가상 메모리 관리에서 가장 근 문제점은 느린 보조기억 장치의 속도와 빠른 주기억장치의 속도 차이에서 나타나는 성능 저하라고 할 수 있다 요구 페이징 기법에서 Page Fault가 일어나면 페이지 교체 정책에 의해 필요 없는 page들을 swap device로 이동을 시킨다. 이때 느린 보조기억장치의 접근 속도로 인한 응답시간의 지연은 전체적인 시스템 성능의 저하를 초래한다. 그래서 Swap Device로의 접근 횟수와 페이지의 크기를 줄일 수 있다면 Page Out되는 응답시간을 높일 수 있을 것이다. 따라서 본 논문에서는 가상 메모리 압축 시스템을 설계하여 Swap Out 되는 시간을 줄여 시스템의 전체적인 성능 향상을 위한 시스템을 구현한다.
최근 들어, 하드웨어 플랫폼은 다수의 코어 아키텍처의 메모리 대역폭을 유지하기 위해 NUMA 구조로 설계되고 있다. 이러한 NUMA 시스템 구조에서 다른 노드의 메모리에 접근할 경우, 더 많은 시간과 비용이 소모된다. 따라서 이를 고려한 스케줄링 기법들이 가상화 혹은 가상화되지 않은 시스템 환경에서 연구되고 있다. 하지만, 아직까지 NUMA 시스템 가상화 환경에서 리모트 접근을 제거함과 동시에 이에 따른 오버헤드를 최소화하는 연구는 없었다. 따라서 본 논문에서는 이러한 환경에서 메모리 접근 지연을 줄이기 위한 VCPU 스케줄링 기법을 제안한다. 본 기법은 노드별 페이지 테이블 관리, LRU 기반 게스트 스케줄러, 캐시 오염 태스크 전용 버퍼 관리 기술을 이용한다. 다른 기법들과의 비교 및 분석 결과에서 알 수 있듯이, 본 기법을 적용할 경우 NUMA 시스템 노드 간 리모트 접근을 없애고, 이에 따른 오버헤드를 최소화하며, 주어진 하드웨어 캐시를 효율적으로 사용할 수 있다.
최근 스마트 TV는 멀티코어, 3D가속, 고속 네트워크 및 다양한 인터페이스 지원 등으로 인하여 성능이 향상되었다. 향후 스마트 TV는 씬-클라이언트인 이기종 단말기에게 홈 클라우드 서비스를 제공할 것으로 기대되고 있다. 홈 클라우드로서의 스마트 TV는 단말기 간의 보안과 다양한 서비스를 제공하기 위해 가상화가 기술이 필요하다. 그러나 가상화 환경에서의 스마트 TV는 다중의 가상 머신이 실행될 경우 메모리 부족으로 인해 스왑-아웃 문제를 유발한다. 본 논문에서는 스마트 TV의 메모리 사용 분석 및 ballooning을 통한 효율적인 호스트 메모리 관리의 필요성을 제시한다.
서버 기반 컴퓨팅(Server Based Computing)은 데이터와 작업 처리가 서버에서 이루어지기 때문에 데이터를 효과적으로 통합하고 관리를 할 수 있다. 본 논문에서는 서버 기반 컴퓨팅을 이용하여 사용자에게 본인만의 데스크톱 환경을 제공하고, 언제 어디서나 필요한 정보와 애플리케이션을 실행할 수 있는 방법을 제안한다. 이러한 환경 하에서 최대한 서버의 활용률을 높이고 낭비하는 자원을 줄이기 위해 서버 가상화 기법(Server Virtualization)과 가상 OS 메모리 할당 알고리즘을 도입하였다. 서버와 사용자의 수에 따른 메모리 할당 방식을 hard handoff 라고 명하고, 사용자에게 메모리를 적절히 할당할 수 있도록 하였다. 또한 기존 사용자에 대한 메모리 재할당의 경우, Immutable OS와 별도의 사용자 데이터 공간으로 나누어 관리하여 가상 OS의 재접속 시간을 단축시킬 수 있었다.
가상 메모리 시스템은 다중 프로그래밍의 정도를 높이고 효율적으로 주기억 장치를 관리하는 장점을 제공해 주지만 예측할 수 없는 지연을 발생시키는 문제점을 가지고 있다. 따라서 가상 메모리 시스템은 시간 제약이 엄격한 경성 실시간 시스템에서 사용하기에 부적합하며, 시간 제약이 완화된 멀티미디어 분야에서도 태스크의 제한 시간 실패율을 높이는 원인을 제공함으로써 멀티미디어 서비스 품질을 저하시키고 있다. 본 논문에서는 동적으로 태스크가 유입되는 범용 시스템 환경에서 가상 메모리 시스템이 멀티미디어 태스크에 미치는 영향을 분석하고. 멀티미디어 태스크의 제한 시간 실패율을 최소화할 수 있는 메모리 관리 방법을 제시하였다. 본 논문에서는 동적으로 유입되는 태스크의 페이지 폴트를 제한된 비율로 유지시키는 기법을 사용하며. 이를 통해서 부하를 분산시키고. 결과적으로 멀티미디어 응용이 원활히 수행될 수 있도록 하였다.
