최근에 소프트웨어 분산공유메모리 시스템은 그 성능이 높아짐에 따라 큰 규모의 클러스터 상에서 사용되는 경우가 많아졌다. 그러나 시스템 규모가 커지면서 고장이 발생하는 가능성도 높아졌다. 시스템의 가용성을 높이기 위하여 고장 허용 기능을 제공하는 분산공유메모리 시스템이 요구되었으며 메시지 로깅에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. 본 논문에서는 고속의 네트웍을 이용하여 복구에 필요한 메시지들을 원격 노드의 메모리에 로깅 하는 방법을 제안한다. 원격 로깅은 정상 수행 동안 빈번한 디스크 접근을 요구하지 않으므로 오버헤드가 적다. 또한 로그를 유지하는 백업 노드들이 고장나지 않은 경우 다중 노드의 고장을 허용하여, 분산공유메모리 시스템의 신뢰성을 높인다. 본 논문에서는 FT-KDSM (Fault Tolerant KAIST DSM) 시스템을 설계하고 구현하여 원격 로깅의 성능을 보이고 고장으로부터의 복구 시간을 보인다.
거짓 공유는 공유 메모리 다중 처리기 시스템에서 여러 처리기들이 일관성 유지의 단위 메모리 영역을 공유함으로 인해 발생하는 현상으로써, 메모리 일관성 유지의 정확성에는 아무런 도움을 주지 못하면서 그 비용만 증가시키는 주요 요인이다. 특히 메모리 일관성 유지의 단위가 커질수록 그 피해가 더 커진다고 할 수 있다. 페이지-기반 분산 공유 메모리 시스템에서 거짓 공유를 줄이기 위해서는 공유 페이지에 할당되는 객체들의 특성을 미리 예측하여 참조 패턴이 상이한 객체들이 하나의 공유 페이지에 섞이는 것을 방지하는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 객체-크기와 호출지-추적에 기반한 거짓 공유 감소 기법인 SCSTallocator: Sized and Call-Site Tracing based allocator)을 제시한다. SCSTallocator는 서로 다른 코드 위치에서 할당 요청된 공유 객체들은 각각 상이한 참조 패턴을 보일 것이라는 가정에 기반함과 동시에 요청된 객체의 크기가 다르면 향후 참조 패턴도 다를 것이라고 가정하고 있다. 본 논문에서는 기존의 두 정책(크기별 할당 정책과 호출지-추적 기반 할당 정책)을 동시에 적용할 경우 거짓 공유를 더 많이 줄일 수 있을 것이라는 예상을 실험을 통해 확인하였다.
RT-eCos3.0은 대표적 분산 실시간 객체 모델인 TMO(Time-triggered Message-triggered Object)의 실행을 제공하기 위하여 공개소스 eCos3.0 기반으로 개발된 초경량 경성 실시간 임베디드 운영체제이다. RT-eCos3.0에서는 분산 컴퓨팅 지원을 위하여 네트워크에 투명한 채널 기반 publisher/subscriber 모델의 멀티캐스트 분산 IPC를 지원하고 있다. 본 논문에서는 이와 같은 기존의 분산 IPC를 이용하여 보다 더 직관적인 분산 동기화 read/write 인터페이스를 제공하는 객체 기반의 분산 공유 메모리 시스템을 설계/구현하였다. 구현된 분산 공유 메모리는 각 로컬 노드의 캐시 객체의 사용으로 가능한 한 최소한의 네트워크 통신으로 동기화가 가능하도록 설계 구현되었다.
캐쉬를 사용하는 분산 공유 메모리 시스템에서는 캐쉬들 사이의 일관성 유지를 위한 지연 시간이 성능에 큰 영향을 미친다. 최근에는 각 공유 메모리의 일반적인 접근 패턴을 학습하여 일관성 유지의 예측적 수행을 가능하게 하는 메모리 공유 패턴 예측기가 연구되고 있다. 기존의 메모리 공유 패턴 예측기는 패턴 정보를 저장하기 위해서 모든 메모리 블락마다 예측 테이블들을 할당하지만 실제로 성능 향상에 도움을 주는 테이블들은 소수에 불과하다. 본 논문에서는 적은 양의 패턴 저장 공간을 사용하면서 기존의 예측기와 유사한 성능을 낼 수 있는 캐쉬 구조의 메모리 공유 패턴 예측기를 제안한다, 제안된 예측기에서는 좋은 성능을 내는 예측 테이블들을 선택적으로 저장하게 하는 효율적인 테이블 교체 기법이 요구된다. 본 논문에서는 LRU 교체 기법을 캐쉬 구조의 예측기에 적용시켰을 때의 문제점을 분석하고 제안된 예측기의 특성에 적합한 테이블 교체 기법을 제안한다.
다단계 버스 네트워크 기반의 분산공유메모리 환경에서 효율적인 동적 라우팅 알고리즘을 제안한다. 버디특성으로부터 생기는 잉여경로들을 활용하여 네트워크 상의 스위치들의 트래픽을 동적으로 분산시키고, 동적 라우팅이 선택될 확률을 높이기 위해 기존의 최적 경로결정 알고리즘을 개선한 것이다. 시뮬레이션을 통해 제안된 동적 라우팅 알고리즘의 성능과 다단계 버스 네트워크에서의 잉여경로들을 고려하지 않는 기존의 라우팅 알고리즘들의 성능을 비교하여 우리가 제안한 동적 라우팅 알고리즘이 기존의 라우팅 알고리즘들보다 평균 대기 작업수와 평균 응답시간 면에서 효율적으로 동작한다는 것을 보인다.
