• 정보과학회 논문지
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• 제41권9호
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• pp.605-610
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• 2014

현재 가상화 기술은 많은 연구를 통해 다양한 분야에서 널리 쓰이고 있다. 그러나 여전히 I/O 워크로드는 가상화로 인한 성능 저하로 인하여 가상화 분야에 적용되지 못하고 있다. 이전의 많은 연구에서 가상화 I/O 과정의 모드전환과 중복된 I/O 스택을 이러한 성능 저하의 원인으로 파악하고, 이를 해결하기 위한 기법을 제안하였으나 여전히 가상화 되지 않은 환경의 물리장치에 비해 낮은 성능을 보여주었다. 본 논문에서는 가상화 라이브러리를 사용하는 새로운 I/O 가상화 기법을 제안한다. 본 제안기법은 가상화 I/O 과정에서 발생하는 모드 전환을 완전히 제거하고 게스트 운영체제의 I/O 스택을 우회함으로써 /O 성능을 향상 시킨다. 네트워크 환경을 위한 프로토타입 구현을 통해 본 제안기법은 네트워크 처리량을 169% 향상시키며 네트워크 지연을 38% 감소시킴을 확인하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.174-177
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• 2012

최근 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 가상화 기술은 가상머신에 높은 성능의 프로세서 및 메모리 자원을 제공하고 있다. 반면에 가상화 환경에서의 I/O는 여전히 낮은 성능을 보이며 I/O 중점적인 워크로드의 가상화에 걸림돌이 되고 있다. 이러한 성능 저하는 일반적인 장치 접근 과정에 비해 매우 복잡한 과정을 거치는 기존의 가상화 프레임워크에 의해 발생한다. I/O 요청의 각 처리과정에서 발생하는 모드전환을 제거함으로써 가상머신의 I/O 성능을 향상 시킬 수 있다. 본 논문에서는 모드전환을 완전히 제거한 장치가상화 프레임워크를 제안하고 실험을 통해 본 기법의 타당성을 입증한다.

• 정보와 통신
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• 제29권9호
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• pp.38-43
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• 2012

가상화 기술은 하나의 물리 머신에서 다수의 가상 머신을 제공하고 이들이 상호 독립적으로 수행될 수 있도록 한다. 현재 가상화는 클라우드 서버 시스템의 활용률을 높이고 전력 소모를 줄이기 위한 기술로서 각광받고 있다. 최근 이러한 가상화 기술을 스마트 임베디드 디바이스에도 적용하려는 시도가 있다. 하지만 임베디드 시스템은 일반적으로 서버 시스템에 비해서 성능이 낮은 하드웨어를 사용하므로 가상화 오버헤드에 대한 고찰이 필요하다. 본고에서는 기존에 널리 사용되는 대표적인 공개 소스 가상화 플랫폼들을 대상으로 네트워크 I/O를 지원하는 방식에 대해서 설명하고 이들의 성능을 비교한다. 또한 가상화 환경에서 네트워크 I/O 성능을 향상시키기 위한 최근 동향에 대해서도 함께 논의한다.

• 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지
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• 제24권3호
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• pp.129-137
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• 2018

낸드 플래시 메모리 기반의 NVMe(Non-Volatile Memory express) SSD(Solid State Drive)는 멀티 I/O 큐 환경을 제공하는 PCIe 인터페이스 기반에 NVMe 프로토콜을 사용하는 저장장치이다. NVMe SSD는 Multi-core 시스템에서 병렬 I/O 처리가 가능하고 SATA SSD에 비해 대역폭이 크며 대용량의 저장 공간을 제공하기 때문에 데이터 센터, 클라우드 컴퓨팅 등에 사용될 차세대 저장장치로 주목받고 있다. 하지만 가상화 시스템에서는 소프트웨어 I/O 스택의 병목으로 인하여 NVMe SSD의 성능을 충분히 활용하지 못하고 있다. 특히, Xen과 KVM과 같이 호스트 시스템의 I/O 스택을 사용하는 경우에는, 호스트 시스템과 가상머신의 중복된 I/O 스택을 통해서 입출력이 처리되기 때문에 성능 저하가 크게 발생한다. 본 논문에서는 NVMe SSD에 직접 접근하는 기술을 KVM 가상화 시스템에 적용함으로써 가상 머신 I/O의 성능을 향상시키는 Direct-AIO (Direct-Asynchronous I/O)엔진을 제안한다. 그리고 QEMU 에뮬레이터에 제안한 엔진을 개발하고 기존의 I/O 엔진과의 성능 차이를 비교 및 분석한다.

