Tạp chí khoa học: Phương pháp cải tiến mới đánh giá hiệu năng máy chủ iATA

Chia sẻ: Hoàng Thiện | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này giới thiệu mô hình hàng đợi dựa theo tiến trình giả sinh tử - QBD (Quasi-Birth-and-Death) để phân tích và đánh giá hiệu năng của một máy chủ iATA (Internet Advanced Technology Attachment) trong môi trường mạng IP.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tạp chí khoa học: Phương pháp cải tiến mới đánh giá hiệu năng máy chủ iATA

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28 (2012) 195-206 Phương pháp c i ti n m i ánh giá hi u năng máy ch iATA Văn Ti n1, Lê Nh t Thăng2,* 2 Trư ng i h c K thu t và Kinh t Budapest, Hungary H c vi n Công ngh Bưu chính Vi n thông, 122 Hoàng Qu c Vi t, Hà N i, Vi t Nam Nh n ngày 15 tháng 6 năm 2012 1 Tóm t t. Bài báo này gi i thi u mô hình hàng i d a theo ti n trình gi sinh t - QBD (Quasiphân tích và ánh giá hi u năng c a m t máy ch iATA (Internet Advanced Birth-and-Death) Technology Attachment) trong môi trư ng m ng IP. u tiên, phương pháp m r ng ph - SEM (Spectral Expansion Method) [9, 10] ư c áp d ng tính toán chính xác các xác su t tr ng thái n nh và hi u năng c a h th ng. Tuy nhiên, phương pháp này có v n khi s lư ng tr ng thái quá l n. Do v y, chúng tôi gi i thi u m t thu t toán tính toán m i x p x vi c ánh giá hi u năng c a h th ng. Các k t qu phân tích s cho th y thu t toán ư c xu t là nhanh và khá chính xác. 1. Gi i thi u∗ Nh ng gi i h n v lưu tr trong các ng d ng di ng ã tr thành v n quan tr ng, thu hút ư c s quan tâm nghiên c u do có s phát tri n nhanh chóng c a các ng d ng truy n d li u qua IP. Các giao th c vào/ra m c kh i (block –level) ư c quan tâm nhi u hơn so v i các giao th c vào/ra m c t p tin (file-level) do có tr th p, hi u năng cao và chi phí th p. Chu n truy n d li u cho các thi t b lưu tr ATA (Advanced Technology Attachment) cung c p m t giao di n ĩa c ng cho các gi i pháp lưu tr trong môi trư ng văn phòng nh và t i gia ình - SoHo (Small Ofﬁce and Home Ofﬁce) do chi phí th p và k thu t ơn gi n. Chu n truy n d li u cho các thi t b lưu tr qua Ethernet – AoE (ATA over Ethernet) là m t giao di n lưu tr ph bi n khác, tuy nhiên nó ư c s d ng ch truy nh p các ĩa trong các môi trư ng m ng n i b LAN d a trên Ethernet. ã có m t vài n l c thành công kích ho t các l nh ATA m c kh i ư c g i i qua Internet. Theo ó, m t giao th c m ng lưu tr m c kh i m i – iATA (Internet Advanced Technology Attachment) ã ư c xu t như m t giao th c truy n t i cho vi c truy n d li u cho các thi t b lưu tr - ATA m c kh i qua m ng TCP/IP kh p m i nơi. V i iATA, nh ng ngư i dùng i ng có th truy nh p vào h d li u c a h qua m ng t b t kỳ âu và vào b t kỳ th i gian nào c như th là các thi t b lưu tr ư c liên k t n i b v i h [1-6]. Thi t k c a iATA ư c gi i thi u chi ti t trong [1-6]. G