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서버 가상화 환경에서 이주 횟수를 최소화하는 시뮬레이션 기반 이주 알고리즘
최현식(Hyunsik Choi),고영록(Youngrok Ko),박성용(Sungyong Park) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.38 No.4
서버 가상화 환경의 이주 시스템은 자원이 부족한 물리서버의 가상서버를 자원이 넉넉한 물리서버로 이주시켜서 부하를 분산시키며, 그를 바탕으로 물리서버의 자원 부족 문제를 해결한다. 기존의 이주 시스템들은 적재 문제의 효과적인 해결책인 최초 적합 알고리즘을 통해 이주 정책을 결정한다. 하지만 가상서버의 자원 사용량은 계속적으로 변하므로, 단순한 알고리즘을 통해 최적의 이주 시나리오를 도출할 수 없다. 따라서 그를 기반으로 하는 시스템은 더 많은 이주를 발생시키고, 그에 따른 추가적인 비용이 소모된다. 본 논문에서는 가상서버 자원 중 CPU 사용률의 예측치를 바탕으로 시뮬레이션을 수행하여, 예측 구간 내에서는 최적의 이주 정책을 수행하는 추가 이주 최소화 알고리즘을 제안한다. 제안하는 추가 이주 최소화 알고리즘은 목적지 물리서버를 결정할 때, 가상서버를 수용할 수 있는 모든 물리서버에 대한 이주가 가능하다고 가정하고, 각각의 경우를 시뮬레이션 하여 이주 횟수를 최소화하는 이주 시나리오를 이주 정책으로 결정한다. 따라서 제안하는 이주 알고리즘은 미래 CPU 요구량을 정확히 분석하여, 가상서버의 응용 프로그램에 높은 서비스 만족도를 제공하면서, 이주 횟수를 감소시켜 이주 시스템의 비용을 절감한다. Migration systems in server virtualization environments distribute workloads and solve resource shortage problems by moving a virtual machine in hotspot to a physical server having residual resources. Most of the migration systems use first fit algorithm known as an efficient solution for bin packing problem to determine migration policies. However, the algorithm cannot provide an optimal migration scenario, because the resource usage of virtual servers continuously changes. Consequently, the migration systems based on the algorithm issue more migrations and increase the cost of the physical servers. In this paper, we propose a simulation-based migration manager producing an optimal migration policy for its own window by simulating the forecasted CPU usages of virtual machines. The simulation-based migration algorithm assumes that every physical server with enough residual capacity to serve a victim can be a candidate destination and simulates a migration on each server. The algorithm finally selects a migration scenario whose expected number of migrations is the lowest. The system consequently, provides applications with high quality of service through accurate analysis and reduces the migration cost by minimizing the number of migrations.
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Xen 가상화 환경에서 관리 도메인의 오버헤드를 고려한 CPU 할당 방법
윤현준(Hyun-jun Yun),고영록(Youngrok Ko),김준영(Junyoung Kim),박성용(Sungyong Park) 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.39 No.1
가상화 환경에서는 목표 응답 시간과 같은 사용자의 요구 사항을 만족하기 위한 자동화된 관리 프레임워크가 필요하다. 기존의 Xen 가상화 환경에서 동작하는 관리 프레임워크는 각 가상 머신의 워크로드를 예측하고, 그 결과를 바탕으로 요청이 목표 응답 시간 내에 응답할 수 있도록 각 가상 머신의 CPU 할당량을 결정한다. 그러나 기존 관리 프레임워크의 가상 머신 CPU 할당 정책은 도메인-0의 오버헤드를 CPU 할당 비율에 반영하고 있지 않으며, 그로 인해 서비스의 목표 응답 시간을 만족시키지 못할 가능성을 내포하고 있다. 본 논문에서는 도메인-0의 오버헤드를 고려한 CPU 할당 기법을 제안한다. 제안한 CPU 할당 기법은 도메인-0 오버헤드의 대표적인 원인 중 하나인 도메인-U의 I/O를 대상으로 성능개선을 시도한다. 이를 위해서 도메인-U의 워크로드를 CPU 위주의 워크로드와 I/O 위주의 워크로드를 구분한 후, 각 워크로드를 다른 비율로 CPU 할당 비율에 반영한다. 또한 얻어진 CPU 할당율을 조율함으로써 작업 보장성(Work Conserving) 스케줄링으로 인해 도메인-0에 충분한 CPU가 할당되지 못하는 상황을 막는다. 이러한 방식으로 도메인-0에 필요한 CPU를 할당함으로써 서비스의 목표 응답 시간을 만족시킬 확률을 높인다. In virtualization environment, automated management frameworks are necessary to meet users' requirements such as expected response time. The existing management frameworks working in the Xen virtualization environment estimate workload of each virtual machine. Based on this estimated result, the management frameworks make a decision of allocating CPU to each virtual machine in order that requests are responded within expected response time. But existing management frameworks' CPU allocation policies of the virtual machines do not reflect the overhead of domain-0 into the CPU allocation. By that, responding to request within expected response time can be failed. In this paper, we propose the CPU allocation technique that considers the overhead of domain-0. Proposed technique attempts to improve the I/O performance of domain-U, one of the primary cause of the domain-0's overhead. Proposed technique reflects I/O workload and CPU workload to the CPU allocation rate with different ratio. After that it tries to prevent situation that domain-0 cannot obtain enough CPU resource by work conserving scheduling of Xen credit scheduler. With the technique, domain-0 can obtain enough CPU resource to make domain-Us respond within expected response time.
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