네트워크 사용자의 급속한 증가로 네트워크 내의 부하를 감당하기에는 많은 어려움을 가져왔다. 이와 같은 이유로 기존의 TCP/IP 에서 세션을 통하여 노드들 간의 통신을 연결하는 방식에서 현재는 하나의 채널을 통해 고속의 I/O 가 가능하도록 하는 기술의 많이 연구되고 있다. 그 대표적인 것으로 인피니밴드가 있다. 인피니밴드는 프로세싱 노드와 입출력 장치 사이의 통신, 프로세스간 통신에 대한 산업 표준이 되고 있고 프로세싱 노드와 입출력 장치를 연결하기 위해 스위치 기반의 상호 연결은 전통적인 버스 입출력을 대체하는 새로운 입출력 방식을 사용한다. 또한 인피니밴드는 서버 시스템에서 요구하는 여러 특징 중에서 어플리케이션에게 QoS (Quality of Service)을 보장할 수 있는 메커니즘을 포함하고 있다. 본 논문에서는 어플리케이션에서 요구하는 각 트레픽의 요구 대역폭 크기에 따라 구분하여 효율적인 중재 테이블의 구성을 통해 데이터 전송에 있어 QoS 에 합당하게 출력포트를 통해 나갈 수 있도록 중재 테이블을 관리하는 기법을 제안하고 이를 NS-2 (Network Simulator)을 이용하여 성능 평가를 했다. 특히 기존 인피니밴드에서의 중재 테이블을 이용한 패킷 처리량과 본 논문에서 제안한 중재 테이블 구성 방식을 이용한 패킷 처리량을 비교했으며 성능평가 결과는 기존의 인피니밴드에서의 패킷 처리량에 비해 약 19% 향상된 결과를 나타냈다.
IT 산업의 발전과 더불어 네트워크 사용자의 급속한 증가로 정보의 양은 폭발적으로 증가하고 있으며, 네트워크 내의 부하를 감당하기에는 많은 어려움을 가져왔다. 이와 같은 이유로 대규모의 정보를 저장할 수 있는 대용량의 저장 시스템 연구와 기존의 TCP/IP에서 세션을 통하여 노드들 간의 통신을 연결하는 방식에서 현재는 하나의 채널을 통해 고속의 I/O가 가능하도록 하는 기술이 많이 연구되고 있다. 그 대표적인 것으로 인피니밴드가 있다. 인피니밴드는 프로세싱 노드와 입출력 장치 사이의 통신, 프로세스간 통신에 대한 사업 표준이 되고 있고 프로세싱 노드와 입출력 장치를 연결하기 위해 스위치 기반의 상호 연결은 전통적인 버스 입출력을 대체하는 새로운 입출력 방식을 사용한다. 본 고에서는 앞서 말한 바와 같이 현재 TCP/IP기반의 네트워크 부하를 새로운 채널 기반의 인피니밴드를 이용하여 해소하고 이 기술을 네트워크 저장장치에 적용하기 위한 관련 기술에 대한 논하고자 한다.
본 논문은 퍼스널 컴퓨팅 환경의 성능 향상을 위한 인피니밴드 네트워크 기반 인메모리 스토리지 시스템의 구조를 제안한다. 성능평가를 위해 100Gbit/s을 지원하는 MCX455A-ECAT 한 쌍을 MCP1600-E02A 케이블로 직결한 x86-64 architecture의 인피니밴드 네트워크를 구성하고 Target 시스템에 iSCSI Extensions for RDMA(iSER)을 적용한 RAM disk를 생성하였다. CentOS virt-manager에서 생성한 Initiator 시스템의 Windows 가상 머신에는 Target 시스템의 RAM disk를 VirtIO 방식으로 연결한다. 이 구조는 시스템 종료 후 초기화되는 종래 RAM disk의 일반적 특성을 개선한다. 마지막으로 스토리지 성능평가를 통해 향후 출시될 PCI Express 4.0 이상의 시스템과 퍼스널 컴퓨팅 스토리지 성능 향상 측면에서 해당 구조의 적합성을 보인다.
