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범용 운영 체제상에서 비디오 스트림 서비스를 위한 실시간 스케쥴링
손종문(Jong Moon Shon),김길용(Gil Young Kim),김해진(Hae Jin Kim) 한국정보과학회 1997 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.3 No.5
디지탈 비디오/오디오 데이타를 처리하는 응용 프로그램은 매체의 시간 제약을 만족시키기 위하여 운영체제의 실시간 스케쥴링 기능을 사용해야 한다. 주문형 비디오(Video-On-Demand) 서버는 이러한 실시간 프로세스의 대표적인 예로써 제한된 종류의 프로세스가 대량으로 수행되는 특징이 있다. 본 논문에서는 소규모 VOD 서버를 구축하기 위한 실시간 스케쥴링 기능의 구현과 시스템 파라메터 분석에 대하여 기술하였다. 시스템 파라메터 분석에 의하면 비디오 서버를 구성하는 쓰레드들은 하드웨어적인 요소들의 구동과 관련되어 있기 때문에 스케쥴링 파라메터들이 해당 하드웨어의 동작 특성에 의하여 결정되어야 할 뿐 아니라 이에 적합한 스케쥴링 알고리즘이 필요하였다. 본 논문에서 쓰레드가 가진 시간 제약 조건의 엄격성에 따라 두 가지 종류의 데드라인(Dual-Deadline)으로 분류한 후, 실시간 프리미티브들과 각 쓰레드 집합을 독립적으로 스케쥴링하는 Dual-Deadline-Nonpreemptive-EDF(DDN-EDF)알고리즘을 제안하였다. 성능 분석에 의하면 실시간 특성을 지원하지 못하는 범용 운영체제 구조에서는 데드라인의 엄격성에 따라 스케쥴링하는 것이 데드라인을 보장률을 높였으며, 제안된 실시간 프리미티브는 주기적 쓰레드를 프로그램밍하는데 적합하였다. 그리고, 인터럽터 방식의 네트워크 프로토콜 처리 구조가 실시간 스케쥴링에 큰 장애 요소임을 보였다. The application for digital video/audio should be supported by the real time scheduling facility of the OS to satisfy the time constraints. The video on demand server(VOD server) is the typical real-time application and has the characteristic of performing many processes of a limited kind. This paper describes the implementation of real-time scheduling facility and the analysis of system parameter to make a small-scale VOD server. According to the analysis of the system parameter, the threads constitute the VOD server are related to the driver software of hardware module. Thus, the scheduling parameters of the threads is influence on the characteristics of the hardware module. And the proper scheduling policy is needed. We have classified the threads into the two categories(Dual-Deadline) and have proposed the real-time primitives and the Dual-Deadline-Nonpreemptive-EDF(DDN-EDF) algorithm which schedule the two categories independently. The performance measurements show that the ratio of the deadline guarantee is increased in the general purpose OS environment which does not support the real-time characteristics and the proposed real-time primitives is good for programming periodic threads. And the network protocol processing driven by the interrupt is a major obstacle of real-time scheduling.
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손종문(Jong Moon Shon),김길용(Gil Yong Kim) 한국정보과학회 1993 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2
본 논문에서는 다중처리 시뮬레이터가 갖추어야 할 기능과 구현 방향에 대하여 분석하였다. 새로이 제시하는 시뮬레이터는 다중처리 하드웨어 시뮬레이터와 소규모의 운영체제로 구성된다. 다중처리 하드웨어 시뮬레이터는 운영체제의 수행 및 Debugging 기능을 갖추어야하고 소규모의 운영체제는 수행 정보를 수집할 수 있는 기능을 갖추어야 한다. 특히, 시뮬레이터의 운영체제는 다중처리 운영체제의 다양한 기술을 쉽게 적용하여 시험할 수 있도록 설계 되어야 한다. 다중처리 시뮬레이터는 NACHOS[1]를 기반으로하여 구현중에 있다.
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연속 매체 처리를 위한 통계적 자원 예약 기법에 대한 연구
손종문(Jong Moon Shon),김길용(Gil Yong Kim) 한국정보과학회 1996 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.23 No.1A
연속 매체의 처리는 시간적 제약 조건과 가변적인 자원 요구로 인하여 자원 예약과 QoS 기법을 사용한다. 태스크는 그 수행특성에 따라 도착이 주기적이고 서비스 시간이 고정된 Deterministic Model(DM)과 산발적인 사건이 발생하거나 서비스 시간이 가변적인 Stochastic Model(SM)로 나눌 수 있다. 그러나 연속 매체를 처리하는 많은 응용 프로그램은 SM에 속한다. 기존의 자원 관리 기법에서는 이러한 응용 프로그램의 확률적 특성을 무시하고 DM을 적용하여 자원의 이용률이 낮으면서도 스케쥴링이 복잡하였다. 본 연구에서는 통계적 자원 예약 모델(Statistical Resource Reservation- SRR)을 제안하여 연속매체의 처리에 동반하는 자원 관리에 융통성을 부여하였다. SRR모델에서는 Stochastic Model에 속하는 쓰레드에 대하여 통계적 자원 할당 방식을 적용하여 자원 이용률을 개선하고 내부/외부 데드라인 기법을 적용하여 엄격히 데드라인을 만족시켜야 하는 쓰레드의 수를 감소시켰다.
