Conceitos Básicos de Planejamento

Transcrição

1 Conceitos Básicos de Planejamento Avaliação de Desempenho Prof. Kleber Rezende

2 Revisão Fundamentos de Redes Hierarquia de Protocolos; Protocolo TCP (Transmission Control Protocol); Solicitação HTTP viaja dentro de pacote ACK durante estabelecimento de conexão TCP. Janelas Deslizantes e RTT; 2 Conceitos Básicos de Planejamento

3 Ser ou não ser... Será que se aumentarmos a banda da nossa internet de 5Mbps para 10Mbps teremos o dobro de velocidade na navegação de páginas na Web? Fonte: 3 Conceitos Básicos de Planejamento

4 Introdução A infraestrutura de suporte aos serviços de redes compreende muitos recursos de hardware, incluindo: Estações de trabalho cliente; Servidores com seus processadores e subsistemas de armazenamento; LAN e WAN; Balanceadores de carga e roteadores. 4 Conceitos Básicos de Planejamento

5 Introdução Vários processos de software compartilham este recursos de hardware, incluindo: Servidores web; Servidores de aplicação; Middleware; Sistemas de gerenciamento de banco de dados (SGBD); Protocolos; e Sistemas operacionais; 5 Conceitos Básicos de Planejamento

6 Introdução Exemplo: Uma requisição de serviço na Web gasta uma parte de seu tempo recebendo serviço em vários recursos (sendo processada); e outra parte esperando nas filas pelos recursos. Os atrasos podem ser decompostos em: (1) tempo de serviço: tempo gasto usando vários recursos, como processadores, discos e redes; e (2) tempo de espera: tempo gasto esperando para usar recursos que estão sendo mantidos por outros pedidos. 6 Conceitos Básicos de Planejamento

7 Tempo de resposta Tempo decorrido entre o pedido e o início/conclusão da realização do serviço. 7 Conceitos Básicos de Planejamento

8 Tempo de resposta O tempo de resposta ponta a ponta, ou seja, o tempo percebido por um cliente para obter uma resposta de um pedido de serviço, pode ser dividido em dois componente principais: Tempo da rede; e Tempo no fornecedor do serviço 8 Conceitos Básicos de Planejamento

9 Tempo de resposta Exemplo: Web site (desmembramento do tempo de resposta) Tempo da rede Tempo de Resposta Tempo do Web Site Latência Tempo de transmissão* Tempo de serviço Tempo de Fila CPUs Discos LANs CPUs Discos LANs * Depende da largura de banda do link mais lento conectando o navegador ao Web site. 9 Conceitos Básicos de Planejamento

10 Tempo de resposta Terminologia Tempo de serviço: período de tempo durante o qual um pedido está recebendo serviço de um recurso, como CPU, disco, segmento da LAN ou uma linha de transmissão. Um pedido pode ter de visitar um recurso várias vezes (por exemplo, mais de um I/O para um disco) antes que seja concluído. A notação S j i indica o tempo de serviço no recurso i durante a j-ésima visita ao recurso. 10 Conceitos Básicos de Planejamento

11 Tempo de resposta Terminologia Tempo de espera: período de tempo gasto por um pedido aguardando para ter acesso ao recurso i durante a j-ésima visita ao recurso A notação abaixo indica este tempo. W j i 11 Conceitos Básicos de Planejamento

12 Tempo de resposta Terminologia Demanda de Serviço: soma de todos os tempos de serviço para um pedido no recurso i. Exemplo: A notação abaixo indica este tempo. D V Se os pedidos a um Web site realizam 3,5 I/O na média para um certo disco. e o tempo de serviço médio é de 10 ms então D i = 35 ms (=3,5 x 10) i i x S i 12 Conceitos Básicos de Planejamento

13 Tempo de resposta Terminologia Tempo na fila: soma de todos os tempos de espera no recurso i para determinado pedido. A notação abaixo indica este tempo. Q i 13 Conceitos Básicos de Planejamento

14 Tempo de resposta Terminologia Tempo de residência: soma da demanda de serviço com o tempo de fila para um pedido no recurso i. A notação ao lado indica este tempo. R i Tempo de resposta: é a soma do tempo de residência de um pedido em todos os recursos. 14 Conceitos Básicos de Planejamento

15 Tempo de resposta Resumindo Demanda D i visitas S j j i V i x S i Fila Q W i i j visitas j Residência R i D i Q i Resposta R R i Recursos i 15 Conceitos Básicos de Planejamento