대량의 메모리, 네트워크 장치, 저장매체, CPU 등으로 구성된 데이터 센터의 운용에 있어서 시스템 구축이나 운용을 단순화하기 위한 가상화가 고려되고 있다. 특히 금융 분야와 같이 데이터의 폭증 시대에 대응하기 위한 분산 서버 노드의 메모리 가상화 시스템을 고려할 수 있으며 본 연구에서는 이러한 메모리 가상화 시스템을 운용하는데 있어서 지연을 최소화하기 위한 인피니밴드의 활용방안에 대하여 검토한다. 인피니밴드의 메모리 접속 기능인 RDMA (Remote Direct Memory Access)를 더욱 쉽게 사용하기 위한 사용자 친화적인 라이브러리 구현 방법을 제안하며 RDMA 사용 시 발생하는 지연 현상을 분석하였다.
자바 프로그램은 클래스의 집합으로 이루어지며 클래스는 필드와 메소드로 구성된다. 필드는 힙 메모리에 저장되므로 필드의 사용 형태는 힙 메모리의 사용 형태에 직접적인 영향을 미친다. 즉 자바 힙 메모리의 사용을 분석하기 위해서는 필드의 사용 형태를 분석해야 한다는 것이다. 본 논문에서는 전형적 자바 프로그램에서 필드가 어떻게 사용되어지는지를 정성적으로 분석하고 실험을 통해 확인하였다. 본 연구의 결과는 자바가상기계의 힙 메모리 구조 개발에 도움을 줄 것이며, 나아가 효율적인 자바가상기계의 개발을 가능하게 할 것으로 기대된다.
최근에 발표된 마이크로소프트의 C#이라는 언어에서도 채택했듯이 그 동안 자바 개발자의 특권으로만 여겨졌던 가비지 컬렉션(garbage collection)은 개발자로 하여금 메모리와 관련된 고인으로부터 해방시켰다. 단순히 메모리의 효율적 관리뿐 만 아니라 프로그램의 무결성을 높여 자바 보안정책에 중요한 부분을 제공한다. 본 논문에서는 자바 가상 머신의 최적화를 위해서 가비지 컬렉션을 처리에 효과적인 알고리즘과 힙 메모리를 설계하였다.
다양한 사물인터넷 장치 환경간의 응용 프로그램의 플랫폼 독립성을 지원하기 위해 가상기계 기술을 사용할 수 있다. 그러나 사물인터넷 장치 환경은 가용 메모리가 한정적이므로 사물인터넷 환경에서 가상기계의 동작이 가능하게 하려면 적은 메모리를 사용하도록 경량화해야 한다. 본 논문에서는 경량의 가상기계를 설계하여 가용 메모리가 적은 저성능 사물인터넷 기기에서도 동작할 수 있게 하였다. 또한 가상기계를 구조적으로 설계하여 다양한 사물인터넷 장치의 성능에 따라 적합한 구성으로 이식할 수 있다.
기존 운영체제들은 물리적 메모리보다 더 많은 양의 메모리를 사용자에게 제공하기 위하여 가상 메모리 페이징 시스템을 사용한다. 가상 메모리 페이징 시스템에서는 물리적 메모리가 부족해지면 그 내용을 저장시킬 수 있는 스왑 장치를 필요로 하는데, 기존 운영체제들에서는 디스크를 스왑 장치로 사용한다. 디스크는 물리적 메모리에 비해 그 접근 속도가 매우 느리기 때문에 상대적으로 스왑핑이 일어나면 물리적 메모리의 접근 시간에 비해 엄청난 시간을 기다려야 한다. 여러 대의 컴퓨터를 빠른 네트웍으로 묶는 클러스터 환경에서는 디스크의 접근 시간보다 네트웍을 통하여 다른 워크스테이션의 메모리에 접근하는 시간이 더 빠르기 때문에 유효한 다른 워크스테이션의 메모르를 스왑 공간으로 사용하고자 하는 네트웍 램이 제시되었다. 본 논문에서는 Linux 운영체제에서 스왑 장치 관리자로 네트웍 램을 설계, 구현하여 그 성능을 측정하였다. 그리고 새로운 안정성 제공 방법을 제시하고 기존에 제시된 안정성 제공방법들과 비교, 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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