[논문 리뷰] A Survey of Virtualization Techniques Focusing on Secure On-Demand Cluster Computing

Nadir Kiyanclar|ArXiv.org|2005. 11. 02.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 27인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 안정적인 온디맨드 클러스터 컴퓨팅을 위한 가상화 기술을 조사하며, Xen, VMware ESX Server, Linux-VServer 등의 시스템을 보안, 성능, 이식성 기준으로 평가한다. 결과적으로 Xen은 상용 하드웨어에서 강력한 성능과 효과적인 격리 메커니즘, 오픈소스 성격을 바탕으로 온디맨드 보안 클러스터 컴퓨팅 프로젝트에 최적의 선택으로 판단된다.

ABSTRACT

Virtualization, a technique once used to multiplex the resources of high-priced mainframe hardware, is seeing a resurgence in applicability with the increasing computing power of commodity computers. By inserting a layer of software between the machine and traditional operating systems, this technology allows access to a shared computing medium in a manner that is secure, resource-controlled, and efficient. These properties are attractive in the field of on-demand computing, where the fine-grained subdivision of resources provided by virtualized systems allows potentially higher utilization of computing resources. It this work, we survey a number of virtual machine systems with the goal of finding an appropriate candidate to serve as the basis for the On-Demand Secure Cluster Computing project at the National Center for Supercomputing Applications. Contenders are reviewed on a number of desirable properties including portability and security. We conclude with a comparison and justification of our choice.

연구 동기 및 목표

• 국립 초고성능컴put링응용센터에서 진행 중인 온디맨드 보안 클러스터 컴퓨팅(ODSCC) 프로젝트에 적합한 가상화 플랫폼을 특정하기 위해.
• 보안, 성능, 이식성, 하드웨어 지원 등의 핵심 기준을 바탕으로 가상 머신 모니터(VMM)를 평가하기 위해.
• 상용 하드웨어 기반의 온디맨드 컴퓨팅 인fra에서의 적합성을 고려해 호스팅형과 브레인-멀티플 가상화 시스템을 비교하기 위해.
• 향후 ODSCC 시스템 개발을 위한 주요 가상화 기술로 Xen을 선택하는 데에 대한 근거를 제시하기 위해.

제안 방법

• VMware ESX Server, Xen, Linux-VServer, User-Mode Linux(UML), Denali, Disco, Cellular Disco 등을 포함한 다양한 가상화 시스템을 조사하였다.
• 성능, 보안 격리, 자원 제어, 하드웨어 지원, 게스트 OS 포트 가용성 등의 기준을 바탕으로 시스템을 평가하였다.
• 특히 시스템 호출 오버헤드와 CPU 효율성에 중점을 두고, 공개된 벤치마크와 시스템 설계 원칙을 분석하여 성능 특성을 분석하였다.
• 게스트 OS 수정의 가능성을 평가하였으며, Linux 및 유닉스 유형의 안정적이고 공개된 포트가 있는 시스템을 우선시하였다.
• 호스팅형 대비 브레인-멀티플 가상화의 성능 및 관리적 트레이드오프를 분석하였다.
• 가상 머신 모니터(VMM)의 비교 분석을 통해 보안적이고 확장 가능한 온디맨드 클러스터 컴퓨팅에 적합한 시스템을 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상용 하드웨어에서 온디맨드 클러스터 컴퓨팅에 적합한 성능, 보안, 이식성의 최적 균형을 제공하는 가상화 기술은 무엇인가?
• RQ2 VMware Workstation 및 UML과 같은 호스팅형 가상화 시스템은 Xen과 VMware ESX Server와 같은 브레인-멀티플 시스템에 비해 자원 효율성과 격리 수준에서 어떻게 비교되는가?
• RQ3 가상화 시스템에서 게스트 OS 수정의 실용적 영향은 무엇이며, 이는 배포 및 유지보수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 하드웨어 지원 및 I/O 가상화 기능은 가상화 플랫폼의 확장성과 유지보수성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 VMware ESX Server와 같은 프로prietary 가상화 솔루션을 사용할 경우의 비용 및 라이선스 영향은 무엇이며, Xen과 같은 오픈소스 대안과 비교해 볼 때 어떠한가?

주요 결과

• Xen은 강력한 성능, 오픈소스 라이선스, Linux 및 유닉스 유형 게스트 운영체제에 대한 숙련된 지원 덕분에 ODSCC 프로젝트의 최적의 가상화 플랫폼으로 선정되었다.
• VMware ESX Server는 호스팅형 VMware 제품군을 능가하는 성능을 보였지만, 라이선스 제약으로 인해 공개된 성능 데이터가 없어 독립적인 벤치마크가 불가능했다.
• Linux-VServer는 강력한 보안 격리 기능을 제공하며 PlanetLab에서 사용되고 있지만, 원본 디스크 자원 격리 기능이 없으며 자원 제어 기능을 활용하기 위해 응용 프로그램 수준의 수정이 필요하다.
• User-Mode Linux(UML)는 거의 네이티브 수준의 CPU 성능을 제공하지만, 시스템 호출 오버헤드로 인해 I/O 집약적 워크로드에서 심각한 성능 저하를 겪는다.
• Denali는 높은 게스트 밀도를 위해 유망한 가능성을 보였지만, 직접 하드웨어 인터페이싱이 필요하여 Xen에 비해 이식성과 유지보수 복잡성이 증가하였다.
• 조사 결과, Xen의 성능, 오픈소스 가용성, 안정적인 게스트 커널 포트의 조합이 상용 하드웨어에서 보안적이고 확장 가능한 온디맨드 클러스터 컴퓨팅에 가장 실현 가능한 옵션임을 입증하였다.