16 Exercício Tempo de resposta Considere que um pedido a um Web site utilize 10 ms de CPU no servidor Web e leia 10 blocos de 2048 bytes do disco do servidor. O tempo de busca médio no disco do servidor é de 9 ms, a latência média é de 4,17 ms e a taxa de transformação é de 20 MB/s. Qual o tempo de resposta mínimo para este cenário? 16 Conceitos Básicos de Planejamento

17 Exercício Tempo de resposta Suponha: link de rede de 0,5 Mbps; RTT de 80ms; Pedido (cliente servidor) usa um quadro ethernet completo (1518 bytes); Resposta (servidor cliente) requerer 8 quadros. 17 Conceitos Básicos de Planejamento

18 Exercício Tempo de resposta Pelo enunciado tem-se, D cpu = 0,010 s. No disco, o tempo médio de serviço, S d, é S d BuscaMédia BuscaMédia LatênciaMédia TempoTransf LatênciaMédia 0,009 0, / TamanhoBloco TaxaTransf 0,0133s Como são 10 leituras de blocos, tem-se: D d = 10 x 0,0133 = 0,133 s 18 Conceitos Básicos de Planejamento

19 Exercício Tempo de resposta Como são 9 quadros enviados (1 do cliente e 8 do servidor), tem-se: D rede = (9 x 1518 x 8)/ = 0,22 s A latência total é igual a 2 RTTs (um para o estabelecimento da conexão, 0,5 para o pedido HTTP atingir o servidor e 0,5 para o primeiro byte da resposta chegar ao navegador do cliente. Logo: Latência = 2 x 0,08 = 0,16 s 19 Conceitos Básicos de Planejamento

20 Exercício Tempo de resposta Assim, o menor valor possível para o tempo de resposta será: R Latência + D rede + D cpu + D d = 0,16 + 0,22+ 0,01 + 0,133 = 0,523 s Obs.: Nesta análise não foi considerado o tempo de espera em cada um dos recursos mencionados (rede, cpu e disco) 20 Conceitos Básicos de Planejamento

21 Ser ou não ser... Será que se aumentarmos a banda da nossa internet de 5Mbps para 10Mbps teremos o dobro de velocidade na navegação de páginas na Web? Fonte: 21 Conceitos Básicos de Planejamento

22 Análise Google Fonte: 22 Conceitos Básicos de Planejamento

23 Exercício Análise de Protocolo Qual a eficiência na transmissão de 56 quadros com 1250 bytes cada num link de 10 Mbps, considerando: a) Protocolo Stop-and-Wait b) Protocolo de Janela Deslizante de tamanho 8. Obs.: Considere o atraso (ida e volta) de 10 ms e o link livre de erros. 23 Conceitos Básicos de Planejamento

24 Carga de Trabalho Conjunto de todas as informações de entrada que um sistema recebe durante um determinado período de tempo. [?] Muito importante no planejamento de capacidade e na avaliação de sistemas 24 Conceitos Básicos de Planejamento

25 Carga de Trabalho Tempo de Serviço em Discos Isolados Discos magnéticos são um componente importante de qualquer servidor e estação de trabalho cliente; Envolve mais componentes do que apenas os discos usados para armazenar informa-ções; Os tempos de acesso à informação armazenada nos discos são muito maiores do que os tempos acesso na memória RAM; 25 Conceitos Básicos de Planejamento

26 Anatomia de um HD Busca: movimento do acionador para um cilindro específico (leitura/escrita); Latência de rotação: tempo de espera até que a rotação traga o setor desejado para o ponto exato onde se encontra o cabeçote de leitura/escrita. Neste ponto, a transferência dos dados pode começar. Fonte: 26 Conceitos Básicos de Planejamento

27 Arquitetura Típica do Subsistema de E/S 1. Os pedidos de E/S são enviados ao sistemas de arquivo; 2. O cache armazena blocos de arquivo que foram usados recentemente; 3. Se o bloco desejado estiver no cache, nenhum acesso a disco é necessário (acerto de cache cache hit); 4. Caso contrário, houve perda de cache (cache miss) e o pedido é enviado ao driver do dispositivo; 27 Conceitos Básicos de Planejamento

28 Arquitetura Típica do Subsistema de E/S 28 Conceitos Básicos de Planejamento 5. O pedido é, então, enfileirado no driver do dispositivo; 6. O pedido é enviado à controladora de disco; 7. O cache de disco pode ser usado para antecipar a busca de blocos que poderão ser necessários no futuro próximo (leitura antecipada); 8. A controladora de disco usa políticas de escalonamento do disco em sua fila, visando reduzir o número médio de cilindros atravessados pelo braço para atender aos pedidos do disco;

