• 정보과학회 논문지
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• 제44권10호
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• pp.1005-1018
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• 2017

가상화는 클라우드 컴퓨팅의 핵심 기술로 물리적 서버에 다수의 가상머신을 운영하여 서버 자원에 대한 활용도를 극대화하고, 관리의 편리성과 보안성을 향상시키는 것을 목표로 한다. 그러나 가상화는 물리적인 자원을 공유하기 때문에 가상머신의 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 가상머신의 대수에 따라서 발생하는 입출력 부하를 검증하고, 성능 저하의 원인을 해결하기 위해 KVM 하이퍼바이저의 블록 처리 과정을 분석하였다. 또한, 가상화 환경의 입출력 문제점을 보완하기 위한 QBic(QEMU/K-VM Based In-Memory Cache)을 구현하였다. QBic은 하이퍼바이저의 블록 입출력 과정을 모니터링하여 사용빈도가 높은 데이터를 캐시에 저장한다. 이후 캐시를 통해 해당하는 데이터를 빠르게 접근할 수 있으며, 스토리지의 접근 횟수를 줄여 하드웨어의 부하를 낮출 수 있다. 마지막으로 성능 측정을 통해 그 결과를 기술한다.

• 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.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.177-181
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• 2016

본 논문에서는 저널링을 사용하는 전가상화 시스템에서 호스트 캐시의 효율을 높이기 위한 기법을 제안한다. 게스트의 저널링 데이터는 쓰기를 위해 호스트 캐시에 한번만 접근되는 패턴과 빈번한 sync 명령으로 인해 캐시의 효율을 감소시킨다. 이러한 성능 감소를 줄이기 위하여 본 논문에서는 게스트의 저널링 데이터가 호스트 캐시에 접근하는 것을 막는 PDC라는 기법을 제안한다. PDC는 Linux 4.14 버전에서 QEMU-KVM 2.1 버전을 기반으로 구현하였으며, 다양한 워크로드에서 3-32%의 성능 향상을 보였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권12호
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• pp.5375-5400
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• 2016

IOMMU is a hardware unit that is indispensable for DMA. Besides address translation and remapping, it also provides I/O virtual address space isolation among devices and memory access control on DMA transactions. However, currently commodity virtualization platforms lack of IOMMU virtualization, so that the virtual machines are vulnerable to DMA security threats. Previous works focus only on DMA security problem of directly assigned devices. Moreover, these solutions either introduce significant overhead or require modifications on the guest OS to optimize performance, and none can achieve high I/O efficiency and good compatibility with the guest OS simultaneously, which are both necessary for production environments. However, for simulated virtual devices the DMA security problem also exists, and previous works cannot solve this problem. The reason behind that is IOMMU circuits on the host do not work for this kind of devices as DMA operations of which are simulated by memory copy of CPU. Motivated by the above observations, we propose an IOMMU para-virtualization solution called PVIOMMU, which provides general functionalities especially DMA security guarantees for both directly assigned devices and simulated devices. The prototype of PVIOMMU is implemented in Qemu/KVM based on the virtio framework and can be dynamically loaded into guest kernel as a module, As a result, modifying and rebuilding guest kernel are not required. In addition, the device model of Qemu is revised to implement DMA access control by separating the device simulator from the address space of the guest virtual machine. Experimental evaluations on three kinds of network devices including Intel I210 (1Gbps), simulated E1000 (1Gbps) and IB ConnectX-3 (40Gbps) show that, PVIOMMU introduces little overhead on DMA transactions, and in general the network I/O performance is close to that in the native KVM implementation without IOMMU virtualization.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권11호
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• pp.5642-5670
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• 2017

Antivirus is an important issue to the security of virtual machine (VM). According to where the antivirus system resides, the existing approaches can be categorized into three classes: internal approach, external approach and hybrid approach. However, for the internal approach, it is susceptible to attacks and may cause antivirus storm and rollback vulnerability problems. On the other hand, for the external approach, the antivirus systems built upon virtual machine introspection (VMI) technology cannot find and prohibit viruses promptly. Although the hybrid approach performs virus scanning out of the virtual machine, it is still vulnerable to attacks since it completely depends on the agent and hooks to deliver events in the guest operating system. To solve the aforementioned problems, based on in-memory signature scanning, we propose an agentless runtime antivirus system VirtAV, which scans each piece of binary codes to execute in guest VMs on the VMM side to detect and prevent viruses. As an external approach, VirtAV does not rely on any hooks or agents in the guest OS, and exposes no attack surface to the outside world, so it guarantees the security of itself to the greatest extent. In addition, it solves the antivirus storm problem and the rollback vulnerability problem in virtualization environment. We implemented a prototype based on Qemu/KVM hypervisor and ClamAV antivirus engine. Experimental results demonstrate that VirtAV is able to detect both user-level and kernel-level virus programs inside Windows and Linux guest, no matter whether they are packed or not. From the performance aspect, the overhead of VirtAV on guest performance is acceptable. Especially, VirtAV has little impact on the performance of common desktop applications, such as video playing, web browsing and Microsoft Office series.