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1 Balanceamento de Carga em Servidores de Anuncios Eletr^onicos Distribudos Rodrigo Pereira Bruno Diniz Flavia Ribeiro Wagner Meira Jr. Virglio Almeida e-speed - Departamento de Ci^encia da Computac~ao Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte Brasil Abril 2001 Abstract An essential feature to enable the success of services provided by Internet is its scalability, that is, the ability of the servers to support the utilization growth rate of this services. Distributing the service is a strategy of success to increase scalability. An example of Internet service, where the need of scalability is considerable, is in eletronic advertisement (banners). In this paper, we discuss the distribution of eletronic advertisement services and some load balance approaches in a distributed implementation, that are evaluated using a simulation of the proposed architecture and a workload of a real eletronic advertisement server. Resumo Uma caracterstica fundamental para o sucesso de servicos providos pela Internet e a sua escalabilidade, ou seja, a capacidade dos servidores em suportar as taxas de crescimento de utilizac~ao desses servicos. Uma estrategia de sucesso para aumentar a escalabilidade de servicos e a sua distribuic~ao. Um exemplo de servico Internet, onde a necessidade de escalabilidade e grande, e o de publicidade eletr^onica (banner). Neste artigo discutimos a distribuic~ao de servicos de publicidade eletr^onica e mecanismos para balanceamento de carga em uma implementac~ao distribuda, os quais s~ao avaliados utilizando uma simulac~ao da arquitetura proposta e uma carga de trabalho de um servidor de anuncios eletr^onicos real. Keywords: banner, sistemas distribudos, balanceamento de carga, analise de desmpenho, Internet. 1 Introduc~ao O crescimento da Internet pode ser vericado sob varias dimens~oes, alem do numero de usuarios e maquinas conectadas a rede. As possibilidades de interac~ao oferecidas pela

2 rede mundial de computadores s~ao multiplas e aumentam a cada dia. Um exemplo de aplicac~ao que tem crescido muito e se tornado uma fonte real de recursos e o comercio eletr^onico, que n~ao apenas possibilitou a empresas tradicionais utilizarem a Web como meio de comercializac~ao, como ainda permitiu modelos de interac~ao antes impossveis, como a a comercializac~ao de produtos virtuais (p.ex., software) e aplicac~oes como leil~oes n~ao-presenciais. Um aspecto fundamental para o sucesso das aplicac~oes de comercio eletr^onico e uma maior exig^encia em termos da qualidade de servico que e oferecida aos clientes. Essa qualidade de servico compreende n~ao apenas a correc~ao das transac~oes executadas, a robustez e seguranca dos servidores e dos dados que eles manipulam, como tambem a rapidez em atender as requisic~oes submetidas por clientes. Entretanto, atingir esses nveis de qualidade de servico n~ao e uma tarefa trivial, tendo em vista a diversidade das aplicac~oes, dos interesses dos clientes e da sua taxa de crescimento. Em particular, o problema da escalabilidade de servidores de comercio eletr^onico, ou seja, a propriedade do servidor de comercio eletr^onico conseguir suportar a demanda imposta pelos clientes, tem sido muito discutido tanto no meio acad^emico quanto no meio comercial, em raz~ao do desao tecnologico que representa e o impacto comercial que pode causar, como constatado em diversos servicos que tiveram problemas de escalabilidade. Uma estrategia frequentemente utilizada para melhorar a escalabilidade de servidores de comercio eletr^onico e servidores WWW em geral e a distribuic~ao de servicos. Um exemplo de sucesso de distribuic~ao de servicos na WWW s~ao os proxy caches [13], que normalmente s~ao utilizados para replicar conteudo estatico, cuja utilizac~ao reduziu signicativamente o trafego originado por requisic~oes HTTP, principalmente em canais internacionais. Recentemente t^em sido muito estudadas as redes de distribuic~ao de conteudo [2] como uma soluc~ao mais aprimorada para a distribuic~ao de servidores de dados. Por outro lado, temos varias aplicac~oes cujo conteudo disponibilizado e gerado dinamicamente e que n~ao pode ser replicado utilizando tecnicas tradicionais. Um exemplo de tais trabalhos s~ao o active caching, que permite a cache proxies executar programas Java localmente, reduzindo a carga imposta ao servidor original [5]. Outro exemplo s~ao os cache plugins, que executam o processamento de maquinas de busca tambem nos proxy caches [14]. Embora sejam soluc~oes efetivas para distribuir as aplicac~oes as quais se destinam, o seu nvel de especicidade limita o seu