초록

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본 논문에서는 동적 전압변경(DVS)을 적용하기 위해 운영체제의 커널상에서의 프로세스 모니터링기법을 제안한다. 이상적인 DVS 알고리즘은 응용프로그램의 수정 없이 자동으로 수행되어야 하며 프로세스의 QoS를 고려해야 한다. 본 논문에서는 이를 위해 커널상에서 프로세스의 프로세서 수행상태와 QoS와 밀접한 관련이 있는 주기정보를 확인할 수 있는 프로세스 모니터링기법을 제안한다. 또한 리눅스 운영체제상에서 실제 구현하고 실험을 통해 제안하는 모니터링기법이 정확하게 프로세스의 상태와 주기정보를 추출할 수 있음을 밝힌다.

본 논문에서는 동적 전압변경(DVS)을 적용하기 위해 운영체제의 커널상에서의 프로세스 모니터링기법을 제안한다. 이상적인 DVS 알고리즘은 응용프로그램의 수정 없이 자동으로 수행되어야 하며 프로세스의 QoS를 고려해야 한다. 본 논문에서는 이를 위해 커널상에서 프로세스의 프로세서 수행상태와 QoS와 밀접한 관련이 있는 주기정보를 확인할 수 있는 프로세스 모니터링기법을 제안한다. 또한 리눅스 운영체제상에서 실제 구현하고 실험을 통해 제안하는 모니터링기법이 정확하게 프로세스의 상태와 주기정보를 추출할 수 있음을 밝힌다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• MP3, 동영상 플레이어등은 QoS 보장을 위해 일정간격마다 스케줄링되어 수행함에 따라 수행시간에 있어서 주기성을 띄게 된다. 따라서 본 연구는 이러한 주기와 해당 주기에서의 평균수행시간을 모니터링함으로써 QoS를 필요로 하는 프로세스를 확인한다.
• 본 논문에서는 프로세스 상태에 따라 커널상에서 자동으로 동적 전압변경이 가능토록 하기 위해 필요한 프로세스 모니터링 기법을 제안한다. 그리고 실제 실험을 통해 프로세스 상태 및 QoS를 필요로 하는 프로세스의 주기성 확인이 가능함을 밝혔다.

가설 설정

• 그림 3은 제안하는 주기성 모니터링 기법을 도식화한 것이다. 본 연구는 기존 연구의 문제점을 해 결하기 위해 QoS를 필요로 하는 프로세스는 이를 지원하기 위해 커널에 다양한 방법으로 요청을 할 것이라는 가정한다. 그리고 이를 처리하기 위한 커널흐름을 모니터링함으로써 주기성을 확인한다.

제안 방법

• 본 연구는 기존 연구의 문제점을 해 결하기 위해 QoS를 필요로 하는 프로세스는 이를 지원하기 위해 커널에 다양한 방법으로 요청을 할 것이라는 가정한다. 그리고 이를 처리하기 위한 커널흐름을 모니터링함으로써 주기성을 확인한다. 제시하는 주기성 모니터링 기법은 다양한 프로세스가 있을 시에도 다른 프로세스나 인터럽트에 영향을 받지 않고 해당 프로세스의 실제 주기를 확인할 수 있다.
• 그림 1은 기존 프로세스 상태 모니터링 기법과 제안하는 방법을 비교한 것이다. 기존 프로세스의 프로세서 사용상태 모니터링 기법은 일정간격마다 프로세스의 상태를 체크하는 방법임에 반해 제시한 모니터링 구조는 커널내부의 스케줄링 부분을 모니터링한다. 스케쥴러는 프로세스들을 수행시키는 역할을 하므로 스케쥴러에서 프로세스의 상태변경을 처리하는 커널흐름을 모니 터 링 함으로써 프로세스의 상태를 정확히 확인할 수 있다.
• 프로세스 모니터링 구조는 리눅스 커널 2421에 실제 구현하였다. 실험은 센트리노 프로세서가 탑재된 노트북을 사용하였으며 일반적으로 사용되는 응용프로그램을 선정하여 수행시킨 후 모니터링으로 얻은 데이터를 저장, 시스템콜을 사용하여 추출하였다.
• 실험에 사용된 웅용프로그램은 MP3 플레이어인 xmmsz 동영상 플레이어인 gmplayer, 웹브라우져인 mozilla, 시스템 시간보정 데몬인 ntpd이다. 실험은 제시한 프로세스 모니터링 구조가 프로세스의 상태를 정확히 확인할 수 있는가를 알아보기 위해 각 프로그램을 동시에 수행한 상태에서 프로세스들의 수행시작시간과 수행시간을 확인하였으며 수행결과는 그림 5와 같다.
• 이상의 세가지 커널루틴을 모니터링하여 측정된 각 프로세스의 시간간격은 주기성을 확인하는 계산을 통해 주기성여부를 확인하게 된다. 주기성 계산식은 다음과 같다.
• 제시하는 모니터링 기법은 크게 프로세스 상태 모니터링과 QoS를 지원하기 위한 프로세스의 주기성 모니터링으로 이루어 진다.
• P는 프로세스의 해당 수행주기의 수행시간이며 pne 가장 최근의 수행주기이다. 주기성 계산을 위해 프로세스 수행주기와 수행시간을 최근 k개 저장한다, 저장한 주기중의 최대값에 최소값을 뺀 후 오차가 저장한 주기의 평균값의 御분의 1안인지를 확인하여 주기성을 확인한다. 리눅스상에서의 실험결과로는 k는 5, w는 10의 값이 적정함을 확인하였다.