29 Tempo de Serviço Médio em um Subsistema de E/S - Terminologia TempoBusca: tempo de busca médio (em seg). Ou seja, tempo médio para posicionar o braço no cilindro correto; Busca aleat : tempo de busca médio (em seg) para um pedido a um cilindro aleatório, fornecido pelo fabricante do disco; VelDisco: velocidade de rotação do disco (em RPM) (Fabricante); 29 Conceitos Básicos de Planejamento

30 Tempo de Serviço Médio em um Subsistema de E/S - Terminologia LatênciaRotação: latência de rotação média, em segundos; ou seja, o tempo gasto aguardando-se que o disco gire até que o setor desejado esteja sob a cabeça de leitura/escrita; TamanhoBloco: tamanho do bloco em bytes; TaxaTransfer: taxa em que os dados são transferidos para/de um disco (em MBps); TempoTransfer: tempo (em seg) para se transferir um bloco do disco para a controladora; TempoTransfer TamanhoBloco 6 TaxaTransfer Conceitos Básicos de Planejamento

31 Tempo de Serviço Médio em um Subsistema de E/S - Terminologia TempoControl: tempo gasto na controladora para processar um pedido de E/S; P perda : probabilidade de que o bloco desejado S d não esteja no cache de disco; : tempo médio, em segundos, gasto na S controladora TempoControl d mais disco para acessar P um ( TempoBusca bloco LatênciaRotação em um disco TempoTransfer) perda 31 Conceitos Básicos de Planejamento

32 Carga de Trabalho de Disco É definida como uma sequência de números de bloco de disco enviada ao subsistema de disco; Existem dois tipos de carga: aleatória e sequencial; 32 Conceitos Básicos de Planejamento

33 Carga de Trabalho de Disco Aleatória: é aquela em que os blocos solicitados estão espalhados aleatoriamente pelo disco; Sequencial: é aquela que apresenta subsequências, chamadas carreiras, de pedidos para blocos consecutivos no disco. 33 Conceitos Básicos de Planejamento

34 Carga de Trabalho de Disco Exemplos: Carga de Trabalho Aleatória 10, 201, 15, 1023, 45, 39, 782 Carga de Trabalho Sequencial (com 2 carreiras) 4, 350, 351, 352, 353, 80, 104, 105, 106, 107, 108, 243 Primeira Carreira (350, 351, 352, 353) Tam=4 Segunda Carreira (104, 105, 106, 107, 108) Tam=5 34 Conceitos Básicos de Planejamento

35 Carga de Trabalho de Disco Para cargas de trabalho aleatórias, temos que: P perda 1 TamanhoCarreira 1 TempoBusca Busca * LatênciaRotação aleat 1 TempoRotaçãoDisco 2 * Em um pedido aleatório pode-se esperar algo entre nenhuma rotação e uma rotação completa. 35 Conceitos Básicos de Planejamento

36 Carga de Trabalho de Disco Para cargas de trabalho sequenciais, temos que: P perda 1 TamanhoCarreira TempoBusca Buscaaleat TamanhoCarreira LatênciaRotação 1 2 ( TamanhoCarreira 1)[(1 U TamanhoCarreira d ) / 2] TempoRotaçãoDisco 36 Conceitos Básicos de Planejamento

37 Carga de Trabalho de Disco Tabela com Latência de Rotação Média (em rotações completas) TamanhoCarreira U d Latência de Rotação ,1 0,5 0,8 0,1 0,5 0,8 0,1 0,5 0,8 0,54 0,69 0,80 0,54 0,72 0,85 0,55 0,73 0,88 37 Conceitos Básicos de Planejamento

38 Exercício Tempo Médio de Busca Qual é o tempo médio de busca para a carga de trabalho (4, 350, 351, 352, 353, 80, 104, 105, 106, 107, 108, 243), considerando que o tempo médio de busca aleatória (Busca aleat ) para o disco é de 9 ms? TempoBusca 3 12 Busca aleat 4 12 Busca 4 aleat 5 12 Busca 5 aleat 5 12 Busca aleat 3,75ms 38 Conceitos Básicos de Planejamento

39 Exercício Tempo Médio de Busca Qual é o tempo médio de busca para a carga de trabalho (70, 76, 77, 78, 104, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), considerando que o tempo médio de busca aleatória (Busca aleat ) para o disco é de 12 ms? 39 Conceitos Básicos de Planejamento

