그리드 환경으로 구성된 다양한 컴퓨팅 자원을 효율적으로 이용하기 위해 글로벌 스케줄러의 필요성이 강조되고 있다. 하지만, 글로벌 스케줄러는 각 자원에 대한 영향력이 약해, 자원을 효율적으로 관리하는데 작업 상태 파악, 자원 사이트의 균형 조절, 사용자의 자원 독점 등과 같은 문제점이 있다. 본 논문에서는 기존의 글로벌 스케줄러의 문제점을 기준으로 사용자의 수준의 정보를 기반으로 한 스케줄러의 설계를 통해 해결하고자 한다.
계산 그리드는 다양한 컴퓨팅 자원을 통합한 환경을 제공하며, 그리드 환경은 기존의 컴퓨팅 환경에 비해 매우 복잡하며 다양하다. 그리고 그리드 자원들은 각각 같지 않은 플랫폼과 서로 다른 소프트웨어들을 설치하고 있다. 계산 그리드를 보다 효율적으로 사용하기 위해서는 그리드 자원들을 효과적으로 다룰 수 있는 통합이 필요하다. 본 논문에서는 그리드의 자원을 메타 수준에서 통합하면서 동시에 다 양한 정책을 반영할 수 있는 글로벌 스케줄러를 소개한다. 이 글로벌 스케줄러는 기계적인 부분과 세개의 정책으로 구성되어 있다. 기계적인 부분은 적절한 사용자 작업과 계산 자원을 선택하기 위해서 주로 사용자 대기열과 자원 대기열을 검색한다. 이 기계적 부분을 위한 최적화된 알고리즘이 정의되었다. 또한 세개의 정책은 사용자 선택 정책, 자원 선택 정책, 자원 할당 정책으로서 이들은 계산 그리드의 운영을 잠시 중단하고 새로 정의해서 교체 할 수 있다. 예를 들면 사용자 선택 정책은 특정 사용자가 다른 사용자보다 높은 우선 순위를 가지게 하거나 할 수 있고, 자원 선택 정책은 사용자가 요구하는 컴퓨팅 자원에 부합하는 자원을 선택하도록 하며, 자원 할당 정책은 그리드 기반의 통신에서 올 수 있는 부하를 제어하여 극복 할 수 있다. 마지막으로, 사용자 선택 정책을 위한 여러 가지 알고리즘을 사용자 형평성만을 고려하여 정 의하고 이들의 성능을 측정하여 비교하였다.
그리드 컴퓨팅에서는 자원의 상세 정보를 실시간으로 사용하기 어렵기 때문에 자원 관리와 할당이 기존 시스템에 비해 비효율적이다. 따라서, 본 논문에서는 작업의 총 실행시간을 예측하여 그리드 자원을 할당하는 새로운 스케줄링 정책을 제안한다. 이 스케줄링 정책의 특징은 원격 스케줄러와 로컬스케줄러를 사용하여 2단계 스케줄링을 수행한다. 원격 스케줄러에서는 자원 데이터베이스에 저장된 네트워크 환경과 로컬시스템의 정보를 사용하여 작업의 총 실행시간을 예측한다. 그리고 총 실행시간이 최소인 로컬시스템에 작업을 할당한다. 로컬스케줄러에서는 할당된 작업의 대기시간과 처리시간을 계산한 후, 작업을 데드라인 내에 처 리 할 수 있다면 로컬 시스템에서 처리한다. 하지만 데드라인을 초과하면 다른 로컬시스템으로 이주시켜 처리함으로써 작업실패율(failure rate)과 자원비용(resource cost)을 최소화한다.
본 논문에서는 그리드 자원을 통합 관리하기 위한 글로벌 스케줄러에 대한 연구를 진행하고, 이에 대한 설계 방안을 제시한다. 글로벌 스케줄러에 대한 연구로서 그리드 시스템과 글로벌 스케줄러 시스템의 개념에 대하여 이해하고, 글로벌 스케줄러를 구성하는데 필요한 조건들을 확인하였다. 그리고 세계 다른 글로벌 스케줄러 시스템과 차별성을 두기 위한 티켓 기반 시스템 개념을 도입을 하였다. 최종적으로 본 논문에서 제안한 글로벌 스케줄러 시스템 설계에 대한 확인을 위하여 프로토타입 제작을 통해 실제 적용되어 사용 될 수 있는지 여부를 확인하였다.
