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지능형 클라우드 연구실
성능 및 보안 SLA 보장이 가능한 차세대 클라우드 인프라SW 개발
고려대학교 / 총괄책임자 : 유혁 교수
연구실 소개
미래 선도 클라우드 기술: SLA 보장
- SLA보장은 미국표준연구소 클라우드 컴퓨팅 로드맵 (NIST SP 500-293)에 포함되어 있는 미래 선도기술로서, 그 내용은 클라우드 서비스 수준 합의(Cloud Service level Agreement)를 의미함. 즉, 인공지능, 5G와 같은 서비스 수준의 정의, 성능 요소 등을 명시하여, 서비스 제공자와 사용자 간 기대치를 정의하는데 사용됨.
- 그러나, 현재 아마존 EC2, MS Azure, 구글 클라우드 등 세계 최첨단 클라우드들도 SLA 보장을 가용성으로만 제한하고 있어서, 본 연구진이 개발하는 SLA보장 기술의 파급력은 매우 클 것으로 예상됨
SW스타랩 고려대 유혁 교수 지능형 클라우드 연구실
- 30년 간의 시스템SW, 가상화 시스템 연구 개발 경험, 인력 양성 경험을 보유한 고려대 유혁 교수가 리딩하고 있는 SW 스타랩으로 지능형 클라우드를 위한 SLA 보장 기술 연구 및 전문 인재 양성을 목표로 하고 있음.
- 지능형 클라우드 서비스들의 SLA 보장에 초점을 둔 통합적 기술 개발을 위하여, 노드 레벨에서 클라우드 레벨의 통합 자원 스케줄링이라는 단계적 접근을 통해 연구를 진행 중임.
- 연구 결과를 논문으로 발표할 뿐 아니라 실제 코드로 구현하고, 그것을 공개소스인 오픈스택에 접목하여, 국내 뿐 아니라 전세계 클라우드 커뮤니티에 기여하고 있고 및 해당 전문 인력을 양성하고 있음.
연구 소개글
- 본 연구진이 목표하는 지능형 클라우드 연구는 SLA(Service Level Agreement)라는 서비스 수준을 달성하는 맞춤형 클라우드 기술을 개발하는 것이 핵심이다.
- 아마존과 같은 글로벌 서비스 제공자들의 클라우드 서비스는 사용자 및 서비스 목적에 따라 처리량이나 처리 속도 지정과 같은 조건을 설정하는 것이 불가능하다. 이것은 인공지능, 5G 와 같은 새로운 서비스를 제공하는데 있어서 큰 문제점이 된다. 그 이유는 사용자의 요구를 충족시키기 위하여 사업자는 기반 시설의 투자를 늘려야 하고 이에 따라 서비스 비용이 계속적으로 늘어날 수밖에 없다.
- 지능형 클라우드 기술은 이러한 서비스 전반의 비용을 낮춰 효율화를 가능하게 하고, 이런 효과는 실제 사용자에게, 예를 들어, 5G 통신비 및 단말기의 가격이 낮아지는 등 가시적으로 나타날 수 있다.
- 현재까지 이런 SLA 기술을 구글, 아마존, 마이크로소프트에서도 적용하지 못하고 있기 때문에, 이러한 기술을 선점 개발하여 세계적으로 파급력을 높일 수 있다.
- 클라우드 기술 발전은 다양한 시스템 기술이 접목되어 있어, 잘 설계 구축된 클라우드 시스템이 가져다 주는 파급효과는 엄청날 것으로 기대하며, 본 연구진의 배출인력들이 국내 뿐 아니라 세계적으로도 이를 리딩하는 연구자가 될 수 있기를 기대한다.
찾아오는길
서울특별시 성북구 안암동 5가 고려대학교 자연계캠퍼스 우정정보통신관 308호
총괄책임자
고려대 정보대학 컴퓨터학과 유혁 교수 / 연구분야 – OS, 클라우드, 네트워크 가상화 / hxy@os.korea.ac.kr
유혁 교수는 고려대학교 정보대학 컴퓨터학과에 재직 중이며, 운영체제 연구실을 이끌고 있다. 주요 연구 분야는, 인공 지능을 포함한 미래 지향적인 서비스를 위한 지능형 클라우드, 새로운 네트워크 패러다임인 SDN (software-defined networking)을 기반으로 한 네트워크 가상화, 블록체인 기반 IoT 보안 등이며, 여러 국제 학술대회 프로그램 위원 및 조직위원회 위원을 역임하였고, 200여편 이상의 국내외 논문을 발표하였다. 기술적인 논문 발표를 넘어서, 유혁교수는 삼성전자, LG전자등 여러 글로벌 기업들의 제품 설계 및 향상에 실질적인 기여를 하였다. 이러한 공로를 인정받아 SW 산업 발전 유공자 포상(2009)과 옥조근정훈장 (2017)을 수훈하였다. 또한, 120억 규모의 블루오션형 인력양성사업 단장(2006-2012), 고려대학교 정보대학 학장(2013-2018)을 역임하였다.
