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      가상화 환경에서 IO 특징 분석을 위한 통합 도구

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      https://www.riss.kr/link?id=T12739454

      • 저자
      • 발행사항

        용인: 단국대학교 대학원, 2012

      • 학위논문사항
      • 발행연도

        2012

      • 작성언어

        한국어

      • DDC

        005.4 판사항(22)

      • 발행국(도시)

        경기도

      • 기타서명

        Tools for analysis of I/O characteristics on virtualization environment

      • 형태사항

        vii, 39장: 삽화; 30cm.

      • 일반주기명

        단국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
        지도교수:최종무
        참고문헌 : 35-36장

      • 소장기관
        • 단국대학교 율곡기념도서관(천안) 소장기관정보
        • 단국대학교 퇴계기념도서관(중앙도서관) 소장기관정보
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      부가정보

      국문 초록 (Abstract)

      가상화 환경은 다양한 서비스를 위해서 이기종의 운영체제로 구성된다. CPU, Memory, 그리고 Disk 장치 등의 하드웨어 자원을 효율적으로 제공하기 위해서 논리적인 표현으로만 접근하도록 함으로써 전체적인 워크로드의 안정성을 보장받을 수 있도록 한다.
      하지만 가상화 시스템의 내부 동작들은 전통적인 시스템의 내부 동작들과 크게 다르다. 이로 인해서 성능 저하가 발생하고 각종 서비스에 대한 공평한 수행이 이루어지지 못한다. 최근 가상화 기술의 발전으로 CPU와 Memory등의 자원 접근에 대한 성능은 향상되었으나 여전히 Disk I/O에 대한 성능이나 공평성의 저하는 가상화 시스템의 전체적인 성능에 악영향을 미친다.
      본 논문에서는 Xen기반의 가상화 시스템에서 Disk I/O의 내부 동작을 추적하고 분석하기 위한 XBlktrace라는 새로운 통합 도구를 제작한다. XBlktrace는 Xen I/O Trace, Xen I/O Monitoring, Xen I/O Analyzer, Graph Viewer라는 4개의 컴포넌트로 구성된다. Xen I/O Trace는 각각의 게스트 운영체제(Domain U)의 I/O 요청들을 추적하고 I/O가 수행된 정보를 수집한다. Xen I/O Monitoring은 I/O를 분석하기 위한 정보들을 선택하고 분석된 결과를 실시간으로 출력한다. Xen I/O Analyzer는 각 게스트 운영체제마다 queuing과 dispatching되는 수많은 I/O 요청들을 분석하고 시간과 순서에 따르는 정보를 분석하며, 각 CPU마다 수행된 I/O 누적량을 분석한다. 마지막으로, Graph Viewer는 분석된 결과를 이용해서 다양한 형태의 그래프로 출력한다.
      우리는 AMD Phenom II 쿼드코어 프로세서와 8GB 물리 메모리로 구성된 하드웨어 플랫폼에서 Xen 4.1.2-pre과 Linux Kernel 2.6.32.40을 이용하여 통합 도구를 제작하였다. 이 통합 도구는 반가상화(Para-Virtualization) 뿐만 아니라 전가상화(Full-Virtualization)의 I/O도 분석할 수 있도록 하였다.
      실험 결과, 새로운 통합도구가 실시간으로 I/O 정보를 수집할 수 있고 가상화 시스템의 내부적인 I/O 동작들을 분석하기 위한 충분한 정보를 제공하는 것을 볼 수 있었다. 또한 우리는 CPU들의 할당이 공평하지 못하기 때문에 게스트 운영체제들 간의 I/O수행이 공평하지 못하는 것을 관찰할 수 있었다.
      번역하기

      가상화 환경은 다양한 서비스를 위해서 이기종의 운영체제로 구성된다. CPU, Memory, 그리고 Disk 장치 등의 하드웨어 자원을 효율적으로 제공하기 위해서 논리적인 표현으로만 접근하도록 함으...