• 정보과학회 논문지
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• 제43권1호
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• pp.27-33
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• 2016

오늘날 가상화 기술은 가장 유용하게 사용되는 컴퓨팅 기술 중 하나이며 모든 컴퓨팅 환경에서 널리 활용되고 있다. 그러나 가상화 환경의 I/O 계층들은 호스트 머신의 I/O 동작 방식을 인지하지 못하도록 설계되어 있기 때문에 I/O 확장성 문제는 여전히 해결해야 할 문제로 남아 있다. 특히, 다중 큐 SSD가 보조 기억 장치로 사용될 경우, 증가한 잠금 경쟁과 제한된 I/O 병렬화 문제로 가상 머신은 다중 큐 SSD의 공인된 성능을 활용하지 못하는 문제가 발생한다. 이러한 성능 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 가상 CPU마다 전용 큐와 I/O 스레드를 할당하는 새로운 기법을 제안한다. 제안 기법은 성능 저하의 주요한 원인 중 하나인 잠금 경쟁을 효율적으로 분산시키고 또 다른 원인인 Virtio-blk-data-plane의 병렬화 문제를 해소한다. 제안 기법을 평가한 결과 최신 QEMU 보다 IOPS가 최대 155% 향상되는 것을 확인하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2013년도 춘계학술발표대회
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• pp.109-110
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• 2013

가상화 기술의 발전과 더불어 산업 전반에서 가상화 기술이 널리 사용되고 있지만 여전히 높은 장치 처리량을 요구하는 워크로드의 경우 가상화 환경에서 사용되지 못하고 있다. 가상머신의 I/O는 가상장치를 에뮬레이션 하는 가상화 오버헤드에 의해 장치 성능을 제약받고 있기 때문이다. 최근 가상머신에서 직접접근을 지원하는 장치의 등장으로 I/O 요청 중 발생하는 가상화 비용을 효과적으로 제거 하였지만, 장치 요청이 끝난 후 발생하는 인터럽트를 가상머신이 처리하는 과정에서 발생하는 비용이 여전히 성능을 제약하고 있다. 이에 본 논문에서는 인터럽트 과정의 비용을 줄이기 위한 인터럽트 전용가상 프로세서 기법을 제안한다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2012년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.39 No.1(A)
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• pp.146-148
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• 2012

임베디드 환경에서의 가상화 연구는 분산 되었던 노드들을 통합할 수 있게 해주면서도, 기존의 시스템 소프트웨어를 수정 없이 사용할 수 있다는 장점으로 인해 각광 받고 있다. 하지만 기존 VMM(Virtual Machine Monitor)의 I/O 가상화 기술은 임베디드 환경에 바로 적용하기에는 비효율적인 구조를 취하고 있다. 본 논문에서는 임베디드 시스템을 위한 전가상화 VMM인 ViMo를 기반으로 virtio를 적용하여 기존 VMM들의 I/O 가상화보다 효율적인 구조의 임베디드 I/O 가상화 기법을 제안한다.

