Xen 가상화 환경에서의 I/O 전달 과정 개선을 통한 SSD 성능 향상

국문 초록 (Abstract)

가상화 기법은 엔터프라이즈 환경에서 중추적인 기술이며 블록 장치의 I/O 성능은 가상화 기법에서 중요한 평가 요소이다. VMM을 통해서 제공되는 가상화 기법은 대표적으로 L4ka, KVM, Xen 등이 있으며 대부분의 VMM에서 전가상화만을 지원하는 반면에 Xen은 전가상화 기법을 개선한 반가상화 기법도 제공하여 블록 장치의 I/O 성능을 개선하였다. 그러나 Xen에서는 블록 장치의 I/O 요청을 전달할 때 I/O요청 분할로 인한 문제가 존재한다. 각각의 가상 머신 간 블록 장치의 I/O 요청을 전달할 때, 작은 단위(44KB 요청 단위)로 I/O 요청이 분할되어 비가상화 시스템에 비해서 많은 I/O 요청이 발생하며, 특히 SSD와 같은 입출력 단위가 크면 클수록 성능이 향상되는 블록 디바이스에서 블록 장치의 I/O 성능이 저하됨을 발견하였다.
본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해서 개선된 I/O 전달 방식을 제안한다. 우리는 기존 I/O 링 메커니즘을 그대로 활용하면서 분할된 I/O 요청을 다시 합병하여 제공하는 구조를 설계하고 구현하였다. 이러한 구조로 설계한 목적은 기존 시스템에서 공통으로 사용하는 부분은 그대로 활용하면서 최소의 수정으로 이식성을 높이고, 부작용을 최소화하기 위함이다. 제안하는 기법의 성능 평가를 위해서 각각의 M-DomU, DomU, Dom0, Native 에서 SSD 블록 장치 대한 임의/순차 읽기와 쓰기 요청을 수행하였으며, 기존 기법에 비해 최대 40.45%의 성능향상이 있음을 확인하였다. 특히, 요청 단위에 비례해서 성능 향상이 되는 블록 장치의 특성을 반영함으로써 블록 I/O 성능을 개선하였다. 또한 블록 프런트 엔드와 백 엔드 드라이버의 수정만으로 목적을 달성할 수 있기 때문에 비용이 적은 장점이 있다.
따라서 본 기법의 사용으로 Xen 가상화 시스템에서 기존보다 효율적으로 블록 장치를 사용하여 I/O 요청 전달할 때에 블록 I/O의 성능을 향상 할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 1.1. 연구배경 1
• 1.2. 연구목표 4
• 1.3. 논문의 구성 5
• 2. 관련연구 및 배경지식 6
• 2.1. 가상화 6
• 2.2. XEN 8
• 2.2.1. 분리 드라이버 모델 10
• 2.2.2. XEN 기본 I/O 링 전달 기법의 문제점 14
• 2.2.3. 입출력 요청 크기단위에 따른 평균 응답시간 15
• 3. 설계 및 제안 17
• 3.1. 개선된 I/O 링 전달 기법 제안 17
• 4. 구현 22
• 4.1. 개발환경 22
• 4.2. 개선된 I/O 전달 방식 구현 22
• 5. 실험 및 평가 25
• 5.1. 실험환경 25
• 5.2. 실험 26
• 5.3. 결과 분석 30
• 6. 결론 및 향후 연구과제 33
• 6.1. 결론 33
• 6.2. 향후 연구과제 34
• 7. 참고문헌 35