본 논문에서는 그리드 환경을 구축할 때 자원 비용 면에서 효율적인 스케줄링 정책을 제안한다. 이 스케줄링 정책은 로컬 컴퓨팅 자원을 효율적으로 할당하기 위해 자원 비용과 작업 실패율을 고려한다. 이 스케줄링 정책의 특징은 원격 스케줄러와 로컬 스케줄러를 사용하여 2단계 스케줄링을 수행한다. 원격 스케줄러에서는 자원 데이터베이스에 저장된 네트워크와 로컬시스템의 정보를 사용하여 작업의 총실행시간이 최소인 로컬시스템을 선택하여 작업을 할당한다. 로컬 스케줄러에서는 할당된 작업의 대기시간과 처리시간을 재계산한 후, 작업을 데드라인 내에 처리할 수 있다면 로컬시스템에서 수행한다. 하지만 데드라인을 초과하면 다른 로컬시스템으로 이주시켜 처리함으로써 작업 실패율과 자원 비용을 최소화한다. 제안한 스케줄링 정책은 기존 Greedy 정책에 비해 작업 실패율은 높지만, 자원 비용을 줄이는 면에서 더 우수함을 보인다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 제안한 스케줄링 정책이 기존 Greedy 스케줄링 정책에 비해 컴퓨팅 자원 비용을 줄이는 면에서 효과적임을 보인다.
워크플로우 관리자는 대량의 계산용 그리드 자원을 데스크탑 컴퓨터에서 개인이 편리하게 워크플로우를 만들고 수행할 수 있게 해주는 유용한 도구이다. 보통 데이터는 스테이지-인, 프로세스, 스테이지-아웃의 순서로 순차적으로 진행되며 워크플로우 시스템은 이 과정을 자동화해준다. 그러나 최근의 e-science에서는 사용되는 데이터 량이 급속하게 증가하고 있고 원하는 출력물을 얻기 위해 여러 번의 과정을 수행하면서 데이터 이동 시간이 전체 수행시간의 많은 부분을 차지하게 되어 스테이징 과정의 개선이 중요한 이슈가 되고 있다. 본 논문에서는 스테이징 과정을 개선하고, 이를 이용하여 가능한 한 많은 작업들을 동시 수행시키는 스케줄러를 설계하였다. 또한 모의실험을 통해 제안한 스케줄러의 성능이 10~40%까지 향상됨을 보였다.
그리드는 지리적으로 분산된 다양한 컴퓨팅 자원을 초고속 네트워크로 연결하여 고속 연산과 대용량 데이터의 처리를 가능하게 하는 기술이다. 서비스 품질이 보장되는 그리드 환경의 작업 수행을 위해서 컴퓨팅 자원뿐만 아니라 네트워크 자원의 관리와 제어가 요구된다. 본 논문에서는 그리드 네트워크 경로 및 자원의 생성과 예약을 지원하기 위하여 그리드 네트워크 자원의 정보 모델과 그리드 네트워크 서비스 인터페이스를 정의하였다. 그리드 네트워크 서비스 인터페이스에는 기존 GLIF의 자원 생성 및 예약 관련 메시지 이외에 그리드 네트워크 경로와 통보 메시지를 추가로 정의하였다. 또한, 두 단계 자원 예약 메커니즘을 지원하기 위하여 관련 상태와 메시지를 정의하였다. 그리드 네트워크 자원의 정보 모델과 그리드 네트워크 서비스 인터페이스를 이용하여 네트워크 자원 관리 시스템을 설계 및 구현하였으며, GMPLS 기반의 제어및 전달망을 갖는 그리드 환경에서 자원의 예약과 할당 및 해제를 실험하였다.
그리드에서 수행할 수 있는 많은 응용들에 대해 그리드시스템은 시스템내 작업들에 대해 낮은 사용율을 보이는 머신에 스케줄링 함으로써 자원 균형 효과를 제공할 수 있다. 각 작업들이 수행되기 위해 서로 통신을 하는 동안 그리드 스케줄러는 통신 트래픽 혹은 통신 거리의 최소화를 고려하여 작업들을 스케줄링 한다. 본 연구에서는 통신 트래픽 혹은 통신 거리를 감안한 부하재분배 알고리즘을 제한한다. 이를 기반으로 시뮬레이션을 수행하였다. 실험결과에서는 전반적으로 기존의 방법보다 반응시간에서 우수함을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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