escopo de utilizac~ao. Finalmente, uma arquitetura distribuda muito difundida atualmente e a adotada pelo Napster [11]. Nessa arquitetura, chamada de ponto-a-ponto (peer-to-peer), os clientes tambem se comportam como servidores e a informac~ao (no caso especco do Napster, arquivos no formato MP3) esta espalhada entre eles ee transmitida atraves de conex~oes estabelecidas entre os proprios clientes. No contexto de aplicac~oes de comercio eletr^onico, a necessidade da manutenc~ao de propriedades transacionais e a exist^encia de dados com alta volatilidade, como posic~oes de estoque de produtos e valores correntes de produtos em leil~ao, torna essa distribuic~ao mais complicada. Ela tem sido estudada sob varias perspectivas, seja atraves de protocolos especcos [12], ou abordagens baseadas em bancos de dados distribudos. Um exemplo de aplicac~ao de comercio eletr^onico que e inerente a Web e a comercializac~ao de anuncios eletr^onicos em paginas WWW. Neste cenario, ha basicamente tr^es entidades envolvidas: anunciantes, locatarios e clientes. A comercialicac~ao de anuncios consiste em alugar espaco em paginas WWW cedido pelos locatarios para anunciantes,

3 de tal forma que clientes recebam o anuncio quando acessarem as referidas paginas. Obviamente que esse aluguel de espaco poderia ser contratado diretamente entre anunciante e locatario, mas ambas as partes, por quest~oes de eci^encia e praticidade normalmente iteragem atraves de um servidor de anuncios eletr^onicos. Essa atividade de intermediac~ao permitiu aperfeicoar o servico de publicidade eletr^onica. Um primeiro aperfeicoamento e a associac~ao de anuncios a conceitos, ou seja, o anunciante pode requisitar, para ns de maior retorno do anuncio, que o mesmo seja veiculado para um determinado perl de clientes, que pode, nos casos mais simples, ser determinado pelo site que o cliente esta acessando. Mais ainda, anunciantes podem especicar n~ao apenas a quantidade de anuncios a serem veiculados, como tambem a sua dimens~ao e posicionamento relativo na pagina onde s~ao exibidos. Podemos dividir a comercializac~ao de um anuncio em duas fases: contratac~ao e provimento. Durante a contratac~ao de anuncios, anunciantes e o servidor de anuncios denem a quantidade, a natureza e o publico alvo dos anuncios, e o servidor se compromete a exib-los. Uma vez que o servidor de anuncios tenha uma base de anuncios contratados, ele prov^e o servico de anuncios propriamente dito, que pode ser dividido em tr^es passos. O primeiro passo e a conceituac~ao, onde caractersticas como o site de origem ou o perl do cliente s~ao associados a conceitos denidos anteriormente. A seguir, e feita a selec~ao do anuncio, quando se dene qual o anuncio sera exibido, e a refer^encia ao mesmo e includa na pagina carregada pelo cliente. Nessa fase s~ao utilizados algoritmos de selec~ao com nvel variado de sosticac~ao, que e func~ao do conjunto de par^ametros da selec~ao (tamanho do anuncio, palavras-chave, etc). Finalmente, o cliente (normalmente utilizando um navegador) requisita o anuncio propriamente dito, em geral uma imagem, utilizando o protocolo HTTP padr~ao. A execuc~ao dessas tarefas por parte de um servidor e as formas de relacionamento entre clientes, locatarios e servidores de anuncio ja foi objeto de investigac~ao anterior [8], assim como a utilizac~ao de arquiteturas multiprocessadas para ns de manutenc~ao de qualidade e diferenciac~ao de servicos (QoS) [9]. Neste artigo discutimos e avaliamos, atraves de simulac~ao, uma arquitetura distribuda de servidores de anuncios eletr^onicos. Esta sec~ao serve como introduc~ao do artigo. Na proxima sec~ao apresentamos conceitos basicos das arquiteturas de servidores de anuncios e descrevemos as funcionalidades basicas que s~ao providas por esses servidores. A Sec~ao 3 discute a estrategia que adotamos para distribuic~ao de servicos de anuncio eletr^onico. Avaliamos essa estrategia de distribuic~ao de servicos e balanceamento de carga entre servidores atraves de simulac~ao, utilizando logs de acesso reais de um grande servidor cache. A caracterizac~ao desses logs e apresentada na Sec~ao 4, e a arquitetura do simulador e os resultados s~ao apresentados na Sec~ao 5. Aultima sec~ao apresenta as conclus~oes e trabalhos futuros. 2 Arquitetura de servidores de anuncios Descreveremos nessa sec~ao os componentes envolvidos na interac~ao entre um cliente e um servidor de anuncios. Tambem sera mostrado o uxo de requisic~oes quando um cliente requisita um anuncio. O modelo utilizado para a descric~ao foi retirado de um trabalho anterior [8] onde denimos alguns possveis modelos para o provimento de anuncios.

