[논문]오픈소스 클라우드 컴퓨팅 기반 교육 실습 시스템 구축

윤준원; 박찬열; 송의성

doi:10.9728/dcs.2013.14.4.505

오픈소스 클라우드 컴퓨팅 기반 교육 실습 시스템 구축
Building the Educational Practice System based on Open Source Cloud Computing 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.14 no.4, 2013년, pp.505 - 511

윤준원 (KISTI 국가슈퍼컴퓨팅연구소) , 박찬열 (KISTI 국가슈퍼컴퓨팅연구소) , 송의성 (부산교육대학교 컴퓨터교육과)

초록
AI-Helper

근래 이슈가 되고 있는 클라우드 컴퓨팅은 분산컴퓨팅 환경에서 사용자가 요구하는 컴퓨팅 자원을 최적화하여 유연하고 확장성 있게 지원할 수 있어 각광받는 새로운 패러다임이다. 클라우드 컴퓨팅 환경은 가상화 환경을 구성함으로써 실제적인 구현 및 서비스가 가능해진다. 본 논문에서는 오픈소스 기반의 클라우드 컴퓨팅을 연구하고 대학교 내에서 컴퓨터를 이용한 실습을 수행할 시 요구되는 시스템 환경을 오픈소스 클라우드 컴퓨팅 기반의 환경을 통해 구현하고자 한다. 클라우드 컴퓨팅을 통한 가상화 기반의 실습 환경은 최적화된 자원을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 실습 자원 관리의 편리성, 실습 결과에 대한 손쉬운 관리 등의 효율성을 가져올 수 있다. 이로 인해 실습환경 설정에 소요되는 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 교수 입장에서는 실습결과물들을 쉽게 관리 할 수 있게 된다. 또한 다양한 실습환경의 요구사항들을 유연성 있게 적용함으로써 시스템에 대한 활용성 또한 높아지게 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, cloud computing is being emerged paradigm that a support computing resource flexible and scalable to users as the want in distributed computing environment. Actually, cloud computing can be implemented and provided by virtualization technology. In this paper, we studied open source based cloud computing and built a educational practice system through cloud computing. Virtualization-based cloud computing provides optimized computing resources, as well as easy to manage practical resource and result. Therefore, we can save the time for configuration of practice environment. In the view of faculty, they can easily handle the practice result. Also, those practice condition reuse comfortably and apply to various configuration simply. And then we can increase capabilities and availabilities of limited resources.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 클라우드 컴퓨팅 기반에서 가상화를 통해 최적화된 실습 환경을 구축하기 위하여 오픈 소스 기반의 SW를 활용하여 구축할 예정이다. 이를 위해 가상화 기술 및 가상 머신을 관리하는 소프트들에 대해서 조사하였다.
본 논문에서는 클라우드 컴퓨팅의 가상화 속성[13]을 이용하여 다양한 교육 실습 환경에 접목함으로써 사용자가 요구하는 환경을 유연하고 신속하게 제공할 수 있음을 살펴보았다.

