통합된 워크로드들을 위한 효과적인 성능 격리

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 컴퓨터공학부, 2020. 8. 엄현상.As computer hardware advances, computing resources in a machine (e.g., the number of processing cores, cache sizes, and memory sizes) are increasing in various domains from the datacenter to embedded devices. To utilize these resources efficiently, it is necessary to execute multiple workloads in parallel by consolidating them for sharing system resources. However, the resource sharing may cause severe contentions for the shared resources, thereby the performance of workloads can be degraded significantly. Moreover, workloads may have different service level objectives (SLOs) from latency-critical to best-effort, which complicates the consolidation of workloads. To deal with the contentions, many OSs and hardware vendors have provided diverse resource isolation techniques. However, they have been used in perspective of fairness, not performance. Besides, the existing schemes do not provide or perform isolations efficiently and effectively. This dissertation presents feedback-based performance isolation optimizations that adaptively mitigate resource contentions by exploiting the available isolation interfaces in the existing OS and hardwares. To enable this, an efficient online profiling which estimates resource contentions is necessary. Also, isolations should be performed dynamically guided by the workloads profiles. In the dissertation, we propose performance isolation optimizations guided by online profiling for three systems. First, we present a performance isolation scheme that considers the characteristics of hardware and software isolation techniques for multicore systems. Second, we present an adaptive isolation optimization to mitigate mobile edge devices where resource are constrained and contentions may shift unexpectedly and frequently. Lastly, we propose a hierarchical contention-aware scheduling optimization for clusters, where provisions resources in fairness-centric manner, to mitigate contention when resource provisioning for latency-critical virtual machines (VMs). We have evaluated the proposed online profiling scheme and dynamic performance isolation scheme on diverse system environments (i.e., multicore server, edge devices, and clusters). Evaluation results show that our adaptive proposed approach can effectively track and mitigate resource contention for consolidated workloads, and thus can attain lower execution time (and latency) while achieving higher resource efficiency compared to the existing schemes under dynamic and significant resource contention.컴퓨터 하드웨어가 발전함에 따라 데이터센터부터 임베디드 디바이스까지 다양한 분야들에서 머신 내 프로세싱 코어의 수, 캐쉬, 메모리 등 한 머신 내의 컴퓨팅 자 원들이 증가하고 있다. 점점 늘어나는 머신 내 컴퓨팅자원들을 효율적으로 쓰기 위 해서는 복수의 워크로드들을 통합함으로써 병렬적으로 수행하고 시스템 자원들을 공유하는 것이 필요하다. 하지만, 자원 공유는 공유되는 자원들에 대한 심한 경합을 야기할 수 있고, 이로 인해 워크로드들의 성능이 심각하게 저하될 수 있다. 더욱이, 워크로드들은 지연시간이 중요한 것부터 최선의 수행만을 목표로 하는 것까지 다양 한 서비스 수준 목표를 가진 워크로드들이 있을 수 있는데, 이는 워크로드들의 통합 을 어렵게 만든다. 경합 문제를 해결하기 위해서 운영체제와 하드웨어 제조사들이 다양한 자원 격리 기법들을 제시하고 있지만 여러 격리 기법들을 성능-중심적인 관 점이 아닌 공평한 자원 할당의 관점에서 사용해오고 있다. 게다가, 기존 기법들은 성능 격리를 제공하지 않거나 효율적이고 효과적으로 수행하지 못한다. 본 논문은 기존 운영체제 및 하드웨어의 자원 격리 기술을 활용하여 성능 격리를 적응적으로 수행하는 피드백 방식의 성능 격리 최적화 기법들을 제안한다. 이를 위해서는, 자 원 경합들을 평가하는 효과적인 온라인 프로파일링이 필요하다. 또한, 워크로드의 프로파일들에 따라서 격리가 수행되어야 한다. 본 논문에서, 우리는 세 가지 시스템에 대해서 온라인 프로파일링의 도움을 받 는 성능 격리 최적화기법들을 제시한다. 첫째, 일반적인 멀티코어 서버 환경에서 하드웨어 및 소프트웨어 격리기법들의 특성을 고려하는 성능 격리 최적화를 제시 한다. 둘째, 엣지 디바이스 환경과 같이 동적으로 자원 경합이 크게 변하는 특성을 고려한 적응적 성능 격리 최적화를 제시한다. 마지막으로, 공평성중심으로 자원을 프로비저닝하는 클러스터 환경에서 지연시간이 중요한 가상머신들의 자원 경합을 완화하는 계층적인 자원 경합 인지 스케줄링 최적화를 제안한다. 본 논문에서 제안한 온라인 프로파일링 기법들과 적응적 최적화기법들의 효과를 증명하기 위해 다양한 시스템 환경(멀티코어, 엣지 디바이스, 그리고 클러스터)에 구현하여 검증 하였다. 