Способы и инструменты расчета параметров серверных компьютерных систем

Аль-Абабнех Х., Аноприенко А.Я.

Донецкий национальный технический университет

Источник: http://iuskm.donntu.ru/electronic/Том_3/СОДЕРЖАНИЕ.pdf

Аннотация:

В данном докладе рассматриваются способы и инструменты на базе Excel и JavaScript для расчета параметров серверных компьютерных систем. В частности, рассматриваются модули для расчета отдельных параметров (времени отклика системы, количества обслуженных запросов, коэффициента использования, времени обслуживания и др.), модели нагрузки и способы, основанные на выявлении и использовании за-кономерностей динамических изменений в соотношениях стоимость/производительность.

Общая постановка проблемы

При решении проблем, связанных с повышением эффективности серверных компьютерных систем приходится решать одну из следующих 2-х задач: Прямая задача: при заданных характеристиках аппаратных средств (и вообще инфраструктуры) определить оптимальную и пиковую нагрузку. Обратная задача: при заданной нагрузке определить требуемые характеристики инфраструктуры. Обе задачи могут решаться как в статике, так и в динамике. В последнем случае речь может идти об определенных критических интервалах, для которых необходимо найти достаточно эффективное решение.

Соответственно можно вести речь о прямом методе решения задачи обеспечения эффективности, предполагающем расчет возможной нагрузки при заданных характери-стиках аппаратных и программных средств, и обратном, позволяющем определить требования к аппаратным и программным средствам исходя из характеристик имеющейся и прогнозируемой нагрузки. На практике наиболее целесообразным является использование комбинированного метода, в рамках которого вначале определяется диапазон возможных нагрузок для некоторого набора характеристик инфраструктуры, а затем уточняются конкретные требования к аппаратным и программным средств исходя из планируемой нагрузки.

В целом решение и прямой и обратной задачи является довольно нетривиальной проблемой, так как на результат влияет множество факторов, большинство из которых исследовались авторами на протяжении последнего десятилетия (см. публикации [1-13]). В данном докладе рассматриваются некоторые новые результаты полученные в последнее время и касающиеся проведения комплексных расчетов параметров серверных компьютерных систем на базе инструментов, созданных в средах Excel и JavaScript, а также - выявления и анализа основных закономерностей, определяющих динамику изменения соотношений стоимость/производительность для современных микропроцессоров. Эта динамика в решающей степени оказывает влияние на соотношение стоимость/производительность современных серверных компьютерных сис-тем.

Модель для расчета параметров серверных компьютерных систем Для расчета параметров серверных компьютерных систем принята модель, пред-ставленная на рис.1.

Рисунок 1 – Расчетная модель типичной серверной инфраструктуры.

Обозначения на рисунке приняты следующие: ISP – Internet Service Provider, обеспечивающий подключение серверного пула к глобальной инфраструктуре Интернет; LAN1 и LAN2 – локальные сети, обеспечивающие взаимодействие серверов, WS – Web-server, обслуживающий запросы по HTTP-протоколу; AS – Application-server, реализующий бизнес-логику серверного приложения; DB – DataBase-server, обеспечивающий работу с базами данных приложения. При этом CPU означает процессорную часть соответствующих серверов, а IO – подсистему ввода-вывода.

Способы и инструменты расчета

На рисунке 2 показана реализация вычислительной модели, представленной на рис. 2, в среде Excel. При этом в качестве приложения используется серверной системы для электронной коммерции, ориентированной на торговлю автомобилями. Предлагаемый вариант расчетной модели предполагает возможность достаточного гибкого задания как параметров нагрузки, так и характеристик аппаратных средств. Желтым цветом в таблице отмечены те значения, которые показывают критическую перегрузку соответствующих ресурсов. При представленной в таблице комбинации исходных значений необходимой и достаточной является серверная система, состоящая из одного веб-сервера, 4-х серверов приложений и 2-х серверов баз данных.

На рисунке 3 показана интерфейс реализации различных модулей для расчета параметров серверных компьютерных систем, реализованных средствами JavaScript. В большинстве случае за основу взяты зависимости, представленные в работе [14]. Средствами JavaScript реализована также и вычислительная модель, представленная на рис. 2, для аналогичного примера серверной системы электронной коммерции, ориентированной на торговлю автомобилями. Данная модель предполагает возможность достаточного гибкого задания как параметров нагрузки, так и характеристик аппаратных средств (рис. 4). Сравнивая оба варианта реализации, можно сделать вывод, что вариант в среде Excel является более гибким. Но версия на базе JavaScript, будучи размещенной на соответствующем сайте может обеспечить существенно более высокий уровень доступности инструментария и удобства его использования. Анализ закономерностей в затратах на обеспечение заданной производительности

Очень важным моментом при выполнении расчетов серверных систем являет минимизация затрат на обеспечение заданной производительности с учетом динамики довольно быстрых изменений и большого разнообразия процессоров и конфигураций серверных компьютеров. Исходя из гипотезы, что основным определяющим фактором в стоимости и производительности компьютерных систем являются соответствующие ха-рактеристики процессоров, были проанализированы соответствующие статистические данные (в частности, использованы работы [15, 16]). Проведенный анализ и обработка этих данных позволили выявить экспоненциальный характер зависимостей стои-мость/производительность и определить основные параметры этих зависимостей (рис. 5 и 6). Кроме этого, было определено, что характер этой зависимости практически не меня-ется со временем и сдвигом соответствующей экспоненциальной кривой влево и вправо по шкале производительности можно получить соответственно зависимости для прошлых и будущих моментов времени, что особенно важно для корректного прогнозирования развития серверных компьютерных систем. Заключение и перспективы исследований Проведенные исследования показали эффективность предложенного подхода на фоне относительной простоты его реализации, что позволяет признать целесообразной реализацию целого комплекса моделей, подобных описанной в данной работе, позволяющих производить достаточно точную оценку адекватности различных элементов сетевой инфраструктуры реальной и прогнозируемой нагрузке. Проведенные исследования показали, что одним из наиболее эффективных путей обеспечения эффективности реализации и развития компьютерных серверных систем является моделирование и расчет параметров на базе различных средств, в том числе на базе Excel и JavaScript. Достоинством разработанных модулей является гибкое задание параметров нагрузки и характеристик аппаратных средств, а также возможность прогнозировать изменение основных параметров.