제안 방법

관련한 SW들로 Lustre, GFS, Dyrad, pNFS 방식들이 있다. 본 논문에서는 실습환경 구축을 위한 파일시스템으로 Lustre를 설치하였다. Lustre는 오픈소스 기반 고성능 클러스터 파일시스템으로 기존의 NFS와 같은 분산 파일시스템에 Object-based Storage Disk 기술을 적용함으로써 성능, 가용성, 확장성 문제를 개선할 수 있다[12].
본 실습환경 구축을 위해서 8코어로 구성된 3대의 노드에서 소규모의 테스트를 수행하였다. 우선 VM은 리눅스 기반(CentOS) 이미지로 생성하였으며 (그림 5)와 같이 오픈소스 기반의 IaaS 도구인 OpenNebula를 이용하여 VM을 생성하였다.
OpenNebula는 Xen, KVM, VMware를 지원하며 libvirt와 같은 요소를 사용하여 관리 및 검사 작업을 수행할 수 있다. 본 환경에서는 Apache 라이선스 기반의 유연성과 확장성을 가지는 오프 소스 툴킷의 특징을 가지고 있어 채택하였다.
(그림 7)은 Lustre 파일시스템의 설정된 화면이다. 실습 산출물에 대한 보안을 위해 입력 데이터와 출력 데이터를 구분하여 설정하였다. 병렬파일시스템은 데이터를 분산하여 저장하고 가져오면서 발생할 수 있는 파일 I/O에 대한 병목 현상 및 부하 문제를 개선할 수 있다.
위에서 논한 요구사항을 바탕으로 해당되는 기능들을 오픈소스 소프트웨어를 이용하여 구성하였다. 첫 번째로 논한 가상 어플라이언스를 구성하기 위한 하이퍼바이저(Hypervisor) 즉, 가상머신(VM)으로 Xen을 사용하였다.
본 논문에서는 클라우드 컴퓨팅 기반에서 가상화를 통해 최적화된 실습 환경을 구축하기 위하여 오픈 소스 기반의 SW를 활용하여 구축할 예정이다. 이를 위해 가상화 기술 및 가상 머신을 관리하는 소프트들에 대해서 조사하였다. 이를 토대로 리눅스 기반 OS상에서 가상 머신들을 생성하고, 가상머신(VM: Virtual Machine)을 관리하는 오픈소스 가령, Eucalyptus, OpenNebula, Nimbus, OpenStack, Abiquo 등과 같은 IaaS (Infrastructure as a Services) 기반의 SW를 설치할 예정이다.
위에서 논한 요구사항을 바탕으로 해당되는 기능들을 오픈소스 소프트웨어를 이용하여 구성하였다. 첫 번째로 논한 가상 어플라이언스를 구성하기 위한 하이퍼바이저(Hypervisor) 즉, 가상머신(VM)으로 Xen을 사용하였다. 대표적인 오픈소스 기반의 가상머신으로써는 Xen, KVM, 등이 있다.

이론/모형

② 실습환경이 구동되는 가상머신을 관리하기 위해서는 전체적인 가상 자원의 생성, 초기화, 동작, 대기, 회수 등을 일괄적으로 수행할 수 있는 도구가 필요하다. 관련연구에서 논하였던 오픈소스 기반의 Iaas 도구인 OpenNebula를 사용하여 가상머신들을 제어하였다. OpenNebula는 Xen, KVM, VMware를 지원하며 libvirt와 같은 요소를 사용하여 관리 및 검사 작업을 수행할 수 있다.
본 실습환경 구축을 위해서 8코어로 구성된 3대의 노드에서 소규모의 테스트를 수행하였다. 우선 VM은 리눅스 기반(CentOS) 이미지로 생성하였으며 (그림 5)와 같이 오픈소스 기반의 IaaS 도구인 OpenNebula를 이용하여 VM을 생성하였다. 생성된 VM들은 (그림 6)과 같이 모니터링 화면을 통해 상태정보를 파악할 수 있다.

