KR100621787B1 - 그리드에서 사용자의 ＱｏＳ와 응용특성에 근거한동적자원 할당방법 - Google Patents

그리드에서 사용자의 ＱｏＳ와 응용특성에 근거한동적자원 할당방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그리드 컴퓨팅 시스템에서 사용자의 QoS와 응용특성에 근거한 자원 할당 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 그리드에서 동적인 자원 할당 방법에 있어서, 네트워크의 특성뿐만 아니라 자원성능도 고려함으로써 계산위주의 응용 또는 전송위주의 응용들에 대한 특성을 최적화시에 반영하여 네트워크 특성만 고려할 때 발생하는 혼잡을 방지하고 동적인 자원할당을 할 수 있게 된다. 또한 그리드에서 중요시되는 데이터를 복제할 필요가 있는 경우 사용자의 QoS 요구사항들을 기반으로 비선형 비용함수를 생성 후 이것을 다시 선형모델화시켜 그 해를 구함으로써 동일한 데이터 가용도를 제공하면서도 비용은 최소화되는 자원을 할당시킬 수 있게 된다.

Description

그리드에서 사용자의 ＱｏＳ와 응용특성에 근거한 동적자원 할당방법{METHOD FOR ASSIGNING DYNAMIC SOURCE BASED ON QOS AND APPLICATION SPECIAL QUALITY OF USER'S IN GRID}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 그리드에서 동적 자원 할당 처리 흐름도,
도 3은 상기 도 1의 동적 자원 할당 시스템내 동적 자원 할당을 위한 기능 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 QoS기반 최적 자원 선택 처리 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 응용 특성 기반 최적 자원 결정 처리 흐름도.
본 발명은 그리드 컴퓨팅(Grid computing) 시스템에 관한 것으로, 특히 그리드 컴퓨팅 시스템에서 사용자의 QoS(Quality of Service)와 응용특성에 근거한 자원 할당 방법에 관한 것이다.
통상적으로 그리드는 지리적으로 분산된 환경에서 고성능 컴퓨팅 또는 여러 네트워크 자원을 이용하여 수행할 수 있는 응용, 또는 서비스를 제공하는 인프라가 되고 있다. 상기 그리드를 지원하는 중요 요소 기술이 그리드 미들웨이이며, 상기 그리드 미들웨어는 다양한 서비스 접근, 제어, 할당 등의 기능 블록으로 구성된다.
상기한 바와 같은 종래 그리드 미들웨어 대해서는 전반적으로 광범위하게 분산된 컴퓨터 네트워크형 환경내에서 자원에 대한 요구를 감시하고, 제어하며, 분산시키기 위한 기술로써, 국내특허출원 2000-30978호에 개시된 "인터넷 환경에서의 집적 부하 분산 및 자원 관리를 위한 시스템 및 방법" 등이 있다.
그러나 상기한 참조문헌 및 종래 그리드 미들웨어서는 지연 및 에러에 대한 경계를 제공하고 대역폭 요구를 충족시키는 지리적으로 제한된 네트워크 서브시스템 및 운전 시간 QoS 보증을 제공할 수 있는 오퍼레이팅 시스템만을 가정하고 있어, 네트워크의 상태만을 고려하게 됨으로써 특정한 서비스에 대한 사용자 요구가 특정자원에 집중되어 과부하를 발생시키게 되는 문제점이 있는 등, 종래 그리드 미들웨어에서는 그리드 자원을 최적조건에서 동적으로 할당하고 있지 못하는 문제점이 있었다.
또한 동적인 자원관리를 위해서는 네트워크 뿐만 아니라 시스템의 자체 성능이 고려되어야 하나 종래에는 네트워크의 지연, 대역폭의 가용여부 등과 같은 것들만이 고려되어 가장 높은 대역폭을 제공하고 지연이 최소인 자원이 최적화된 자원으로 선택되어 많은 사용자들의 요구가 집중되어 혼잡을 초래하며, 응용에 대한 특성은 고려되고 있지 않아 응용이 많은 계산을 필요로 하는 경우 매우 비효율적인 결과를 초래하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 그리드 컴퓨팅 시스템에서 사용자의 QoS와 응용특성에 근거한 자원 할당 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 그리드 컴퓨팅 시스템에서 사용자의 QoS와 응용특성에 근거한 동적 자원 할당 방법으로서, (a)웹 인터페이스를 통한 동적 자원 할당 서버에 접속하는 단계와, (b)사용자의 요구사항을 수렴하고 사용자 요구 QoS특성과 응용 프로그램의 특성을 분석하는 단계와, (c)분석된 사용자의 요구사항과 응용 프로그램 특성을 만족시키는 최적자원을 선택하는 단계와, (d)선택된 최적자원을 이용하여 사용자의 그리드 응용을 실행시키고 실행결과를 사용자에게 통보하는 단계,를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 자원 할당 시스템 구성을 도시한 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 동적 자원 할당 시스템은 사용자(100), 브로커 클라이언트(Broker Client)(102)와 브로커 엔진(Broker Engine)(104)을 포함한다.