Литература
1. Абабнех Х. Моделирование и обеспечение эффективности функционирования web-сервисов // Научные труды Донецкого национального технического уни-верситета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника (ИКВТ-2005) выпуск 93: - Донецк: ДонНТУ, 2005. - С. 266-269.
2. Аноприенко А.Я., Абабнех Х., Рычка С.В. Моделирование сетевой инфраструктуры с целью повышения эффективности реализации Web-сервисов // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Выпуск 29. Серия "Информатика, кибернетика и вычислительная техника " - 2005. - С. 312-319.
3. Аноприенко А.Я., Рычка С.В., Абабнех Х. Моделирование сетевой инфраструктуры с целью повышения эффективности реализации Web-сервисов // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Выпуск 29. Серия "Информатика, кибернетика и вычислительная техника " - Донецк. - 2004. - С. 312-319.
4. Анопрієнко О.Я., Дзьоба В.В., Конопльова Г.П., Аль-Абабнех Х. Grid-технології: розвиток, моделювання та перспективи постбінарного комп’ютінгу // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія “Інформатика, кібернетика і обчислювальна техніка”. Випуск 10 (153) – Донецьк, ДонНТУ, 2009, с. 324-327.
5. Аноприенко А.Я., Аль Абабнех Хасан, Модели нагрузки в веб-ориентированных компьютерных сетях // Научные труды Донецкого национального технического университета. Серия "Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем" (МАП-2008). Выпуск 7 (150): Донецк: ДонНТУ, 2008. С. 258-274.
6. Аноприенко А.Я., Аль Абабнех Хасан. Повышение эффективности Интернет-ориентированной сетевой инфраструктуры: Методы, задачи и инструменты // На-учные труды Донецкого национального технического университета. Серия "Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем" (МАП-2007). Выпуск 6 (127): Донецк: ДонНТУ, 2007. С. 228-233.
7. Anoprijenko A., John S., Al-Ababneh H. Simulation Tools and Services for Mobile Users: History, State-of-the-art and Future // Proceedings of the International Conference & Workshop on 3G GSM & Mobile Computing: An Emerging Growth Engine for National Development, 29-31 January, 2007. – College of Science and Technology, Covenant University, Canaan Land, Ota, Nigeria. 2007. P. 9-20.
8. Anoprijenko A., Ababneh Hasan, John Samuel Ndueso, Bandwidth usage maximization for enhancement of data exchange efficiency in TCP/IP-based networks // Informatics, Cybernetics and Computer Science (ICCS-2007). Scientific Papers of Donetsk National Technical University. Volume 8 (120). Donetsk, 2007. P. 331-339.
9. Анопрієнко О.Я., Абабнех Х., Забровський С.В., Малихін В.О. Особливості реалізації розподіленого моделюючого середовища для дослідження складних динамічних процесів // Научные труды Донецкого национального технического университета. Серия "Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем" (МАП-2006). Выпуск 5 (116): Донецк: ДонНТУ, 2006. С. 190-198.
10. Аноприенко А.Я., Абабнех Х., Джон С.Н., Рычка С.В. Исследование производительности и эффективности работы сети на базе комплексного использования средств компьютерного моделирования // Научные труды Донецкого национального технического университета. Серия "Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем" (МАП-2005). Выпуск 78: Донецк: ДонНТУ, 2005. С. 54-63.
11. Аноприенко А.Я., Рычка С.В., Абабнех Х. Способы и средства моделирования вычислительных сетей с целью обеспечения эффективности функционирования web-сервисов // Материалы первой международной научно-технической конференции «Моделирование и компьютерная графика», г. Донецк, 04-07 октября 2005 г., Донецк, 2005. С. 156-159.
12. Рычка С.В., Аноприенко А.Я., Хасан Аль Абабнех, Повышение производительно-сти интернет-ориентированной сетевой инфраструктуры: модели, алгоритмы и методы // Материалы второй международной научно-технической конференции «Моделирование и компьютерная графика» 10─12 октября 2007 года, Донецк, ДонНТУ. – 2007. С. 326-330.
13. Аноприенко А.Я., Джон С.Н., Хасан Аль Абабнех. Моделирование сетевой инфраструктуры как компоненты распределенных моделирующих сред // «Информационные микропроцессорные системы» ИМПС–2003, 16-19 июня 2003 года, Таганрогский радиотехнический университет, Таганрог, 2003.
14. Менаске Д., Алмейда В. Производительность Web-служб. Анализ, оценка и планирование: Пер. с англ. – СПб: ООО «ДиаСофтЮП», 2003. – 480 с.
15. Михайлов А. Выбор наиболее выгодного процессора // LiveJournal, 2010, http://maus-san.livejournal.com/
16. Итоги тестирования центральных процессоров по четвертой версии методики // http://www.ixbt.com/cpu/cpu-2009-itogi.shtml