40 Exercício Tempo Médio de Serviço O disco de um servidor de BD recebe pedidos a uma taxa de 30 pedidos/segundo. Uma análise de um rastreamento dos pedidos revelou que 35% dos pedidos são para blocos aleatórios e 65% são para sequências de blocos ou carreiras. O tamanho do bloco é de 1536 bytes. O tamanho de carreira médio medido para essa carga de trabalho é de 15 pedidos. O disco gira a 5400 rpm, tem uma busca média para pedidos aleatórios igual a 12 ms e uma taxa de transferência de 12 MBps. O tempo da controladora é igual a 0,15 ms. Qual é o tempo de serviço médio do disco? 40 Conceitos Básicos de Planejamento

41 Exercício Tempo Médio de Serviço O disco de um servidor de BD recebe pedidos a uma taxa de 20 pedidos/segundo (0,020 pedido/ms). Uma análise de um rastreamento dos pedidos revelou que 20% dos pedidos são para blocos aleatórios e 80% são para sequências de blocos ou carreiras. O tamanho do bloco é de 2048 bytes. O tamanho de carreira médio medido para essa carga de trabalho é de 24 pedidos. O disco gira a 7200 rpm, tem uma busca média para pedidos aleatórios igual a 9 ms e uma taxa de transferência de 20 MBps. O tempo da controladora é igual a 0,1 ms. Qual é o tempo de serviço médio do disco? 41 Conceitos Básicos de Planejamento

42 Exercício Tempo Médio de Serviço Do enunciado, tem-se: Busca aleat VelDisco 9ms TamanhoBloco TaxaTransfer TamanhoCarreira TempoControl 7200rpm MBps 24 0,1 ms bytes pedidos 42 Conceitos Básicos de Planejamento

43 Exercício Tempo Médio de Serviço TempoBusca Busca TempoRotaçãoDisco 0, segundos 8,33ms VelDisco ,33 LatênciaRotação TempoRotaçãoDisco 4,17ms 2 2 TamanhoBloco 2048bytes TempoTransfer 1000ms 0,1 ms 6 TaxaTransfer bytes/ s S S da da Pedidos aleatórios: TempoControl aleat P 9ms perda 0,1 1 (9 4,17 0,1) 13,4 ms ( TempoBusca LatênciaRotação TempoTransfer ) 43 Conceitos Básicos de Planejamento

44 Exercício Tempo Médio de Serviço Pedidos sequenciais: Pode-se aproximar a utilização do disco U d calculando a taxa de chegada multiplicada pela soma da busca aleatória média, latência média e tempo de transferência médio. Assim, U d 0,020 (9 4,17 0,1) 0,27 44 Conceitos Básicos de Planejamento

45 Exercício Tempo Médio de Serviço 1 1 P 0,042 perda TamanhoCarreira 24 Buscaaleat 9 TempoBusca 0,38ms TamanhoCarreira 24 1/ 2 ( TamanhoCarreira 1)(1 U d ) / 2 LatênciaRotação TempoRotaçãoDisco TamanhoCarreira 1/ 2 (24 1)(1 0,27) / 2 LatênciaRotação 8,33 5,25ms 24 S ds Pedidos sequenciais: 0,1 0,38 5,25 0,042 0,1 5,73ms 45 Conceitos Básicos de Planejamento

46 Exercício Tempo Médio de Serviço Enfim, o cálculo do tempo médio de serviço pode ser feito através da média ponderada entre os tempos de serviços calculados anteriormente. S 0,2 13,4 0,8 5,73 7, 26ms d 46 Conceitos Básicos de Planejamento

47 Referência Bibliográfica MENASCÉ, D. A. ALMEIDA, V. A. F. Planejamento de Capacidade para Serviços na Web. São Paulo: Ed. Campus, Conceitos Básicos de Planejamento

48 Exercício Tempo de rede A sonda Phoenix foi enviada ao espaço pela agência espacial norte-americana em 4 de agosto de 2007 e, desde que pousou em Marte, no dia 25 de maio de 2008, envia fotos para a Terra. Uma foto transmitida tinha o tamanho de 8x10 6 bytes e, quando enviada, a distância entre os dois planetas era de 60 bilhões de metros (60x10 9 m). Assumindo que o enlace de comunicação entre a sonda e a base da missão na Terra é de 128 kbps, que não há elementos intermediários, e que a velocidade de propagação do sinal é a velocidade da luz no vácuo (3x10 8 m/s), quanto tempo, em segundos, se passou entre o início do envio da foto até ela ser recebida completamente na Terra? Conceitos Básicos de Planejamento Voltar

49 Exercício Análise de Protocolo Qual a eficiência na transmissão de 56 quadros com 1250 bytes cada num link de 10 Mbps, considerando: a) Protocolo Stop-and-Wait b) Protocolo de Janela Deslizante de tamanho 8. Obs.: Considere o atraso (ida e volta) de 10 ms e o link livre de erros. 49 Conceitos Básicos de Planejamento