우수논문신청여부 ( 표시 ) Fast Track 심사신청여부 ( 표시 ) 예 예 아니오 아니오 한국지능정보시스템학회 [2016 년춘계학술대회 ] 논문투고 OMNeT++ 기반 Microserver Architecture 성능평가 김상영김경태송준석길이만윤희용 정보통신대학전

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재영 석
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1 우수논문신청여부 ( 표시 ) Fast Track 심사신청여부 ( 표시 ) 예 예 아니오 아니오 한국지능정보시스템학회 [2016 년춘계학술대회 ] 논문투고 OMNeT++ 기반 Microserver Architecture 성능평가 김상영김경태송준석길이만윤희용 정보통신대학전자전기컴퓨터공학과석사 ( 성균관대학교과정, 주저자정보통신대학전자전기컴퓨터공학과박사, ( 성균관대학교공동저자정보통신대학전자전기컴퓨터공학과석사 ( 성균관대학교과정, 공동저자 ( 성균관대학교소프트웨어대학교수, 공동저자 rmkil@skku.edu) ( 성균관대학교소프트웨어대학컴퓨터공학과교수, 교신저자 impsoft@skku.edu) kyungtaekim76@gmail.com) alskpo@skku.edu) youn7147@skku.edu) Performance Evaluation of Microserver Architecture Based on OMNeT++ Sang-Young Kim(Master course, Dept. of Electrical and Computer Engineering, College of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) Kyung-Tae Kim(Ph.D., Dept. of Electrical and Computer Engineering, College of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) Jun-Seok Song(Master course, Dept. of Electrical and Computer Engineering, College of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) Rhee-man Kil (Professor, College of Software, Sungkyunkwan University) Hee-Yong Youn(Professor, Dept. of Computer Engineering, College of Software, Sungkyunkwan University) - 1 -

2 - 원고매수 : 11 페이지 [ 교신저자연락처 ] 김상영 - 주소 : 경기도수원시장안구서부로 2066 제2종합연구동 C동 83566호실 - 전화번호 : , 휴대폰 : 주소 : impsoft@skku.edu 김경태 - 주소 : 경기도수원시장안구서부로 2066 제1공학관모바일컴퓨팅연구실 (23403A) - 전화번호 : 주소 : kyungtaekim76@gmail.com 송준석 - 주소 : 경기도수원시장안구서부로 2066 제1공학관모바일컴퓨팅연구실 (23403A) - 전화번호 : 주소 : alskpo@skku.edu 길이만 - 주소 : 경기도수원시장안구서부로 2066 제1공학관모바일컴퓨팅연구실 (23403A) - 전화번호 : 주소 : rmkil@skku.edu 윤희용 - 주소 : 경기도수원시장안구서부로 2066 제1공학관모바일컴퓨팅연구실 (23403A) - 전화번호 : 주소 : youn7147@skku.edu - 2 -

3 OMNeT++ 기반 Microserver Architecture 성능평가 Performance Evaluation of Microserver Architecture Based on OMNeT++ 목차 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 선행연구 Ⅲ. 연구모형및가설 Ⅳ. 결론 참고문헌 Abstract ICT 융합기술의발전과대용량멀티미디어콘텐츠사용이증가함에따라고성능, 저전력서버들의운영을통해비용을최소화하고유지보수방법을최적화할수있는마이크로서버수요가늘어나고있다. 하지만고성능서버제품군과달리마이크로서버는제품에최적화된벤치마크시뮬레이션도구가미비하고이에대한환경정보도부족한실정이다. 따라서본논문에서는 OMNeT++ 를이용하여마이크로서버 Architecture를모델링하고환경을구축, latency, End-to-End delay 등의서버벤치마크기준지표를성능평가하였다. Key Words : 마이크로서버, 데이터센터, OMNeT++, Benchmark - 3 -

Ⅰ. 서론 ICT 융합기술의발전과대용량멀티미디어콘텐츠사용이증가함에따라고성능, 저전력서버들의운영을통해비용을최소화하고유지보수방법을최적화할수있는마이크로서버수요가증가하고있다. 기존의고집적, 고성능의블레이드서버의경우집적노가높아관리가용이한장점이있으나고가의시스템구축비용, 큰전력소모, 낮은호환성으로일부하이엔드서버시장만차지하고있다.

