고성능 그리드 시스템을 위한 동적 부하 분배 및 스케줄링 전략

Abstract

인터넷이 보편화되고 컴퓨터 및 네트워크의 성능이 향상됨에 따라 분야에 따라 컴퓨터를 이용하는 양상이 변하고 있다. 분산처리 분야에서 네트워크의 기술적인 변화는 통신망을 통해 서로 연결된 컴퓨터들을 하나의 문제를 해결하는데 사용할 수 있도록 해주고 있다. 현재 까지는 주로 동일한 컴퓨팅 자원들을 통합하는 NOW(Network Of Workstations)와 PC 클러스터링 기술에 많은 노력을 하여 왔으나 최근에는 이기종(Heterogeneous) 클러스터링 환경에서의 컴퓨팅 방법과 또 다른 자원 통합의 방법으로 동일 기종 컴퓨터뿐만이 아니라 이기종 컴퓨팅 자원들과 대용량 저장장치, 다양한 고성능 연구 장비들을 통합하는 그리드 컴퓨팅(Grid Computing) 환경에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 그리드 컴퓨팅 시스템의 성능을 높이기 위한 방법으로 그리드 시스템의 노드 간 작업 스케줄링 정책과 그리드 시스템의 한 노드로 구성될 수 있는 웹 클러스터 시스템의 부하 분배 기법을 연구하였다. 즉, 그리드 컴퓨팅 시스템의 노드 간 작업을 분배하는 메타 스케줄링 정책과 지역 노드 내의 작업을 분배하는 작업 스케줄링을 동시에 고려하는 하이브리드 스케줄링 기법을 연구하였고, 그리드 컴퓨팅 시스템 노드 내의 웹 클러스터 시스템에서 사용자들의 등급과 서비스 종류에 따라 서버를 분할하여 할당하고 부하의 정도에 따라 서버 수를 동적으로 변화시켜 부하를 분배하여 성능을 개선하는 방법을 연구하였다. 웹 클러스터 시스템의 작업 분배를 담당하는 웹 스위치가 과부하 또는 외부로 부터의 공격으로 결함이 발생하게 되면 해당 클러스터 시스템의 다운을 초래하게 된다. 이에 따라 웹 스위치를 두 대로 운영하는 주-백업 웹 스위치 시스템 구조를 제시하였고 가용도 분석 결과 한 개의 웹 스위치를 운영하는 것보다 주-백업 웹 스위치 구조를 채택할 경우 가용도를 매우 높이고 일정하게 유지할 수 있음을 확인하였다. 또한 웹 클러스터 시스템은 고품질의 차별화된 서비스를 제공할 수 있어야 하고, 이로 인해 고객과 서비스 제공자 사이의 계약인 SLA(Service Level Agreement)를 보장하는 서비스가 필요하다. 이와 같이 차별화 서비스를 제공하기 위하여 같은 기능의 서버들을 하나의 기능 도메인으로 구분하여 여러 개의 기능 도메인으로 구분한 이질 웹 서버 환경에서, 사용자의 계층별 요청에 따라 서버 노드들을 정적 및 동적으로 관리하는 성능 분리 및 승인제어 기법을 제안하였다. 실험을 통해 이질 웹 클러스터 시스템의 성능을 평가한 결과, 동적 성능 분할 기법의 응답 시간이 빨랐으며, 특히 동적 성능 분할의 기법의 상위 계층 서비스 응답 시간 빨라지는 성능 향상이 되었음을 확인하였다. 그리드 시스템의 이용률(Utilization)을 높이고 작업 지연시간(Slowdown)을 줄이기 위하여, 노드 간 작업을 분배하는 메타 스케줄링 정책과 지역 노드 내의 작업을 분배하는 작업 스케줄링 정책을 동시에 고려하는 하이브리드 스케줄링 기법을 제안하였다. 노드로 제출된 작업을 필요 프로세서 수와 예상 작업수행 시간에 따라 구분하여 우선순위가 높은 작업은 작업 큐(Job Queue)로, 우선순위가 낮은 작업과 원거리 작업을 백필 큐(Backfill Queue)로 할당하였다. 다양한 실험을 통하여 제안된 기법들의 성능 평가를 통해 그리드 시스템의 이용률이 높아지고 작업 지연시간이 감소되는 것을 확인하였다.