본 논문에서는 가상화 시스템을 위한 새로운 I/O 스케줄러인 Coarse-grained Bandwidthaware I/O 스케줄링 기법을 제안한다. 이 기법은 가상화 시스템에서 가상머신들이 동시에 집중적인 I/O를 요청할 때, 전체 I/O 성능저하를 해결하기 위한 기법으로써, 가상머신들의 I/O 요청들 단위가 아닌 I/O 대역폭 단위로 스케줄링을 수행한다. 이 기법은 실시간으로 I/O 대역폭을 측정하여, 특정한 임계값 이상의 대역폭을 요구하는 가상머신들을 특별하게 관리한다. 구체적으로 이러한 가상머신들은 라운드로빈 방식으로 선택되어 가능한 한 최대 대역폭을 할당하고, 그 외의 가상머신들은 기아현상을 막기 위해 최소 대역폭을 할당한다. 제안된 스케줄링 기법은 가상머신들 간의 문맥 교환과 디스크 섹터 접근 거리를 줄임으로써 전체 I/O 성능을 향상시킬 수 있으며, 큰 시간 단위에서 공평성을 유지할 수 있다. 본 논문에서는 DD 유틸리티와 FIO 벤치마크 프로그램에서 1GB의 데이터 I/O를 수행하는 실험을 진행하였으며, 제안하는 기법이 기존 기법보다 약 19%정도 I/O 성능이 향상되는 것을 검증하였다.
In this paper, we propose a new I/O scheduling scheme for virtualization systems, called CB-scheduling (Coarse-grained Bandwidth-aware I/O Scheduling). The scheme is motivated by our observation that the overall I/O performance is deteriorated significantly when bursty I/Os are requested by several virtual machines at the same time. To overcome this problem, the CB-scheduling scheme conducts I/O scheduling based on bandwidth, not based on individual I/O requests. It first performs an on-line monitoring about the I/O bandwidth required by each virtual machine. When the required bandwidth is beyond a certain threshold, the virtual machine is treated as bursty. Then, the scheme schedules the bursty virtual machines in a round robin manner where the scheduled virtual machine can utilize the maximum available bandwidth exclusively during its time quantum. Besides, the scheme guarantees the minimal bandwidth to each virtual machine at all times for preventing any virtual machine from being starved. This approach can improve I/O performance not only by reducing the context switching among virtual machines but also by decreasing the seek distances in disks, while keeping fairness at the coarse-grained scale. Implementation based experiments have shown that the proposed scheme can improve the I/O performance with an average of 19%, compared with the traditional scheme.