4 Ⅰ. 서론 ICT 융합기술의발전과대용량멀티미디어콘텐츠사용이증가함에따라고성능, 저전력서버들의운영을통해비용을최소화하고유지보수방법을최적화할수있는마이크로서버수요가증가하고있다. 기존의고집적, 고성능의블레이드서버의경우집적노가높아관리가용이한장점이있으나고가의시스템구축비용, 큰전력소모, 낮은호환성으로일부하이엔드서버시장만차지하고있다. 또한, 기존의서버를무한정으로증설하는것은 TCO(Totla Cost of Ownership) 와소비전력측면에서한계가존재하며가용전력에도제한을받기때문에애플리케이션특성을고려한저전력 x86 CPU Atom과서버용 ARM 프로세서를기반으로한작고저렴하며소비전력이낮은마이크로서버가 2011년부터서버시장에출현하게되었다. 특히, 모바일분야에서만사용되던 ARM 계열칩이낮은소비전력을이점으로서버용프로세서로개발되고있다. ( 전기만, 2016) 마이크로서버출현초기에는 CPU 부하가적은웹서비스에한정해서서비스를진행했다면최근에는 64비트지원 CPU 출현과메모리용량증가로동적웹콘텐츠처리, 데스크톱호스팅, 신호처리등다양한범용성서비스에사용되고있으며점차그영역이확대될전망이다. 특히, 고사양의고가서버에가상화 (virtualization) 레이어를추가하는것보다저비용의마이크로서버로사용하는것이어떤환경에서는더효율적인해결책으로도제시되고있다. (ETRI, 2014) < 그림 1> 마이크로서버시장성장률 하지만이러한추세와고성능서버제품군과달리마이크로서버는제품에최적화된벤치마 크시뮬레이션도구가미비하고이에대한환경정보도부족한실정이다. 따라서본논문에서는 네트워크시뮬레이터인 OMNeT++ 를이용하여마이크로서버 Architecture 를모델링하고환경을 - 4 -

5 구축, latency, End-to-End delay 등의서버벤치마크기준지표를성능평가하였다. Ⅱ. 선행연구 1. 마이크로서버 (Microserver) 저전력 CPU와메모리및시스템연결망을고집적한하드웨어플랫폼과다양한규모의서비스를자유롭게구성할수있는유연성을지원하는소프트웨어플랫폼으로구성된소형화, 모듈화된서버를의미한다. 다수의저전력고집적서버형태로구축되어높은성능을제공함과동시에상면공간을절약하고, 에너지소비량을절감하여중소규모의 IT 인프라뿐만아니라데이터센터를효율적으로지원할수있다. < 그림 2> 마이크로서버시스템 Block Diagram 마이크로서버하드웨어에서연결망및섀시, 시스템은저전력프로세서기반의컴퓨터카드를포함한시스템하드웨어와연결망및섀시를포함한다. 시스템하드웨어내부에는다수의 CPU와메모리로구성된 Compute 카드가존재할수있으며, 연결망은이들을물리적으로연결하고섀시는연결망및백플레인을포함한마이크로서버하드웨어시스템외부형상을구성한다. 마이크로서버시스템소프트웨어에서시스템은각시스템하드웨어위에서동작하며시스템하드웨어의다수의프로세서코어와메모리에대한가상화및공유하는역할을수행한다. 마이크로서버자원시스템통합관리소프트웨어에서는마이크로서버내의다수시스템하드웨어의물리자원및가상자원을모니터링하고관리한다. ( 한국정보통신기술협회, 2015) - 5 -

Ⅲ. 연구모형및가설 1. OMNeT++ 환경 < 그림 3> 에서와같이 OMNeT++ 환경에서 CPU, Switch, Storage로구성된마이크로서버 Topology를구성하였다. CPU와 Storage 비율은 4:8로구성되어있으며 Architecture 성능평가를위한 Message 생성은 CPU에서생성된다.

6 Ⅲ. 연구모형및가설 1. OMNeT++ 환경 < 그림 3> 에서와같이 OMNeT++ 환경에서 CPU, Switch, Storage로구성된마이크로서버 Topology를구성하였다. CPU와 Storage 비율은 4:8로구성되어있으며 Architecture 성능평가를위한 Message 생성은 CPU에서생성된다. 그리고메시지타입을 Read/Write로구분하여메시지이동경로를설정하였으며, 생성되는메시지크기도 Big/Mediam/Small로나누어변화량에대해서도고려하였다. 그리고 Switch는 FIFO Queue로설계되어있으며 Queue 전체길이에대한제한은두지않는다. 성능평가요소에대해서는 Read/Write 메시지에대한 End to end delay, Switch queueing latency를성능평가할수있도록설계되었다. < 그림 3> OMNeT++ 으로표현된마이크로서버시스템 2. 성능평가 위에서구현한마이크로서버토폴로지를기반으로각 CPU 에서임의로메시지 Traffic 을발생시켜서 Job 을수행하도록내부네트워크를구성하였다. < 표 1> 은시스 - 6 -

