a teljesítménymodellezés alapjai
DESCRIPTION
A teljesítménymodellezés alapjai. Teljesítménymodellek. Modellezés célja erőforrás foglalási problémák felderítése elosztott alkalmazások kommunikációs költségei rendszer változásának hatásai (pl. gyorsabb szerver) előrejelzés támogatása Ökölszabályok: teljesítménymodell elfogadható, ha - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
A teljesítménymodellezés alapjai
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 2
Teljesítménymodellek
• Modellezés célja– erőforrás foglalási problémák felderítése– elosztott alkalmazások kommunikációs költségei– rendszer változásának hatásai (pl. gyorsabb szerver)– előrejelzés támogatása
• Ökölszabályok: teljesítménymodell elfogadható, ha– az erőforrások kihasználtságát 10%– az áteresztőképességet 10%– a válaszidőt 20% hibával becsli
Kiszolgálás Várakozás TénylegesKiszolgálás HálózatiKésleltetésT T T +T
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 3
Modellek fajtái• Analitikus modell
– a rendszert egyenletekkel írja le, pl.
• Szimulációs modell– szimulációt futtat– az előfordulásnak megfelelő tranzakció gyakorisággal– előny: általános vizsgálat – hátrány:
• Drága, nehéz kifejleszteni • Ritka események?
min min minRT RTT kérés FeldolgozásiIdő válasz
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 4
Modellezési/becslési paradigma
Adottrendszer
Adatgyűjtés
Teljesítménymérése
ANALÍZIS
Tervezett rendszerteljesítménye
Modellkiértékelése
Modellváltoztatás
BECSLÉS
Validálás
MODELLEZÉS
Modell kiértékelése
Paraméterekmeghatározása
Modell építés
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 5
Szolgáltatás igény és idő
• Az i. erőforrásra:Di: egy tranzakció átlagos szolgáltatásigénye
Vi: a tranzakció átlagos erőforrás használata
Si: egy használat átlagos erőforrás igénye
i i iD V S más alakban
ii
i
DS
V
Könnyebben meghatározható
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 6
Hálózati egyenletek
Egy üzenethez tartozó csomagok száma:
Összes protokoll overhead (n. hálózaton):
ÜzenetméretCsomagszám =
MaxSzegmensMéret
n nOverhead = Csomagszám×(TCPOvhd + IPOvhd + FrameOvhd )
ahol figyelembe vesszük a TCP, IP és a konkrét
hálózati protokollból eredő overhead-et
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 7
Hálózati egyenletek 2.
Üzenet továbbítási ideje az n. hálózatban
ahol a méret byte, a sávszélesség Mbps mértékegységű
Az n. hálózat kihasználtsága (utilization)
λ jn j n
üzenetek
U = ×SzolgáltatásIdő
nn
6
Üzenetméret +Overhead ×8SzolgáltatásIdő =
10 ×Sávszélesség
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 8
Hálózati protokollok
Protokoll PDU elnevezés Max. PDU (bájt) Overhead (bájt) Max. AdatterületTCP segment 65,515 20 65,495UDP datagram 65,515 8 65,507IPv4 datagram 65,535 20 65,515IPv6 datagram 65,535 40 65,495ATM cell 53 5 48Ethernet frame 1,518 18 1,500IEEE 802.3 frame 1,518 21 1,497IEEE 802.5 Token Ring frame 4,472 28 4,444FDDI (RFC 1390) frame 4,500 28 4,472
PDU = Protocol Data UnitMTU=Maximum Transmission Unit
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 9
LAN3:Token Ring16 MbpsMTU: 4444 bájt
Hálózati környezet példa
KLIENS
ROUTER
LAN2:FDDI Gyűrű100 Mbps
MTU:4472 bájt
R
Adatbázisszerver
LAN1:Ethernet10 MbpsMTU: 1500 bájt
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 10
Hálózati teljesítmény példaAz előző hálózatban a kliens küld egy 300 bájtos kérést:
LAN1:
Overhead = TCPOvhd + IPOvhd + EthOvhd (1 csomag)
Ovhd1 = 20 + 20 +18 = 58
LAN2:
LAN3:
358×8SzolgIdő1= = 0.000286sec
10,000,000
368×8SzolgIdő2 = = 0.00002944sec
100,000,000
368×8SzolgIdő3 = = 0.000184sec
16,000,000
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 11
Hálózati teljesítmény példa 2.• A szerver válaszol: 10000 bájtszegmentálás: 1460 bájt az egységEthernetMéret – (TCPOvhd + IPOvhd) = 1500 – 407 csomag : 10000 = (6*1460 + 1240)
LAN3:
LAN2:
LAN1:
sec00524.0
000,000,16
8308,1528,16
sec000838.0
000,000,100
8282020240,1282020460,16
sec00832.0
000,000,10
8182020240,1182020460,16
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 12
Hálózati teljesítmény példa 3.• A kliens átlag percenként 3-szor lekérdezi az
adatbázis szervertLekérdezés: 400 bájt, Válasz: 80% 8092 bájt, 20% 100,000 bájtMilyen a hálózati kihasználtság?Csomagok száma:Kérdés: ez a 4 valójában 400!
