소프트웨어 스위치의 동적 자원 할당을 위한 인터럽트 및 C-State 활용과 분석에 관한 연구

Abstract

컴퓨터의 자원을 가상화하여 제공하는 기술은 과거부터 꾸준히 연구되어 왔다. 물리적인 서버가 가상머신으로 제공되거나 스토리지 또는 네트워크가 가상화된 자원으로 제공되는 기술이 계속해서 발전해왔으며 그중에서도 네트워크 가상화는 최근 다양한 네트워크 관련 서비스의 활성화로 인해 더욱 주목받고 있다. 대규모 트래픽을 처리하기 위한 데이터센터와 같은 시스템에서는 최소 비용으로 효율적인 자원관리를 하는 것이 중요하며, 웹 서비스를 제공하는 서비스 업체들 사이에서는 서버 가상화 기술을 통해 이를 해결하려는 시도들이 이루어지고 있다. 서버 가상화 기술은 데이터센터 내의 하드웨어 자원을 소프트웨어로 정의하고 네트워크 정책에 따른 규정을 유연하게 적용하기 위해 소프트웨어 정의 데이터센터 개념을 제안하였으며, 이를 구현하기 위해서는 소프트웨어 스위치 및 라우터에 대한 연구 및 개발이 필수적이다. 데이터센터 내 가상 스위치의 경우 수십에서 수백 Gbps의 대역폭과 수십 us 수준의 매우 낮은 지연속도가 요구되고 있으며 동시에 높은 에너지 효율로 비용을 절감하는 것이 주요하게 이슈가 되고 있다. 이와 같은 요구사항을 만족시키기 위해 인텔 DPDK (Data Plane Development Kit)는 데이터의 흐름에 있어서 패킷이 운영체제 커널의 복잡한 네트워크 처리 과정을 우회하여 상대적으로 빠른 지연시간을 제공하는 인터페이스를 사용자 수준에서 사용할 수 있도록 해준다. 이에 본 논문은 물리 스위치를 가상화한 OVS (Open Virtual Switch)에 인텔 DPDK가 적용된 시스템의 지연시간 및 전력효율을 다양한 네트워크 환경에서 측정한 다음 병목이 발생하는 부분과 비효율적으로 CPU 자원을 소모하는 부분을 찾고, 인텔 DPDK의 인터럽트 모드를 활용하여 전력을 최적화하는 기법을 제시한다. 또한 인텔 CPU의 전력관리 옵션인 C-State를 활용하여 트래픽 양에 따라 소프트웨어 스위치의 CPU 사용량을 동적으로 조절함으로써 전력 소모를 더욱 세밀하게 최적화하고 성능과 전력소모 간의 상호 관계에 대해 분석한다.