7 템에대한설정된환경변수를나타내는것으로해당수치를기반으로테스트되었다. < 표 1> 마이크로서버시뮬레이션파라미터 Parameter Value Total message 300,000 Big 3000K Message size Medium 1000K Small 300K Big 0.25% Message variation Medium 0.25% Small 0.5% Message Read/Write ratio 8:2 Switch Processing Time 70ns Switch Queue Max Length -1 (infinite) Storage read time 4us Storage write time 5us 설정된파라미터를바탕으로시뮬레이션결과성능평가요소에대한결과 < 표 2> 를도출하였으며다음과같다. < 표 2> 마이크로서버시뮬레이션결과 Parameter Value Total time cpu[0] E-5 End to End Delay cpu[1] E-5 cpu[2] E-5 cpu[3] E-5 Switch queueing time E-5 CPU에메시지가각각 75000개씩할당되어총 300,000개의메시지를처리한총시간은 초이다. CPU에서생성된메시지의 End-to-End delay의 Vector 값을 < 그림 4>, < 그림 5>, < 그림 6>, < 그림 7> 의파란색점으로표현하고있으며빨간색선은 Vector 값에대한 Mean값을나타낸다. 또한모든 CPU에서생성된메시지의 End-to-end delay의 Mean 값을비교해보면 < 그림 5> 와같이나타낼수있다

8 < 그림 4> CPU[0] End-to-end delay < 그림 5> CPU[1] End-to-end delay < 그림 6> CPU[2] End-to-end delay - 8 -

9 < 그림 7> CPU[3] End-to-end delay < 그림 5> CPU End to end delay 비교 Switch에서메시지를처리하기위해메시지가 Queue에머무른시간즉, queueing time 값을측정한결과 < 그림 6> 의그래프를도출할수있었으며파란색점은 Queueing time Vector값을의미하며빨간색선은 Mean을의미한다. 그리고 Queue 길이의제한이없어 Drop 되는메시지가존재하지않기때문에기존의설정된전체메시지개수 300,00개의 Vector 개수보다많은점이표시된것을 < 그림 6> 에서확인할수있다

이내용들을바탕으로데이터센터를구축할때기존시스템이아닌요구사항에맞는마이크로서버토폴로지를적용시켜효과적인데이터센터를구축및운용될것으로기대한다.

10 < 그림 6> Switch queueing time Ⅳ. 결론 마이크로서버시장은낮은성능으로도운용가능한웹서버를점차대체할것으로예측되며전력소모가큰데이터센터의핵심요소로서자리잡을것으로보인다. 본연구에서 OMNeT++ 을통해구축한마이크로서버시뮬레이터는기존의시뮬레이션방법디자인보다비용을절감하고효과적이고정확한테스트를할수있는환경이라는결과를도출하였다. 이내용들을바탕으로데이터센터를구축할때기존시스템이아닌요구사항에맞는마이크로서버토폴로지를적용시켜효과적인데이터센터를구축및운용될것으로기대한다. 감사의글 본연구는 Institute for Information & communications Technology Promotion(IITP) grant funded by the Korea government(msip) (No.B ), Science and Technology (2014R1A1A ), the second Brain Korea 21 PLUS 및 Samsung Electronics의일환으로수행되었음. 참고문헌 한국정보통신기술협회, 클라우드인프라를위한고집적마이크로서버시스템의사용

11 자요구사항, 전기만, 손재기, 박창원, 마이크로서버용고집적스위치모듈설계, 한국통신학회 2016년도동계종합학술발표회, Market Realist, Understanding Intel s Segment-by-Segment Future Growth Strategy, ETRI, 마이크로서버기술동향, Electronics and Telecommunications Trnds Vol. 29, No. 4, 49-58, Aug 한국IT서비스산업협회, 데이터센터정의및분류체계,

본문

Handover Gateway System: A Cell-edge Performance Booster for Next Generation Cellular Mobile Network Eui Chang Jung, Hyun Seok Ryu, Chung G. Kang Dept of Computer Electrical Engineering, Korea University