2015 Fiscal Year Research-status Report
ビッグメモリアプリケーションを考慮した仮想マシン移送に関する研究
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15K15967
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
山田 浩史 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00571572)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 仮想マシン移送 / ビッグメモリアプリケーション / 仮想マシンモニタ / GPU |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では，インメモリデータベースやグラフ解析といったビッグメモリアプリケーションを対象に，これらのアプリケーションが稼働している仮想マシン(VM) を移送する方式について研究する．ハイパフォーマンス分野において成熟した GPGPU を活用して，大量のメモリサイズを保持する VM の移送を迅速に行う．
平成 27 度は提案方式の詳細設計およびプロトタイプの実装を行った．提案方式の有効性を確かめるために，オープンソースで広く利用されている仮想マシンモニタである Xen に組み込む形で実現した．その上で稼働させる OS カーネルは Linux を対象とし，その上でメモリを確保した後にゼロで初期化したり，ランダムにアクセスしたりといった単純なワークロードを用意し，プロトタイプの挙動を細やかに確認した．
具体的には次のとおりである．Xen では Domain 0 と呼ばれる特殊な VM が存在し，その上で稼働しているプロセスが仮想マシン移送を実行している．このプロセスに 1).移送対象の VM のメモリを圧縮，伸長する処理を GPU 上で実行する機構，2). CPU と GPU との非同期性を活かすために，移送対象のVM のメモリ取得部分，GPU 処理部分，メモリ転送部分をパイプライン化して CPU とGPU とが並列に動作できるようスレッド化する．第一段階として，圧縮アルゴリズムには Run Length Encoding を採用している．
シンプルなワークロードとして，VM を Idle の状態，VM のメモリページを 0 で埋め尽くすプロセス(Best case)，VM のメモリページを全て異なるようカラーリングするプロセス(Worst case)を稼動させたところ，Best case で最大 4 倍，Worst case でも 1.2 倍のスピードアップに成功している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究は当初の計画以上に進展しており，当初計画していた上述の内容達成に加えて，プロトタイプ上において MySQL や Memcached といったデータベース(ビッグメモリアプリケーションの仲間)を稼動させた状態での移送に成功している．また，Run Length Encoding のみならず，Delta Compression と呼ばれるメモリページの差分のみを転送する圧縮方式の実現にも成功しており，現在その効果を確かめる実験を実施している．
また，対外発表に関しても 2 件行っており，ひとつは"データ圧縮型仮想マシン移送におけるGPU アクセラレーション"というタイトルで第134 回システムソフトウェアとオペレーティング・システム研究会にて口頭発表を，もうひとつは"GPU を用いたデータ圧縮型仮想マシン移送のアクセラレーション"というタイトルで，第 13 回ディベンダブルシステム研究会にてポスター発表を行っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成 28 年度には，作成したプロトタイプを用いて，実アプリケーションを稼働させたときの有効性を定量的に評価する．提案方式は仮想マシンモニタレベルで動作する方式なので，Amazon EC2 といった環境を利用することは困難なため，実験にはクラウド環境を模した環境を構築して実験する．
具体的には次の作業を実施する．まず，クラウド環境を模した環境を構築する．VM 移送用計算機，ストレージサーバを利用してAmazon EC2 を模した環境を構築する．Amazon EC2 で提供されているVM のスペックを参考に同スペックの VM を複数用意する．特に R3 インスタンスと呼ばれる，メモリ容量の多いVM を一通り用意して稼働させる．次に，実アプリケーションを稼動させて実践的なワークロード下での移送を試みる．具体的には，MySQL に対しては OLTP のワークロードを模した TPC-H を，また．Memcached については，Twitter のワークロードを与えてプロトタイプの挙動を解析する．これらのワークロードはすでにセットアップ済みである．
また，これらの実験データをまとめ，対外発表を行う予定である．
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