4 Como discutido na Sec~ao 1, o principal objetivo de um servidor de anuncios e prover condic~oes para um anuciante selecionar e expor um anuncio de forma eciente e inteligente, sempre que possvel. Nesse contexto, dois pontos essenciais devem ser observados e levados em conta quando do provimento desse tipo de servico: Algoritmos de selec~ao E altamente desejavel que um servidor de anuncios implemente um algoritmo capaz de selecionar o anuncio mais apropriado dentro de um conjunto de anuncios possveis. A escolha de tal anuncio deve ser baseada em criterios como adequac~ao sem^antica ou cumprimento de metas contratadas. Esses algoritmos podem ser bastante sosticados, considerando ate o perodo do dia em que a requisic~ao esta sendo feita ou mesmo onumero IP da maquina do cliente que requisitou o anuncio. Desempenho Apesar de algoritmos sosticados serem desejaveis, nenhum cliente esta disposto a esperar mais para obter anuncios mais elaborados para o seu perl. Vale lembrar que uma pagina na Web e composta por uma parte textual e por outros componentes diversos (inclusive imagens) que s~ao carregados do servidor apos a parte textual 1. Logo, a carga completa de determinada pagina Web somente terminara quando todas as imagens forem carregadas. Isso serve de motivac~aopara que o servidor de anuncios tenha um desempenho aceitavel, que n~ao atrapalhe a veiculac~ao da propria pagina. Servidor Web 2 3 Servidor de Anúncios Página Web (Navegador) Figura 1: Fluxo de requesic~oes em uma pagina Web que utiliza um servidor de anuncios Na Figura 1 mostramos a sequ^encia de seis eventos que ocorrem quando uma pagina e requisitada a algum servidor Web que esteja utilizando um servidor de anuncios para selecionar e veicular os anuncios que s~ao includos nas paginas: 1 No caso do protocolo HTTP vers~ao 1.1, a mesma conex~ao e aproveitada para carregar os demais componentes de uma pagina. O que foi dito tambem se aplica nesse contexto pois a conex~ao somente sera fechada quando o ultimo componente for carregado, o que atrasa todo o processo de carga da pagina.