브로커 클라이언트(102)는 사용자(100)가 쉽게 사용할 수 있는 웹 기반 환경을 제공하고 사용자의 QoS 요구 사항을 수렴한다. 이때 클라이언트는 자바 소켓 프 로그램을 통하여 브로커 엔진(104)에 정보들을 전송해주고 브로커 엔진(104)의 자원할당 실행결과를 사용자에게 전송하여 준다.
브로커 엔진(104)은 사용자의 요구사항에 대한 응용특성을 분석하여 자원관리 알고리즘을 통해 사용자의 응용을 최적화된 자원에서 실행시켜주는 역할을 수행한다.
상기 동적 자원 할당 방법에 대해서는 도 2에 도시되어 있다. 상기 도 2를 참조하면, 브로커 엔진(104)은 사용자의 그리드 응용 실행요구가 있는 경우 이를 인식하여(S200), DRAS(Dynamic Resource Allocation Service) 서버에 접속하고(S202), 상기 사용자의 요구사항으로부터 QoS 특성과 응용 프로그램의 특성을 분석한다(S204). 이때 상기 QoS 특성에는 지연, 대역폭, 비용, 제한시간, 데이터 가용도(Availability) 등이 있고 응용 프로그램의 특성으로는 응용이 계산 집약적인지 전송 집약적인지에 대한 가중치가 사용될 수 있다.
그리고 브로커 엔진(104)은 사용자의 요구사항과 응용 프로그램 특성이 만족되는지 여부를 순차적으로 검사하고(S206∼S208), 사용자의 요구사항과 응용 프로그램 특성을 만족시키는 최적화 알고리즘 및 최적자원을 선택한 후(S210), 사용자의 그리드 응용을 실행시키게 된다(S212). 그런 후, 브로커 엔진(104)은 그리드 응용을 실행한 결과를 사용자에게 통보하게 된다(S214).
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 최적 자원 할당을 위한 상기 도 2의 동적 자원 할당 시스템에서의 기능 블록을 도시한 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 브로커 클라이언트(102)는 웹 인터페이스(Web interface)(300)를 통해 사용자의 QoS 요 구사항을 입력받는다.
이것은 네트워크 특성과 자원성능의 특성으로 구분되며, 네트워크 특성으로는 지연, 대역폭, 제약시간 등이 있고 자원 성능에는 자원의 계산능력(MIPS)과 현재 가용한 워크로드(Workload), 저장능력 등이 있다.
본 발명에서는 상기 도 3의 기능 블록에서와 같이 네트워크 특성과 자원 성능 특성을 바탕으로 하여, 데이터의 기준 가용도 범위에서 데이터 복제 비용을 최소화시킬 수 있는 자원할당 방법과 네트워크 성능과 자원 성능을 고려하여 최단시간에 응용 프로그램 수행이 가능할 수 있는 자원을 응용에 할당한다.
상기 도 3을 참조하면, 전체 구조는 크게 서버/클라이언트(Server/Client)구조로 이루어져 있고 서비스(Service) 측면에서는 두 가지 데이터 그리드(data grid)에서의 복제 데이터 위치 선정 서비스(replica location service)와 계산 그리드(computational grid)에서의 자원 선정 서비스(resource selection service)로 나뉘게 된다.
상기 자원 선정 서비스는, 아래의 순차적 설명에서와 같이 구현된다.
1. 사용자로부터 데이터 가용도(data availability)(%), 허용비용(budget) (unit cost), 완료기한(deadline)(sec)를 입력받는다.
2. 응용특성 QoS 모듈은 그 정보를 응용특성 데이터 베이스에 저장시키고 정해진 자원할당정책(데이터 그리드, 계산 그리드)에 따라 위치선정 서비스(location service)를 호출한다.
3. 위치선정 클라이언트(location client) 모듈은 서버의 위치선정 서비스 모듈과 TCP/IP 세션(session)을 연결한다.
4. 자원의 수 결정 모듈에서는 사용자가 입력한 값들을 기반으로 복제 저장소 개수를 결정한다. 이때 예를 들어 사용자가 비용을 많이 지불한다면 복제 저장소 개수도 증가하여 데이터 가용도(data availability)가 증가하게 된다.