후속연구

이를 위해 가상화 기술 및 가상 머신을 관리하는 소프트들에 대해서 조사하였다. 이를 토대로 리눅스 기반 OS상에서 가상 머신들을 생성하고, 가상머신(VM: Virtual Machine)을 관리하는 오픈소스 가령, Eucalyptus, OpenNebula, Nimbus, OpenStack, Abiquo 등과 같은 IaaS (Infrastructure as a Services) 기반의 SW를 설치할 예정이다. 가장 큰 차별점은 가상 머신 위에서 운영하게 될 가상 이미지를 실습환경에 맞도록 최적화하여 제공하는 가상 어플라이언스(Virtual Appliance)로 실습 관리자가 제공하고자 하는 환경(SW, 환경설정)을 이미지로 만들어 복제 사용함으로써 시스템 설정 및 관리가 매우 용이하다.
향후, 다양한 실습환경을 보다 용이하게 관리하기 위해 단일 환경을 묶어 클러스터 형태로 구성하여 제공하는 가상 클러스터(Virtual Cluster)기술을 적용이 필요하다. 이를 이용해서 여러 실습환경을 보다 쉽게 클러스터 단위로 제공할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	클라우드 기반의 교육 실습 환경을 구축하기 위해서 어떤 기능이 요구되는가?	① 다양한 교육용 실습환경이 가상머신을 통해서 구현되기 위해서는 이미지 형태의 가상 어플라이언스들(Virtual Appliance)을 생성하여 저장하게 된다. 가상 어플라이언스는 시스템의 요구사항을 담은 일종의 컨테이너로 의존성이 있는 어플리케이션, 라이브러리, 서비스, 관련 데이터 그리고 운영체제까지 통합된 일종의 소프트웨어 스택이다. ② 실습환경이 구동되는 가상머신을 관리하기 위해서는 전체적인 가상 자원의 생성, 초기화, 동작, 대기, 회수 등을 일괄적으로 수행할 수 있는 도구가 필요하다. 관련연구에서 논하였던 오픈소스 기반의 Iaas 도구인 OpenNebula를 사용하여 가상머신들을 제어하였다. OpenNebula는 Xen, KVM, VMware를 지원하며 libvirt와 같은 요소를 사용하여 관리 및 검사 작업을 수행할 수 있다. 본 환경에서는 Apache 라이선스 기반의 유연성과 확장성을 가지는 오프 소스 툴킷의 특징을 가지고 있어 채택하였다. ③ 실습환경이 구성되면 가상 환경으로 제공 되는 실습 데이터와 이를 가공한 산출물 데이터를 관리하기 위한 공용의 파일시스템이 필요하다. 또한 실습환경의 규모가 커지게 되면 파일 I/O에 대한 부하가 높아져 실습 데이터를 받거나 산출을 제출할 때 문제가 발생할 수 있다. 이를 위해 병렬파일 시스템에 대한 고려가 필요하다.
	클라우드 컴퓨팅의 핵심 기술은?	클라우드 컴퓨팅의 핵심 기술은 가상화 자원을 사용하여 문제를 해결하는 데 있다. 이런 가상머신(Virtual Machine: VM)을 어떻게 구성하고 관리하는가가 가장 큰 이슈 중에 하나이다.
	가상화 기반 클라우드 컴퓨팅의 대표적인 장점은?	가상화 기술은 x86 서버에 멀티코어가 일반화되고 집적도가 증가하면서 성능은 점차 증가하였고, 더불어 서버 가상화를 제공하기위한 오픈소스 또는 상용 프로그램들의 안정성 및 성능에 대한 효용성이 검증됨에 따라 이를 이용한 클라우드 컴퓨팅 활용이 점차 두각을 나타내고 있다. 가상화 기반 클라우드 컴퓨팅의 대표적인 장점은 분산컴퓨팅 환경에서 사용자가 요구하는 컴퓨팅 자원을 사용자의 요구사항에 맞게 최적화하여 유연하고 확장성 있게 지원할 수 있다는 점이다[2]. 이런 특징을 활용하여 대학 내에서 수행되는 실습환경을 가상화를 통해 구성함으로써 학생들이 수행해야할 시스템 환경을 최적화하여 제공할 수 있을 뿐만 아니라 실습을 진행 관리하는 교수 입장에서도 쉽고 투명하게 실습 결과물들을 확인할 수 있다.

참고문헌 (13)

Bhaskar Prasad Rimal, Eunmi Choi, and Ian Lumb. A taxonomy and survey of cloud computing systems. In Proceedings of the 2009 Fifth International Joint Conference on INC, IMS and IDC, NCM '09, pages 44-51, 2009.
J. Diaz, G. v. Laszewski, F. Wang, and G. Fox, "Abstract Image Management and Universal Image Registration for Cloud and HPC Infrastructures " IEEE Cloud. 2012.
Daniel J. Abadi, "Data Management in the Cloud: Limitations and Opportunities", In IEEE DE Bulletin, vol 32(1), pp 3-12, Feb 2009.
B.Sotomayor, R. S. Montero, I. M. Llorente, and I.Foster, "Virtual Infrastructure Management in Private and Hybrid Clouds," IEEE Internet Computing, vol. 13, pp. 14-22, Sep-Oct 2009.

상세보기
Nimbus Project Web Page. http://www.nimbusproject.org
Eucalyptus Web Pages (Open Source). http://open.eucalyptus.com
Nurmi, D.Wolski, R. Grzegorczyk, C. Obertelli, "The Eucalyptus Open-Source Cloud-Computing System", CCGRID '09. 9th IEEE/ACM International Symposium, Cluster Computing and the Grid, 2009. pp.124- 131, 2009.
OpenNebula Web Page. http://www.opennebula.org
OpenStack Home Page. http://www.openstack.org
Amazon Elastic Compute Cloud (EC2). http://aws.amazon.com/ec2
Peter Sempolinski and Douglas Thain, "A comparis on and critique of eucalyptus, opennebula and nimbus", In Proceedings of the 2010 IEEE Second International Conference on Cloud Computing Technology and Science, CLOUDCOM '10, pp.417-426, 2010.
Lustre a Network Clustering FS, http://www.lustre.org
Jong-Hei Ra, "Qualitative Study on Service Features for Cloud Computing "Journal of Digital Contents Society Vol. 12 No. 3, pp.319-327 Sep. 2011.

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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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