최근 TCP/IP에서 세션을 통하여 노드들 간의 통신을 연결하는 방식에서 현재는 하나의 채널을 통해 고속의 I/O가 가능하도록 하는 인피니밴드 같은 기술이 많이 연구되고 있다. 인피니밴드는 프로세싱 노드와 입출력 장치 사이의 통신, 프로세스간 통신에 대한 산업 표준이 되고 있고 프로세싱 노드와 입출력 장치를 연결하기 위해 스위치 기반의 상호 연결은 전통적인 버스 입출력을 대체하는 새로운 입출력 방식이다. 또한 인피니밴드에서는 현재 이슈가 되고 있는 RDMA 방식을 이용해 원격지 서버들간에 직접 메모리 접근 방식을 통해 CPU와 OS의 로드를 최소화하고 있다. 본 논문에서는 인피니밴드 네트워크를 이용하는 저장장치 접근 프로토콜인 iSER(iSCSI Extension RDMA Protocol)와 기존 이더넷망에서 사용되는 iSCSI(Internet SCSI) 프로토콜을 이용하여 서버와 저장장치 간의 IOPS 와 초당 데이터 전송량에 대한 성능을 평가한다. 우리는 성능평가를 위해 Intel에서 제공하는 저장장치 I/O 성능평가 도구인 IO meter를 이용했다.
인피니밴드(InfiniBand) 기술은 클러스터 컴퓨팅용 고성능 시스템 연결망으로의 활용을 목적으로 컴퓨터 업계를 중심으로 활발히 개발되고 있는 차세대 시스템 연결망 기술이다. 본 논문에서는 고성능 클러스터 시스템을 위한 인피니밴드 시스템 연결망의 설계와 구현을 다루며, 특히 이중(dual) ARM9 프로세서를 기반으로 한 인피니밴드 호스트 채널 어댑터(host channel adapter HCA) 개발에 초점을 맞추어 기술한다. KinCA라는 코드명이 부여된 HCA는 클러스터 시스템의 각 호스트 노드(host node)를 하드웨어 및 소프트웨어적으로 인피니밴드 연결망에 연결한다. ARM9 프로세서 코어는 다중 처리기 구성을 위해 필요한 기능을 지원하지 않으므로, 두 개의 프로세서간 통신 및 인터럽트 메커니즘을 설계하여 Kinch 칩에 내장하였다. 일종의 SoC인 KinCA 칩은 0.18$\mu\textrm{m}$ CMOS 기술을 사용하여 564핀 BGA(Ball Grid Array) 소자로 제작되었다. KinCA는 호스트 노드에 장착되어 송신과 수신 각각에 대하여 10Gbps의 고속 대역폭을 제공함으로써 고성능 클러스터 시스템의 구현을 가능하게 해준다.
최근 고성능 네트워크 기술을 기반으로 다수의 컴퓨터를 활용하여 클러스터를 구축하고 고성능 컴퓨팅 환경을 제공하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이와 같은 고성능 클러스터 환경에서 각 컴퓨팅 노드의 데이터 처리 성능을 향상시키기 위하여 Redis, Memcached와 같은 인-메모리 기반 키-값 데이터 저장소를 활용하고 있다. 이를 통해 인-메모리 기반으로 데이터를 분산 저장하고 각 컴퓨팅 노드에서 필요한 데이터를 고속으로 접근할 수 있다. 인피니밴드는 이와 같은 고성능 클러스터에서 각 컴퓨팅 노드를 연결하기 위한 사실상의 표준 기술이다. 본 논문에서는 키-값 데이터 저장소 기반 고성능 클러스터 컴퓨팅 시스템의 데이터 처리 성능을 향상시키기 위해 인피니밴드 네트워크의 데이터 송수신 지연 특성을 활용한 데이터 선반입 기법을 제안한다. 시뮬레이션을 통해 제안 기법이 기존 기법보다 데이터 송수신 소요시간을 최대 약 28% 줄여 컴퓨팅 성능을 향상 시킬 수 있음을 보인다.