n ây, ã có thêm m t s nghiên c u m i [7, 8] nh n m nh t i t m quan tr ng và 195 _______ ∗ Tác gi liên h . T: 84-904342557. E-mail: thangln@ptit.edu.vn 196 Đ.V. Tiến, L.N. Thăng / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28 (2012) 195-206 ti n ích ng d ng c a iATA cho ngư i s d ng di ng. V i s hi u bi t c a các tác gi , thì hi n nay chưa có mô hình phân tích v i các thu t toán tính toán cho vi c ánh giá hi u năng ho t ng c a iATA. Do v y, c n ph i có xu t m t mô hình và các thu t toán tính toán kh thi ánh giá hi u năng c a iATA. Mô hình và các thu t toán có tính kh thi này là r t c n thi t cho vi c thi t k và nh c nhanh chóng ho t ng c a iATA. Bài báo này xu t m t mô hình hàng i phân tích m i ánh giá hi u năng c a giao th c iATA trong môi trư ng m ng. Chúng tôi s d ng m t ti n trình Markov 3 chi u c tính hóa s tương tác gi a máy khách iATA và máy ch iATA. tính toán phân b n nh c a h th ng, chúng tôi s d ng phương pháp m r ng ph - SEM (Spectral Expansion Method) [9, 10]. Lưu ý r ng SEM hi n nay ư c xem như là m t phương pháp ph bi n và h u ích cho vi c mô hình hóa và ánh giá hi u năng c a nhi u h th ng truy n thông. Các thu t toán gi i pháp h u hi u cho phương pháp m r ng ph ã ư c phát tri n trong u nh ng năm 90 [9-11]. Hơn n a, phương pháp m r ng ph ã ư c ch ng minh là m t k thu t tiên ti n phân tích ánh giá hi u năng c a r t nhi u v n trong lĩnh v c công ngh thông tin và truy n thông – ICT [9, 12-27] và có th ư c s d ng cho m c ích nh c m ng [28, 30]. Ngoài ra, chúng ta có th s d ng phương pháp hình h c ma tr n – MGM (Matrix-Geometric Method) [31]. Các phương pháp c p trên là các phương pháp gi i chính xác các xác su t tr ng thái n nh c a h th ng. Tuy nhiên, chúng không th ưa ra các k t qu tính toán trong m t th i gian h p lý khi không gian tr ng thái c a h th ng là l n. ng th i, h th ng l n, c hai phương pháp SEM và MGM ph i i m t v i s b t n nh s li u [9]. gi i quy t, chúng tôi phát tri n m t thu t toán gi i pháp x p x m i có hi u qu tính toán hơn. Nh ng so sánh gi i pháp x p x này v i k t qu s li u thu ư c b i gi i pháp chính xác (s d ng SEM và MGM) cho th y r ng thu t toán xu t m b o ư c tính chính xác h p lý và nhanh chóng. Do v y, nó có th ư c s d ng hi u qu cho vi c nh c m ng. Hơn n a, thu t toán x p x này cũng có tính n nh v s li u. Ph n còn l i còn l i c a bài báo ư c t ch c như sau. Trong ph n 2 chúng tôi gi i thi u t ng quan v ho t ng c a máy ch iATA. Mô hình hi u năng m i c a máy ch iATA ư c xu t trong ph n 3 và phương pháp m r ng ph - SEM ư c s d ng ánh giá chính xác hi u năng c a mô hình. Trong ph n 4, chúng tôi xu t m t thu t toán gi i pháp x p x m i có hi u qu cho vi c ánh giá hi u năng c a máy ch iATA và minh h a tính hi u qu c a nó quá vi c so sánh các s li u k t qu v i gi i pháp chính xác. Cu i cùng bài báo ư c k t lu n ph n 5. 