대상 데이터

• 실험에 사용된 웅용프로그램은 MP3 플레이어인 xmmsz 동영상 플레이어인 gmplayer, 웹브라우져인 mozilla, 시스템 시간보정 데몬인 ntpd이다. 실험은 제시한 프로세스 모니터링 구조가 프로세스의 상태를 정확히 확인할 수 있는가를 알아보기 위해 각 프로그램을 동시에 수행한 상태에서 프로세스들의 수행시작시간과 수행시간을 확인하였으며 수행결과는 그림 5와 같다.

성능/효과

• 본 논문에서는 프로세스 상태에 따라 커널상에서 자동으로 동적 전압변경이 가능토록 하기 위해 필요한 프로세스 모니터링 기법을 제안한다. 그리고 실제 실험을 통해 프로세스 상태 및 QoS를 필요로 하는 프로세스의 주기성 확인이 가능함을 밝혔다. 제시한 프로세스 모니터링 기법은 리눅스상에 실제 구현하였으며, 커널상에서 응용프로그램의 수정없이 자동으로 프로세스 상태 및 주기성을 모 니터링하므로 적절한 DVS 알고리즘에 적용 가능하다.
• 그러나ECOSysteme 타이머 인터럽트 기반의 모니터링으로 10ms 안의 프로세스의 정확한 모니터링이 어렵다. 기존 연구의 문제점을 보완하기 위해 본 논문에서 제시하는 프로세스 모니터링 기법은 범용운영체제 기반의 시스템에 적용가능 하며, 10ms등의 일정간격에 상관없이 프로세스의 프로세서 수행 상태를 정확히 모니터링할 수 있다. 또한 프로세스의 QoS관련 정보를 모니터링하기 위해 커널에서 프로세스의 QoS를 처리하기 위해 사용되는 커널흐름 중심의 모니터링 기법을 사용하여 멀티프로 세스 수행시에도 다른 프로세스 및 인터럽트등의 영향을 받지 않으면서 프로세스의 주기정보를 정확히 측정할 수 있다.
• 이러한 프로세스들은 주기적 수행을 위해 select나 poll시스템 콜을 사용한다. 따라서 select 및 poll의 커널내 처리함수 내에서 특정 파일 디스크립터를 읽고 쓰는 간격을 확인하여 주기성을 확인할 수 있다. 둘째, X window 환경하에서 패널의 시계와 같은 경우 갱신을 위해 setitimer나 alarm등을 이용한다.
• 이 경우 프로세스를 일정기간마다 블록상태에서 실행상태로 변경하기 위해 커널이 해당 프로세스에 시그널을 보내므로 이 시간간격을 측정하여 주기성을 확인한다. 셋째, 주기성을 가진 프로세스는 시스템콜 이외에 다양한 방법으로 주기적 수행을 요청할 경우 커널상에서는 결국 타이머를 통해 주기적 수행을 처리한다. 따라서 커널의 타이머 처리 루틴을 모니터링하여 주기성을 확인할 수 있다.
• 표 1과 같이 모니터링 구조는 네 가지의 응용프로그램중 gmplayer, xmms, ntpd의 쓰레드 및 프로세스의 일부만이 주기성을 가지고 있음을 구별해 내었으며, 해당 웅용프로그램의 주기와 해당 주기의 평균수행시간을 정확히 판독하였다. 이상의 실험을 통해 제시하는 모니터링 구조는 프로세스 단위로 프로세서 수행시간을 정확히 모니터링할 수 있으며, 해당 프로세스의 주기성을 판독하고 주기성이 있을 시에는 해당 주기와 평균수행시간을 판독해낼 수 있다. 이러한 모니터링 구조는 QoS를 고려하여 운영체제상에서 자동으로 프로세스 상태에 따른 DVS알고리즘에 중요한 자료로 사용된다.
