[논문 리뷰] Virtual Machine Consolidation for Datacenter Energy Improvement

Sina Esfandiarpoor, Ali Pahlavan외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 09.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 13인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 랙과 라우터 활용도를 최소화하기 위해 VM을 공동 배치하여 데이터센터 내 서버, 네트워크 및 냉각 자원 사용을 종합 최적화하는 가상 머신(Virtual Machine, VM) 통합 기법을 제안한다. 불필요한 인프라를 줄임으로써 전체 데이터센터에서 평균 14.7%의 에너지 절감을 달성하며, 냉각 분야에서는 28.2% 절감, 네트워킹 분야에서는 18.8% 절감을 기록한다. 이와 동시에 서비스 수준 합의(SLA)를 유지한다.

ABSTRACT

Rapid growth and proliferation of cloud computing services around the world has increased the necessity and significance of improving the energy efficiency of could implementations. Virtual machines (VM) comprise the backend of most, if not all, cloud computing services. Several VMs are often consolidated on a physical machine to better utilize its resources. We take into account the cooling and network structure of the datacenter hosting the physical machines when consolidating the VMs so that fewer racks and routers are employed, without compromising the service-level agreements, so that unused routing and cooling equipment can be turned off to reduce energy consumption. Our experimental results on four benchmarks shows that our technique improves energy consumption of servers, network equipment, and cooling systems by 2.5%, 18.8%, and 28.2% respectively, resulting in a total of 14.7% improvement on average in the entire datacenter.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 서비스 수요 증가에 대비해 클라우드 데이터센터의 에너지 효율성을 향상시키기 위해.
• 가상화된 데이터센터에서 네트워크 및 냉각 인프라의 저활용 문제를 해결하기 위해.
• 활성 랙, 라우터 및 냉각 장치의 수를 줄임으로써 총 에너지 소비를 최소화하기 위해.
• 사용하지 않는 네트워크 및 냉각 장치를 끄는 동안 서비스 수준 합의(SLA)를 유지하기 위해.
• 서버, 네트워크 및 냉각 자원의 종합 최적화가 전체 데이터센터 에너지 소비에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 서버, 네트워크 및 냉각 자원 제약 조건을 고려한 최적화 문제로 VM 통합을 모델링한다.
• 물리적 머신에 VM을 공동 배치하여 활성 랙과 라우터의 수를 최소화함으로써 인프라 부하를 감소시킨다.
• 냉각 및 네트워크 토폴로지를 명시적으로 고려하여 과잉 설계를 방지하고, 불필요한 구성 요소의 정지 가능성을 확보한다.
• 자원 제한 및 지연 시간과 같은 SLA 제약 조건을 준수하는 히우리스틱 기반의 통합 전략을 사용한다.
• 다양한 워크로드를 시뮬레이션하기 위해 네 가지 실세계 벤치마크를 사용하여 성능을 평가한다.
• 에너지 절감량은 서버, 네트워크 장비 및 냉각 시스템 각각 별도로, 그리고 통합하여 계산된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VM 통합을 통해 서버 사용률뿐 아니라 네트워크 및 냉각 인프라 최적화를 통해 데이터센터의 에너지 소비를 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ2 SLA 위반 없이 활성 랙과 라우터의 수를 줄이면 전체 데이터센터 에너지 소비가 얼마나 감소하는가?
• RQ3 냉각 및 네트워크 에너지 절감이 전체 데이터센터 에너지 절감에 기여하는 비율은 어느 정도인가?
• RQ4 서버, 네트워크 및 냉각 구성 요소의 종합 최적화는 개별 최적화 전략에 비해 어떻게 다를까?
• RQ5 물리적 인프라 토폴로지를 고려한 통합 전략이 실세계 워크로드에서 상당한 에너지 절감을 이끌 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 네 가지 벤치마크 전반에서 평균 2.5%의 서버 에너지 소비 절감을 달성한다.
• 적은 수의 활성 라우터로 인해 네트워크 장비의 에너지 사용량이 18.8% 감소한다.
• 사용하지 않는 냉각 장치를 정지시킴으로써 냉각 시스템의 에너지 소비가 28.2% 감소한다.
• 서버, 네트워크 장비 및 냉각 장치의 모든 구성 요소를 종합적으로 고려할 때 전체 데이터센터 에너지 소비는 평균 14.7% 감소한다.
• 불필요한 인프라의 강력한 전원 차단이 가능하면서도 SLA 준수를 유지한다.
• 결과적으로 네트워크 및 냉각 인프라의 종합 최적화가 단순 서버 수준의 통합보다 훨씬 더 큰 에너지 절감 효과를 낳는다.