      가상화 환경은 다양한 서비스를 위해서 이기종의 운영체제로 구성된다. CPU, Memory, 그리고 Disk 장치 등의 하드웨어 자원을 효율적으로 제공하기 위해서 논리적인 표현으로만 접근하도록 함으로써 전체적인 워크로드의 안정성을 보장받을 수 있도록 한다.
      하지만 가상화 시스템의 내부 동작들은 전통적인 시스템의 내부 동작들과 크게 다르다. 이로 인해서 성능 저하가 발생하고 각종 서비스에 대한 공평한 수행이 이루어지지 못한다. 최근 가상화 기술의 발전으로 CPU와 Memory등의 자원 접근에 대한 성능은 향상되었으나 여전히 Disk I/O에 대한 성능이나 공평성의 저하는 가상화 시스템의 전체적인 성능에 악영향을 미친다.
      본 논문에서는 Xen기반의 가상화 시스템에서 Disk I/O의 내부 동작을 추적하고 분석하기 위한 XBlktrace라는 새로운 통합 도구를 제작한다. XBlktrace는 Xen I/O Trace, Xen I/O Monitoring, Xen I/O Analyzer, Graph Viewer라는 4개의 컴포넌트로 구성된다. Xen I/O Trace는 각각의 게스트 운영체제(Domain U)의 I/O 요청들을 추적하고 I/O가 수행된 정보를 수집한다. Xen I/O Monitoring은 I/O를 분석하기 위한 정보들을 선택하고 분석된 결과를 실시간으로 출력한다. Xen I/O Analyzer는 각 게스트 운영체제마다 queuing과 dispatching되는 수많은 I/O 요청들을 분석하고 시간과 순서에 따르는 정보를 분석하며, 각 CPU마다 수행된 I/O 누적량을 분석한다. 마지막으로, Graph Viewer는 분석된 결과를 이용해서 다양한 형태의 그래프로 출력한다.
      우리는 AMD Phenom II 쿼드코어 프로세서와 8GB 물리 메모리로 구성된 하드웨어 플랫폼에서 Xen 4.1.2-pre과 Linux Kernel 2.6.32.40을 이용하여 통합 도구를 제작하였다. 이 통합 도구는 반가상화(Para-Virtualization) 뿐만 아니라 전가상화(Full-Virtualization)의 I/O도 분석할 수 있도록 하였다.
      실험 결과, 새로운 통합도구가 실시간으로 I/O 정보를 수집할 수 있고 가상화 시스템의 내부적인 I/O 동작들을 분석하기 위한 충분한 정보를 제공하는 것을 볼 수 있었다. 또한 우리는 CPU들의 할당이 공평하지 못하기 때문에 게스트 운영체제들 간의 I/O수행이 공평하지 못하는 것을 관찰할 수 있었다.

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract)

      Virtualization Environments for a variety of services consist of heterogeneous operating systems. It ensures the stability of the overall workload by allowing only logical approach of hardware resource such as CPU, Memory, and Disk device for efficiency.
      However, the internal behaviors of the virtualized system are quite different from those of the conventional non-virtualized system. So, it caused performance degradation or unfair services. In recent years, advances in virtualization technology, it improves performance of access to resources such as CPU and Memory, but still the overall performance of the virtualized system is not good because of Disk I/O performance degradation or unfair working.
      In this paper, we implement a novel integrated tool, called as XBlktrace, for tracking and analyzing internal mechanisms and policies of disk I/Os in the Xen-based virtualized system. It consists of four components: Xen I/O Trace, Xen I/O Monitoring, Xen I/O Analyzer and Graph viewer. Xen I/O Trace tracks the I/O requests of each Xen guest domain(a.k.a Domain U) and gathers I/O processing data. From the gathered data, the Xen I/O Monitoring selects data for analyzing I/O requests and displays result of analysis in real time. The Xen I/O Analyzer analyzes the number of queuing and dispatching I/O requests per each domain, their sequences and timing, and cumulative I/Os per each CPU. Finally, the Graph viewer displays a various types of graphs using results of analysis.
      We have implemented the tool using Xen 4.1.2-pre as a hypervisor and Linux kernel 2.6.32.40 as a guest operating system, on the hardware platform consisting of AMD Phenom II quad-core processor and 8GB physical memory. Our tool is supported both para-virtualization and full-virtualization analysis.
      Experimental results have shown that the tool can gather I/O data in real time and provide appropriate information for examining the internal I/O behaviors of the virtualized system. We also have observed that there exists I/O unfairness among domains mainly due to the unequal allocation of CPUs.
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      Virtualization Environments for a variety of services consist of heterogeneous operating systems. It ensures the stability of the overall workload by allowing only logical approach of hardware resource such as CPU, Memory, and Disk device for efficien...

