멀티코어 컴퓨팅 시스템의 공정성 보장을 위한 스케줄링 프레임워크

Abstract

클라우드 컴퓨팅 서비스 시장이 지속적으로 증가하고 있다. 클라우드 컴퓨팅 서비스를 통해 제공되는 서비스의 품질은 서비스 수준 협약서에 (service level agreement)에 명시되며 서비스 제공자는 서비스 수준 협약서에 명시된 서비스 품질을 보장하는 것이 필수적이다. 이에 따라 클라우드 서버 운영체제의 컴퓨팅 자원 관리의 중요성이 부각되고 있다. 서비스 품질을 보장하기 위한 일환으로 클라우드 서버 운영체제에 비례공정 스케줄러(proportionally fair scheduler)가 널리 사용되고 있다. 비례공정 스케줄러란 가중치(weight)가 부여된 태스크(task)들에 대하여 가중치에 비례하게 CPU 자원을 나누어 할당해 주는 스케줄러를 말한다. 비례공정 스케줄러를 사용하면 사용자의 각 태스크에 태스크의 요구성능에 비례하는 가중치를 부여함으로써 각 태스크에게 일정량 이상의 CPU 자원을 할당할 수 있어 성능 고립화(performance isolation)를 비교적 쉽게 달성할 수 있다. 이를 위해 비례공정 스케줄러의 엄격한 공정성 보장은 필수적이다. 이때 공정성이란 가중치에 비례하게 CPU 자원을 할당해 주는 것을 말한다. 그러나 대부분의 비례공정 스케줄러는 DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)를 통한 에너지 효율 향상 기법과 함께 동작할 때 원하는 수준의 공정성을 보장하지 못한다. 공정성을 보장하지 못 하는 이유는 다음과 같다. 첫째, 스케줄러가 DVFS의 주파수 변경에 의해 발생한 코어간 성능 차를 고려하지 않기 때문이다. 둘째, 동적으로 이루어지는 DVFS의 주파수 변경이 스케줄러의 동작을 고려하지 않고 독립적으로 이루어져 스케줄러의 공정성 보장을 위한 조건이 훼손되기 때문이다. 스케줄러의 공정성 보장 실패는 서비스 품질 보장 실패를 야기할 수 있다. 본 학위논문에서는 코어간 성능 차가 존재하는 멀티코어 컴퓨팅 시스템에서 공정성을 보장하는 스케줄링 프레임워크를 제안한다. 스케줄링 프레임워크는 스케줄러와, CPU 주파수 가버너, 스케줄러와 CPU 주파수 가버너의 정보 교환을 위한 인터페이스로 구성된다. 코어간 성능 차를 반영하여 스케줄링 하는 비례공정 스케줄러를 도입하고 스케줄러의 공정성 보장을 위한 조건을 훼손하지 않도록 스케줄러의 정보를 인지하며 동작 하는 CPU 주파수 가버너를 설계 하였다. 제안한 프레임워크를 검증하기 위해 Linux kernel 위에서 구현하였고 실험을 진행하였다. 실험 결과 기존 프레임워크는 공정성 지표인 SVR 값의 최대 차이가 시간이 지남에 따라 발산하는 반면, 제안한 프레임워크는 SVR 값의 최대 차이가 1ms이내로 바운드 됨을 확인 하였다. 더불어 제안한 프레임워크의 평균 오버헤드는 0.13%로 측정 되었으며, 소모 에너지는 평균 1.3% 증가하는 것으로 측정 되었다. 이를 통해 공정성을 보장하기 위해 지불해야 하는 비용은 크지 않은 것으로 확인 되었다.