5 1) A pagina e requisitada ao servidor Web. 2) O servidor Web ent~ao verica que a pagina sendo requisitada possui alguns espacos onde devem ser inseridos anuncios. Nesse momento, uma requisic~ao e enviada ao servidor de anuncios para que este retorne os codigos dos anuncios que s~ao mais indicados para preencher os espacos na pagina em quest~ao. 3) Os codigos dos anuncios a serem expostos s~ao enviados para o servidor Web, que ent~ao montaapagina a ser enviada ao cliente com a URL de acesso aos anuncios. 4) A pagina montada e enviada ao cliente. 5) Como o navegador geralmente utilizado pelo cliente carrega as imagens separadamente, quando ele encontra no codigo HTML a URL que representa a imagem, ele abre uma conex~ao com o servidor de anuncios e requisita o anuncio a ser posicionado. 6) O anuncio e enviado pelo servidor de anuncios e o numero de exposic~oes do anuncio e atualizado, para garantir a correc~ao do algoritmo de selec~ao. Com base nessa descric~ao podemos identicar duas funcionalidades basicas a serem providas por servidores de anuncio: selec~ao e provimento. A selec~ao consiste em selecionar os anuncios a serem includos na pagina a ser carregada pelo cliente. O algoritmo de selec~ao determina, entre todos os anuncios sendo gerenciados pelo servidor, o anuncio mais adequado. A selec~ao e baseada em algumas caractersticas dos anuncios como o tamanho, o assunto do qual o anuncio trata, a categoria (negocios, educac~ao, etc) na qual o anuncio esta inserido, entre outras. Outras variaveis tambem podem ser consideradas como o momento em que a requisic~ao foi feita, o IP da maquina do cliente que fez a requisic~ao ou mesmo o assunto tratado pela pagina onde os anuncios retornados pela requisic~ao ser~ao expostos. Uma forma de simplicar a tarefa de selec~ao e empregando conceitos abstratos que caracterizam tanto a natureza dos clientes e suas requisic~oes quanto os anuncios. Desta forma, a tarefa dos seletores e associar conceitos abstratos a requisic~oes de clientes baseando-se nas suas caractersticas. Os anuncios, por sua vez, tambem s~ao associados a conceitos por ocasi~ao da sua contratac~ao. Neste contexto, a tarefa de selec~ao se resume a determinar qual o par de conceitos mais similares e assinalar o anuncio correspondente a requisic~ao. O provimento e o envio do anuncio propriamente dito ao cliente. Essa tarefa e funcionalmente semelhante a executada por servidores WWW tradicionais, pois consiste apenas em ler o arquivo do anuncio do disco e envia-lo ao cliente. Entretanto, ha uma diferenca importante que e a necessidade do registro do provimento do anuncio, que e a conrmac~ao de que o cliente efetivamente vai visualiza-lo. Essa informac~ao e importante para garantir que os servidores de anuncio cumprem as suas metas contratadas e e tambem utilizada pelo algoritmo de selec~ao. Na proxima sec~ao discutimos a distribuic~ao desses servidores de anuncios eletr^onicos, que e baseada na divis~ao de funcionalidades e sua replicac~ao, criando os seletores e provedores.

6 3 Servidores de anuncios distribudos Como discutido, a escalabilidade de servidores de publicidade eletr^onica e com certeza uma propriedade essencial para o seu sucesso e demanda o desenvolvimento de soluc~oes que garantam o desempenho. Na Sec~ao 1 foi mencionado que um exemplo de tal soluc~ao e a distribuic~ao dos servidores ou dos servicos prestados pelos mesmos entre varias maquinas. Nesse cenario, um desao e garantir que a quantidade de trabalho realizada pelos varios servidores e equivalente. No contexto de servidores WWW, algumas pesquisas ja foram desenvolvidas no sentido atingir um nvel aceitavel de balanceamento de carga [3, 16]. Nas sec~oes a seguir discutimos os dois aspectos fundamentais da distribuic~ao de servicos, o mecanismo de distribuic~ao de requisic~oes e a estrategia de balanceamento de carga. S Grupo de Máquinas P S D S P B A C Distribuição Inicial B C D A A B C D S Seletor P Provedor Requisições Figura 2: Diagrama dos servicos e uxo de requisic~oes em um servidor de anuncios distribudo Na Figura 2 mostramos um tpico servidor de anuncios distribudo onde os servicos est~ao divididos entre as varias maquinas disponveis. Todas as requisic~oes de selec~ao s~ao interceptadas por um intermediario que imp~oe uma distribuic~ao inicial as requisic~oes. Podemos enumerar como possveis intermediarios servidores DNS [16], switches nvel 4 [1, 10, 7], ou switches nvel 7 [2]). A maneira como as requisic~oes s~ao repassadas varia e existem pesquisas que buscam tornar o redirecionamento transparente e eciente [4, 15, 6]. Abaixo descrevemos em alto nvel essas tr^es formas de intermediac~ao: Servidor DNS A distribuic~ao inicial pode ser feita congurando-se o servidor DNS para que, a cada vez que for consultado, ele indique um numero IP diferente de uma das maquinas do grupo, o que e chamado de Round Robin DNS. Existe um problema grave que afeta bastante o balanceamento inicial que e o fato de os navegadores armazenarem localmente os numeros IP providos, de forma que requisic~oes posteriores s~ao sempre para o mesmo servidor.