2. T ng quan v iATA Chương trình máy ch iATA [1, 2] ư c xây d ng trên môi trư ng Linux, nó ho t ng như m t c u n i trung gian gi a các giao di n m ng và thi t b ĩa c ng ATA. Nó ư c th c thi b ng cách s d ng phương pháp ti p c n a ti n trình (multi-process), nơi mà nhi u khách hàng ư c phép th c hi n c hai ho t ng c và ghi trên các ĩa c ng c l p riêng bi t cung c p ng th i t máy ch iATA. Tuy nhiên nhi u khách hàng ư c phép ch th c hi n m t ho t ng c trên ĩa c ng cung c p riêng l (t máy ch ) cùng m t lúc. Nhìn chung, chương trình c a máy ch iATA có nhi u ch c năng và trách nhi m l ng nghe và ch p nh n k t n i v i khách hàng, nh n và Đ.V. Tiến, L.N. Thăng / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28 (2012) 195-206 197 x lý b n tin iATA các yêu c u ơn v d li u giao th c – PDU (Protocol Data Unit), truy n l nh m gói ATA và d li u t i các thi t b ATA th c hi n, t o ra b n tin iATA ph n h i ơn v d li u giao th c và tr l i cho khách hàng. Hình 1 mô t c u trúc chương trình máy ch iATA [1, 2, 29]. Chương trình ư c b t u qua vi c nghe trên các c ng c th . Khi có m t khách hàng yêu c u k t n i, máy ch iATA chia m t ti n trình con i u khi n các phiên. Module k t n i và phiên ư c s d ng i u khi n m i phiên c a khách hàng m t cách c l p, cũng như duy trì tr ng thái k t n i. th i i m. Sau khi th c thi các l nh ATA và d li u trong thi t b ATA, máy ch iATA thu th p các tr ng thái và d li u, óng gói chúng trong m t b n tin iATA m i ph n h i PDU và truy n ngư c l i cho khách hàng [1, 2, 29]. 3. Mô hình phân tích và gi i pháp 3.1 Mô hình phân tích H th ng và s tương tác gi a các máy khách iATA (iATA clients) và m t máy ch iATA (iATA server) c th ư c mô hình hóa như m t m ng hàng i m v i hai t ng. T ng th nh t mô hình hóa s tranh ch p t i m t i m truy nh p vô tuy n - AP (wireless Access Point) c th c a m ng IP (Hình 2). T ng th hai c trưng cho s tranh ch p các ơn v th c thi (threads) trong máy ch iATA th c t . Chúng tôi gi s r ng t ng th hai có t i a K máy ch trong mô hình hàng i tương ng v i t i a K ơn v th c thi ang ho t ng c a máy ch iATA. Hơn n a, t ng th hai cũng có m t b m có kích c b lưu tr các yêu c u khi t t c các ơn v th c thi kh d ng u b n. M i yêu c u t i t các máy khách s ư c ph c v b i m t ơn v th c thi – máy ch iATA. Gi s các yêu c u t các máy khách g n v i m t AP c th i n theo ti n trình Poisson v it c n trung bình σ 1 . Các yêu c u thêm t bên ngoài AP cũng ư c phép x lý. G i σ 2 là t c n (kho ng th i gian gi a các l n n tuân theo phân b hàm s mũ) c a nh ng yêu c u thêm t bên ngoài AP. Các th i gian ph c v c a m t yêu c u t ng 1 và 2 tuân theo phân b hàm s mũ v i các t c ph c v tương ng là µ1 và µ2 . Nh m tính n c s m t mát các yêu c u do môi trư ng m ng không tin c y (m t các gói Hình 1. C u trúc chương trình máy ch iATA Khi k t n i ư c thi t lâp thành công, nó s n sàng