KR102570905B1 - 클라우드 환경에서의 컨테이너 기반 자원의 최적화 시스템 - Google Patents

Abstract

클라우드 환경에서의 컨테이너 기반 자원의 최적화 시스템이 개시된다. 복수의 애플리케이션들 중 특정 애플리케이션이 실행되면, 상기 특정 애플리케이션을 구동하기 위한 CPU 코어를 CCL 내에 속하는 CPU 코어로 할당하는 코어 할당부, 바람직하게는 에이전트 데몬를 포함한다.

Description

클라우드 환경에서의 컨테이너 기반 자원의 최적화 시스템{CONTAINER-BASED RESOURCE OPTIMIZATION SYSTEM IN CLOUD ENVIRONMENT}

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 클라우드 환경에서의 컨테이너 기반 자원의 최적화 시스템에 관한 것이다.

하이퍼바이저 기반의 가상화 시스템은 하드웨어 상에 호스트 OS(Operating System)을 설치하고, 호스트 OS를 통해 하이퍼바이저를 구동시키면 하이퍼바이저가 자원을 분할하여 가상 머신을 생성하고 각각의 가상 머신에 게스트 OS를 설치하여 개별적으로 운영하는 시스템을 말한다. 각각의 가상 머신은 각각의 사용자에게 할당되어 사용자는 마치 물리적으로 분리된 독립적인 장치를 사용하는 것으로 인식하고 게스트 OS 상에서 다양한 응용 프로그램을 구동하게 된다.

그러한 가상화 시스템은 하나의 물리적 시스템에 독자적으로 여러 서버 환경을 운용할 수 있다는 장점이 있으나, 각각의 가상 머신에 개별 게스트 OS를 위한 자원을 할당해야 하므로, 자원 낭비가 크다는 단점을 갖는다. 또한, 하이퍼바이저 기반의 가상화 시스템에서는 응용 프로그램이 호스트 OS 자원을 이용하기 위하여 반드시 게스트 OS를 거쳐야 한다는 점에서 효율이 떨어지는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 컨테이너 기반의 가상화 시스템이 제안되고 있다. 컨테이너 기반의 가상화 시스템은 하드웨어 상에 호스트 OS를 설치하고 호스트 OS 상에 복수의 컨테이너를 가상 머신으로 생성하는 기술을 말한다. 각각의 컨테이너는 개별 데이터(예를 들어, BIN(Binary Code, LIB(Library) 등)는 컨테이너 내에 독립적으로 설치되어 사용되고, 공통 데이터는 컨테이너 간의 공유를 통해 이용함으로써 자원을 효율적으로 활용할 수 있도록 한다.

그런데, 전형적인 컨테이너 기반 자원 스케쥴링 기술에서, CPU 자원은 코어 단위로 할당되는데, 멀티 코어를 제공하는 CPU 구조상 여러 개의 코어를 하나의 컨테이너에 할당하는 경우 CPU 내부 버스를 통해 데이터를 주고 받게 된다. 이때 다수의 컨테이너가 하나의 서버와 연관되어 구동되는 경우, CPU 코어 간에 주고받는 데이터의 양이 많아져 물리적인 CPU 내부 버스를 통한 통신에 병목 현상이 발생하며, 그 결과 전체적인 처리 속도가 저하될 수 있다.

본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 컨테이너에 할당된 CPU 자원의 최적화를 통해 멀티 컨테이너를 구동할 때 CPU 처리속도를 개선할 수 있는 클라우드 환경에서의 컨테이너 기반 CPU 자원 최적화 방법구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가상화 시스템은, 컨테이너 기반의 가상화 시스템으로서, 복수의 애플리케이션들 중 특정 애플리케이션이 실행되면, 상기 특정 애플리케이션을 구동하기 위한 CPU 코어를 CCL 내에 속하는 CPU 코어로 할당하는 코어 할당부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 복수의 애플리케이션들은 하나의 컨테이너에 연관되어 구동될 수 있다.

일 실시예에서, CCL은 적어도 4개의 코어로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, CCL 내에서 코어 간의 통신은 캐시를 통해 이루어지고, CCL 간의 통신은 온칩 버스를 통해 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, CPU 할당부는, 상기 특정 애플리케이션이 구동되면, 상기 특정 애플리케이션의 구동에 따른 PID 값을 산출하고, 산출된 PID 값에 기반하여 CPU 코어를 하나의 CCL 내의 CPU 코어로 할당할 수 있다.

일 실시예에서, CCL 을 구성하는 코어의 개수가 N 개인 경우, 하나의 애플리케이션의 실행에 응답하여, 상기 하나의 애플리케이션에 할당가능한 CPU 코어의 개수는 N개 이하일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 특정 애플리케이션은 리눅스의 테스크셋 커맨드를 통해 실행될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 CPU 할당부는 컨테이너 내의 프로세스를 감시하는 데몬일 수 있다.

일 실시예에서, 특정 애플리케이션은 하나의 CCL 내에 속한 CPU 코어만을 이용하여 구동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 컨테이너에 할당된 CPU 자원의 최적화를 통해 멀티 컨테이너를 구동할 때 CPU 처리속도를 개선할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 가상 머신(VM) 방식의 안드로이드 가상화의 일 예이다.
도 2는 컨테이너 방식의 안드로이드 가상화의 일 예이다.
도 3은 ARM CPU 아키텍처이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 컴퓨터 시스템에서 사용하기 위한 장치의 기능상 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 가상 머신(VM) 방식의 안드로이드 가상화의 일 예이다. 도 2는 컨테이너 방식의 안드로이드 가상화의 일 예이다.

도 1을 참조하면, 가상 머신 상에서는 복수의 애플리케이션들 중 하나의 애플리케이션만이 실행될 수 있으며, 멀티 인스턴스는 제공될 수 없다. 도 2의 가상화 방식은 호스트 OS(예를 들어, Linux) 상에서 게스트 OS(예를 들어, Android)가 구동되는 형태로 2 개의 OS 가 구동되는 방식으로서, 2 개의 OS를 구동함에 따라 HW 자원의 점유가 늘어나게 된다. 또한, 도 2의 일 예에서 VM 하나당 한 명의 유저만이 수용될 수 있으므로, 동시 접속 가능한 유저의 수는 감소된다.

도 2를 참조하면, 컨테이너 방식의 안드로이드 가상화의 경우에는, 하나의 노드 내에 복수의 컨테이너를 포함할 수 있다. 여기서, 컨테이너는 파드(Pod)와 상호혼용될 수 있다. 일 예에서, 파드 내에는 안드로이드 런타임 환경이 제공될 수 있다. HW 자원이 할당된 하나의 노드에는 복수의 파드가 마련된다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 시스템은 복수의 유저(Multi-user)를 동시에 수용할 수 있으며, 노드 당, 복수의 파드에 의해, 복수의 안드로이드 애플리케이션이 실행될 수 있다.

다시 도 2을 참조하면, 호스트 OS가 가상화되어 각 파드가 호스트 OS(예를 들어, Linux)를 공유할 수 있다. 다시 말해, 안드로이드를 위한 프레임 워크만 설치하되, 리눅스 커널은 호스트 OS를 공유할 수 있다. 이에 따라 도 2의 가상화 기술과 같이 게스트 OS를 새로 설치하거나 제공할 필요가 없게 된다.

도 3은 ARM CPU 아키텍처이다.

ARM 아키텍처는 임베디드 기기에 많이 사용되는 RISC 프로세서로서, 저전력을 사용하도록 설계되어 ARM CPU는 모바일 시장 및 싱글 보드 컴퓨터로 지칭되는 개인용 컴퓨터에서 많이 사용되고 있다.

도 3을 참조하면, 하나의 CCL(CPU Cluster)은 적어도 4개의 코어로 만들어질 수 있다. 코어는, 예를 들어, Taishan V110 Core로 예시되나, 이에 한정되는 것은 아니다. CCL 내에서 코어들 간의 통신은 캐시를 통해 이루어질 수 있다. 캐시는, 예를 들어, L1, L2, L3 캐시를 포함할 수 있다. 또한, CCL들 간의 통신은 온칩 버스(On-Chip Bus, OCB)를 통해 이루어질 수 있다. 참고로, 온칩 버스란, 칩 내의 각각의 IP(Internet Protocol) 간의 데이터 전송을 위한 버스를 말한다.

