가상머신을 위한 지연 제약 스케줄링 = Delay-constrained scheduling for a virtual machine

국문 초록 (Abstract)

가상화 기술을 기반으로 하는 클라우드 컴퓨팅, 데이터 센터, 데스크탑 가상화와 같은 서비스에 대한 요구가 증가하고 있다. 가상화 기술은 서버, 스토리지, 네트워크 등의 자원을 가상화하여 고립된 환경을 제공할 수 있는 기술로, 자원 효율성, 고립성 등의 장점을 가진다. 이러한 가상화 서비스에서 가상 머신은 최종 사용자에게 서비스되는 단위이므로 가상머신의 우선순위를 기반으로 한 응답성 보장이 매우 중요하다. 따라서 가상머신의 우선순위에 따라 I/O요청에 우선순위를 적용하는 연구가 진행되었다.
하지만 이러한 기법들은 우선순위가 높은 가상머신의 응답성 향상에 초점이 맞추어져 있으며, 높은 우선순위 도메인의 네트워크I/O요청이 장시간 지속될 경우 적은 우선순위 차이에도 불구하고 상대적으로 낮은 우선순위 도메인의 I/O 요청에 과도한 지연이 발생하거나 패킷 손실이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 가상머신의 우선순위별 발생하는 지연시간을 관리할 수 있는 I/O 스케줄링 기법이 필요하다.
본 논문에서는 가상화 환경에서 최대 지연시간을 보장하는 지연 제약 스케줄링을 제안한다. 비트맵으로 네트워크I/O 지연시간을 관리하고 과도한 지연을 발생시킬 것으로 예상되는 I/O 요청의 우선순위를 조정하여 가상화 서비스의 QoS를 만족시키고자 한다. 또한 우선순위별로 지연 최대시간의 차이를 두어 도메인 우선순위간 지연시간 차이를 균등하게 조절하여 공정성을 향상시킨다. 실험을 통하여 제안한 기법이 QoS 달성율 향상과 전송 지연 측면에서 성능이 향상되는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The demand for services such as cloud computing, data center, and desktop virtualization which are based on the virtualization technology is increasing. The virtualization technology provides the isolated environment by virtualizing resources such as the server, storage, and network, which has strengths such as the resource efficiency and isolation. Since the virtual machine is an unit served to the final user in this virtualization service, assuring the responsiveness based on the priority is very important. Therefore, a study applying the priority to I/O request according to the priority of the virtual machine was conducted.
However, these techniques focus on the responsiveness improvement of the virtual machine with the high priority, and if the network I/O request of the high-priority domain lasts for a long time, an excessive delay can happen to the I/O request of the domain of relatively low priority despite the low-priority difference or the starvation can happen. Therefore, I/O scheduling technique that can manage the delayed time which happens following each priority of the virtual machine is necessary.
In this paper, the delay restriction scheduling assuring the maximum delay time in the virtualization environment is suggested. The QoS of the virtualization service will be satisfied by adjusting the priority of I/O request which is expected to manage the network I/O delay time and bring about the excessive delay by means of Bitmap. Also, the fairness is improved by equally adjusting the delay time difference among domain priorities by differentiating the maximum delay time by priorities. It was confirmed the suggested technique through the experiment was improved in terms of the QoS achievement rate and the transmission delay.

목차 (Table of Contents)

• 목차 ⅰ
• 국문초록 ⅳ
• 영문초록 ⅴ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구 목적 및 범위 2
• 1.3 논문 구성 3
• 제 2 장 관련연구 4
• 2.1 가상화 기술과 가상머신 모니터 4
• 2.2 반가상화와 전가상화 6
• 2.3 Xen의 네트워크 I/O처리과정 7
• 2.3.1 Xen의 I/O처리과정에서 성능에 영향을 주는 요인 8
• 2.4 가상머신의 I/O 스케줄링을 위한 연구 10
• 제 3 장 지연 제약 스케줄링 11
• 3.1 Xen에서의 네트워크 패킷 송수신 11
• 3.1.1 도메인0에서의 네트워크 관련 요소 및 구성 11
• 3.2 기존 I/O처리과정의 문제점 14
• 3.2.1 지연제약 스케줄링 알고리즘 적용 전의 I/O 처리과정 분석 14
• 3.3 지연제약 스케줄링16
• 3.3.1 QoS에 따른 도메인 우선순위 분류 및 초기화 17
• 3.3.2 우선순위에 따른 지연시간 관리 비트맵 구성 및 변경조건 18
• 3.3.3 지연시간 관리 비트맵 변화과정 20
• 제 4 장 실험 및 평가 22
• 4.1 실험환경 및 방법 22
• 4.1.1 실험환경 22
• 4.1.2 실험환경 구성 23
• 4.1.3 실험방법 및 결과 24
• 제 5 장 결론 28
• 참고문헌 30