실험 결과는 우리의 제안하는 적응적 성능 격리 최적화 접근방식이 통합된 워크로드들이 수행되는 동적인 환경에서 효과적으로 자원 경합을 줄여 기존 기법 들 대비 워크로드들의 더 낮은 수행 시간 및 지연 시간을 보이는 동시에 높은 자원 효율성을 달성할 수 있음을 보였다.Chapter 1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.1.1 Importance of Contention-Awareness 1 1.1.2 Problems 2 1.2 Contribution 5 1.3 Dissertation Structure 6 Chapter 2 Background 7 2.1 Resource Contention 7 2.2 Service Level Objectives 8 2.3 Isolation Techniques 9 2.3.1 Software Isolation Techniques 10 2.3.2 Hardware Isolation Techniques 11 2.4 Architectural Characteristics and Challenges 11 2.4.1 Multicore Systems 12 2.4.2 Edge Devices 13 2.4.3 Clusters 14 Chapter 3 HIS: Towards Hybrid Isolation for Shared Multicore Systems 19 3.1 Introduction 19 3.2 Trade-offs between Hardware and Software Techniques 23 3.3 Ineffective Isolations 28 3.3.1 Different Isolation Effects 28 3.3.2 Inefficient Isolation Decisions 30 3.4 HIS:Hybrid Isolation System 33 3.4.1 Profiling Contention 35 3.4.2 Hybrid Isolation 37 3.5 Evaluation 41 3.5.1 Experimental Setup 41 3.5.2 Experimental Results 42 3.6 Related Work 51 3.7 Conclusion 52 Chapter 4 EdgeIso: Effective Performance Isolation for Edge Devices 53 4.1 Introduction 53 4.2 Motivation and Related Work 56 4.2.1 Motivation 56 4.2.2 Related Works 57 4.3 Design and Implementation. 61 4.3.1 Profiling 63 4.3.2 Scheduling 66 4.3.3 Overheads 72 4.4 Evaluation 72 4.4.1 Data Processing Task 73 4.4.2 Latency-critical Task 75 4.4.3 Comparison with Alternative Approaches 78 4.5 Conclusion 85 Chapter 5 Workload-aware Resource Management for Software-Defined Compute 86 5.1 Introduction 86 5.2 Motivation 89 5.3 Workload Profiling for Performance Isolation 90 5.3.1 Performance Metrics for Workloads Behavior 90 5.4 Workload-Aware Scheduling for Performance Isolation 95 5.4.1 Method for Mitigating Resource Contention 96 5.4.2 Workload-AwareScheduler 98 5.5 Evaluation 104 5.5.1 ExperimentalSetup. 105 5.5.2 ExperimentResults. 106 5.6 Applicability 114 5.7 RelatedWork 114 5.8 Conclusion 116 Chapter 6 Conclusion 118 요약 131Docto

Individual and Community-level Factors Associated with Clustering of Health Behavior Patterns in Korean Middle-aged and elderly Population

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 보건대학원 보건학과(보건정책관리학전공), 2023. 2. 김홍수.고령화 및 만성적인 저출산으로 중고령자가 우리나라 인구의 주 연령층이 되어가고 있는 상황에서, 중고령자의 건강관리가 중요한 주제로 대두되고 있다. 건강관리에 있어 건강행동은 큰 부분을 차지하는데, 선행연구들은 건강행동은 독립적으로 나타나지 않고 여러 건강행동이 군집화된 형태로 나타나는 특징을 가지고 있다고 보고 하고 있으나 전체 성인을 대상으로 하였으며 개인 수준 요인에 초점을 두고 있다는 한계점이 있다. 이에 본 연구는 중고령자를 대상으로 건강행동 군집분석을 시행하고, 건강행동 군집과 관련되어 개인, 개인 간, 및 지역사회 수준의 요인을 포함하여 다면적 분석을 수행하였다. 연구자료는 2019년 지역사회건강조사 자료를 활용하였으며, 결측치를 제외한 만 50세 이상의 응답자로 128,594명을 대상으로 기술분석, chi-square, ANOVA, 군집분석, 다변량 분석을 시행하였다. 건강행동의 생태학적 모델과 선행연구에 근거하여 종속변수는 흡연량, 음주량, 신체활동량으로 선정하였고, 인구사회학적 요인(개인 수준), 사회적 지지와 사회적 관계(개인 간 수준), 및 거주지 특성과 지역의 물리적인 환경(지역사회 수준)을 고려하였다. 연구 결과 우리나라의 중고령자는 일반 성인에 비해 건강행동의 실천 정도가 높은 것을 알 수 있었다. 전체 중고령자 중 13.2%가 현재 흡연중이었으며, 3.1%만이 고위험음주 습관을 가지고 있었고, 33.1%가 권장량을 넘는 신체활동을 하고 있었다. 성별, 연령, 혼인상태, 소득, 사회적 지지 등 개인적 수준과 개인 간 변수들은 흡연량, 음주량, 신체활동량과 유의미한 관련성을 보였다. 지역사회 수준 변수들 중 편의점/슈퍼, 금연구역, 공공체육시설의 밀도는 통계적으로 유의하였으나 임상적 의의를 가질 정도의 효과 크기는 아니었다. 한편 건강행동 실천량을 대상으로 군집분석을 시행하였을 때 우리나라 중고령자는 흡연군,건강행동군,음주군,수동적 태도군의 4개의 군집으로 나뉘어졌고, 그 중 수동적 태도군이 다수를 차지하였다. 군집화 양상과 관련된 변인을 분석하였을 때 개별 건강행동과 마찬가지로 개인적 수준과 개인 간 수준의 변수들은 유의미한 연관성을 보였으나 지역사회 수준의 변수들은 유의미한 연관성을 보이지 않았다. 성별에 따른 하위군 분석 결과 남성의 경우 농어촌에 비해 도시에 거주하는 경우 흡연군, 수동적 태도군에 속하는 오즈가 각각 1.45배, 1.41배 높았다. 본 연구는 전국 규모의 대표성 있는 자료로 우리나라 중고령자의 건강행동과 건강행동 군집화 양상을 다양한 차원에서 파악하였다는 점에서 의의가 있다. 