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[국내논문] 메모리 기반 빅데이터 처리 프레임워크의 성능개선 연구
An Empirical Evaluation Analysis of the Performance of In-memory Bigdata Processing Platform 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.21 no.3, 2016년, pp.13 - 19  

이재환 (한국항공대학교 항공전자정보공학부) ,  최준 (한국항공대학교 항공전자정보공학부) ,  구동훈 (한국항공대학교 항공전자정보공학부)

초록
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최근에 실시간 처리를 위해 메모리 기반의 빅데이터 처리 프레임 워크인 스파크가 널리 사용되고 있다. 스파크는 프로그램이 필요로 하는 중간 데이터를 모두 메모리에 올려놓아, I/O 수행을 최소화함으로써 빠른 응답을 가져올 수 있다. 그러나 응용프로그램의 메모리 사용량이 클러스터의 실제 메모리의 량보다 많을 경우, 최적의 성능을 기대하기 어렵다. 본 논문에서는 메모리 사용량이 많은 페이지랭크 응용 프로그램에서 병목이 되는 현상을 실험을 통해 그 요인에 대해 분석하고, 스파크와 함께 타키온을 구성해서 메모리의 효율적 사용을 통해 병목의 요인을 해결하여 18%의 성능향상을 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Spark, an in-memory big-data processing framework is popular to use for real-time processing workload. Spark can store all intermediate data in the cluster memory so that Spark can minimize I/O access. However, when the resident memory of workload is larger that the physical memory amount of the clu...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 메모리의 부족으로 발생하는 성능제약을 해결하기 위한 방안으로 타키온 파일시스템을 도입하여 효과적인 메모리 사용방안을 제시한다. 메모리 기반의 파일시스템인 타키온[10]을 통해 적은 메모리 용량을 가진 서버환경에서 인메모리기반 프레임워크인 스파크를 활용할 수 있게 한다.
  • 메모리 기반의 파일시스템인 타키온[10]을 통해 적은 메모리 용량을 가진 서버환경에서 인메모리기반 프레임워크인 스파크를 활용할 수 있게 한다. 본 논문에서는 스파크만을 이용해서 클러스터를 구성할 때와 스파크와 타키온파일시스템을 함께 이용해 클러스터를 구성할 때 두 가지 경우의 성능 차이에 대해 비교분석하였다. 실험에 사용된 워크로드는 페이지랭크 알고리즘이다.
  • 메모리는 디스크장치보다 용량대비 비용이 높기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 타키온파일시스템을 활용 해 RDD를 보다 효율적으로 캐싱함으로써 스파크의 단점을 보완해 반복되는 워크로드에서의 성능향상을 하였다.
  • 본 논문에서 페이지랭크 워크로드를 사용해서 반복되는 스테이지에서 RDD를 캐싱하지 않을 때(NO caching), 메모리에 캐싱할 때(Memory), 타키온파일시스템에 캐싱할 때(TFS: OFFHEAP) 총 3가지로 나누어서 실험한다. 따라서 RDD를 캐싱하는 위치를 통해 전체 잡의 수행시간에 끼치는 영향을 보고, 그 이유에 대해서 분석한다.

