Оценка загрузки и производительности информационной системы с архитектурой клиент-сервер [2000 год]

By in
457
Оценка загрузки и производительности информационной системы с архитектурой клиент-сервер [2000 год]

Экономичное и эффективное функционирование ИС в РВС во многом определяется приспособленностью используемого сервера к обработке запросов клиентов.

Возможности серверов по обработке запросов в первую очередь зависят от производительности его центральных процессоров, оперативной и дисковой памяти и сетевых адаптеров. Оценка этих характеристик на стадии создания ИС для конкретной организации, под конкретные задачи позволяет своевременно выявить “узкие” места в ИС, ограничивающие системные характеристики, такие как производительность системы, время ответа на запрос, задержки в сети, загрузка отдельных устройств и линий связи и д.р.

Это позволяет определить соответствие выбираемых средств ИС решаемым задачам и в случае необходимости подобрать другие средства или добиться эффективного их использования за счет оптимального распределения задач между клиентами и сервером и оптимального распределения рабочей нагрузки и параметров (характеристик) ИС.

В качестве инструмента решения этой задачи предлагается представить ИС в виде многоузловой многофазной модели системы массового обслуживания (СМО), для определения характеристик которой целесообразно использовать математический аппарат Марковских цепей, представляющий, с помощью сравнительных моделей, широкие возможности для исследования таких систем.

Функционирование такой СМО в общем виде определяется:

  • Интенсивностью lj=1/mj* входного потока заявок (команд), следующих через промежутки времени длительности одного такта tT выполнения алгоритмической операции;
  • Интенсивностью обслуживания mi заявок в i-х ресурсах;
  • Дисциплиной обслуживания в i-х ресурсах.

Основным при использовании такого аппарата является допущение  об экспоненциальном распределении времени между двумя соседними моментами поступления заявок от клиентов с параметром mj* , а также времени их обслуживания в различных ресурсах (дисковой памяти – ДП, оперативной памяти – ОП и в самих центральных процессорах – ЦП) с параметрами m1, m2, и m3 соответственно. С учетом этого многоузловую СМО определим в составе сервера, содержащего N центральных процессоров с общей оперативной памятью.

Определена следующая дисциплина обслуживания заявки:

  1. ЦП включает 3 фазы обслуживания:
  • Обработку запросов от клиентов (генерацию заявок в дисковую или оперативную память);
  • Обслуживание заявок, поступивших из памяти;
  • Передачу результата клиенту (при оценке не учитывается ввиду малости ее влияния на время ответа).
  1. Заявки, поступающие на обслуживание в ОП, при отсутствии в ней нужной информации трансформируются в ДП, причем одновременное поступление заявок в ДП и ОП исключается;
  2. Заявки, поступающие в память, принимаются к обслуживанию, если свободна вся память или ее часть (при наличии ее расслоения или разделяемых дисков), иначе она ожидает своей очереди;
  3. Блокировка памяти обслуженной заявкой происходит тогда, когда заняты узел ЦП, пославший ее, и буферная память;
  4. Обслуженная памятью заявка поступает в соответствующий ЦП при условии, что он закончил обслуживание предыдущей заявки;
  5. После обслуживания ЦП заявка покидает систему (т.е. происходит предача запроса клиенту).

Переходы Марковского процесса из одного состояния в другое возможны при такой его формализации в строго определенные моменты времени t1,tm , называемые шагами, промежутки между которыми равны принятому такту tT. Т.к. процесс в ИС стационарен, что следует из допущения об экспоненциальном законе распределения заявок, определяем:

  • Вероятность нахождения системы в i-ом состоянии для k-го шага;
  • Коэффициент загрузки – Kз устройств моделируемого сервера
  • Производительность одного ЦП1 при работе в составе N процессоров П1;
  • Системную производительность сервера с N процессорами.

Граф состояний такой СМО  с достаточной для инженерных оценок точностью можно представить 8 состояниями:

  1. Заявки в системе отсутствуют, и обслуживающие ресурсы не используются;
  2. ЦП1 обслуживает заявку, а память и остальные ЦП – ЦП2,N свободны;
  3. ЦП2,N обслуживает заявку, а память и ЦП1 свободны;
  4. Память обслуживает заявку от ЦП1, а остальные ЦП простаивают;
  5. Память обслуживает заявку от ЦП2,N, а ЦП1 простаивает;
  6. Память обслуживает заявку от ЦП1, ЦП1 обслуживает другую заявку, а остальные ЦП2,N свободны;
  7. Память заблокирована обслуживаемой заявкой от ЦП1, ЦП1 обслуживает другую заявку, а остальные ЦП2,N свободны;
  8. Память обслуживает заявку от ЦП2,N, ЦП2,N обслуживает другую заявку, а ЦП1свободен.

На основании этого графа состояний строится матрица переходных вероятностей СМО, каждая i-ая вектор-строка которой определяется выходящими дугами состояния Pii графа, а j-ый вектор столбец – входящими дугами состояний Pjj графа.

Соответствующая система восьми алгебраических уравнений позволяет найти стационарные вероятности состояний для установившегося режима.

Решение системы уравнений позволяет определить коэффициент загрузки ЦП1, который определяет потери производительности ЦП1 из-за конфликтных ситуаций в общей памяти, при одновременном обращении к ней 2-х и более процессоров.

Результаты оценок показали, что для повышения эффективности использования сервера в ИС необходимо согласование быстродействия процессоров и памяти в направлении повышения последней до уровня ЦП. Поскольку увеличение быстродействия памяти связано с большими денежными затратами, более предпочтительнее применение расслоенной памяти и разделяемых дисков, а также размещение части данных из баз данных в оперативной памяти.

Сб. трудов Международ. науч. конф. В 7-и т. Т.6. Секции 11, 12, 13/ Санкт-Петербургский гос. Технол. Ин-т (техн. Ун-т). Санкт-Петербург, 2000.

Leave a reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *