대규모 주문형 멀티미디어 서비스 시스템의 큐잉 네트워크 모델 설계

박기진(Kiejin Park),정지영(Jiyoung Chung),김용규(Yongkyu Kim),박주용(Jooyong Park),김성수(Sungsoo Kim) 한국정보과학회 1998 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1A

대규모 주문형 멀티미디어(Multimedia-On-Demand) 서버의 성능분석 및 용량계획(Capacity Planning)에 적용하기 위하여 멀티미디어 서비스 시스템의 큐잉 네트워크 모델을 제안하였다. 개발된 큐잉 네트워크 모델을 활용하여, 멀티미디어 서비스 질(Quality of Service)에 중요한 영향을 미치는 서버 설계 요소의 파악 및 고객 요구에 대한 비용 효율적인 멀티미디어 서비스 시스템의 용량 계획을 결정하고자 하였으며, 시뮬레이션 패키지를 활용한 모의 실험을 통하여 큐잉 네트워크 모델의 정확성을 검증하였다. 고객 도착률 변동에 대한 디스크, 네트워크 등과 같은 시스템 자원의 이용률과 큐의 길이를 계산하므로써 효율적인 시스템 구성 자원의 부분별 용량 산정이 가능하게 되었다.

가용성이 높은 Cold Standby 클러스터 시스템의 성능 분석

박기진(Kiejin Park),김성수(Sungsoo Kim) 한국정보과학회 2001 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.28 No.3·4

고가용도 클러스터 시스템에서 가동되는 인터넷 기반 소프트웨어의 복잡도가 증가됨에 따라 소프트웨어의 설계, 구현, 또는 그 밖의 여러 가지 원인과 관련된 결함으로 인하여 시스템 서비스의 오동작 또는 수행 중단으로 이어지는 사례가 늘어나고 있다. 특히 대량 트랜잭션을 처리하는 인터넷 기반 컴퓨팅 소프트웨어는 빈번한 통신 두절과 데이타 유실로 인하여, 이들이 탑재된 클러스터 시스템의 결함 발생이 더욱 심각할 가능성이 높다. 본 연구는 소프트웨어 재활 결함 허용 기법을 활용하여, 별도의 추가되는 하드웨어 없이도 가용도를 개선할 수 있다는 “소프트웨어 재활 기법을 적용한 다중계 시스템 가용도 분석” 에 관한 논문에서 언급된 문제점들에 대한 해결 방안을 제시하였으며, 구체적으로는 1) 주서버의 고장 발생시 여분서버로의 작업전이(switchover) 상태를 클러스터 시스템 모델링에 포함시켰으며, 2) 작업전이 상태와 재활(rejuvenation) 상태에서 머무는 시간을 지수분포 대신에 k-stage Erlangian 분포를 사용하여 확정시간(deterministic time)을 표현할 수 있도록 하였다. 즉 본 논문에서는 고가용도 cold standby 클러스터 시스템의 운영 상태에 대한 상태전이도(state transition diagram)에서, 임의의 상태에서 머무는 시간분포가 memoryless 성질을 만족하지 않아도 되는 semi-Markov 프로세스 문제를 해결하였다. Due to the complexity of Internet based computing softwares in which have someundetected design or implementation faults, highly available cluster systems that run the software become unreliable or stop service frequently. Especially, because of the loss of communications or data, Internet based computing software that deals with massive transaction processing jobs may easily be unavailable. In this paper, we solve the specific problems left as the further research topics in our previous publication that demonstrates the possibility of availability improvement for multiplex systems using software rejuvenation method. Those are 1) we include the switchover state in our model to represent the role of the primary and backup server, 2) instead of using memoryless property to describing sojourn time distribution for a rejuvenation state and a switchover state, we use k-stage Erlangian distribution and then it becomes possible to give deterministic time for the sojourn time of rejuvenation or switchover. In other words, our state transition diagram for a highly available cold standby cluster systems consists of two kinds of states that are exponentially distributed sojourn time and deterministic sojourn time. This kind of problem is classified as the semi-Markov process.

소프트웨어 재활 기법을 적용한 다중계 시스템의 가용도 분석

박기진(Kiejin Park),김성수(Sungsoo Kim),김재훈(Jai-hoon Kim) 한국정보과학회 2000 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.27 No.8

고가용성 다중계 시스템의 소프트웨어 재활 기법은 시스템의 결함 발생 이후에 수동적으로 대처하기보다는 결함이 발생하기 전에 이를 미연에 방지하는 능동적 차원의 결함 허용 방법이다. 특히 멀티미디어 이동 컴퓨팅에서 사용되는 소프트웨어는 통신 단절, 데이터 유실 등으로 인한 노화 진행이 일반소프트웨어보다 상당히 빠르게 진행되기 때문에 소프트웨어 재활에 의한 결함 예방 방법은 대규모 멀티미디어 이동 컴퓨팅 시스템에 사용될 가능성이 높다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 서버에서 수행되는 소프트웨어의 재활 주기, 재활 소요시간, 서버의 고장률, 수리률, 동시에 가동되는 서버의 수, 서버의 가동 기간 및 가동 방식 등의 시스템 운영 파라미터에 기초하여, 소프트웨어 재활 정책에 대한 평가를 위한 평형 상태에서의 확률, downtime, 가용도, 손실 비용 등을 계산하였다. 수학적 분석을 통해 구한 재활 모델의 closed-form 해는 다양한 시스템 운영 상태에 대한 실험을 통해 검증하였으며, 소프트웨어 재활을 통한 예방적 결함허용 기법의 적용 가능성이 높다는 것을 확인하였다. 또한 서버의 고장률 및 불안정률이 소프트웨어 재활 정책 결정에 중요한 요소임을 파악하였다. The software rejuvenation method for highly available multiplex systems uses a pro-active fault-tolerant approach to handle system failures. The software rejuvenation prevents failures from occurring, while the previous methods recover from failures after happening. Especially, since the software aging proceeds fast in the software used for the multimedia mobile computing due to the loss of communications or data, the preventive method from failures using software rejuvenation can be used for the multimedia mobile computing. In this paper, according to the operational parameters such as rejuvenation period, rejuvenation time, failure rate and repair rate of the servers, number of running servers, duration of running time, and type of running modes, we calculate steady-state probabilities, downtime, availability, and cost of the multiplex systems using software rejuvenation method. We validate the closed-form solutions of the mathematical model by experiments based on various operational parameters and find that the software rejuvenation method can be adopted as preventive fault-tolerant technique. The failure rate and unstable rate of the servers are essential factors for the decision making of the rejuvenation policies.

고가용성 Active / Active 클러스터 시스템의 설계

박기진(Kiejin Park),김성수(Sungsoo Kim) 한국정보과학회 2000 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2Ⅲ

전자 상거래를 지원하는 클러스터 컴퓨팅 시스템은 장시간에 걸쳐 대량의 트랜잭션을 처리해야 하며, 빈번한 통신 두절 및 데이터 유실 가능성이 높기 때문에, 현재 이와 같은 시스템의 가용도를 개선 · 확보하기 위한 연구가 활발하다. 본 논문에서는 Active/Active 클러스터 시스템의 소프트웨어적인 결함 발생을 미연에 방지할 수 있는 능동적 결함허용 기법인 소프트웨어 재활(rejuvenation) 방법을 적용하여, 가용도 및 시스템 가동 중단으로 인한 손실비용을 계산하였으며, 이를 통하여 소프트웨어 재활을 하면 할수록, Active/Active 클러스터 시스템의 가용도와 손실비용이 모두 감소하는 추세에 있음을 확인하였다.

퍼지기법에 기초한 로드분배 방식에 의한 웹서버 성능향상

박범주(Bumjoo Park),박기진(Kiejin Park),강명구(Myeongkoo Kang),김성수(Sungsoo Kim) 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.35 No.3·4

본 논문에서는 차별화 서비스를 지원하는 웹 서버의 응답시간 성능을 향상시키기 위해 기존의 동적 성능 분리 기법에 퍼지 기법을 접목한다. 특히, 클러스터 기반 웹서버 시스템의 부하량에 대한 판단기준 혹은 사용자 요청율 및 동적요청 비율 변화시에 발생하는 애매모호한 상황을 효과적으로 반영하기 위해, 퍼지제어 기법에 기초한 로드분배 메커니즘을 제안하였다. 이를 통해, 기존의 퍼지 기법을 활용하지 않은 성능분리 기법과 퍼지기법을 활용한 경우에 대해 응답시간(95-percentile of Response Time) 성능비교 평가를 통해 퍼지기반의 성능분리 기법이 차별화 서비스 시스템의 성능을 더욱 강건하고 효율적으로 향상시킬 수 있다는 점을 검증하였다. This paper combines fuzzy concepts with an existing dynamic performance isolation technique in order to improve the response time performance of a Web server supporting differentiated services. A load balancing mechanism based on the fuzzy control technique is developed in such a way that ambiguous situations caused by workload estimation of cluster-based Web servers, client request rates, and dynamic request rates can be represented in an effective way. In addition, we verify that the fuzzy-based performance isolation technique improves the performance and robustness of differentiated service systems efficiently through comparing 95-percentile of response time between the fuzzy-based performance isolation technique and the existing one, which do not use the fuzzy concept.

SLA를 지원하는 동적 성능 분리 기법

박범주(Bumjoo Park),박기진(Kiejin Park),강명구(Myeongkoo Kang),김성수(Sungsoo Kim) 한국정보과학회 2006 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.33 No.2A

본 논문에서는 사용자 계층별 요청률에 따라 웹 서버 컴퓨팅 노드들의 성능 분리를 동적으로 수행하는, 퍼지 이론을 적용한 웹 서버 성능 분할 기법에 관하여 논하였다. 제안된 기법은 컴퓨팅 노드의 현재 부하량, 사용자 계층별 요청률을 퍼지 입력 변수(Fuzzy Variables)로 하여, 애매모호한 노드의 정량적 부하를 정성적으로 표현할 수 있도록 하였으며, 이를 통해 계층별 요청률이 급격한 변화에 대응하여, 계층별 요청을 처리하는 담당 노드의 수를 동적으로 조절할 수 있게 하였다. 제안된 기법에 대한 성능분석을 통해 퍼지정리를 활용한 기법이, 이를 사용하지 않은 기법에 비해 우수한 응답시간 성능을 보여주고 있음을 검증하였다.

고신뢰성 차량 임베디드 컴퓨팅 시스템의 백업 최소화 방안

박기진(Kiejin Park),김광섭(Gwang-sub Kim),최석호(Seokho Choi) 한국신뢰성학회 2005 한국신뢰성학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.6

차별화 서비스를 위한 퍼지기반 성능분리

박범주 ( Bumjoo Park ),강명구 ( Myeongkoo Kang ),박기진 ( Kiejin Park ),김성수 ( Sungsoo Kim ) 한국정보처리학회 2006 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.13 No.1

본 논문에서는 SLA(Service Level Agreement)와 같이 차별화 서비스를 지원하는 웹서버 시스템의 가동성 척도를 향상시키기 위해 기존의 동적 성능 분리 기법에 퍼지 기법을 접목하였다. 특히, 클러스터 기반 웹서버 시스템의 부하량에 대한 판단기준 혹은 사용자 요청률 및 동적요청 비율 변화시에 발생하는 애매모호한 상황을 효과적으로 반영하기 위해, 퍼지제어 기법에 기초한 부하분배 메커니즘을 제안하였다. 이를 통해, 기존의 퍼지 기법을 활용하지 않은 성능분리 기법과 퍼지기법을 활용한 경우에 대해 응답시간(95-percentile of response time) 성능 비교 평가를 통해 퍼지기반의 성능분리 기법이 차별화 서비스 시스템의 성능을 더욱 강건하고 효율적으로 향상시킬 수 있다는 점을 검증하였다.

