' 한국정보과학회, 제 31회 추계학술발표회, Vol. 31, No.2, PP. 367-369, 2004

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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