7 Switch nvel 4 Nesse caso, um hardware conguravel realiza o mapeamento entre enderecos IPs dos clientes e seletores. Tendo em vista a possibilidade de recongurac~oes din^amica, resulta em melhor balanceamento de carga que servidores DNS. Como desvantagens podemos mencionar o custo do equipamento e a possibilidade de se transformar em ponto de contenc~ao, alem de ser um ponto de falha. Switch nvel 7 E um componente com capacidade de processamento e que trata as requisic~oes a nvel de aplicac~ao, ou seja, ele consegue vericar o conteudo da requisic~ao e tomar a ac~ao apropriada. Nesse caso, o switch l^e a requisic~ao, verica qual o conceito associado a ela e a envia diretamente ao servidor distribudo responsavel por responder a requisic~oes daquele conceito. Os seletores devem ter informac~ao a respeito de todos os provedores e quais anuncios est~ao sendo servidos por cada um deles. Essa informac~ao e fundamental para decidir para qual provedor o seletor ira direcionar a requisic~ao que recupera o anuncio. Essa decis~ao tambem considera a carga instant^anea dos provedores. Cada seletor, por sua vez, e responsavel por responder as requisic~oes associadas a um grupo de conceitos. Quando o intermediario repassa a requisic~ao para um servidor de selec~ao, este pode n~ao ser o responsavel pelo conceito associado a requisic~ao. Nesse caso, a requisic~ao e novamente repassada para um seletor do grupo que sera capaz de tratala. Logo, cada seletor mantem uma tabela indicando para todos os conceitos, quais os seletores responsaveis por eles. As estrategias para executar a retransmiss~ao da requisic~ao transparentemente e de forma segura n~ao ser~ao mencionados nem explicados nesse artigo [6, 15, 4]. 3.1 Balanceamento din^amico de carga nos servidores Uma vez denida a arquitetura de um servidor de anuncios distribudo, e necessario denir as metricas e algoritmos para balancear a carga entre os servidores. No caso especco desse artigo o objetivo e quetodos os servidores estejam sujeito a cargas t~ao equivalentes quanto possvel. Na Sec~ao 3 foi mencionado que cada seletor recebe alguns conceitos de forma que uma requisic~ao somente poderia ser tratada pelo(s) seletor(es) que detem o conceito ao qual a requisic~ao esta associada. Desta forma, a carga de um determinado servidor e func~ao dos conceitos que ele esta tratando e suas respectivas popularidades. A associac~ao inicial de conceitos a servidores e feita aleatoriamente, de forma que no incio a carga esta completamente desbalanceada. Pode ocorrer, por exemplo, de um servidor receber os dois conceitos mais populares para tratar, fazendo com que sua carga seja mais alta do que a dos demais. A ideia do nosso algoritmo de balanceamento de carga din^amico e permitir que situac~oes como essa possam ser contornadas e que a carga dos seletores seja equilibrada. Para tal, e necessario que os seletores alterem as suas responsabilidades em termos de conceitos de forma a balancear a carga. Essas alterac~oes s~ao baseadas em tr^es tipos de operac~ao: Migrac~ao: Nessa operac~ao um seletor A requisita um conceito que esta sendo tratado por seletor B. Nesse caso o seletor B, que atualmente e responsavel pelo conceito, o cede

8 ao seletor A, que passa a atender as requisic~oes para o conceito. Se o conceito que for requisitado estiver sendo tratado por mais de um seletor (isso acontece devido a operac~ao de compartilhamento, explicada a seguir), todos os seletores responsaveis pelo conceito devem ced^e-lo. A Figura 3 (a) ilustra uma migrac~ao entre os seletores B e C, onde o seletor B requisita o conceito \futebol" ao seletor C. Compartilhamento: E uma operac~ao semelhante a migrac~ao, exceto pelo fato de que o seletor para o qual o compartilhamento foi requisitado n~ao deixa de ser responsavel pelo conceito, ou seja, ambos passam