동적 페이지 사이즈 결정 메커니즘을 활용한 가상머신 증분 체크포인트 기법

Abstract

가상화 기술이 성숙화됨에 따라 기존의 비가상화 환경에서 사용하던 고성능 컴퓨팅 작업을 가상화 환경에서 사용할 수 있게 되었다. 이에따라 고성능 컴퓨팅 작업의 결함 내구성을 보장하기 위해 가상화 기술을 이용한 가상 머신 체크포인트-재실행 기법으로 결함 내구성을 보장할 수 있다. 하지만 컴퓨팅에 필요한 메모리 크기가 급격히 증가함에 따라 주기적으로 비휘발성 저장장치에 가상 머신의 상태를 저장하는 것은 큰 오버헤드를 일으키게 되었다. 따라서 체크포인트로 인해 생기는 오버헤드를 줄이기 위해, 일정 주기마다 이전 체크포인트 시점으로부터 변경되는 페이지만 저장하는 페이지 수준의 증분 체크포인트를 사용한다. 최근 평균 무고장 시간이 분 단위로 줄어 정상의 상태를 저장하기 위해서 체크포인트 간격 또한 분 단위로 줄었고, 가상머신의 수 초 이내의 고장 시간을 보장하기 위해 수 초이내의 짧은 간격의 체크포인트가 연구되고있다. 비휘발성 메모리가 등장하기 전, 디스크 기반의 증분 체크포인트에서는 저장을 위한 오버헤드가 높아 4KB의 기본 페이지 사용하여 저장이 필요한 부분을 세밀하게 선택하여 저장 오버헤드를 줄이는 게 큰 목표였다. 하지만 비휘발성 메모리의 등장 이후, 저장 오버헤드가 줄게되어 2MB의 대용량 페이지를 체크포인트에 사용할 수 있게 되었다. 2MB의 대용량 페이지의 사용은 시스템에서 많은 이점을 가져올 수 있었지만, 짧은 체크포인트 간격으로 인해 대용량 페이지 수준의 증분 체크포인트를 수행할 때 대용량 페이지 안에서 실제 변경이 이뤄지지 않은 불필요한 부분이 저장되어 저장 오버헤드를 증가 시킨다. 따라서 짧은 체크포인트 간격과 대용량 페이지 사용은 서로 절충관계가 형성되게 된다. 본 논문에서는 짧은 체크포인트 간격에서 페이지 폴트 핸들링, 저장, 변환 색인 버퍼 오버헤드 3가지를 고려하여 메모리-중심 워크로드와 CPU-중심 워크로드를 구분하였다. 그리고 실제 머신 위에서 워크로드의 특성에 맞춰 대용량 페이지를 이용한 체크포인트와 기본 페이지를 이용한 체크포인트를 상황에 맞춰 기본 페이지에서 대용량 페이지로의 승격, 대용량 페이지에서 기본 페이지로의 격하를 수행하도록 하여 체크포인트의 전체 오버헤드를 줄일 수 있음을 보여주었다. 또한, 페이지 수준의 승격과 격하를 사용하여 체크포인트 오버헤드를 12% 줄이는 성능 향상을 얻을 수 있었다.