현재 전세계적으로 과한 기술 연산용 리눅스 클러스터에 대한 연구와 개발이 진행되고 있는 추세이다. 본 논문에서는 펜티엄 프로세서와 알파 프로세서 및 고속 이더넷을 이용한 리눅스 클러스터를 구현하고 이를 전산유체역학 분야에 적용하기 위한 선행연구로서 NAS의 병렬 벤치마크 프로그램인 NPB를 사용하여 리눅스 클러스터들의 성능을 비교 분석하였다. NPB 프로그램은 전산유체역학 분야의 해석프로그램에서 널리 이용되는 알고리즘들로 구성된 벤치마크의 프로그램으로 이를 이용한 성능 평가의 결과는 향후 리눅스 클러스터에서 실제 전산유체역학 코드들의 성능을 나타내는 중요한 지표가 될 수 있다. NPB 벤치마크 결과 리눅스 클러스터는 고가의 슈퍼컴퓨터에 비해 전산유체역학 분야에서 높은 가격 대 성능비를 보임을 알 수 있으며 이를 통하여 저비용 슈퍼컴퓨팅의 가능성을 제시하고자 한다.
최근 리눅스 클러스터 시스템의 활용 범위가 커지면서 멀티미디어 서비스를 제공하려는 시도가 나타났다. 리눅스 클러스터 시스템 상에서 효과적으로 멀티미디어 서비스를 제공하려면 적합한 파일 시스템의 도움이 필수적이다. 즉, 클러스터 파일 시스템을 통하여 응용 프로그램에 대한 단일 입출력공간을 제공하고 효율적인 파일/디렉토리 연산을 제공하는 기술이 중요하다. 본 논문에서는 리눅스 클러스터 시스템을 위한 클러스터 파일 시스템(Cluster File System, 이하 CFS로 표기)을 설계 및 구현한다. CFS는 리눅스 파일 시스템 위에 사용자 수준에서 구현된 시스템으로 사용자에게는 단일 시스템 이미지를 제공한다. 내부적으로는 대용량의 파일이 분산되어 저장되며 이를 위해 파일/디렉토리 정보도 각각의 노드에서 분산 관리된다. 사용자에게는 응용 프로그램의 개발이 용이하도록 API가 제공되며, 또한 CFS를 관리하기 위한 도구들이 제공된다.
리눅스 클러스터 서버는 고성능 저가의 PC와 공개 소프트웨어인 리눅스를 활용함으로써 고가의 단일서버에 비하여 확장성과 가용성이 높은 고성능 서버의 실현이 가능하다. 이에 따라 리눅스 클러스터 서버를 대용량 멀티미디어 스트리밍 서비스 등에 활용하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 리눅스 클러스터 상에서 스트리밍 표준 프로토콜인 RTSP/RTP를 기반으로 현재 가장 널리 활용되고 있는 Microsoft사의 ASF 파일 형식을 지원하는 스트리밍 서버와 클라이언트 플레이어를 설계 구현한다. 구현된 시스템은 Windows 시스템에 비하여 비교적 저가에 현재 인터넷상에서 스트리밍 서비스의 표준으로 자리잡고 있는 ASF 파일의 스트리밍 실현이 가능하다.
최근에 클러스터 시스템 사용이 보편화되어 가고 있지만 클러스터를 구성하고 있는 노드 사이의 통신이 여전히 전체 성능 향상의 병목요인으로 지적되어 있다. 현재 클러스터 시스템의 노드간 통신은 TCP 프로토콜을 이용하고 있는데, 동질적이고 전송에러를 무시할 수 있는 클러스터 통신망에는 적합하지 않다. TCP의 단점을 극복하기 위하여 클러스터를 위한 다양한 사용자 수준 인터페이스가 제안되고 구현되었다. 이 중 Intel, Compaq, Microsoft가 주축이 되어 정의한 VIA는 SAN 환경에 적합하도록 기존의 소프트웨어 오버헤드를 줄인 사용자 수준의 통신 프로토콜이다. 본 논문에서는 현재 리눅스 클러스터 상에서 사용 가능한 VIA 구현들에 대해 특징을 살펴보고, 동일한 환경에서 성능을 비교해 보았다.
본 논문에서는 리눅스 클러스터 시스템 통합 관리 도구인 CATS-i'(Cluster Administration ToolS on the Internet)의 시스템 구성과 디자인 문제들을 논한다. CATS-i'는 리눅스 클러스터 시스템을 쉽고 빠르고 안전하게 설치하고 관리하기 위하여 개발된 도구이다. 클러스터의 운영체제 설치에서부터 응용 프로그램 패키지 설치, 클러스터 노드들의 자원들을 실시간으로 모니터링하고 관리할 수 있는 기능, 배치 작업 제출 및 관리 기능들이 통합되어 사용자에게 단일 시스템 이미지를 제공한다. 또한 사용자가 플랫폼에 관계없이 쉽고 편리하게 클러스터의 상태를 파악하고 관리할 수 있는 자바 기반의 강력한 그래픽 사용자 인터페이스를 제공한다.
