초록 ▼

본 연구는 다양한 특성의 가상머신 워크로드를 실행하는 클라우드 내의 한 서버에서 각 가상머신이 소비하는 프로세서 자원의 양 뿐만 아니라 가상머신이 발생시키는 I/O로 인해 드라이버 도메인이 사용하는 프로세서 자원의 양을 측정하고, 이를 통해 각 가상머신이 실제 사용하는 프로세서의 양을 정밀하게 제어함으로써 클라우드 시스템에서 가상머신의 자원사용량에 기반한 공정한 과금시스템을 도입할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목표로 한다.
가상머신에서 발생하는 I/O 요청이 처리되는 과정을 구체적으로 분석하여 가상머신이 실제로 발생시키는 자

본 연구는 다양한 특성의 가상머신 워크로드를 실행하는 클라우드 내의 한 서버에서 각 가상머신이 소비하는 프로세서 자원의 양 뿐만 아니라 가상머신이 발생시키는 I/O로 인해 드라이버 도메인이 사용하는 프로세서 자원의 양을 측정하고, 이를 통해 각 가상머신이 실제 사용하는 프로세서의 양을 정밀하게 제어함으로써 클라우드 시스템에서 가상머신의 자원사용량에 기반한 공정한 과금시스템을 도입할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목표로 한다.
가상머신에서 발생하는 I/O 요청이 처리되는 과정을 구체적으로 분석하여 가상머신이 실제로 발생시키는 자원 사용량을 측정할 수 있는 기법을 제안하였으며, 측정된 CPU 사용량을 가상머신 별로 할당된 프로세서 사용량의 최대 허용치에 적용하여 공정성을 강화한 스케줄링 구조를 제안하였다. 또한 클라우드의 자원 사용 및 성능 최적화를 위한 클라우드 노드간 최적 가상머신 재배치 알고리즘 연구를 수행하였다. 지난 3년간의 연구 수행 결과 본 연구는 다음과 같은 세부 연구 목표를 설정하여 성공적으로 완수하였다.

<1차년도>
o 네트워크 및 디스크 I/O 리퀘스트 처리를 위한 프로세서 사용량 분석 구조 연구 : 가상화로 인해 전가 되는 컴퓨팅 부하를 분석하기 위해 가상화 구조를 소스 코드 수준에서 함수 단위 역할까지 모든 계층에 대한 전방위적인 분석을 수행하였다.
o 정밀한 자원 사용량 측정을 위하 모니터링 구조 연구 : 분석된 결과를 토대로 네트워크 송신 및 디스크 입출력을 위한 처리 경로상의 모든 함수들의 진출입 지점에 타임스탬프를 기록하여 특정 가상머신의 요청을 위해 사용된 시간을 기록할 수 있는 구조를 만들었다. 네트워크의 경우 패킷수에 비례하여 전가된 CPU 사용량이 증가하였지만, 디스크의 경우 요청의 수나, 데이터크기 와의 상관관계가 적어 제안된 구조의 필요성을 증명하였다.
<2차년도>
o 하이퍼바이저의 스케줄러에서 드라이버 도메인 간의 자원 사용량 공유를 위한 인터페이스 구조 연구 : 1차년도 연구에서 제안한 모니터를 통해 수집된 정보를 스케줄러에서 사용하기 위해서는 하이퍼바이저와 가상머신을 관통하는 별도의 인터페이스가 필요하다. 본 연구에서는 하이퍼바이저와 드라이버 도메인 사이의 공유메모리를 사용하여 성능 오버헤드가 거의 없는 인터페이스 구조를 제안하고 구현하였다.
o 드라이버 도메인에 전가한 프로세서 사용시간을 포함하는 스케줄링 알고리즘 연구 : I/O 처리로 인해 생기는 불공정한 자원 사용 문제를 해소하기 위해 Xen 하이퍼바이저의 크레딧 스케줄러를 수정하여 드라이버 도메인에서 I/O 처리를 위해 사용한 자원을 게스트에 부과하는 스케줄러를 구현하였다.
<3차년도>
o 클라우드 환경에서의 네트워크 시뮬레이터 구현 : 클라우드를 구성하는 대량을 서버 상에서 가상머신들이 각각 네트워크를 사용할 때, 가상머신의 배치에 따라 달라지는 네트워크 비용을 계산하여, 배치 알고리즘의 효과를 비교하기 위한 시뮬레이터를 구현하였다.
o 기존 배치 알고리즘 구현 및 시뮬레이터 적용 : 임의로 가상머신을 배치하는 방법과 가장 네트워크를 많이 발생시키는 가상머신들을 함께 배치시키는 탐욕 알고리즘을 시뮬레이터에 구현하여 본 과제에서 제안하는 유전 알고리즘 기반의 배치 알고리즘과 비교 하였다.
o 유전 알고리즘 기반 배치 알고리즘 설계 및 구현 : 가상머신을 호스트에 배치하였을 때 데이터 센터 전체의 네트워크 비용을 최적화 할 수 있는 알고리즘을 개발을 목표로 하였다. 유전 알고리즘을 적용한 배치 방법은 임의 배치나 탐욕 알고리즘에 의한 배치에 비해 최적 배치를 더 잘 찾아내는 것을 확인하였다.

이와 같은 연구 수행을 통해 5편의 SCI급 저널과 1편의 해외학술대회에 논문을 게재하였으며, 2건의 국내특허출원 및 등록을 완료하였다. 또한, 본 과제에 참여한 인력 중 4명이 석사 학위를 수여 받는 인력양성실적을 거두었다.