구성원
이름 연구분야 메일
이경운 클라우드, 시스템 가상화 kwlee@os.korea.ac.kr
임재민 블록체인, 클라우드 컴퓨팅 jmlim@os.korea.ac.kr
양경식 네트워크 가상화, 트레픽 엔지니어링, 저지연 네트워크 ksyang@os.korea.ac.kr
유봉열 스위치 가상화, 리눅스 커널 네트워크 최적화 byyu@os.korea.ac.kr
진희상 네트워크 가상화, 트레픽 엔지니어링, 네트워크 매니지먼트 hsjin@os.korea.ac.kr
김수완 리눅스 커널 네트워크 최적화, 클라우드 컴퓨팅, 장치 드라이버 sw.kim@os.korea.ac.kr
Anumeha 클라우드 컴퓨팅, 시스템 가상화 anumeha@os.korea.ac.kr
강민구 네트워크 매니지먼트, 프로그래머블 데이터플레인 mit2400@naver.com
김동은 클라우드, 네트워크 가상화 boramatlulu@korea.ac.kr
김한주 클라우드, 네트워크 가상화 hanjjm94@korea.ac.kr
조채린 클라우드, 네트워크 가상화 tldtldcpfl@korea.ac.kr
문기준 클라우드, 네트워크 가상화 shangmoon@korea.ac.kr
임재민 클라우드, 네트워크 가상화 jaeminim95@korea.ac.kr
김정수 클라우드, 네트워크 가상화 tkem3@korea.ac.kr
조경선 클라우드, 공개커뮤니티 kyoungsun@korea.ac.kr
연구 목표 및 내용
노드 레벨 통합 스케줄링
현재 클라우드 환경은 가상화 기술을 기반으로 운용되고 있으며, 가상화 기술은 물리 서버를 노드 레벨에서 여러 가상 머신으로 추상화하고 제공함으로써 독립된 환경을 제공한다. 본 연구는 각 가상 머신에서 동작하는 응용서비스들의 성능 및 보안 Service Level Agreement (SLA)를 보장하기 위해 CPU, 네트워크, 스토리지 자원의 성능 분석 및 목표 성능 보장이 가능한 자원 스케줄링 기법의 고안을 목표로 한다. 기존 가상화 환경은 자원간 의존성에 대한 고려 없이 각각의 자원을 독립적으로 스케줄링하기 때문에, 목표 성능 보장이 어려운 문제가 있다. 일례로 CPU와 네트워크를 동시에 필요로 하는 작업을 수행하는 경우 기존 스케줄링 기법 만으로는 그 요구 성능을 만족시키지 못한다. 본 연구에서는 서로 다른 자원을 통합적으로 관리하는 자원 스케줄링 프레임워크를 고안하고, 이를 통해 가상 머신의 요구 성능 충족에 필요한 수준에 맞춰 자원을 할당함으로써 목표 성능을 달성한다. 달성 기법으로는 가상 머신의 목표 성능과 현재 성능, 실제 물리 머신의 자원 활용율을 모두 고려하는 피드백 제어 기반 자원 할당 기법을 사용한다. 최종적으로는 비디오 스트리밍, 웹 서버 등 다양한 사용자 작업 수행환경에서 99.9% SLA 보장을 목표로 하고 있다.
클라우드 레벨 자원 스케줄링
클라우드 환경은 규모에 따라 단일 물리 서버가 아닌 수많은 물리 서버들의 클러스터로 구성된다. 즉, 하나의 클라우드 서비스가 여러 물리 서버에 걸쳐 분산된 자원을 사용 할 수도 있다. 따라서, 클라우드 서비스의 목표 성능을 보장하기 위해서는 노드 레벨의 자원 통합 스케줄링을 확장하여 여러 물리 머신을 동시에 관리하는 기술 개발이 필요하다. 본 연구는 각 물리 머신에서 독립적으로 동작하는 노드 레벨 자원 스케줄링 기법과 자원 사용에 대한 허용 여부를 결정하는 Admission controller, 그리고 주어진 SLA를 분석하여 자원 사용량과 성능 관련 요소로 나누어 관리하기 위한 SLA manager 개발을 목표로 한다. SLA manager는 각 물리 머신에서 동작하는 SLA node manager와 SLA resource manager로 나뉜다. SLA node manager는 현재 운용되고 있는 가상 머신의 SLA 달성 정도와 물리 머신의 자원 사용율에 대한 통계 및 데이터를 수집하고 중앙의 SLA resource manager로 전달한다. SLA resource manager는 여러 물리 머신의 자원 정보를 통합 관리하며 그 정보들은 Admission controller가 목표 성능 보장이 가능한 위한 물리 머신을 선별하는데 활용할 수 있다. Admission controller는 가상 머신이 새롭게 생성될 때, 대상이 되는 물리 머신에 할당 할 수 있는지 결정하고, 가능한 경우만 허용한다.