비디오 서버는 제한된 자원을 이용하여 보다 많은 사용자에게 안정적인 005(Quality of Service)를 제공하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 안정적인 QoS를 지원하기 위한 서버 진입 제어에 관한 연구를 클러스터 형태의 VOD 서버에서 수행하였다. 리눅스 환경에서 구축된 VOD 서버의 성능을 분산 저장 노드의 수와 일반 재생 및 고속 재생의 비율을 변화시키며 측정하였다. 측정한 결과를 토대로 클러스터 VOD 서버의 성능 제한의 원인을 분석하고, 그에 따른 대책을 제안한다. 분석된 자료는 클러스터 VOD 서버에서 진입 제어의 기준을 결정하는 변수들로 사용되어 진다.
전산유체역학분야에서의 효율적인 해석을 위해서 병렬처리기법이 널리 사용되고 있다. 병렬처리기법과 함께 최근에는 저가의 리눅스 클러스터 컴퓨터들이 기존의 슈퍼컴퓨터들을 대체하는 추세이다. 리눅스 클러스터 컴퓨터에서 수행되는 해석프로그램의 성능은 클러스터 시스템의 프로세서 성능 뿐 아니라 클러스터 시스템에서 사용되는 네트웍 장비의 성능에 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 미리넷2000, 기가비트 이더넷, 패스트 이더넷 등 네트웍 장비에 따라서 클러스터 시스템의 성능이 어떻게 달라지는지를 Netpipe, LINPACK, NAS NPB, 그리고 MIPNS2D Navier-Stokes 해석프로그램을 사용하여 비교하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 전산유체역학 분야에서 사용될 고성능 저비용 리눅스 클러스터 시스템을 구축하는 방법을 제시하고자 하였다.
컴퓨터의 급속한 보급과 인터넷의 사용이 급증하면서 사용자에게 좀 더 나은 서비스를 제공하기 위해 고성능 웹서버가 필요하게 되었다. 따라서 최근에는 리눅스 가상서버를 이용한 클러스터 웹 서버의 구축사례가 늘고 있다. 이는 기존의 단일 서버 시스템에 비해 가격이 저렴하면서도 지속적인 서비스를 할 수 있는 가용성과 서버의 수를 쉽게 늘릴 수 있는 확장성을 갖고 있다. 오픈소스인 리눅스와 여러 대의 저렴한 PC들을 이용하여 서버로 들어오는 부하를 분배서버가 여러 실제 서버에게 분산시킴으로써 웹 서버의 성능을 향상시키고, 서버의 가용성을 높이는 것이 클러스터 웹 서버의 목적이라 할 것이다. 본 논문에서는 서버에 들어오는 요청을 실제 서버들에게 분산시켜주는 스케줄링 알고리즘들을 알아보고 각각의 성능을 비교, 분석하였다. 그 결과 정적 스케줄링 알고리즘보다는 각 실제 서버의 부하를 고려한 알고리즘이 더 좋은 성능을 보인다는 것과 캐쉬 친화적 알고리즘이 캐쉬를 고려하지 않은 알고리즘 보다 더 좋은 성능을 보인다는 것을 알 수 있었다. 가장 중요한 결론으로는 알고리즘의 성능보다는 노드 개수 증가율이 클러스터 웹 서버 성능에 더 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
최근 몇 년 동안 컴퓨터 사용자들의 멀티미디어 데이터에 대한 요구가 빠르게 증가하고 있다. 멀티미디어 데이터를 서비스하기 위해서는 대용량의 저장장치가 필요하며 연속재생이 가능하여야 한다. 이와 관련하여 데이터 압축기술과 스트리밍 기슬과 고성능 PC를 고속의 네트웍으로 연결하는 클러스터 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 클러스터 시스템은 비교적 저렴한 가격의 고성능 시스템으로 고가의 단일서버에 비해 확장성과 가격대 성능면에서 유리하다. 이에 본 연구에서는 리눅스 클러스터 기반의 오디오/비디오 실시간 및 VOD 스트리밍 서버와 일반적인 사용자에게 친숙한 윈도우 환경의 플레이어를 구현하였다. 또한 본 연구에서 구현한 시스템에서는 기존에 윈도우 NT계열에서만 스트리밍이 가능했던 ASF포맷의 멀티미디어 데이터를 리눅스 서버에서도 스트리밍 서비스가 가능하도록 하였다.
Windows 운영체제 기반의 병렬처리 환경을 구축하였으며, 리눅스 운영체제 기반의 시스템과 비교하여 병렬처리 성능을 살펴보았다. Windows 클러스터는 Fast-Ethernet으로 연결된 서버와 클라이언트로 구성되어 있으며, 두 개의 클러스터가 동시에 또는 개별적으로 운용될 수 있도록 구성하였다. 계산 도구로서 Compaq Visual Fortran 컴파일러와 두 개의 MPI 라이브러리, MPICH.NT.1.2.2 와 MP-MPICHNT.1.2 를 설치하였다. 병렬 처리 성능 시험은 이차원 예조건화 Navier-Stokes 코드를 이용하여 수행하였으며, 리눅스 클러스터의 결과와 비교하여, 프로세서의 수, 문제의 크기 그리고 MPI 라이브러리에 따른 의존성을 살펴보았다. 이 결과는 사용자에게 친숙한 Windows 운영체제 기반의 클러스터가 병렬 계산 환경에서도 유용하며, 이전의 리눅스 클러스터에 버금가는 우수한 성능을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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