nh n b n tin iATA yêu c u PDU t khách hàng. Gói tin yêu c u chuy n t m ng TCP/IP ư c tìm l i máy ch iATA t thi t b Ethernet, s d ng ti n ích vào/ra m ng cung c p b i các cu c g i h th ng Linux. D li u và các l nh ATA ư c óng gói trong b n tin iATA yêu c u PDU sau ó ư c tách ra và g i t i thi t b ATA thông qua module qu n lý và giao di n vào/ra ATA. M t cơ ch khóa ư c thêm vào module này tránh truy nh p ng th i v i các truy nh p trư c ó. M i thi t b ATA có th x lý t i a m t yêu c u ghi t i m t 198 Đ.V. Tiến, L.N. Thăng / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28 (2012) 195-206 tin, hư h ng c a các thi t b m ng), các ho t ng i ra bên ngoài t t ng th hai ư c gi s là r i kh i h th ng v i xác su t 1 − θ 2 , và yêu c u l i d ch v t t ng th nh t (t c là, quay tr l i t ng th nh t) v i xác su t θ 2 . Các ho t ng i ra bên ngoài t t ng th nh t r i kh i h th ng v i xác su t θ1 và yêu c u d ch v t t ng th hai v i xác su t 1 − θ1 . Dung lư ng hàng i c a t ng th nh t là L. t b là kích c c a b m ch a các yêu c u ang i ư c ph c v (không ph i các yêu c u ã ư c ph c v ) t i t ng th hai. Các sai h ng ph n m m có th x y ra trong máy ch iATA. mô hình hóa các sai h ng ph n m m trong máy ch iATA, chúng tôi gi s r ng các ơn v th c thi trong giai o n th hai là ng nh t v i t c sai h ng trung bình là ξ và t c s a ch a trung bình là η . Lưu ý r ng s ti p c n ư c trình bày ây cũng có th ư c m r ng gi i quy t các trư ng h p khác trong ó m t cơ ch ã ch nh ư c áp d ng i u khi n s lư ng các ơn v th c thi trong máy ch iATA. M t minh h a cho các cơ ch i u khi n này là ho t ng c a máy ch Apache [22, 32]. Dung lư ng hàng i c a t ng th hai là b+k khi có k máy ch ang ho t ng 0 ≤ k ≤ K ) . M t ho t ng s b m t ho c b ( xóa kh i h th ng n u m t máy ch hư h ng và m t ho t ng ang ư c ph c v b i m t máy ch v a b h ng. H th ng có th ư c mô t b i ti n trình Markov X 3 D = {I 2 ( t ) , J ( t ) , P ( t ) ; t ≥ 0} , trong ó I 2 ( t ) , J ( t ) , P ( t ) tương ng là s lư ng c a các ho t ng trong t ng 2, s lư ng các ho t ng trong t ng 1 và s lư ng c a các máy ch ang ho t ng (không b hư h ng) trong t ng 2 t i th i i m t. Do ó, không gian tr ng thái c a X 3 D là ( 0,..., b) × ( 0,..., L) × ( 0) ∪ ( 0,..., b + 1) × ( 0,..., L) × (1) ∪ ... ∪ ( 0,..., b + K ) × ( 0,..., L ) × ( K ) . N u các bi n hai tr ng thái ( I (t ) , P (t )) 2 ư c s p x p l i hình thành m t bi n ơn I ( t ) như minh h a trong B ng 1, thì ti n trình Markov X 3 D có th kho ng t 1 n K ư c mô t ch b i hai bi n ng I ( t ) n m trong {I ( t ) , J ( t ) , t ≥ 0} . Lưu ý r N = K × b +1 + ∑l + b + K = l =1 1 2 (1+ K )( 2 + 2b + K ) . Chúng ta nh nghĩa các hàm sau d a trên vi t B ng 1. N u I ( t ) = i, ta có th I2 ( t ) = fI ( i ) = f I ( I ( t ) ) , P ( t ) = f p ( i ) = f p ( I ( t ) ) . 