5. 자원 리스트(resource list) 생성 모듈에서는 자원의 감시(monitoring)를 통한 결과로부터 그리드 환경에서 가용한 자원 리스트를 생성한다.
6. 모듈 호출/결과값 수렴 모듈에서는 최적 자원 분석 모듈을 호출하고 결과값을 수렴한다.
7. 최적자원 분석모듈에서는 사용자의 QoS요구사항들로부터 제약조건을 생성하고 후술될 도 4의 동작 제어 흐름을 통해 비용목적함수를 최소화시킬 수 있는 위치를 결정한다.
8. 자원선택 결과와 토폴로지 매핑 모듈은 선택된 노드들을 알려주기 위해 노드의 정보를 변경한다.
9. 자원 연결성(topology) 생성 모듈은 사용자에게 서비스 결과를 가시화(visual)하여 보여준다.
다음으로, 자원 선택 서비스(resource selection service)에서는 아래의 순차적 설명에서와 같이 구현된다.
1. QoS 입력값을 통신 집약도(communication intensity), 계산 집약도(computation intensity)로서 구분하여 입력 받는다.
2. 클라이언트 부분은 앞에서 설명한 것과 동일하게 진행된다.
3. 자원선정 알고리즘모듈에서는 도5의 알고리즘이 실행된다.
4. 자원별 성능 값으로 자원 선택 모듈에서는 앞에서 수행한 알고리즘으로 얻어지는 자원들을 성능값이 큰 순서로 나열하고 자원을 할당시킨다.
5. 글로버스(globus) 호출모듈에서는 결정된 자원들에서 실제 인공심장응용을 실행시키기 위해 하위의 글로버스를 호출하고 응용을 실행하여 결과값을 얻는다.
6. 선택된 자원들에 대한 작업 연결도(topology)를 생성하여 사용자에게 보여준다.
도 4는 상기 도 3에 도시된 동적 자원 할당 시스템 기능 블록에서의 데이터 그리드에 적합한 복제 저장소 위치 선정 방법을 도시한 것으로, 상기 도 4를 참조하면, 먼저 브로커 엔진서버(104)는 브로커 클라이언트(102)로부터 입력되는 사용자(100)의 QoS 요구사항을 수렴하여(S400) QoS 요구사항들과 그리드 자원의 모니터링을 통해 얻은 정보들과 함께 네트워크 특성 및 자원성능 특성 분석을 위한 목적 함수를 생성한다(S402).
이때 상기 목적함수는 데이터 저장비용과 데이터 전송비용으로 구분되는데, 데이터 저장비용은 각자원의 상기 도 4의 (S402)단계에서 보여지는 바와 같이 데이터 저장비용, 데이터 크기, 각 자원의 저장벡터로 구성되어 있고, 데이터 전송비용은 각 자원간 데이터 전송비용, 데이터크기, 각 자원간 전송 비용 벡터로 구성되어 있다.
상기 목적 함수는 비선형 구조여서 해를 구할수 없어므로, 브로커 엔진서버는 선형화 과정을 통해 비선형 모델을 선형모델로 변형시킨 후(S404), 혼합 정수 프로그램을 사용하여 목적함수의 최적해를 구하게 된다(S406∼S408). 이어 브로커 엔진서버는 사용자가 요구한 예산과 제한시간이 만족되는지 여부를 순차적으로 검사하고(S410∼S412), 사용자의 예산과 제한시간이 만족되는 선택자원에 대한 데이터를 전송시키게 된다(S414).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 도 3에 도시된 동적 자원 할당 시스템 기능 블록에서 계산그리드에 적합한 최적 계산 자원 선정 방법을 도시한 것으로, 상기 도 5를 참조하면, 브로커 엔진은 사용자의 QoS 요구사항을 수렴하고(S500), 사용자로부터의 계산집약도와 전송집약도를 입력받고(S502), 네트워크 성능과 자원성능을 분석하여 해당 응용이 계산의 비중도와 전송의 비중도의 형평성을 고려할 수 있는 아래의 [수학식 1]에서와 같은 목적함수를 생성한다(S504).