a responder por aquele conceito. Neste caso, o assinalamento de requisic~oes a seletores e feita de forma aleatoria entre os seletores responsaveis pelo conceito. A Figura 3 (b) ilustra o compartilhamento do conceito \futebol" entre os seletores A e C, de forma que os dois passam a responder pelo refereido conceito. Aglutinac~ao: Representa a operac~ao contraria a de compartilhamento. Aqui, caso mais de um seletor possua o mesmo conceito, um deles pode decidir por monopolizar o tratamento de requisic~oes daquele conceito. Nesse caso ele solicita de volta os conceitos nos seletores que anteriormente executaram uma operac~ao de compartilhamento. Logicamente e fundamental na aglutinac~ao que mais de um seletor possua o conceito. A Figura 3 (c) ilustra uma aglutinac~ao entre os seletores B e C para o conceito \". Nesse caso somente o seletor B continua respondendo por este conceito. Todas as operac~oes s~ao implementadas atraves de mensagens entre os seletores. Esse custo e tambem o ganho em termos de balanceamento de carga de tais operac~oes s~ao mostrados e analisados na Sec~ao 5. Para que alguma dessas operac~oes possa ser realizada, metricas devem ser denidas para indicar que um determinado seletor necessita executar uma delas. Essas metricas s~ao denidas e explicadas posteriormente na Sec~ao 5. 4 Caracterizac~ao da carga Nesta sec~ao descrevemos a carga de trabalho de um servidor de anuncios eletr^onicos e discutimos algumas de suas peculiaridades. A carga utilizada como entrada para o simulador foi coletada nas maquinas de cache do POP-MG. Nos ltramos o log para que apenas as requisic~oes a anuncios eletr^onicos do servidor de anuncios doubleclick 2, tanto a lial brasileira quanto matriz internacional, fossem consideradas. Os dados foram coletados no perodo de 15 de dezembro de 2000 a 03 de janeiro de O log coletado possui requisic~oes. 4% do log foi desconsiderado por se tratarem de requisic~oes para as quais n~ao foi possvel relacionar as de selec~ao com as de provimento atraves da URL somente (por exemplo, Flash) % das requisic~oes eram para anuncios, classicadas como requisic~oes de provimento. Esse pequeno numero de requisic~oes de provimento pode ser explicado por dois fatores. O primeiro fator e a exist^encia de servidores proxy cache, que replicam as imagens dos anuncios, satisfazendo eventuais requisic~oes de usuarios. O segundo fator s~ao potenciais rob^os, que requisitam apenas a 2

9 Seletor A carro medicina Seletor C futebol igreja Seletor B economia Migração (a) Seletor A carro medicina Seletor C igreja Seletor B economia futebol Seletor A carro medicina Seletor C futebol igreja Seletor B economia Compartilhamento (b) Seletor A carro medicina futebol Seletor C futebol igreja Seletor B economia Seletor A carro medicina Seletor B economia Seletor A carro medicina Seletor B economia Seletor C futebol igreja Aglutinação (c) Seletor C futebol igreja Figura 3: Possveis operac~oes no servidor de anuncios distribudo. a) Migrac~ao, b) Compartilhamento, c) Aglutinac~ao porc~ao HTML das paginas, n~ao requisitando quaisquer imagens embutidas % das requisic~oes s~ao requisic~oes de selec~ao, requisic~oes cuja resposta contem o identicador de um anuncio a ser eventualmente provido. A doubleclick possui tr^es tipos de requisic~oes de selec~ao, que distinguem as tr^es modalidades de provimento consideradas % s~ao requisic~oes conjugadas, ou seja, requisic~oes cuja resposta e o anuncio desejado e que n~ao precisam ir a um provedor de anuncios % s~ao requisic~oes por codigo javascript necessario para requisitar o anuncio e 37 90% s~ao requisic~oes para codigo html a ser includo na pagina, o qual contem a requisic~ao do anuncio. A Figura 4 mostra a distribuic~ao do numero de requisic~oes por dia. O numero medio de requisic~oes por dia de semana e 28:572, na