[논문]마이크로 서비스 아키텍쳐 기반 가상 인프라 매니저 설계 및 구현

나태흠; 박평구; 류호용

doi:10.9728/dcs.2018.19.4.809

마이크로 서비스 아키텍쳐 기반 가상 인프라 매니저 설계 및 구현
Design and Implementation of virtualized infrastructure manager based on Micro Service Architecture 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.19 no.4, 2018년, pp.809 - 814

나태흠 (한국전자통신연구원(ETRI) 네트워크연구본부) , 박평구 (한국전자통신연구원(ETRI) 네트워크연구본부) , 류호용 (한국전자통신연구원(ETRI) 네트워크연구본부)

초록
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클라우드 컴퓨팅 기반 인프라가 확산됨에 따라, 서비스 프로바이더는 온-디맨드 방식의 서비스 배포가 가능해졌다. 최근 클라우드형 인프라의 자원 확장성 효율을 극대화하기 위해 마이크로 서비스 구조가 주목받고 있다. 모든 서비스 기능을 하나의 소프트웨어로 구현하는 대신 필요한 서비스를 효율적으로 설계된 Application Programming Interface (API)를 통해 연동함으로써 쉽고 자율적으로 구현할 수 있고, 기능의 요구사항에 맞는 프로그래밍 언어, 소프트웨어, 기능구조를 자유로이 정할 수 있다. 본 논문에서는 마이크로 서비스 구조를 기반으로 가상 인프라 매니저 서비스를 설계하고 제안된 구조가 부하에 따라 효율적으로 스케일링이 가능함을 실험을 통해 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the proliferation of cloud computing infrastructures, service providers are able to deploy services in on-demand manner. Recently, microservice architecture has been attracting attention in order to maximize the efficiency of resource expansion in cloud infrastructure. Instead of implementing all of the service functions in a single software, service providers can easily and autonomously implement the necessary services by interconnecting the necessary services through an efficiently designed application programming interface (API). Moreover service developer can freely choice programming languages and define software, and functional structures to meet their functional requirements. In this paper, we propose virtual infrastructure manager service based on microservice architecture and evaluates its performance in scalability perspective.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 마이크로 서비스 구조에 기반을 둔 NFV-VIM 의 서비스 구조를 제안하였다. 제안된 구조에서 서비스 부하에 따라 효율적인 스케일링을 위한 방법을 제시했다.
본 논문에서는 마이크로 서비스 구조에 기반을 둔 Network Function Virtualization (NFV)-Virtualzed Infrastructure Manager (VIM)의 구조를 제안한다. 제안된 구조가 부하에 따라 효율적으로 스케일링이 가능한지 여부를 실험을 통해 검증한다.

제안 방법

NFV MANO [4-5]는 국제 표준화 단체인 European Telecommunications Standards Institute (ETSI)에서 제안한 구조로, NFV를 관리/제어하기 위한 구조를 제안한다. Management and orchestration (MANO)의 구성 요소인 VIM의 전체적인 구조는 표준화 문서를 기반으로 설계하였고, 실제 Microservice Architecture (MSA)를 기반으로 구현함과 동시에 필요에 의해 기능을 추가하였다. 그림1은 VIM의 기능 구조를 보여준다.
2GHz, 32GB DDR4 메모리를 보유하고 있고, 각 가상머신은 2코어 vCPU, 4GB 메모리의 자원을 할당하였다. 가상머신은 표 1의 소프트웨어 버전으로 시험환경을 구축하였다.
제안한 MSA형 VIM의 성능을 평가하기 위해 구축한 시험환경은 다음과 같다. 두 대의 가상머신에 Docker를 설치하고, 두 가상머신을 Docker 오케스트레이션 도구인 Swarm을 활용하여 클러스터로 연동하였다. 호스트 노드는 Intel i7-6700k@4.
, 오픈스택= NFVI) 된다. 본 논문에서 활용되는 NFVI (i.e., 오픈스택)는 대부분 비동기 API를 제공하기 때문에, task를 처리하는 API를 호출 한 후, NFVI에서 처리중인 task의 상태를 주기적으로 확인하는 방식으로 동작한다. 처리가 완료된 것을 확인하면 상위 블록으로 메시지를 전달함으로써 비동기 처리가 마무리 된다.
서비스 성능 저하와 가장 관련도가 높은 마이크로 서비스를 찾기 위해서는 각 블록 컴포넌트의 자원 사용률과 서비스 성능 변화량과의 유사도를 고려할 필요가 있다. 시간 기준으로 측정된 서비스 성능, 각 소프트웨어 블록의 자원 사용량을 기준으로 유사도에 기반을 두어 전체 서비스 성능과 각 마이크로 서비스의 자원 사용률과의 관계를 도출한다.
기존 설계된 소프트웨어는 5개의 기능 요소들(API, logic, 비동기 워커, DB, 메시지 큐)로 구성되어 있다. 시험은 DB와 연계된 동기식 API를 호출하는 방식으로 수행되었다. 비동기 API를 처리하기 위한 비동기 워커와 메시지 큐는 스케일링의 대상에서 제외하였다.
본 논문에서는 마이크로 서비스 구조에 기반을 둔 Network Function Virtualization (NFV)-Virtualzed Infrastructure Manager (VIM)의 구조를 제안한다. 제안된 구조가 부하에 따라 효율적으로 스케일링이 가능한지 여부를 실험을 통해 검증한다. 이를 활용하면 인프라를 관리함에 있어, VIM API의 호출 수에 따라 자원 효율적인 서비스 운용이 가능해진다.
본 논문에서는 마이크로 서비스 구조에 기반을 둔 NFV-VIM 의 서비스 구조를 제안하였다. 제안된 구조에서 서비스 부하에 따라 효율적인 스케일링을 위한 방법을 제시했다. 서비스 성능과 컨테이너 기반 기능 소프트웨어 사이의 유사도를 비교함으로써 실제 성능과 직접적인 연관을 갖는 서비스를 구분하였고, 이를 활용하면 서비스 확장이 필요한 시점에 실제 확장이 필요한 기능 소프트웨어를 구분 지을 수 있음을 실험을 통해 검증했다.