Figure 112003050948801-pat00001
Figure 112003050948801-pat00002
Pi = ×CWork ×WCPU(i) + ×CNet ×1/NIPath(i,j)
CWork, CNet은 실험을 통해 얻어지는 계수들이고,
Figure 112003050948801-pat00003
와
Figure 112003050948801-pat00004
는 사용자로부터 입력을 받게된다. WCPU(i)는 각 자원의 성능을 나타내는 함수로써 자원의 초대 계산 능력과 자원의 현재 가용한 워크로드의 곱으로 표현된다. 이때 NIPath (i,j)는 BGP 경로 설정의 불안정성을 나타내는 값으로써 역수를 취하여 안정성으로 변환시킬 수 있다. 이것은 각 자원간 TTV(Temporal Topology Variation)을 분석하여 네트워크의 상태를 간접적으로 알 수 있게 된다.
따라서 브로커 엔진은 자원의 최대 계산능력을 계산하여 자원의 가용 워크로드를 산출하고(S506), BGP정보를 통한 자원간 네트워크 불안정도를 분석한 후(S508), 자원할당 최적화를 위한 목적함수를 할당한다(S510). 이때 상기 목적함 수의 결과는 상기 동적 자원 할당 시스템이 최대의 성능을 낼 수 있는 자원을 나타내는데, 브로커 엔진은 상기 목적함수의 결과값이 큰 순서대로 자원들의 리스트를 생성하고(S512), 상기 리스트에 따라 순차적으로 자원을 할당함으로써 네트워크의 특성뿐만 아니라 자원의 성능에 대한 특성이 최적화되는 그리드 응용에 최적화된 자원을 할당시키게 된다(S514).
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 즉, 본 발명은 그리드에서 동적인 자원 할당 방법에 있어서, 네트워크의 특성뿐만 아니라 자원성능도 고려함으로써 계산위주의 응용 또는 전송위주의 응용들에 대한 특성을 최적화시에 반영하여 네트워크 특성만 고려할 때 발생하는 혼잡을 방지하고 동적인 자원할당을 할 수 있게 되는 이점이 있다. 또한 그리드에서 중요시되는 데이터를 복제할 필요가 있는 경우 사용자의 QoS 요구사항들을 기반으로 비선형 비용함수를 생성 후 이것을 다시 선형모델화시켜 그 해를 구함으로써 동일한 데이터 가용도를 제공하면서도 비용은 최소화되는 자원을 할당시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 그리드 컴퓨팅 시스템에서 사용자의 QoS와 응용특성에 근거한 동적 자원 할당 방법으로서,
    (a)웹 인터페이스를 통한 동적 자원 할당 서버에 접속하는 단계와,
    (b)사용자의 요구사항을 수렴하고 사용자 요구 QoS특성과 응용 프로그램의 특성을 분석하는 단계와,
    (c)상기 분석된 사용자의 요구사항과 응용 프로그램 특성을 만족시키는 최적자원을 선택하는 단계와,
    (d)상기 선택된 최적자원을 이용하여 사용자의 그리드 응용을 실행시키고 실행결과를 사용자에게 통보하는 단계
    를 포함하는 동적 자원 할당방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서의 사용자 요구 QoS 특성은, 지연, 대역폭, 비용, 제한시간, 데이터 가용도 정보를 통해 분석되는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서의 응용 프로그램 특성은, 해당 응용 프로그램이 계산 집약적인지 전송 집약적인지에 대한 가중치 정보를 통해 분석되는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 그리드의 중요한 데이터를 복제하여 데이터 가용도를 높여야 하는 경우, (c1)사용자로부터 예산, 제한시간, 비용 등의 QoS요구사항을 입력받는 단계와,
    (c2)상기 요구사항들을 분석하여 데이터 복제에 사용되는 비용이 최소화되는 위치에 데이터를 복제시켜 최적 위치를 선정시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (c2)단계에서의 최적 위치 선정을 위한 목적함수는, 최적화 과정시 계산의 복잡도와 수행시간 감소를 위해 비선형 모델에서 선형모델로 변환되는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는, (c'1)사용자로부터의 응용이 계산 위주인지 전송 위주인지를 검사하는 단계와,
    (c'2)상기 사용자 응용의 네트워크 성능 및 자원성능을 분석하는 단계와,
    (c'3)상기 응용에 대한 사용자 요구사항과 결합하여 목적함수를 생성하는 단계와,
    (c'4)상기 목적함수값이 최대가 되는 순서로 자원들의 리스트를 생성하여 리스트의 순서대로 동적 자원을 할당하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (c'2)단계에서의 네트워크 성능 분석은, 각 자원간 TTV를 분석하여 BGP 불안 정도를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 (c'2)단계에서의 자원 성능 분석은, 각 자원의 최대 계산능력과 자원의 가용 워크로드를 NWS를 이용하여 조사하는 것을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 동적 자원 할당방법.
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