Rövid válasz:
Hosszú válasz:
4 /1,460 1
8,092 /1,460 6
100,000 /1,460 69
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 13
Hálózati teljesítmény példa 4.Kérés Rövid válasz Hosszú válasz
Csomagok száma 1 6 69Overhead (bájt) 58 348 4002Átviteli idő (ms) 0.366 6.75 83.2Csomagok száma 1 6 69Overhead (bájt) 68 408 4692Átviteli idő (ms) 0.0374 0.68 8.38Csomagok száma 1 6 69Overhead (bájt) 68 408 4692Átviteli idő (ms) 0.234 4.25 52.3
LAN1
LAN2
LAN3
Átlagos átviteli idő adott hálózaton:0.8× (KérésÁtvIdő + RövidVálaszÁtvIdő)+ 0.2× (KérésÁtvIdő + HosszúVálaszÁtvIdő)
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 14
Hálózati teljesítmény példa 5.
Hasonlóan kiszámítható, ha megváltozik a kérések intenzitása.
LAN1 LAN2 LAN30.0224 0.00223 0.0141
LAN1 LAN2 LAN340 4.5 0.4 2.880 9 0.9 5.6
120 13.4 1.4 8.5160 17.9 1.8 11.3200 22.4 2.3 14.1240 26.9 2.7 16.9280 31.4 3.2 19.7
Átlagos átviteli idő (s)
Kliensek száma
Kihasználtság (%)
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 15
Kihasználtság törvénye
• Kihasználtság törvénye (Utilization Law)
Ui: az i. erőforrás kihasználtsága
Bi: foglaltsági ideje a monitorozás alatt
T: mérési idő
C0: tranzakciók száma
Si: átlagos kiszolgálási idő
Xi: átlagos áteresztőképesség
λi: érkezési ráta
i i i 0 i i 0 i i iU = B/T = B/(C /X) = (B /C )× X = S × X
i iEgyensúly : = X
i i i i iU = X ×S = ×S
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 16
További törvények
Forced Flow törvény:
Xi : az I. erőforrás áteresztőképessége
Vi : „látogatások” átlagos száma
X0: tranzakciók átlagos száma
Szolgáltatás igény törvénye (Service Demand):
i i 0X =V × X
i i i i 0 i i i 0D =V × S = (X /X )× (U/X) = U/X
Forced Flow Kihasználtság tv.
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 17
Little törvénye
T ideig figyeljük a rendszert
k rendszerben lévő kérések az intervallumban,
fk az átlagos kiszolgálási idő
rk a rendszerben töltött idő összege
C0: ennyi kérés hagyta el a rendszert
R
NX
Rendszerben töltött átl. idő
ÁteresztőképességRendszerben lévő kérések
kk
k k
rN = k × f = k ×
T
k0 k
0
k * rC
N = *T C
XR
N = X × R
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 18
A Little törvény alkalmazása
• Levelezési szolgáltatást nyújtó portál2.000.000 regisztrált felhasználó, 30%-uk küld levelet csúcsterhelésnél (1 óra hosszú). Egy email feldolgozása 5.0 másodperc, 3.5 levelet küld egy felhasználó. Egy levél mérete átlagosan 7120 bájt.