성능/효과

그림2는 소프트웨어 구조를 나타낸다. 5가지 소프트웨어 블록은 각각 확장이 [9] 가능하고, 컨테이너 기반 가상화를 활용하여 확장에 필요한 소요시간과 확장 용이성을 향상시킬 수있다.
제안된 구조에서 서비스 부하에 따라 효율적인 스케일링을 위한 방법을 제시했다. 서비스 성능과 컨테이너 기반 기능 소프트웨어 사이의 유사도를 비교함으로써 실제 성능과 직접적인 연관을 갖는 서비스를 구분하였고, 이를 활용하면 서비스 확장이 필요한 시점에 실제 확장이 필요한 기능 소프트웨어를 구분 지을 수 있음을 실험을 통해 검증했다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로 서비스의 핵심은 무엇인가?	마이크로 서비스의 핵심은 각 기능을 담당하는 소프트웨어를 자율적으로 구성/구현함으로써, 신속한 서비스 구현이 가능 하게 하고, 더불어 분리되어 구동되는 특징으로 자원 효율적인 스케일 아웃이 가능하다. NFV MANO [4-5]는 국제 표준화 단체인 European Telecommunications Standards Institute (ETSI)에서 제안한 구조로, NFV를 관리/제어하기 위한 구조를 제안한다.
	서비스 성능과 분리되어 구동하는 기능 블록간의 관계를 파악하는 것이 매우 중요한 이유는 무엇인가?	그러므로 서비스 성능과 분리되어 구동하는 기능 블록 간의 관계를 파악하는 것이 매우 중요하다. 서비스의 수요 대비 성능을 늘려야 하는 시점에 어떤 기능블록을 스케일 아웃 할지는 서비스 특성에 매우 종속적이기 때문이다. 그림 2의 VIM서비스를 구성하는 다섯 가지 기능 블록 중 특정 블록의 성능저하가 전체 서비 스의 성능을 저하시키는지 구분 지을 필요가 있다.
	클라우드형 스케일링을 가장 효율적으로 활용할 수 있는 구조로 주목받고 있는 것은 무엇인가?	최근 마이크로 서비스는 클라우드형 스케일링[1]-[3]을 가장 효율적으로 활용할 수 있는 구조로 주목받고 있다. 모든 서비스 기능을 하나의 소프트웨어로 구현하는 대신 필요한 서비스를 효율적으로 설계된 Application Programming Interface (API)를통해 연동함으로써 쉽고 자율적으로 구현할 수 있고, 기능의 요구사항에 맞는 프로그래밍 언어, 소프트웨어, 기능구조를 자유 로이 정할 수 있다.

참고문헌 (9)

Villamizar, Mario, et al. "Evaluating the monolithic and the microservice architecture pattern to deploy web applications in the cloud." Computing Colombian Conference (10CCC), 2015 10th. IEEE, 2015.
Merkel, Dirk. "Docker: lightweight linux containers for consistent development and deployment." Linux Journal 2014.239 (2014): 2.
Fink, John. "Docker: a software as a service, operating system-level virtualization framework." Code4Lib Journal 25 (2014): 29.
Ersue, Mehmet. "ETSI NFV management and orchestration-An overview." Proc. of 88th IETF meeting. 2013.
Matias, Jon, et al. "Toward an SDN-enabled NFV architecture." IEEE Communications Magazine 53.4 (2015): 187-193.

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Kreutz, D., Ramos, F. M., Verissimo, P. E., Rothenberg, C. E., Azodolmolky, S., & Uhlig, S. (2015). Software-defined networking: A comprehensive survey. Proceedings of the IEEE, 103(1), 14-76.

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Pautasso, C., Zimmermann, O., & Leymann, F. (2008, April). Restful web services vs. big'web services: making the right architectural decision. In Proceedings of the 17th international conference on World Wide Web (pp. 805-814). ACM.
Docker container virtualization platform. Available: https://www.docker.com/
Petering, Matthew EH. "Decision support for yard capacity, fleet composition, truck substitutability, and scalability issues at seaport container terminals." Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review 47.1 (2011): 85-103.

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