      Virtualization Environments for a variety of services consist of heterogeneous operating systems. It ensures the stability of the overall workload by allowing only logical approach of hardware resource such as CPU, Memory, and Disk device for efficiency.
      However, the internal behaviors of the virtualized system are quite different from those of the conventional non-virtualized system. So, it caused performance degradation or unfair services. In recent years, advances in virtualization technology, it improves performance of access to resources such as CPU and Memory, but still the overall performance of the virtualized system is not good because of Disk I/O performance degradation or unfair working.
      In this paper, we implement a novel integrated tool, called as XBlktrace, for tracking and analyzing internal mechanisms and policies of disk I/Os in the Xen-based virtualized system. It consists of four components: Xen I/O Trace, Xen I/O Monitoring, Xen I/O Analyzer and Graph viewer. Xen I/O Trace tracks the I/O requests of each Xen guest domain(a.k.a Domain U) and gathers I/O processing data. From the gathered data, the Xen I/O Monitoring selects data for analyzing I/O requests and displays result of analysis in real time. The Xen I/O Analyzer analyzes the number of queuing and dispatching I/O requests per each domain, their sequences and timing, and cumulative I/Os per each CPU. Finally, the Graph viewer displays a various types of graphs using results of analysis.
      We have implemented the tool using Xen 4.1.2-pre as a hypervisor and Linux kernel 2.6.32.40 as a guest operating system, on the hardware platform consisting of AMD Phenom II quad-core processor and 8GB physical memory. Our tool is supported both para-virtualization and full-virtualization analysis.
      Experimental results have shown that the tool can gather I/O data in real time and provide appropriate information for examining the internal I/O behaviors of the virtualized system. We also have observed that there exists I/O unfairness among domains mainly due to the unequal allocation of CPUs.

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      목차 (Table of Contents)

      • Ⅰ. 서 론 1
      • Ⅱ. 선 행 연 구 3
      • 1. 가상화 시스템의 장단점 3
      • 2. 가상화 환경에서 I/O 관련 연구 3
      • Ⅲ. 가상화 시스템의 구조 6
      • Ⅰ. 서 론 1
      • Ⅱ. 선 행 연 구 3
      • 1. 가상화 시스템의 장단점 3
      • 2. 가상화 환경에서 I/O 관련 연구 3
      • Ⅲ. 가상화 시스템의 구조 6
      • 1. CPU 특권 레벨에 따른 가상화 기법의 구조 6
      • 2. 메모리 가상화 9
      • 3. I/O 가상화 11
      • Ⅳ. Xen 가상화 시스템의 구조 12
      • 1. Xen 가상화 시스템 12
      • 2. Xen Para-Virtualization 13
      • 3. Xen Full-Virtualization 14
      • 4. Xen에서 제공하는 도구들 15
      • Ⅴ. Xen에서 I/O 분석을 위한 통합 도구 16
      • 1. XBlktrace 16
      • 2. Xen I/O Trace 16
      • 3. Xen I/O Monitoring 19
      • 4. Xen I/O Analyzer 21
      • 5. Graph Viewer 22
      • 6. XBlktrace Layout 23
      • Ⅵ. 실험 방법 및 결과 25
      • 1. 실험 방법 25
      • 2. XBlktrace 통합 도구 26
      • 3. 읽기/쓰기 테스트 결과 27
      • Ⅶ. 결 론 34
      • 참고문헌 35
      • 부 록 37
      • 영문요약 38
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