Mekkora spool fájl szükséges?
Átlagos levélméret alapján
LevelekÁtlagosSzáma = Áteresztőképesség×Válaszidő
(2,000,000×0.30×3.5×5.0)= = 2916.67
3,600
SpoolFileMéret = LevelekÁtlagosSzáma×LevelekÁtlagosMérete
= 2916.67×7120 bájt = 20.767 Mb
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 19
A Little törvény alkalmazása 2.• Webes bróker, 3 rétegű architektúra(Web szerver, Alkalmazás szerver, Adatbázis szerver)
– 1.1 millió felhasználó, 20000 használja a rendszert egyszerre (csúcsterhelés)
– A rendszer 3.6 millió kérést dolgoz fel óránként– Minden kérés átlagosan 1.4 tranzakciót generál az
adatbázis szerveren, ami a vállalati mainframe-en található– A mainframe 11500 kérést dolgoz fel másodpercenként
• Mennyi az átlagos válaszidő?• A válaszidő mekkora részét tölti a válasz a
mainframe-en?
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 20
A Little törvény alkalmazása 3.Az egész rendszer „fekete doboz”:
A mainframe a „fekete doboz”:
A kettő aránya:
20,00020 sec
3,600,000 / 3,600
FelhasználókÁtlagosSzámaÁtlagosVálaszidő =
RendszerÁteresztőképesség
20,000 1.42.43 sec
11,500
TranzakciókÁtlagosSzámaÁtlagosVálaszidő
MainframeÁteresztőképesség
1.4 2.43 sec17%
20.0 sec
MainframeHasználat
RendszerHasználat
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 21
Könyvesbolt példa
• Bemenő adatok:
• Mennyi egy keresés tranzakció DB szerver szolgáltatási ideje?
21000.025 sec
35000 2.5 0.95
DiSi
Vi
Mérhető értékek
Modellből kapjuk (CBMG, CSID)
Adat ÉrtékÖsszes session száma 35000Web szerver foglaltság összesen (sec) 1200DB szerver folglatság összesen (sec) 2100Mérési intervallum (sec) 3600Keresések száma/Session 2,50Web szerver kérés/Keresés 1,95DB szerver kérés/Keresés 0,95
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 22
Könyvesbolt példa 2.
• Web szerver és Adatbázis szerverA Web szerver TCP fölött kommunikál, a kérés mérete 400 bájt, a
válasz 9150 bájt. A hálózat 100BASE-T Ethernet.
Milyen a hálózat kihasználtsága?
035,000 2.5 1
24.33,600 sec sec
KeresésekSzámaX
MérésiIntervallum
4001
1460
91507
1460
kéréskérés
válaszkválasz
ÜzenetMéretCsomagokSzáma
MaxSzegmensMéret
ÜzenetMéretCsomagokSzáma
MaxSzegmensMéret
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 23
Könyvesbolt példa 3.
6
6 1460 58 1 390 58 87.64 msec
10 100válaszSzolgIdő
U
324.3 (0.366 7.64)10 19.5%
jn j n
üzenetek
U = ×SzolgáltatásIdő
λ
6 6
( ) 8 (400 20 20 18) 8
10 10 100
0.366 msec
kérés kéréskérés
ÜzenetMéret OvhdSzolgIdő
Sávszélesség
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 24
Könyvesbolt példa 4.• Bemenő adatok:
• Változhat– vásárlók száma– vásárlók viselkedése– rendszer paraméterek (pl. fájlok átlagos mérete)
Adat ÉrtékÖsszes session száma 35000Web szerver foglaltság összesen (sec) 1200DB szerver folglatság összesen (sec) 2100Mérési intervallum (sec) 3600Keresések száma/Session 2,50Web szerver kérés/Keresés 1,95DB szerver kérés/Keresés 0,95
Átlagos Web szerver szolg. igény (DWS) msec 13,71
Átlagos DB szerver szolg. igény (DDB) msec 24,00
Átlagos Web szerver szolg. idő (SWS) msec 7,03
Átlagos DB szerver szolg. idő (SDB) msec 25,26
Mérhető értékek
Modellből kapjuk (CBMG, CSID)
Kiszámolható
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 25
Könyvesbolt példa 5.Milyen lesz a szerverek kihasználtsága, ha
megduplázódik a felhasználók száma (csúcsterhelés)?– megduplázódik a Session-ök száma– tfh. nem változik a felhasználók viselkedése
Fejleszteni kell az adatbázisszervert!!!