• 한국게임학회 논문지
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• 제16권4호
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• pp.57-68
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• 2016

게임 애플케이션에서 사용하는 데이터의 크기가 점차 커짐에 따라 물리적인 게임 서버 자원은 점차 늘어 가고 있다. 이에 따라 서버의 I/O 성능을 향상시키기 위해 게임 서버에 I/O 가상화 기술을 도입하고자 하는 요구가 점차 증가하고 있다. 그러나, I/O 지연 시간이 수시로 변하는 게임 서버는 I/O 응답성을 쉽게 보장하기가 힘들다. I/O 가상화 효과를 극대화하기 위해 I/O 응답성 보장은 매우 중요하며 가상 머신의 우선순위에 따라 I/O 지연 시간을 관리할 수 있는 I/O 스케줄링 기법이 반드시 필요하다. 따라서 본 논문에서는 가상화 환경에서 최대 I/O 지연 시간을 보장하는 효율적인 지연 제약 스케줄링 기법을 제안한다. 또한 제안한 기법을 이용하여 지연시간을 보장하는지 실험을 하여, 패킷의 손실량이 줄고 스케줄링의 공정성이 증가한 것을 확인하였다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2011년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.38 No.1(A)
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• pp.520-523
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• 2011

가상화는 하나의 컴퓨팅 노드에 여러 개의 가상 머신을 구성하여 서버의 자원 활용률을 높여주는 매우 유용한 기술이다. 하지만 아직까지 멀티코어 기반의 전가상화(Full Virtualization) 환경에서 네트워크 I/O 성능 향상을 위한 연구는 미비하다. 또한 기존의 프로세스 스케줄링 기법은 통신을 수행하는 게스트 도메인의 프로세스들을 효과적으로 지원해주지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 네트워크 I/O 가상화를 위한 통신 프로세스의 동적 스케줄링 방식을 제안한다. 기존의 프로세스 친화도 결정 기법을 기반으로 네트워크 I/O 가상화에 특화된 제안 기법은 전가상화 VMM(Virtual Machine Monitor)인 VirtualBox를 대상으로 구현되었으며, 성능 측정을 통하여 네 개의 가상 머신을 적용하였을 경우 기존 리눅스 스케줄러 대비 총 네트워크 사용량을 약 97% 상승 시킴을 보인다.

• 정보처리학회 논문지
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• 제13권2호
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• pp.48-59
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• 2024

하드웨어 자체적으로 가상화를 지원하는 기능들이 추가됨에 따라 다양한 작업 유형을 가진 사용자 어플리케이션들이 가상화 시스템에서 효율적으로 운용되고 있다. 가상화 지원 기능 중 SR-IOV는 PCI 장치에 대한 직접 접근을 통해 하이퍼바이저 또는 운영체제 개입을 최소화하여 시스템 성능을 높이는 기술로 베어-메탈 시스템 대비 비교적 긴 I/O 경로 및 사용자 영역과 커널 영역에 대한 빈번한 컨텍스트 스위칭 등 가상화 계층의 추가로 낮은 네트워크 성능을 가진 가상화 시스템에서 네트워크 I/O 가속화를 실현하게 해준다. 이러한 성능적 이점을 이용하기 위해 가상머신 또는 컨테이너와 같은 인스턴스에 SR-IOV를 접목할 시 최적의 네트워크 I/O 성능을 도출할 수 있는 네트워크 자원 관리 정책이 활발히 연구되고 있다. 본 논문은 I/O 가속화를 실현하는 SR-IOV의 네트워크 성능을 1) 네트워크 지연 시간, 2) 네트워크 처리량, 3) 네트워크 공정성, 4) 성능간섭, 5) 다중 네트워크와 같은 측면으로 세밀한 성능 평가 및 분석을 Virtio와 비교하여 진행한다. 본 논문의 기여점은 다음과 같다. 첫째, 가상화 시스템에서 Virtio와 SR-IOV의 네트워크 I/O 과정을 명확히 설명했으며, 둘째, Virtio와 SR-IOV의 네트워크 성능을 다양한 성능 메트릭을 기반으로 분석하였다. 셋째, 가상머신 밀집도가 높은 환경에서 SR-IOV 네트워크에 대한 시스템 오버헤드 및 이에 대한 최적화 가능성을 실험으로 확인하였다. 본 논문의 실험 결과 및 분석들은 스마트 팩토리, 커넥티드-카, 딥러닝 추론 모델, 크라우드 소싱과 같은 네트워크 집약적인 서비스들을 운용하는 가상화 시스템에 대한 네트워크 자원 관리 정책에 활용될 것으로 기대된다.