오픈스택 기반의 공개 SW 클라우드 플랫폼 개발 – Stella Cloud
본 연구의 개발물인 노드 및 클라우드 레벨 자원 스케줄링 기법을 공개SW의 형태로 배포하고 실제 시스템에 적용하기 위해서, 본 연구진은 Openstack을 선택하였다. Openstack은 클라우드 환경의 대표적인 오픈소스 클라우드 플랫폼으로, 전세계적으로 가장 많이 사용되고 있으며 영향력이 크다. Stella Cloud는 Openstack에 본 연구 개발물을 적용하고, 실제 물리 서버들을 운용한 클라우드 테스트베드이다. Stella Cloud는 노드 레벨의 자원 스케줄링을 위한 물리 자원 스케줄링 계층, 클라우드 레벨 자원 스케줄링을 위한 클라우드 관리 계층, 그리고 사용자에 현재의 성능 및 자원 활용율의 정보를 제공하기 위한 사용자 인터페이스 계층으로 구성된다. 본 연구진은 Openstack 적용을 위한 소프트웨어의 개발과 관련되어 공개 커뮤니티를 생성하고, 이에 대한 참여 및 활성화를 위해 KU Stella 커뮤니티를 공개 커뮤니티 저작 툴인 Launchpad를 구성하였다. KU Stella를 통해서 Openstack 관련 소프트웨어 연계 및 교류 활동과 Github을 통한 코드 기여 등이 가능하다. 또한 Openstack 관련 지역 행사나, 자체 워크샵 등을 통해 지속적인 홍보를 하고, 공개 SW 개발에 관심있는 연구자들의 참여를 유도하고 있다.
클라우드 SLA를 위한 BaaS 분석 연구 – Stella BaaS
최근 블록체인은 클라우드와 같은 대규모 분산 처리 환경에서 무결성 보장에 효과적인 보안 기법의 하나로 각광 받고 있다. 또한, Amazon, Microsoft, Google, IBM 같은 사업자는 클라우드 환경에서 블록체인을 플랫폼으로 제공하는 Blockchain-as-a-service (BaaS)를 도입하고 있으나, 아직 초기 단계로 서비스를 제공하는 수준에 머물러 있다. 본 연구 과제에서는 클라우드 환경에서 성능 및 보장 SLA 제공이 가능한 노드 및 클라우드 레벨 자원 스케줄링 기법을 BaaS 시스템에 적용하여 사용자에게 높은 수준의 BaaS SLA를 제공하는 것을 목표로 한다. 이를 위해, 오픈소스 블록체인 플랫폼인 Hyperledger를 자체 테스트베드에 적용하여 성능을 측정하고 BaaS SLA를 적용하기 위한 감사 도구 설계 및 SLO 변환 연구를 수행한다. 또한, 여러 사용자에 독립적인 BaaS 환경을 제공하기 위해 가상화를 통한 네트워크 고립 연구를 진행할 계획이다.
성과 (1-4년)
구분 1차년도(‘15) 2차년도(‘16) 3차년도(‘17) 4차년도(‘18) 달성 합계
특허실적 출원 국내 2 / 2 2 / 5 2 / 2 2 / 2 11
국제 1 / 0 1 / 1 1 / 2 1 / 2 5
등록 국내 2 / 0 2 / 1 2 / 4 2 / 2 7
국제 0 / 0 1 / 0 1 / 0 1 / 1 1
논문실적 저널 SCI 1 / 1 1 / 1 1 / 0 1 / 1 3
SCIE 0 / 1 1 / 1 2 / 0 2 / 5 7
국내 2 / 2 1 / 3 1 / 1 1 / 1 7
컨퍼런스 국내 8 / 7 9 / 9 9 / 10 9 / 9 35
국제 2 / 0 2 / 5 2 / 4 3 / 3 12
기 타 S/W 등록 1 / 1 1 / 1 1 / 1 1 / 1 4
기술문서 3 / 3 4 / 4 4 / 4 4 / 4 15
성과 홍보 1 / 1 1 / 1 1 / 1 1 / 1 4
공개 SW
오픈소스 커뮤니티 기여 – 오픈스택 관련 프로젝트
- 오픈스택에서는 관련프로젝트 개발자를 위해 오픈스택 개발 인프라, 테스팅 환경 등 제공
- 개발 및 리뷰 과정을 다른 오픈스택 개발자와 공유하고 협업
- 저장소: https://review.openstack.org/#/admin/projects/openstack/ku.stella
자체 홈페이지 및 커뮤니티 사이트 운영
- 프로젝트 홈페이지 : http://stella.korea.ac.kr
- 오픈스택 커뮤니티 사이트 : https://launchpad.net/ku.stella
기술문서 공개
- 매년 프로젝트 중간 결과물의 일부를 기술 문서로 공개함
- https://sites.google.com/site/osstarlab/documents
개발 결과물 공개(매년 개발 결과물을 단계적으로 공개)
- 4차년도 이전 : https://sites.google.com/site/osstarlab/download
- 4차년도 이후 : https://github.com/KUoslab
외부 개발자 참여를 위한 노력
- GitHub, Lanchpad.net 같은 공개 S/W 개발 도구 이용하여 외부 개발자 참여 및 개발 과정 공개
- 버그 및 이슈 레포팅, 추적, 소스 형상 관리 제공
- Github : https://github.com/KUoslab
- Lanchpad : https://launchpad.net/ku.stella
공개 연도 공개 SW 명칭, 간단설명 접근 경로 URL 현황
2015 OIOS (스토리지 I/O 성능 보장 스케줄러) https://sourceforge.net/projects/oios/ 25(다운횟수)
2016 ANCS (네트워크 I/O 성능 보장 스케줄러) https://sourceforge.net/projects/ancs/ 38(다운횟수)
2017 GoS (OIOS를 확장, CPU 자원을 고려한 스케줄러) https://sourceforge.net/projects/ku-gos/ 55(다운횟수)
2018 Stella (CPU자원을 고려한 스토리지, 네트워크 통합스케줄러) https://github.com/KUoslab/Stella_new 2306
(프로젝트 방문자 수 합산),
46
(프로젝트 클론 수 합산)
Stella horizon(stella scheduler를 위한 웹 인터페이스) https://github.com/KUoslab/Stella_Horizon
Stella OpenStack(Stella scheduler와 OpenStack을 연동하는 클라우드 수준 컴포넌트) https://github.com/KUoslab/Stella-OpenStack
Stella scheduler docker version(Docker 환경을 위한 Stella scheduler 확장 버전 https://github.com/mit2400/Network-QoS-module-for-Docker-containers
졸업생 배출 현황 및 우수사례
고려대 유혁 교수의 SW 스타랩 지원을 받았던, 박현찬 박사가 성공 사례임. 과거 박현찬 박사는 스타랩 1-2년차 (2015-2016)동안 수혜를 받았고, 해당 기간 동안 스토리지 I/O의 SLA 보장을 위해 필요한 핵심 기능인 블록 I/O 스케줄러 (OIOS) 연구를 수행하였음. 해당 인력은 스타랩 지원을 통해 연구 업적을 쌓고, 2016년 9월 이후 전북대학교 컴퓨터공학부에 성공적으로 조교수로 임용되어, 현재 클라우드, 운영체제 등의 시스템 연구 및 교육에 매진하고 있음.
https://www.jbnu.ac.kr/kor/?menuID=143&pno=82&mode=view&no=3430
연도 학계 기업 연구소
2015 대학원 진학 2 삼성전자 1, 현대자동차 1,
KT 1, LG전자 1
한국전자통신연구원 1 7
2016 전북대 교수 임용 1,
대학원 진학 2
LG전자 1,KT 1 국방과학연구소 2 7
2017 0 삼성전자 3, NC소프트 1,
코스콤 1
0 5
2018 대학원 진학 2 0 0 2
7 11 3 21
홍보
가상화워크샵 발표 (2018.2.2)
- 2015년 이후 꾸준히 개최된 국내 가상화 클라우드 시스템 기술 워크샵. 학계, 기업, 연구소 뿐 아니라 일반인도 참가 (https://os.korea.ac.kr/virt06/program.html)
- 기술 발표를 통해 SLA 보장을 위한 차세대 클라우드 연구 소개 및 홍보 수행
Microsoft Research Asia 기술 발표 (2018. 3.1)
- 베이징의 MSRA에서 차세대 클라우드의 핵심기술인 통합스케줄링에 대한 Research talk를 수행
- 연구 협력 방안 모색 및 스텔라 홍보 진행
매일경제 기사 – 차세대 클라우드 소개 (2018.6.21)
- 지능형 클라우드를 위한 맞춤형 차세대 클라우드 소개
- http://news.mk.co.kr/v2/economy/view.php?sc=30000001&year=2018&no=392645&relatedcode
OpenInfradays Korea 2018 발표 (2018.06.28)
- 오픈스택 커뮤니티에서 주관하는 국가별로 개최되는 공식 글로벌 행사
- 스텔라 클라우드를 소개하고 진행 사항을 클라우드 커뮤니티에 공유
- 제목 : Grafana를 이용한 OpenStack 클라우드 성능 모니터링
- https://www.youtube.com/watch?v=is4zSNXJ5AA&feature=youtu.be