침입감내시스템의 신인도 향상 방안

박범주 ( Bumjoo Park ),박기진 ( Kiejin Park ),김성수 ( Sungsoo Kim ) 한국정보처리학회 2005 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.12 No.1

네트워크 기반 컴퓨터 시스템이 내/외부 침입에 의해 시스템 일부가 손상(Partially Compromised) 되더라도, 최소한의 필수 서비스를 지속적으로 제공할 수 있게 해주는 침입감내시스템(Intrusion Tolerance System)의 설계에 요구되는 요소 기술 중의 하나는 정량적 신인도(Dependability) 분석이라 할 수 있다. 특히, 신인도중에서 생존성(Survivability)은 침임감내의 개념을 일관되게 반영하고 있는 척도(Measure)이므로 침입감내시스템의 설계시 중요한 요소라 할 수 있다. 본 논문에서는 자가치유(Self-healing) 메커니즘을 활용하여 주서버와 보조서버가 각 1 대인 Cold-standby 방식의 침입감내시스템의 상태천이(State Transition)를 표현한 후, 시스템의 가용도 및 생존성을 정의하였다. 또한, 시뮬레이션을 통해 두가지 취약성 공격 사례에 대한 생존성 변화추이를 분석함으로써 신인도 향상 방안을 기술하였다.

결함 발생을 고려한 대규모 주문형 멀티미디어 서비스 시스템의 큐잉 네트워크 모델

박기진(Kiejin Park),김성수(Sungsoo Kim) 한국정보과학회 1999 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.26 No.3

멀티미디어 서비스 환경에서는 수백에서 수천의 클라이언트들이 하나의 서버에 접속되기 때문에 서버 결함이 미치는 영향이 상당히 크다. 이러한 결함은 단지 서버 자체의 장애로 끝나는 것이 아니라, 멀티미디어 서비스 환경 전체의 마비를 초래하여 서비스 이용자들에게 큰 불편을 끼칠 뿐만 아니라 그로 인해 서비스 제공자들에게 유형 · 무형의 막대한 재산상의 피해를 가져올 수 있다. 본 논문에서는 멀티미디어 서버를 구성하고 있는 자원(프로세서, 디스크, 네트워크)의 결함 발생을 고려한 큐잉 네트워크 모델을 개발하였다. 복수개의 M/M/1 큐를 큐잉 네트워크로 연결하여, 각 자원에 대한 접근 및 서비스를 모델링 하였으며, 각 자원에서의 서비스 시간 지연 비율(큐의 응답시간)의 조정을 통해서, 서버 자원의 결함 발생을 고려하였다. 고객 도착률과 자원 고장률 변동에 대한 서버 자원의 이용률과 큐의 길이를 구하여 효율적인 시스템 구성 자원의 부분별 용량을 산정 하였으며, 또한 데이타 패킷 응답 시간 분포 및 고장률 변화에 따른 시스템의 신뢰도 수준을 계산하였다. 이와 같은 서비스 시스템 성능에 관련된 파라미터 분석을 통하여 멀티미디어 데이타 서비스 수준(Quality of Service) 에 중요한 영향을 미치는 서버 설계 요소를 파악하였고, 시뮬레이션 패키지를 활용한 모의 실험을 통하여 개발된 큐잉 네트워크 모델의 정확성을 검증하였다. In multimedia service environment, especially for on-demand service, a fault in the multimedia server causes enormous influence on the thousands of clients connected to. It is not only harmful to the server itself but also brings about inconvenience to the users of the multimedia service. When a server stops operation during service hours, a service provider should be faced with tangible or intangible loss of property vastly. In tins paper, we design a queueing network model for large-scale multimedia-on-demand(MOD) service systems with failures of components(e.g., processors, disks and networks). In the model, we describe a request of resources in the server as a network of M/M/1 queues and a faulty status of the server as a delay of service time. When a fault occurs, the response time is increased in proportion to service delay factor. By acquisition of utilization and queue length parameters, we can estimate desirable capacity of server components with various arrival rates of customers and failure rates of components. For a given failure probability, we also compute packet delay probability and reliability of the server. It is possible to derive some important design information of the MOD server by using the above parameters. We validate the design of the queueing network model by comparison of the queueing result with the simulation output.