• 또한 프로세스의 QoS관련 정보를 모니터링하기 위해 커널에서 프로세스의 QoS를 처리하기 위해 사용되는 커널흐름 중심의 모니터링 기법을 사용하여 멀티프로 세스 수행시에도 다른 프로세스 및 인터럽트등의 영향을 받지 않으면서 프로세스의 주기정보를 정확히 측정할 수 있다. 제시하는 모니터링 기법은 리눅스상에 실제 구현하여 프로세스 상태 및 주 기정보를 정확히 판독할 수 있음을 실험을 통해 밝혔다.
• 그리고 이를 처리하기 위한 커널흐름을 모니터링함으로써 주기성을 확인한다. 제시하는 주기성 모니터링 기법은 다양한 프로세스가 있을 시에도 다른 프로세스나 인터럽트에 영향을 받지 않고 해당 프로세스의 실제 주기를 확인할 수 있다.
• 제시한 주기성 모니터링 기법은 주기성을 띄는 프로그램의 실제 수행방식에 따른 커널흐름을 모니터링함으로써 다른 프로세스의 선점, 인터럽트등의 외부요인에 영향을 받지 않고 정확히 프로세스의 주기정보를 판독할 수 있다.
• 그리고 실제 실험을 통해 프로세스 상태 및 QoS를 필요로 하는 프로세스의 주기성 확인이 가능함을 밝혔다. 제시한 프로세스 모니터링 기법은 리눅스상에 실제 구현하였으며, 커널상에서 응용프로그램의 수정없이 자동으로 프로세스 상태 및 주기성을 모 니터링하므로 적절한 DVS 알고리즘에 적용 가능하다. 향후에는 주기적 프로세스의 주기를 훼손하지 않으면서도 비주기적 프로세스의 급변하는 상태변화를 고려한 DVS 알고리즘을 개발할 예정이다.
• 표 1과 같이 모니터링 구조는 네 가지의 응용프로그램중 gmplayer, xmms, ntpd의 쓰레드 및 프로세스의 일부만이 주기성을 가지고 있음을 구별해 내었으며, 해당 웅용프로그램의 주기와 해당 주기의 평균수행시간을 정확히 판독하였다. 이상의 실험을 통해 제시하는 모니터링 구조는 프로세스 단위로 프로세서 수행시간을 정확히 모니터링할 수 있으며, 해당 프로세스의 주기성을 판독하고 주기성이 있을 시에는 해당 주기와 평균수행시간을 판독해낼 수 있다.

후속연구

• 제시한 프로세스 모니터링 기법은 리눅스상에 실제 구현하였으며, 커널상에서 응용프로그램의 수정없이 자동으로 프로세스 상태 및 주기성을 모 니터링하므로 적절한 DVS 알고리즘에 적용 가능하다. 향후에는 주기적 프로세스의 주기를 훼손하지 않으면서도 비주기적 프로세스의 급변하는 상태변화를 고려한 DVS 알고리즘을 개발할 예정이다.

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이 논문을 인용한 문헌

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