향후 더 다양한 지역사회 수준의 요인들과 정책 요인을 포함한 연구를 통해 건강행동의 군집화와 관련된 요인을 파악함으로써 본 연구의 한계를 보완할 수 있을 것으로 보인다.As middle-aged and older adults become the main age group of the Korean population due to rapid aging and chronic low birth rate, health care for those population is emerging as an important issue in Korea. Health behavior forms an essential part of health management, and previous studies report that health behavior does not appear independently and that various health behaviors appear in a clustered form. However there is a limitation that these studies focus on individual-level factors, not community-level factors. Therefore, this study conducted a cluster analysis of health behavior in middle-aged and older adults, and conducted a multivariate analysis including intrapersonal, interpersonal, and community-level factors related to health behavior clusters. The study data used the data from the 2019 Community Health Survey, and descriptive analysis, chi-square, ANOVA, cluster analysis, and multivariate analysis were conducted on 128,594 respondents aged 50 or older, excluding missing values. Based on the social-ecological model of health behavior and previous studies, dependent variables were selected as smoking, drinking, and physical activity, and independent variables were selected as demographic factors (intrapersonal level), social support and social relationships (interpersonal level), and residence characteristics and physical environments(community level). As a result of the study, it was found that middle-aged and older adults in Korea showed a higher level of practice of health behaviors than general adults. Among the total middle-aged and older adults, 13.2% were currently smoking, only 3.1% had high-risk drinking habits, and 33.1% were doing physical activity exceeding the recommended amount. Intrapersonal and interpersonal-level variables such as gender, age, marital status, income, and social support were significantly related to the amount of smoking, alcohol consumption, and physical activity. Among community-level variables, the density of convenience stores/supermarkets, smokefree areas, and public sports facilities were statistically significant, but the effect size was not large enough to have clinical significance. As a result of cluster analysis on the amount of practice of healthy behaviors, Korean middle-aged and older adults were divided into four clusters: 'smoking group', 'health behavior group', 'drinking group', and 'passive attitude group'. occupied the majority. As a result of analyzing the variables related to the clustering pattern, intrapersonal and interpersonal-level variables showed significant associations, but community-level variables did not show significant associations, just like individual health behaviors. As a result of subgroup analysis by gender, in the case of males, the odds of belonging to the smoking group and the passive attitude group were 1.45 and 1.41 times higher, respectively, when living in cities than in rural areas. This study is meaningful in that it identified the health behavior and health behavior clustering patterns of middle-aged and elderly Koreans in Korea with representative data on a national scale in various dimensions. In the future, it is expected that the limitations of this study can be supplemented by identifying factors related to the clustering of health behaviors through studies including more diverse community-level factors and policy factors.제 1 장 서론 1 제 1 절 연구배경 및 필요성 1 제 2 절 연구 목적 3 제 2 장 선행연구 고찰 4 제 1 절 건강행동과 건강행동의 군집화 4 1. 건강행동의 개념과 이론적 배경 4 2. 건강행동 군집화의 개념과 이론적 배경 4 제 2 절 건강행동와 연관된 생태학적 요인 6 1. 흡연 6 2. 음주 7 3. 신체활동 9 제 3 절 건강행동 군집화 양상 및 관련요인 11 제 3 장 연구 방법 14 제 1 절 연구의 개념적 틀 14 제 2 절 연구자료 및 대상 17 제 3 절 연구변수 18 제 4 절 분석방법 22 제 4 장 연구 결과 23 제 1 절 연구대상자의 일반적 특성 및 건강행동 양상 23 제 2 절 중고령자의 건강행동에 대한 군집분석 37 제 3 절 중고령자의 건강행동 군집화 관련요인 40 제 4 장 고찰 및 결론 54 참고문헌 63석