primeira semana. A segunda semana foi descartada nesse calculo por se tratar de uma semana especial, a semana entre o Natal e o Ano Novo. Podemos observar claramente no graco os nais de semana, quando o numero de requisic~oes e signicativamente mais baixo. Dois destes nais de semana s~ao prolongados, possuindo um terceiro dia com um numero de requisic~oes mais baixo, correspondente aos feriados. Tendo em vista que toda a estrategia de balanceamento de carga ebaseadanaalterac~ao da responsabilidade dos conceitos, e importante que a sua popularidade seja estudada, de forma a vericar o seu impacto nas estrategias de balanceamento de carga. A lei de Zipf [17] foi originalmente usada em relacionamentos entre a popularidade de palavras em termos de ranking e sua frequ^encia. Ela diz que um ranking de popularidade

10 Numero de Requisicoes Dias Figura 4: Distribuic~ao do numero de requisic~oes por dia de palavras usadas em um dado texto () e inversamente proporcional a sua frequ^encia de uso (P ), ent~ao: P 1=. A Figura 5 mostra que parte da curva que representa o ranking dos conceitos se aproxima da lei de Zipf. A primeira parte da curva, ate o ranking 20, n~ao segue a lei de Zipf. Isso ocorre porque as 20 primeiras ocorr^encias do ranking possuem uma frequ^encia muito proximas, variando de 0:21 a 0:01. A parte mais reta da curva e formada pelas posic~oes de ranking de 21 a 300 e as suas frequ^encias variam de 0:066 a 0:017. Esta caracterizac~ao mostra a necessidade de estrategias de balanceamento de carga din^amicas, em raz~ao da concentrac~ao de acessos a um pequeno grupo de conceitos. A necessidade do balanceamento de carga para um servidor distribudo e conrmada pela Figura 6, que mostra a popularidade dos IPs em relac~ao ao numero de requisic~oes de provimento e de selec~ao. Foram considerados como IPs unicos os IPs de classe C. A curva que representa as requisic~oes de provimento se aproxima da func~ao de Zipf com (inclinac~ao) igual a 1 3, enquanto a curva das requisic~oes de selec~ao se aproxima de Zipf com igual a Estes resultados mostram uma grande variabilidade entre a quantidade de requisic~oes submetidas por diferentes grupos de clientes Conceitos Zipf 0.1 Frequencia e-05 1e Ranking dos Conceitos Figura 5: Popularidade dos conceitos

11 Frequencia da Requisicoes de Provide e Ranking dos IP s Provides Zipf Frequencia da Requisicoes de Select e-05 1e Ranking dos IP s Select Zipf Figura 6: Popularidade das requisic~oes do tipo provimento e selec~ao 5 Estudo de caso Nesta sec~ao apresentamos a arquitetura do simulador de servidores de anuncio distribudo que implementamos e discutimos os resultados obtidos com a simulac~ao. 5.1 Arquitetura do simulador O servidor distribudo e simulado por um programa baseado em threads. Ha uma thread representando cada seletor e cada provedor que comp~oem o servidor de anuncios. Como mencionado, a comunicac~ao entre os varios componentes e baseadas em mensagens, cuja transmiss~ao e simulada atraves de buers de mensagens implementados em memoria compartilhada entre as threads. O simulador implementa completamente o funcionamento do servidor de anuncios, inclusive os protocolos de migrac~ao, aglutinac~ao e combinac~ao. As metricas de carga coletadas s~ao independentes de arquitetura, ou seja, numero e natureza de mensagens trocadas e operac~oes executadas. A decis~ao por essas metricas aconteceu em virtude da diculdade de modelarmos a lat^encia entre maquinas arbitrarias na Internet, como seria o caso de um servidor geogracamente distribudo. Embora a validac~ao dessa modelagem esteja sujeita a variaveis como lat^encia de rede e capacidade de processamento das maquinas utilizadas, o nvel de abstrac~ao empregado nos permite estudar os compromissos inerentes as estrategias de balanceamento de carga e sua interac~ao com a