가설 설정

  • RDD를 OFFHEAP 공간에 저장하는 것을 통해 예상되는 결과는 자바가상머신 기반으로 돌아가는 스파크에서 JVM Heap이 부족해서 발생하는 Java Garbage Collection(GC)이 줄어들 것이다. 따라서 메모리가 부족해서 실패하거나 성능저하의 원인이 되는 메모리가 부족한 환경에서 타키온은 성능개선의 해결점으로 적용되어질 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
맵리듀스가 프로세싱 중간에 다량의 데이터를 생성하는 특징을 가진 어플리케이션에 성능저하가 발생하는 이유는 무엇인가? 머신러닝 및 그래프 프로세싱 같은 복잡하고 여러 단계에 걸쳐서 반복적으로 처리되는 어플리케이션과, 프로세싱 중간에 다량의 데이터를 생성 하는 특징을 가진 어플리케이션에 대해서는 성능 저하가 발생하였다. 그 이유는 데이터 처리가 반복될 때 마다 HDFS, 즉 디스크를 거쳐서 디스크의 읽기/쓰기 양이 많기 때문이다(Fig. 1(a)).
하둡은 무엇으로 구성되어 있는가? 빅데이터 처리 프레임워크 연구의 중심에 하둡[5]이 있으며, 최근에는 스파크[6]가 널리 사용되고 있는 추세이다. 하둡은 디스크기반 스토리지 시스템인 HDFS[7]와 데이터 처리 엔진인 맵리듀스[8]로 구성되어 있으며, 최근 버전에서는 얀[9]을 통하여 분산처리 스케줄링을 할 수 있게 되었다. 하둡과 스파크에 관련해 연구 과정을 살펴보면 다음과 같다.
타키온파일시스템의 역할은 무엇인가? 타키온파일시스템은 UC Berkley의 Amplab에서 오픈소스로 개발된 빅데이터 분석을 위한 메모리기반 스토리지 시스템이다. 타키온파일시스템은 빅데이터 클러스터 프레임워크 또는 잡들 사이에서 메모리의 속도로 데이터를 공유할 수있도록 돕는 역할을 한다. 따라서 타키온파일시스템은 디스크 기반의 스토리지 시스템과 빅데이터 분석을 위한 엔진 사이에서 다리역할을 할 수있게 된다.
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참고문헌 (14)

  1. S. Y. Kim, S. H. Lee, and H. S. Hwang, "A Study of Factors Affecting Attitude Towards Using Mobile Cloud Service", Journal of the Korea Industrial Information System Society, Vol.18, No. 6, pp.83-94, 2013. (journal) 

  2. J. W. Kim, "A workflow scheduling based on decision table for cloud computing", Journal of the Korea Industrial Information System Society, Vol.17, No. 5, pp.29-36, 2012. (journal) 

  3. J. I. Chaos, and J. H. Ching, "A study on finding influential twitter users by clustering and ranking techniques", Vol.20, NO. 1, pp.19-26, Feb, 2015. (journal) 

  4. H. S. Han, H. D. Yang, and K. H. Kim, "Research on Cloud Computing-Based SHE Inorganization Platform Policy", Vol. 19, No. 5, Oct, 2014. (journal) 

  5. T. White, "Hadoop: The Definitive Guide", 2015. (book) 

  6. Zachariah, Malted, eh ad. "Spark: Cluster Computing with Working Sets." Hotblood10 (2010): 10-10. 

  7. Hadoop, Konstantin, eh ad. "The Hadoop distributed file system." Mass Storage Systems and Technologies (MUST), 2010 IEEE 26th Symposium on. IEEE, 2010. 

  8. Dean, Jeffrey, and Sanjak Sanjak. "Sanjak: simplified data processing on large clusters." Communications of the ACM 51.1 (2008): 107-113. 

  9. Hotblood, Veined Kumara, eh ad. "Apache Hadoop yarn: Yet another resource negotiator." Proceedings of the 4th annual Symposium on Cloud Computing. ACM, 2013. 

  10. Lf, Honduran, eh ad. "Tachyon: Reliable, memory speed storage for cluster computing frameworks." Proceedings of the ACM Symposium on Cloud Computing. ACM, 2014. 

  11. Zachariah, Malted, eh ad. "Resilient distributed Datasets: A fault-tolerant abstraction for in-memory cluster computing." Proceedings of the 9th USETI conference on Networked Systems Design and Implementation. USETI Association, 2012. 

  12. Page, Lawrence, eh ad. "The PageRank citation ranking: bringing order to the web." (1999). 

  13. http://snap.stanford.edu/data/soc-LiveJournal1.html 

  14. http://sujee.net/2015/01/22/understandingspark-caching/#.V0ad95E6 

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