KR101276340B1 - 병렬 처리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

병렬 처리 시스템은 입력되는 데이터의 처리를 위해 필요한 용량 또는 시간을 토대로 입력되는 데이터의 처리를 위해 모든 프로세서를 구동할 것인지 아니면 일부 프로세서만을 구동할 것인지 결정한다. 또한, 각 프로세서에서 처리되어 출력되는 데이터를 임시 저장하고, 입력되는 데이터에 대한 트래픽 처리 시간을 토대로 계산된 출력 시간이 되면 출력하도록 제어한다.

병렬, 프로세서, 부하, 트래픽 처리

Description

병렬 처리 시스템 및 그 방법{System and method for parallel processing}

본 발명은 병렬 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-S-043-01, 과제명: Scalable 마이크로 플로우 처리 기술 개발].

3D(Dimensions) 시뮬레이션, 미디어 파일 스트리밍, 향상된 보안 수준, 고급 사용자 인터페이스, 향상된 데이터베이스 처리 등을 지원하기 위해서는 높은 프로세서 처리 성능이 요구되나, 단일 프로세서로는 이러한 기능들을 지원하는 것에 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존에는 멀티 프로세서가 제안되었다.

그러나, 프로세서 개수와 프로그램 처리 성능 간의 관계를 나타내는 암달 (Amdahl)의 법칙에 따르면, 프로세서의 개수가 4개 이상이면 처리 성능은 더 이상 증가하지 않게 된다. 따라서, 단순히 프로세서를 추가하는 것 만으로 병렬 처리의 성능을 향상시킬 수는 없다.

한편, 일반적으로 데이터 센터에서는 다수의 서버 및 스토리지들을 병렬로 구비하여 로드를 분산시켜 운용하고 있으나, 이러한 운용은 서버 및 스토리지들의 실질적인 성능에 비해 비효율적으로 운용되고 절전 방식이 요구된다.

이와 같이 병렬 처리를 통한 성능 향상의 한계를 극복하기 위해 기존에는 데이터 패킷을 플로우로 구분하고, 플로우들을 병렬 처리를 수행하는 프로세서들에 나누어 할당하여 플로우의 순서 및 각 프로세서들의 처리 성능을 보장하는 방법이 제안되었다. 한편, 이러한 방법은 암달 법칙에 의한 성능 한계는 극복하였으나, 플로우 수가 너무 적거나 너무 많고 전체 트래픽이 적은 경우에 트래픽이 분산되어 비효율적으로 동작하는 문제점이 있다. 또한, 전력이 많이 소요되고 처리 성능이 병렬 처리에 사용되는 프로세스의 개수에 대해 선형적으로 증가하지 못하는 문제점이 있다.

이에 따라, 전력 소비 문제를 해결하면서 고성능의 병렬 처리를 제공하기 위해 기존에는 병렬 처리를 수행하는 각 서버의 작업량 및 토폴로지를 판정하여 최적인 서버를 선택하고, 선택된 서버에서 어플리케이션을 처리하도록 하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법은 각 서버의 작업량 및 토폴로지를 동시에 파악해야 하고 개별적으로 동작하는 멀티 프로세서나 서버를 중앙에서 관리해야 하는 문제점이 있다. 또한, 실제로 구현 시 병렬 처리를 수행하는 서버 또는 프로세서의 수가 많을수록 구현이 어려운 단점이 있고, 서버 또는 프로세서의 수가 늘어날 때마다 작업량 및 토폴로지 계산을 새로 수행해야 하는 어려움이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고성능을 보장하고 전력 소비가 적 으며 프로세서 또는 서버의 개수에 독립적인 병렬 처리 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 병렬 처리 시스템은,

데이터 처리를 수행하는 복수의 프로세서; 입력되는 데이터의 속성정보를 토대로 트래픽 처리 성능을 계산하고, 상기 트래픽 처리 성능을 토대로 상기 데이터에 대응하는 출력 시간을 결정하는 트래픽 처리 성능 계산부; 상기 트래픽 처리 성능을 토대로 결정된 부하 분산 여부에 따라 상기 복수의 프로세서 중 적어도 하나의 프로세서를 구동시키고, 구동시킨 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 데이터를 처리하도록 제어하는 부하 처리 판단부; 및 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 데이터를 처리하여 출력하는 처리 데이터를 저장하고, 상기 처리 데이터를 상기 출력 시간에 출력하는 대기 버퍼를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 복수의 프로세서를 포함하는 병렬 처리 시스템이 병렬 처리를 수행하는 방법은,

