초록 ▼

본 과제의 연구 목표는 "실시간 시스템 가상화를 위한 다중 자원 스케줄링 기술"이다. 멀티코어 프로세서와 멀티칩 플래시 스토리지를 기반으로 하는 시스템 상에서 실행되는 가상 머신들에 대해서 각 가상 머신이 CPU와 플래시 스토리지를 독립적으로 소유하고 있는 것처럼 다중 자원 스케줄링 서비스를 제공함으로써, 사용자로 하여금 가상 머신에서 수행하는 작업이 언제 끝날 것인지에 대한 정확한 예측이 가능하게 하고자 한다. 이를 통해 서버 시스템에서는 과금 가능한 실시간 가상 머신 서비스를 제공하고, 임베디드 시스템에서는 물리 세계에서도 일정

본 과제의 연구 목표는 "실시간 시스템 가상화를 위한 다중 자원 스케줄링 기술"이다. 멀티코어 프로세서와 멀티칩 플래시 스토리지를 기반으로 하는 시스템 상에서 실행되는 가상 머신들에 대해서 각 가상 머신이 CPU와 플래시 스토리지를 독립적으로 소유하고 있는 것처럼 다중 자원 스케줄링 서비스를 제공함으로써, 사용자로 하여금 가상 머신에서 수행하는 작업이 언제 끝날 것인지에 대한 정확한 예측이 가능하게 하고자 한다. 이를 통해 서버 시스템에서는 과금 가능한 실시간 가상 머신 서비스를 제공하고, 임베디드 시스템에서는 물리 세계에서도 일정한 응답 시간을 보장하는 가상 머신들로 시스템 신뢰도를 높일 수 있다.

이를 위해 본 과제는 멀티코어 CPU 가상화를 위한 실시간 S/W 파이프라인 기술, 멀티칩 플래시 스토리지 가상화를 위한 플래시 연산 스케줄링 기술, 멀티큐 SSD의 공정 대역폭 스케줄링 기술을 개발하였다.

첫째, 실시간 S/W 파이프라인 기술은 실시간 응용이 프로세서, 메모리버스, 입출력장치를 정해진 순서대로 반복적으로 사용하는 경우에 각 자원을 TDMA 방식으로 서비스하는 스케줄링 기술이다. 즉 각 자원을 시간 슬롯 단위로 분할하여 그 슬롯을 사용하기로 예약된 응용들에게 제공하되, 각 응용에 대해 여러 하드웨어 자원들의 시간 슬롯을 그룹으로 묶어서 예약하고, 해당 응용이 다른 응용들로 인한 성능 간섭을 거의 경험하지 않도록 시간 슬롯 간 최소 간격을 찾아내는 방식이다. 이 기술은 8개 코어를 가진 프로세서를 모션 제어기로 사용하고, 100 Mbps 속도의 EtherCAT 필드버스에 8개의 모터 드라이브들을 연결하여 성능을 검증하였으며 경쟁 스케줄러인 GMCRTS보다 지터와 종단간 응답 시간 측면에서 월등히 우수함을 확인하였다.

둘째, 멀티칩 플래시 스토리지 가상화 기술은 서로 다른 응용들의 입출력 스트림에 속한 SSD 내부의 플래시 연산들을 칩 수준 병렬성을 고려한 연산 그룹 단위의 공정 큐잉 스케줄링을 통해서 스트림별로 일정한 스토리지 대역폭을 제공하는 기술이다. 이 기술을 통해 서로 다른 서비스 시간을 요구하는 서로 다른 타입의 플래시 연산들의 자원 요구량을 정확하게 산정하여 본래적으로 입출력 작업 부하에 따라 가변적인 대역폭을 가질 수밖에 없는 멀티칩 SSD를 대상으로 스트림별 대역폭 지분 보장이 가능해졌다. 이 기술은 QEMU 가상 머신의 내부 모듈로 동작하는 멀티칩 플래시 시뮬레이터 nvmeSim을 사용하여 성능을 검증하였다.

셋째, 멀티큐 SSD의 공정 대역폭 스케줄링 기술은 기존의 단일큐 SSD가 멀티칩 병렬성을 충분히 활용하지 못하는 점을 개선하기 위해 제안된 멀티큐 SSD를 대상으로 멀티코어 프로세서 상에서 입출력 요청들에 대한 분산 공정 큐잉 스케줄링을 적용함으로써 프로세서 코어별로 일정한 스토리지 대역폭 지분을 보장하는 기술이다. 이 기술은 가상 머신당 프로세서 코어 지분이 보장된 상황에서 스토리지 대역폭 지분을 제공함으로써 가상 머신의 실시간 성능을 최대화한다. 이 기술은 멀티코어 인텔 프로세서와 인텔 P3700 DC 멀티큐 SSD를 사용하는 시스템 상에서 서로 다른 작업부하를 실행하는 4개의 VMware 가상머신들이 균등한 대역폭을 수신함을 확인하여 검증하였다.

본 연구의 결과물은 리눅스 운영체계에서 구현된 스케줄러 코드와 QEMU 가상 머신 내부에 구현된 시뮬레이터 코드로서, 실시간 S/W 파이프라인 기술은 국제저명저널 IEEE Transactions on Industrial Informatics (IF=4.7)에 2016년에 게재하였다. 또한 공정 큐잉 기반 실시간 스토리지 가상화 기술을 2015년 한국컴퓨터종합학술대회에 발표하여 최우수논문상 수상하고, 이를 확장한 논문을 정보과학회논문지에 게재하여 2016년 정보과학회 소사이어티우수논문상을 수상하였다. 이외에도 다수의 논문을 게재하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10