대규모 분산 공유메모리 다중처리기는 공유메모리 접근 지연시간이 크다는 약점을 지니고 있다. 이러한 다중처리기에서 모든 메모리 요청이 홈노드를 통해 이루어지는 디렉토리 기반의 캐쉬 일관성 유지 기법의 사용은 메모리 접근 지연시간을 더욱 크게하는 요인으로 작용한다. 뿐만 아니라 메모리 접근 지연시간은 시스템의 규모가 커질수록 전체 성능에 중요한 요소로 작용하므로, 대규모 시스템에서 이를 줄이기 위해서 많은 연구들이 있었다, 본 논문에서는 메모리 읽기 지연시간을 줄이는 새로운 캐쉬 일관성 유지 기법을 제안한다. 제안된 기법은 적응적 메모리 갱신을 이용하여 구현되었다. 적응적 메모리갱신은 홈노드의 메모리를 미리 갱신함으로써 읽기 접근 지연시간을 줄이는 방법이다. 이를 위해서 홈노드는 메모리 접근 유형을 분석해야 한다. 대부분의 공유메모리 접근은 일정한 유형을 지니므로 이를 토대로한 홈노드의 갱신은 높은 적중률을 보인다. 제안된 프로토콜의 성능을 측정하기 위하여 모의실험을 하였다. 모의실험 결과는 제안된 프로토콜에서 읽기 지연시간과 실행시간이 감소하는 것을 나타낸다.
본 논문에서는 대규모 다중처리기 시스템에서 다중쓰레드를 지원하는 기법에 관하여 다룬다. 분산공유메로리에서의 주소번역표 관리, 블록 일관성 유지 방법, 그리고 블록 대치 정책에 대하여 쓰레드 프로그래밍 환경에 적합한 새로운 기법을 제안한다. 이 기법은 분산공유메모리에서 일반적으로 발생하는 문제점들인 거짓 공유, 불필요한 중복, 블록 바운싱, 그리고 주소 엘리어싱 등을 효율적으로 해결한다. 그리고 응용프 로그램의 투명성을 제공하고, 시스템의 확장과 구현 용이하도록 해주며, 다중쓰레드 환경을 사용자에서 제공한다.
최근 물리적으로 분산 메모리 하드웨어 상에서 공유메모리 프로그래밍 모델을 제공하는 3소프트웨어 분산 공유 메모리(Distributed Shared Memory, DSM) 시스템을 위해 여러 프로토콜이 등장하고 있다. 본 논문에서는 기존의 동적 복원 프로토콜인 하이브리드 프로토콜[11]의 성능향상을 제안하는 두 가지 문제를 밝혀내고 이를 개선하기 위한 향상된 하이브리드 프로토콜을 제안한다. 이 프로토콜은 동기화 시점에서 기존 프로토콜과 같이 과거에 어떤 페이지를 이미 접근한 프로세스에 대해서 복원 프로토콜을 적용할 뿐만 아니라. 그 페이지에 접근한 프로세스의 수가 선택된 파라미터 값 이상이면 모든 프로세스에 대해 복원 프로토콜을 적용한다. 제안한 프로토콜을 DSM 시스템인 CVM에 구현하고 100Mbps인 Ethernet으로 연결된 8대의 Sun ultral상에서 6개의 응용 프로그램에 대해 성능평가를 수행하였다. 그결과 원격 프로세스에 대한 수정정보 요구 메시지의 수를 평균 16% 감소시켰고, 4개의 응용프로그램에서 2-5%의 성능향상을 얻었다.
홈기반의 분산 공유메모리 모델은 지금 현재 가장 적은 외부 통신비용을 가진 프로토콜 모델이다. 본 논문에서는 기존의 Recoverpoint와 Recoverpoint Server를 이용한 결함허용모델 (Checkpoint Model)을 보다 향상시키기 위하여 향상된 결함복구후 재실행 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 피기백(Piggyback)방식과 복수개의 Checkpoint를 사용하며 기존의 Vector Time Stamp 기법시스템보다 더 낳은 확장성과 실행속도를 제공한다.
본 연구에서는 분산 공유 메모리 시스템을 위해 기존의 두 프로토콜, Lazy Multiple Writer 프로토콜[3]과 Home-based 프로토콜[6]을 혼합한 적응적 프로토콜, Adaptive Lazy Multiple Writer(ALMW)을 제안한다. ALMW는 두 프로토콜 중 실시간에 접근패턴을 보고 각 페이지 별로 적절한 프로토콜을 선택하여 성능향상을 꽤한다. 본 프로토콜을 CVM[10] 패키지에 구현하고 기존의 두 프로토콜과 함께 IBM-SP2머신의 8개 프로세서상에서 4개의 응용 프로그램에 대해 성능 평가를 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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