2 2 Hình 2. Mô hình iATA i n hình B ng 1. B c c a bi n pha I(t) I (t ) 1 2 ( I (t ) , P (t )) 2 (0, 0) (1, 0) M b +1 b+2 M (b, 0) (0, 1) M 2b + 3 M (b + 1,1) M K × b +1+ ∑ l l =1 K M ( 0, K ) M M K × b +1+ ∑ l + b + K l =1 K (b + K , K ) Đ.V. Tiến, L.N. Thăng / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28 (2012) 195-206 199 Quá trình ti n tri n c a X 3D b i các chuy n d ch sau: ư cd nd t Aj ( i , l ) bi u th t c sang ( i, j ) chuy n d ch t tr ng thái tr ng thái Lưu ý r ng t DA, DB và DC là các ma tr n ư ng chéo. Các thành ph n chéo c a DA,DB và DC tương ng là t ng c a các thành ph n trong các hàng tương ng c a A,B và C. Ma tr n sinh c a X 3D có th ư c vi t như sau:  A00 Q0 Q Q 1  2  0 Q2  0  0  M M   ... ...  ...  ...   Q1 Q0 0 ... ...   Q2 Q1 Q0 0 ...  M M M M M  ... ... ... Q2 ALL   0 Q0 ... 0 ... ... ... ... ( l , j ) (1 ≤ i, l ≤ N ; j = 0,1,...) . Aj ( i , l ) không ph thu c vào j , do ó: nê'u fP(i) = fP(l) và fI2 (l) = fI2 (i) +1 ; nê'u fP(i) = fP(l) ; và fI2 (l) = fI2 (i) −1 nê'u fP(i) = fP(l) +1 và fI2 (i) = fI2 (l); nê'u fP(i) = fP(l) +1 và fI2 (i) = fI2 (l) +1 ; nê'u fP(l) = fP(i) +1 và fI2 (i) = fI2 (l); khác σ2    in m fP(i), fI2 (i) µ2(1−θ2)   max fP(i) − fI2 (i),0 ξ  Aj (i,l) = Ai,l) =  (  in m fP(i), fI2 (i) ξ   (K −k)η   0  (1) ( ) Trong ó: A00 = A − D A − D B , Q0 = B, Q1 = A − D A − D B − D C , Q2 = C và ALL = A − D A − D C . Khi ti n trình Markov là t i gi n và các phương trình cân b ng tương ng c a các xác su t tr ng thái có m t gi i pháp chu n hóa duy nh t, ta nói r ng ti n trình là n nh và t n t i m t tr ng thái n nh cho ti n trình ó. M c ích c a phân tích này là xác nh xác su t tr ng thái n nh pi , j c a tr ng thái ( i , j ) v i các tham s nghĩa là: ã bi t c a h th ng. pi , j ư c nh ( ) ( ) (a) B j ( i , l ) bi u th cho t c lên t ng bư c m t t tr ng thái tr ng thái chuy n d ch ( i, j ) sang Lưu ý r ng ó: ( l , j + 1) (1 ≤ i, k ≤ N ; j = 0,1,...) . B j ( i, l ) không ph thu c vào j, do min fP (i), fI (i) µ2θ2 2   b) Bj (i,l) = B(i,l) =  σ1  0 ( ) nê'u fP (i) = fP (l) và fI2 (i) = fI2 (l) +1; nê'u i = l =1,..., N; khác pij = limP( I ( t ) = i,J ( t ) = j) ;i = 1,...,N; j = 0,1,...,L t→∞ (2) c) C j ( i, k ) là t c chuy n d ch t tr ng tr ng thái ý r ng thái ( i, j ) sang (1 ≤ i, k ≤ N ; j = 1,...) . Lưu  µ1θ1  µ (1 − θ )  1 1 C j (i, l ) = C (i, l ) =   0  ( k , j − 1) C j ( i, k ) T t c các tr ng thái trong m t hàng c a ti n trình lư i Markov có giá tr j gi ng nhau i v i bi n ng u nhiên J ( t ) . Tương t , các c t có ch a các tr ng thái v i cùng i gi ng nhau. ây, thu n ti n hơn v m t toán h c ta nh nghĩa các vector hàng v j như sau: v j = ( p0, j , p1 j ,..., pN , j ) ; j = 0,1,..., L không ph thu c vào j , do ó: l =i nê'u f I 2 (l ) = f I 2 (i) + 1 và f P (i) = f P (l ); khác (3) Do ó, các thành ph n c a v j là các xác su t c a t t c các tr ng thái trong m t hàng, tính ư c phân b xác su t mà J = j .