오픈스택은 개발자가 IaaS(Infrastructure as a Service) 클라우드 플랫폼을 구축할 수 있게 하는 오픈소스 소프트웨어이다. 오픈스택은 서버, 네트워크, 스토리지 자원들을 가상화하고, 사용자들에게 이를 제공한다. 본 논문에서는 입출력 연산 시 서버와 스토리지 노드 간에 발생할 수 있는 병목현상을 해결하기 위해 고속 통신을 지원하는 인피니밴드 스토리지 네트워크를 적용한 오픈스택 클라우드 스토리지 시스템의 구조를 제안한다. 또한 모든 SSD들에 분산 RAID-60 구조를 적용하여 Nova의 가상머신에서 사용 가능한 All Flash Array 기반의 고성능 Cinder 스토리지 볼륨을 구현하며, 오픈스택에 적용한 인피니밴드 스토리지 네트워크가 고성능 스토리지 가상화에 적합함을 보인다.
네트워크 사용자의 급속한 증가로 네트워크 내의 부하를 감당하기에는 많은 어려움을 가져왔다. 이와 같은 이유로 기존의 TCP/IP에서 세션을 통하여 노드들 간의 통신을 연결하는 방식에서 현재는 하나의 채널을 통해 고속의 I/O가 가능하도록 하는 기술이 많이 연구되고 있다. 그 대표적인 것으로 인피니밴드가 있다. 인피니밴드는 프로세싱 노드와 입출력 장치 사이의 통신, 프로세스간 통신에 대한 산업 표준이 되고 있고 프로세싱 노드와 입출력 장치를 연결하기 위해 스위치 기반의 상호 연결은 전통적인 버스 입출력을 대체하는 새로운 입출력 방식이 사용된다. 또한 인피니밴드에서는 현재 많은 이슈가 되고 있는 RDMA 방식을 이용해 원격지 서버들 간에 직접 메모리 접근 방식을 통해 CPU와 OS의 로드를 최소화하고 있다. 본 논문에서는 RDMA를 적용한 새로운 채널 기반 네트웍의 프로토콜인 SDP(Socket Direct Protocol)를 구현하여 SDP_STREAM의 패킷 처리량에 대한 성능을 평가한다. 그리고 이에 대한 성능 평가를 위해서 Netperf 툴을 이용했다. 특히 Zero-Copy방식을 사용하지 않는 일반적인 소켓 API을 이용한 TCP_STREAM과 Zero-Copy방식을 이용한 SDP_STREAM의 패킷 처리량을 비교했으며 성능 평가 결과는 기존의 TCP_STREAM 패킷 처리량에 비해 약 3배 이상 향상된 결과를 나타냈다.
클러스터 시스템을 관리하기 위하여 모니터링 툴(S/W)이 필요하지만, 소규모 클러스터 시스템에 적합하고 관리자가 필요로 하는 기능을 갖춘 모니터링 툴을 결정하는 것은 쉽지가 않다. 본 문서는 인피니밴드 네트워크 스위치를 사용한 소규모 SMP 클러스터 시스템을 위하여 개발한 모니터링 툴의 설계와 구현 내용을 기술하였다. 모니터링 툴의 기능은 계산노드, 인피니밴드 스위치 그리고 작업관리 스케쥴러(PBS)의 작업을 모니터링한다.
대량의 메모리, 네트워크 장치, 저장매체, CPU 등으로 구성된 데이터 센터의 운용에 있어서 시스템 구축이나 운용을 단순화하기 위한 가상화가 고려되고 있다. 특히 금융 분야와 같이 데이터의 폭증 시대에 대응하기 위한 분산 서버 노드의 메모리 가상화 시스템을 고려할 수 있으며 본 연구에서는 이러한 메모리 가상화 시스템을 운용하는데 있어서 지연을 최소화하기 위한 인피니밴드의 활용방안에 대하여 검토한다. 인피니밴드의 메모리 접속 기능인 RDMA (Remote Direct Memory Access)를 더욱 쉽게 사용하기 위한 사용자 친화적인 라이브러리 구현 방법을 제안하며 RDMA 사용 시 발생하는 지연 현상을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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