CCL들 간의 통신은 컨테이너 내에서 구동되는 애플리케이션에 대해 8 코어가 할당되는 경우에 발생할 수 있다. 이처럼, 8 코어가 할당되는 경우 CCL 간의 데이터 이동이 발생하며 온칩 버스 내에서 병목 현상이 발생할 수 있다. 동시 접속자가 늘어남에 따라 온칩 버스 및 인터칩 버스 내에서 통신하는 데이터량이 증가하며 병목 현상은 심화될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 CCL 내에서만 프로세싱이 이루어지도록 코어를 할당한다. CCL 들 간의 데이터 통신을 최소화하거나 없게 함으로써, 일 실시예에 따른 시스템은 CCL들 간의 데이터 이동으로 인한 병목 현상, 즉 온칩 버스, 인터칩 버스 통신에서의 병목 현상을 현저히 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 컴퓨터 시스템에서 사용하기 위한 장치의 기능상 블록도이다.

도 4를 참조하면, 컨테이너(100)는 복수의 애플리케이션을 포함한다. 애플리케이션은, 예를 들어, 적어도 한 개부터 N개로 이루어질 수 있다. N은 자연수이다.

일 실시예에서, 컨테이너(100)는 에이전트 데몬(200)(daemon)을 포함할 수 있다. 에이전트 데몬(200)은 컨테이너(100) 내에 프로세스 감시를 위한 데몬(200)을 말한다. 참고로, 데몬(200)은 멀티태스킹 운영 체제에서 사용자가 직접적으로 제어하지 않고, 백그라운드에서 돌면서 여러 작업을 하는 프로그램을 말한다. 데몬(200)은 전형적으로 프로세스로 실행된다. 데몬(200)은 일반적으로 부모 프로세스를 갖지 않기 ?문에 PPID가 1이며, 프로세스 트리에서 init 바로 아래에 위치한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU 코어를 할당하는 기능적 구성은, 상기의 에이전트 데몬(200)으로 제한될 수도 있다.

다시 도 4를 참조하면, 컨테이너(100) 상에서 특정 프로세스가 구동되면, 에이전트 데몬(200)은 구동된 프로세스의 PID 값을 확인한다. 그 후, 에이전트 데몬(200)은 확인된 PID 값에 기반하여 CPU 코어를 CCL 내의 CPU 코어로 할당할 수 있다. 예를 들어, 리눅스의 태스크셋(taskset) 커맨드를 이용하여 특정 애플리케이션이 실행되면, 에이전트 데몬(200)은 미리 설정된 정책(또는 규칙)에 따라 CPU 코어를 하나의 CCL 내에 있는 CPU 코어로 할당할 수 있다. 이를 통해, CPU 코어는 서로 다른 CCL 내에 있는 것으로 할당되지 않거나, 그러한 빈도가 크게 감소하게 되어, 온칩 버스 및/또는 인터칩 버스 통신이 최소화되며, 종국적으로 CPU 코어 간의 병목 현상이 개선될 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 컨테이너(100) 내에 실행되는 애플리케이션 하나 당 하나의 CCL 만이 사용되도록 스케줄링 되므로, 물리적인 CPU 내부의 버스를 통한 데이터의 통신이 발생하지 않게되고 오로지 CCL 내에서만 데이터의 이동이 이루어지므로, CPU 사용속도가 현저히 개선될 수 있다는 이점이 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (9)

1. 컨테이너 기반의 가상화 시스템에 있어서,
   복수의 애플리케이션들 중 특정 애플리케이션이 실행되면, 상기 특정 애플리케이션을 구동하기 위한 CPU 코어를 CCL 내에 속하는 CPU 코어로 할당하는 코어 할당부를 포함하는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 애플리케이션들은 하나의 컨테이너에 연관되어 구동되는 것을 특징으로 하는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   CCL은 적어도 4개의 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   CCL 내에서 코어 간의 통신은 캐시를 통해 이루어지고, CCL 간의 통신은 온칩 버스를 통해 이루어지는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 코어 할당부는, 상기 특정 애플리케이션이 구동되면, 상기 특정 애플리케이션의 구동에 따른 PID 값을 산출하고, 산출된 PID 값에 기반하여 CPU 코어를 하나의 CCL 내의 CPU 코어로 할당하는 것을 특징으로 하는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   CCL 을 구성하는 코어의 개수가 N 개인 경우, 하나의 애플리케이션의 실행에 응답하여, 상기 하나의 애플리케이션에 할당가능한 CPU 코어의 개수는 N개 이하인, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 특정 애플리케이션은 리눅스의 테스크셋 커맨드를 통해 실행되는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 코어 할당부는 컨테이너 내의 프로세스를 감시하는 데몬인 것을 특징으로 하는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.
   
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 특정 애플리케이션은 하나의 CCL 내에 속한 CPU 코어만을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 하는, 컨테이너 기반의 가상화 시스템.