입력되는 데이터의 속성정보를 토대로 트래픽 처리 용량 및 트래픽 처리 시간을 계산하는 단계; 상기 트래픽 처리 시간을 토대로 상기 데이터에 대응하는 출력 시간을 결정하는 트래픽 처리 성능 계산부; 상기 트래픽 처리 용량 또는 상기 트래픽 처리 시간을 토대로 부하 분산 여부를 결정하는 단계; 상기 부하 분산 여부를 토대로 상기 복수의 프로세서 중에서 적어도 하나의 프로세서를 구동시키는 단계; 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 데이터를 처리하여 출력하는 처리 데이터를 저장하는 단계; 및 상기 출력 시간이 되면 상기 처리 데이터를 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 입력되는 데이터에 대한 트래픽 처리를 위해 필요한 용량 및 시간을 토대로 부하 분산이 필요하다고 판단되는 경우에만 모든 프로세서들을 구동시킴으로써 불필요한 프로세서 구동을 억제하고 이로 인해 전력 소비를 줄이는 것이 가능하다.

또한, 처리된 데이터를 임시 저장하였다가 정해진 출력 시간에 출력함으로써 부하 분산 또는 부하 집중 과정에서 데이터 처리 경로가 변경되어 데이터 처리 순서가 변경되는 것을 방지하는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 아래에서는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 처리 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 처리 시스템을 개략적으로 도시한 구조도이다.

도 1을 참조하면, 병렬 처리 시스템은 트래픽 처리 성능 계산부(110), 부하 처리 판단부(120), 복수의 프로세서(제1 프로세서, 제2 프로세서, ..., 제N 프로세서)(130), 대기 버퍼(140) 및 타이머(150)를 포함한다.

트래픽 처리 성능 계산부(110)는 입력되는 데이터의 크기 등을 포함하는 속성정보를 토대로 트래픽 용량 및 트래픽 처리 시간을 계산한다. 여기서, 트래픽 처리 용량은 입력되는 데이터의 속성 정보에 따라서 다양한 방법으로 계산이 가능하며, 트래픽 처리 시간은 복수의 프로세서(130) 각각의 처리 성능과 트래픽 처리 용량을 토대로 계산된다.

트래픽 처리 성능 계산부(110)는 또한 트래픽 처리 시간을 토대로 입력되는 데이터의 처리 완료 시간을 계산하고, 처리 완료된 데이터의 출력 시간을 결정한다. 여기서, 처리 완료된 데이터의 출력 시간은 직전에 입력된 데이터에 대응하는 출력 시간에 현재 입력된 데이터에 대한 트래픽 처리 시간을 더하여 계산이 가능하다.

부하 처리 판단부(120)는 트래픽 처리 성능 계산부(110)에서 계산된 트래픽 처리 용량 또는 트래픽 처리 시간을 토대로 부하를 분산시킬 필요가 있는지 판단한다. 즉, 트래픽 처리 용량 또는 트래픽 처리 시간을 임계값과 비교하여 병렬 처리를 수행하는 복수의 프로세서(130)에 입력되는 데이터에 대한 부하를 분산시킬 것 인지 아니면 복수의 프로세서(130) 중 일부 프로세서(130)에 부하를 집중시킬 것인지를 선택한다.

여기서, 부하 처리 판단부(120)는 복수의 프로세서(130) 각각의 처리 용량을 이미 알고 있으며, 트래픽 처리 성능 계산부(110)에서 계산된 트래픽 처리 용량 또는 트래픽 처리 시간과 각 프로세서(130)의 처리 용량을 토대로 계산된 임계값을 비교하여 부하 분산 여부를 결정한다. 즉, 트래픽 처리 용량 또는 트래픽 처리 시간이 임계 값을 넘으면 부하 분산을 결정하고, 트래픽 처리 용량 또는 트래픽 처리 시간이 임계 값 이하이면 부하 집중을 결정한다.