carga de trabalho a qual um servidor distribudo seria submetido. Desta forma, certas premissas foram adotadas no desenvolvimento do simulador. A primeira premissa e que os provedores possuem todos os anuncios a serem veiculados. Esta premissa permite um balanceamento de carga trivial entre os provedores e n~ao compromete a sua implementac~ao, pois as imagens associadas aos anuncios s~ao pequenas (em torno de 7.2 kbytes) e o custo de armazenamento e muito baixo. A segunda premissa e que cada conceito e responsabilidade de um ou mais seletores, e que os seletores de um dado conceito devem manter, entre si, a contabilizac~ao dos anuncios gerados por eles de forma a satisfazer as demandas contratadas por anunciantes. O simulador consiste basicamente em quatro rotinas: a primeira e responsavel pelas inicializac~oes, a segunda e uma thread que assinala as requisic~oes e as envia para os seletores, a terceira rotina implementa os seletores e a quarta os processos provedores. A segunda rotina executa o papel de intermediario para a distribuic~ao de requisic~oes que chegam ao servidor de anuncios, empregando uma das estrategias discutidas na Sec~ao 3.

12 A terceira rotina implementa, alem do protocolo de selec~ao de anuncios, as operac~oes descritas na Sec~ao 3.1: migrac~ao, compartilhamento e aglutinac~ao. A quarta rotina atende a requisic~oes de provimento, contabiliza os dados necessarios, e informa sua carga e a noticac~ao da entrega de anuncios aos seletores. A execuc~ao das operac~oes de balanceamento de carga depende da satisfac~ao de condic~oes que s~ao baseadas em tr^es metricas coletadas nos seletores: Requisic~oes Repassadas S~ao requisic~oes para conceitos de responsabilidade do seletor que as recebeu, mas que foram repassadas por outro seletor, que por forca da distribuic~ao inicial, as recebeu. Uma vez recebidas, a selec~ao associada a essas requisic~oes e executada normalmente. Requisic~oes Tranferidas S~ao requisic~oes para conceitos que n~ao s~ao de responsabilidade do seletor recipiente. Essas requisic~oes s~ao transferidas para um seletor apropriado (que seja responsavel pelo conceito), sendo contabilizadas como \Repassadas" no receptor. Requisic~oes Respondidas E o numero total de requisic~oes recebidas pelo seletor e que s~ao de sua responsabilidade, sejam elas assinaladas pelo mecanismo de distribuic~ao inicial, ou repassadas por outro servidor. Cada uma das operac~oes de balanceamento de carga e executada quando o respectivo criterio e satisfeito: Migrac~ao: um seletor requisita a responsabilidade por um conceito quando a raz~ao entre o numero de requisic~oes transferidas e o total de requisic~oes respondidas para o conceito estiver acima do limiar de migrac~ao. Compartilhamento: um seletor requisita a co-responsabilidade por um conceito baseado na mesma raz~ao que dene a migrac~ao de um conceito, entretanto o limiar de compartilhamento e normalmente menor. Aglutinac~ao: um seletor solicita a suspens~ao da co-responsabilidade por um conceito quando a raz~ao entre o numero de requisic~oes repassadas e recebidas localmente ultrapassa o limiar de aglutinac~ao. Os limiares que regem a execuc~ao das operac~oes de balanceamento de carga s~ao par^ametros da execuc~ao do simulador. 5.2 Resultados Os testes foram feitos utilizando 10 threads de seletores e 10 threads de provedores em uma maquina Sun Ultra-4 com 128Mb de RAM com o sistema operacional Solaris 5. O log utilizado foi o caracterizado na Sec~ao 4. Para cada congurac~ao apresentamos a media e o desvio padr~ao das metricas de desempenho dos varios seletores. A media da quantidade dos varios tipos de mensagem quantica a carga global do sistema, enquanto o desvio padr~ao e uma medida de balanceamento de carga entre os seletores. Os limiares

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