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손종문(Jong Moon Shon),김길용(Gil Yong Kim) 한국정보과학회 1994 정보과학회논문지 Vol.21 No.1
This paper presents the performance enhancement method of buffer cache management subsystem of a multiprocessor UNIX kernel. Micro and macro benchmarks and kernel profilings have been performed to measure performance and to detect bottlenects of the operating system. The result shows that a lock for buffer free list is a serious bottleneck point of the operating system. The contention ratio of the buffer free list lock is measured as 32% on the 6 processor system[7]. A new buffer cache management algorithm has been developed to minimize the lock contention. The major design efforts are concentrated on parallelizing the data structures and algorithms of the buffer cache management subsystem. As a result, the performance of the operating system is enhanced by 12% and the lock contention ratio is decreased by 73.7% on the 6 procesor system. Such parallelization method can be used in the parallelization of other subsystems of multiprocessor operation systems, such as process scheduling subsystems and inode management subsystem. 본 논문에서는 다중 처리 UNIX 커널의 버퍼 관리 기능에 대한 성능 개선 방법을 기술한다. 운영체계의 성능 측정과 병목 현상을 찾기 위하여 마이크로 및 마크로 벤치마크와 커널 프로파일링이 사용되었다. 측 정된 데이타에 의하면 buffer free list에 대한 상호배제적 접근을 보장하기 위하여 사용되는 록(lock)이 운영 체계의 심각한 병목 지점이며 그 록을 획득하기 위한 경쟁률은 6개 처리기가 있는 형상에서 32%라는 것을 알아내었다[7]. 본 논문에서 제안한 새로운 버퍼 관리 기법에서는 록 경쟁률을 줄이기 위하여 버퍼 관리 알고리즘과 데이타 구조들을 병렬화하였다. 그 결과 병렬화된 버퍼 관리 기능에 대한 성능 측정에서는 6개 처리기가 있는 형상에서 운영 체계의 성능이 12% 증가되었고 록 경쟁률은 73.7% 감소되었다. 이와같은 병렬화 기법은 프로세스 스케쥴링, inode 관리와 같은 다중 처리 운영체계의 다른 서브 시스템들의 병렬화를 위한 일반적인 방법으로 사용되어 질 수 있다.
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공유메모리 다중프로세서를 위한 프로세서 연계 스케쥴링 기법
손종문(Jong Moon Shon),김길용(Gil Yong Kim) 한국정보과학회 1995 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.22 No.9
공유 메모리 다중 프로세서의 프로세스 스케쥴러는 시스템의 성능을 결정할 만큼 민감한 부분이다. 그러므로 프로세스 스케쥴러가 다중 프로세서의 특성을 반연한다면 각각의 프로세스 뿐 만 아니라 시스템의 성능을 향상시키는 결과를 가져올 수 있다. 본 논문에서는 대용량의 캐쉬를 가지는 다중 프로세서에서 스케쥴링시에 발생하는 프로세서간 간섭, 문맥교환 직후 발생하는 캐쉬 미스, 록경쟁률 등을 저하시키는 Two-Level Two-Scan(TLTS) 프로세스 스케쥴러를 제안하였다. TLTS 스케쥴러는 프로세서 연계(Processor-Affinity) 개념을 기반으로 하며 지역 스케쥴러와 전역 스케쥴러로 구성된다. 지역 스케쥴러는 해당 프로세서와 연계를 맺고 있는 프로세스만을 스케쥴링한다. 해당 프로세서가 연계된 프로세스를 갖지 않을 경우 준전역 스케쥴러는 다른 프로세서와 연계된 프로세스를 수행할 수 있도록 한다. 이 때 우선순위역전이 일어나지 않도록 하는 기능은 시스템의 성능 결정에 매우 중요한 역할을 한다. 스케쥴링 자원을 프로세서 별로 분할하는 TLTS 스케쥴러는 스케쥴링시 프로세서들 간에 공유되어야하는 자원의 양을 최소화하면서도 프로세서의 이용률을 떨어뜨리지 않으므로 시스템의 성능을 향상시킨다. 측정한 바에 의하면 한 개의 대기 큐를 가진 라운드 로빈 스케쥴러에 비하여 50%의 성능 향상을 가져왔으며 프로세서 수의 증가에 따라 시스템 성능의 선형적 증가 현상을 관찰할수 있었다. TLTS 스케쥴러는 본 논문에서 대상으로 하고 있는 UMA(Uniform MEmory Access)형태의 다중 프로세서뿐만 아니라 NUMA(Non-Uniform Memory Access)형태의 다중 프로세서에도 적용될 수 있다. The performance of a shared memory multiprocessor is sensitive to that of process scheduler. Therefore, we can enhance the performance of a whole system as well as an individual process if the scheduler reflects the multiprocessor characteristics. The paper proposes the Two-Level Two-Scan(TLTS) process scheduler on a multiprocessor with a large cache, which decreases the interference among multiple processors, the miss ratios of cache, and the lock contention. The scheduler is composed of two layers(level)s: local and semi-global. It adopts the concept of the processor-affinity scheduling. The local scheduler schedules the processes that have affinity With the corresponding processor. When the corresponding processor has no affinity-processes, the semi-global scheduler makes it perform a nonaffinity-process. The prevention of priority-inversion that is performed by semi-global scheduler is an important factor determining system performance. The TLTS scheduler, which parts the scheduling resources into each processor, enhances the performance because the resource sharing is minimized and the utilization of a processor is not decreased. As a result, the TLTS demostrates a 50% improvement over the single-queue round-robin scheduler and the linear speedup with additional processors. The TLTS scheduler can be applied to the NUMA multiprocessor as well as to UMA multiprocessor.
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