또한, 부하 분산이 필요한 경우에는 모든 프로세서(130)를 구동시키고 입력된 데이터를 각 프로세서(130)들로 분산시켜 출력함으로써, 부하의 분산이 이루어지도록 한다. 반면에, 부하 집중이 필요한 경우에는 프로세서(130)들 중에서 일부 프로세서(130)만을 구동시키고 입력된 데이터를 구동된 프로세서(130)로만 출력함으로써 부하가 일부 프로세서(130)에 집중되도록 제어한다. 여기서, 부하 집중이 필요한 경우 구동되는 프로세서(130)의 개수는 트래픽 처리 성능 계산부(110)에서 계산된 트래픽 처리 성능에 따라 결정된다.

각 프로세서(130)는 부하 처리 판단부(120)의 제어에 따라 동작하며, 입력되는 데이터를 처리하여 출력한다.

대기 버퍼(140)는 복수의 프로세서(130)를 통해 처리된 데이터의 출력 시간과 타이머(150)를 통해 계산된 현재 시간을 비교하여 처리된 데이터의 출력 시간이 될 때까지 복수의 프로세서(130)를 통해 처리된 데이터를 임시 저장한다. 즉, 현재 시간이 출력 시간 이전인 경우 처리된 데이터를 임시로 저장하고, 현재 시간이 출력 시간에 도달하면 처리된 데이터를 출력한다. 여기서, 대기 버퍼(140)는 캘린더 큐(Calendar queue) 등으로 구현이 가능하다.

타이머(150)는 카운터로 구현되며, 카운터를 이용하여 현재 시간을 계산한다. 여기서, 현재 시간은 타이머(150)에 의해 계산된 가상 시간을 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 다른 병렬 처리 시스템의 병렬 처리 방법을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 병렬 처리 시스템의 트래픽 처리 성능 계산부(110)는 데이터가 입력되면(S101), 입력된 데이터의 헤더 분석 등을 통해 입력된 데이터의 크기 등을 포함하는 속성정보를 확인한다. 그리고, 입력된 데이터의 속성정보를 토대로 트래픽 처리 용량 및 트래픽 처리 시간을 포함하는 트래픽 처리 성능을 계산한다(S102). 또한, 계산된 트래픽 처리 시간을 토대로 입력된 데이터를 처리하여 출력하는 출력 시간을 결정한다(S103).

이후, 병렬 처리 시스템의 부하 처리 판단부(120)는 트래픽 처리 성능 계산부(110)에서 계산된 트래픽 처리 성능을 토대로 입력된 데이터를 처리하기 위해 부하를 분산시킬 필요가 있는지 판단한다(S104). 그리고, 부하 분산이 필요하다고 판단되면 부하 분산을 위해 모든 프로세서(130)를 구동시킨다(S105). 반면에, 부하 집중이 필요하다고 판단되면 프로세서(130)들 중에서 일부 프로세서(130)만을 구동시켜 일부 프로세서(130)에 부하가 집중되도록 한다(S106).

한편, 병렬 처리 시스템의 각 프로세서(130)들은 부하 처리 판단부(120)의 제어에 따라 구동되며, 입력되는 데이터를 처리하여 출력한다(S107). 그리고, 프로세서(130)에서 출력되는 데이터들은 대기 버퍼(140)에 저장된다.

병렬 처리 시스템의 대기 버퍼(140)는 이후 트래픽 처리 성능 계산부(110)에서 계산된 출력 시간과 타이머(150)에서 계산된 현재 시간을 비교하고(S108), 현재 시간이 출력 시간이 될 때까지 각 프로세서(130)에 의해 처리된 데이터들을 저장한다(S109). 그리고, 현재 시간이 출력 시간이 되면 처리된 데이터를 출력한다(S110).

전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 병렬 처리 시스템이 입력되는 데이터에 대한 트래픽 처리를 위해 필요한 용량 및 시간을 계산하여 부하를 분산시킬 것인지 집중 시킬 것인지를 결정하고, 부하 분산이 필요한 경우에만 모든 프로세서들을 구동시킴으로써 불필요한 프로세서 구동을 억제하고 이로 인해 전력 소비를 줄이는 것이 가능하다.

또한, 처리된 데이터를 임시 저장하였다가 정해진 출력 시간에 출력함으로써 부하 분산 또는 부하 집중 과정에서 데이터 처리 경로가 변경되어 데이터 처리 순서가 변경되는 것을 방지하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 처리 시스템을 개략적으로 도시한 구조도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 처리 시스템의 병렬 처리 방법을 도시한 흐름도이다.

Claims (14)

1. 데이터 처리를 수행하는 복수의 프로세서;

   입력되는 데이터의 속성정보를 토대로 트래픽 처리 용량을 계산하고, 상기 트래픽 처리 용량을 토대로 상기 데이터에 대응하는 출력 시간을 결정하는 트래픽 처리 성능 계산부;

   상기 각 프로세서의 처리 용량을 토대로 결정되는 임계값을 상기 트래픽 처리 용량과 비교하여, 상기 트래픽 처리 용량이 임계값을 넘으면 부하 분산을 결정하고, 상기 부하 분산이 결정되면 상기 복수의 프로세서들을 구동시켜 상기 데이터를 처리하도록 제어하는 부하 처리 판단부; 및

   상기 프로세서가 출력하는 처리 데이터를 저장하고, 상기 출력 시간을 토대로 상기 처리 데이터를 출력하는 대기 버퍼

   를 포함하는 병렬 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   현재 시간을 계산하는 타이머

   를 더 포함하고,

   상기 대기 버퍼는 상기 현재 시간이 상기 출력 시간이 될 때까지 상기 처리 데이터를 저장하는 병렬 처리 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 트래픽 처리 성능 계산부는, 상기 트래픽 처리 용량 및 상기 복수의 프로세서 각각의 처리 성능을 토대로 상기 트래픽 처리 용량에 포함된 트래픽 처리 시간을 계산하는 병렬 처리 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 트래픽 처리 성능 계산부는, 직전에 입력된 데이터의 출력 시간에 상기 트래픽 처리 시간을 더하여 상기 출력 시간을 계산하는 병렬 처리 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 부하 처리 판단부는 상기 트래픽 처리 용량이 임계값 이하이면 부하 집중을 결정하고, 부하 집중이 결정되면 상기 데이터의 처리를 위해 상기 복수의 프로세서 중에서 일부 프로세서만 구동시키는 병렬 처리 시스템.
9. 복수의 프로세서를 포함하는 병렬 처리 시스템이 병렬 처리를 수행하는 방법에 있어서,

   입력되는 데이터의 속성정보를 토대로 트래픽 처리 용량 및 트래픽 처리 시간을 계산하는 단계;

   상기 트래픽 처리 시간을 토대로 상기 데이터에 대응하는 출력 시간을 결정하는 단계;

   상기 각각의 프로세서의 처리 용량을 토대로 결정되는 임계값을 상기 트래픽 처리 용량 또는 상기 트래픽 처리 시간과 비교하여, 상기 트래픽 처리 용량 또는 상기 트래픽 처리 시간이 임계값을 넘으면 부하 분산을 결정하는 단계;

   상기 부하 분산이 결정되면, 상기 복수의 프로세서를 구동시키는 단계;

   상기 프로세서들이 상기 데이터를 처리하여 출력하는 처리 데이터를 저장하는 단계; 및

   상기 출력 시간을 토대로 상기 처리 데이터를 출력하는 단계

   를 포함하는 병렬 처리 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 계산하는 단계는,

    상기 데이터의 크기를 포함하는 상기 속성정보를 토대로 상기 트래픽 처리 용량을 계산하는 단계; 및

    상기 트래픽 처리 용량 및 상기 복수의 프로세서 각각의 처리 성능을 토대로 상기 트래픽 처리 시간을 계산하는 단계

    를 포함하는 병렬 처리 방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 출력 시간을 결정하는 단계에서,

    상기 출력 시간은 직전에 입력된 데이터에 대응하는 출력 시간에 상기 트래픽 처리 시간을 더하여 결정되는 병렬 처리 방법.
12. 제9항에 있어서,

    상기 부하 분산 여부를 결정하는 단계는,

    상기 트래픽 처리 용량 또는 상기 트래픽 처리 시간이 임계값 이하이면, 부하 집중을 결정하는 단계

    를 포함하는 병렬 처리 방법.
13. 삭제
14. 제12항에 있어서,

    상기 구동시키는 단계는,

    부하 집중이 결정되면 상기 복수의 프로세서 중 일부 프로세서를 구동시키는 단계

    를 포함하는 병렬 처리 방법.

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