02 35,000 2.5
0.01371 66.67%3600
WS WSU X D
0 48.61 0.024 116.7%DB DBU X D
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 26
Könyvesbolt példa 6.Milyen lesz a hálózat kihasználtsága, ha a képek
mérete megduplázódik?Az egyszerűség kedvéért tfh. a keresés válaszának mérete is
megduplázódik. Ha minden más változatlan (válasz 18300 bájt):
6
12 1460 58 1 780 58 815.24 msec
10 100válaszSzolgIdő
324.3 (0.366 15.24)10 36%
jn j n
üzenetek
U = × SzolgáltatásIdő
λ
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 27
Könyvesbolt példa 7.Milyen lesz a teljesítmény, ha megváltozik a
felhasználók viselkedése és átlagosan 50%-kal többet
keresnek az oldalon?Áteresztőképességet és kihasználtságot számolunk.
35,000×3.75 136,46
3,600 sec0X =
01
36.45 0.01371 sec 49.97%sec
WS WSU X D
01
36.45 0.024 sec 87.48%sec
DB DBU X D
Kritikus!
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 28
Szűk keresztmetszet, skálázhatóság
• Szűk keresztmetszet:– azok az erőforrások, melyek korlátozzák a teljesítményt
– analízis maximális terhelésnél (pesszimista érték)
• Nem mindig kell pontos szám– Aszimptotikus Határérték Analízis
(Asymptotic Bound Analysis)
• Fogalmak– K: erőforrások száma
– Di: szolgáltatásigény az i. erőforráson
– Dmax: a legnagyobb szolg. igény
– Dmin: a legkiseb szolg. igény
– λmax: érkezési ráta
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 29
Nyílt modellek• Nincs explicit korlát a rendszerben lévő kérésekre• Ha az egyensúly teljesül:
• 3 rétegű architektúra példa
• Mi a szűk keresztmetszet?• Mennyi a max. áteresztőképesség?
maxmax
1
D
Réteg Szerverek száma Szolg. átl. igénybevétele Átl. szolg. időWeb szerver 5 1,8 110 msecAlkalmazás szerver 3 2,5 230 msecDB szerver 2 2,3 180 msec
Egy tipikus E-Business szolgáltatás adatai
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 30
Nyílt modellek 2.1.8
0.110 0.0396 sec5
0.192 sec
0.207 sec
WSWS WS
WS
ASAS AS
AS
DBDB DB
DB
VD S
N
VD S
N
VD S
N
Az adatbázis szerver a szűk keresztmetszet
1 14.83
0.207 sec sec
Tranzakciók max. gyakorisága
0
4.83 szolgáltatás2.1
2.3 secDB
DB
XX
V
E-Business szolgáltatások max. gyakorisága (Forced Flow)
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 31
Zárt modellek• Felső korlát a kérések számára vonatkozóan (N)• Ideális eset: nincs kérés várakozási sorban
0total
NX N
D
Little tv.
0
0
1
1
i
i
i
i
U NX N
D
U N
X ND
Service Demand tv.
0max
1X N
D
0
1min ,
max
NX N
Dtotal D
Sopron, 2005. szeptember Elektronikus szolgáltató rendszerek 32
Zárt modellek 2.
• Példa: az előbbi 3 rétegű architektúraEgyszerre max. 20 kliensnek nyújt szolgáltatást: N = 20
0.0396 sec 0.192 sec 0.207 sec 0.4386 sectotal WS AS DBD D D D
0
0
0
20 120 min ,
0.4386 sec 0.207 sec
1 120 min 45.59 ,4.83
sec sec
120 4.83
sec
X
X
X