Teoria das Filas /2

Transcrição

1 Teoria das Filas /2 Miniprojeto Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Professor: Magnos Martinello 22 de Setembro de

2 1 Proposta A proposta do trabalho é reforçar o compreendimento dos conceitos de teoria das filas em sistemas de computação através da utilização de uma abordagem que combina modelagem analítica e medição. No que diz respeito à medição, a idéia consiste em implementar uma aplicação para apresentar um vídeo que será continuamente recebido (streaming) em um sistema operacional Linux. As medidas coletadas em uma campanha de experimentação servirão de entrada para os parâmetros de um modelo analítico construído para avaliar se atrasos/perdas de pacotes de vídeo não degradam a qualidade de apresentação do vídeo para um cliente. O modelo representa uma fila de recepção que precisa ser projetada de tal modo a garantir probabilisticamente que o atraso seja inferior a um valor máximo. Para concluir o trabalho, os resultados obtidos deverão ser comparados a fim de validar a modelagem analítica vs. medição. 2 Estrutura do Trabalho O trabalho a ser desenvolvido está dividido em 4 etapas. Cada uma das etapas é descrita a seguir: 2.1 Implementação Para poder realizar uma campanha de experimentos, os grupos devem implementar uma aplicação cliente (videoplayer) utilizando linguagens a escolha do programador como C, C++, Java ou Python. A aplicação deverá abrir conexões (requisições http, sockets TCP, UDP, STCP, RTP, RTCP) com servidores web de vídeo on demand (vod) e iniciar a recepção do conteúdo do vídeo. Em outras palavras, a aplicação recebe como entrada a URL do vídeo (e.g. ou ), abre uma conexão e começa o processo de medição. Ressalta-se que o tipo do protocolo de transporte (TCP, UDP-preferencial) vai influenciar consideravelmente nos tempos de chegadas dos pacotes de vídeo. A saída do videoplayer deve mostrar o instante de chegada e o instante de saída (apresentação) e o correspondente número do pacote (ignorar pacotes perdidos ). Exemplo: pacote 1, chegada 10 ms saída 20 ms pacote 2, chegada 300 ms saída 600 ms pacote 3, chegada 500 ms saída 900 ms Para cada vídeo deve ser observado: Tamanho total do vídeo - em bytes 2

3 Taxa média do vídeo ( codificação - banda requerida ) µ - em bytes/segundo Tempo médio entre chegadas de pacote (1/λ) - tempo de chegada de cada pacote i T j (i) na rodada j; Tamanho médio dos pacotes - em bytes Em paralelo à realização desses experimentos, os grupos deverão executar sniffers de pacotes, como TCPdump 1 ou Ethereal, Wireshark 2. O objetivo é capturar, gerar traces e analisar todos os pacotes direcionados especificamente ao videoplayer. Para a experimentação ser efetiva, deverá ser realizado uma campanha de experimentos na sua máquina cliente para ao menos 3 vídeos de taxas distintas armazenados em um servidor (e.g. youtube) e realizar várias rodadas (no mínimo 20) para obter valores estatisticos mais estáveis. 2.2 Modelagem analítica Um modelo analítico que será desenvolvido pela equipe permitirá dimensionar o tamanho ideal da fila de recepção (buffer) de vídeo. O modelo de fila geral deve incluir uma variável aleatória S que representa o tempo de serviço para o videoplayer. O tempo de serviço depende essencialmente do número de chegadas ( variável aleatória discreta N(t) ) que ocorrem em um dado intervalo t. Por exemplo, se o número de chegadas k no intervalo t for zero k = 0, a fila precisa conter um dado número de pacotes (unidades de apresentação do vídeo) para poder apresentar o vídeo até o intervalo t, caso contrário vai haver uma interrupção prejudicando a qualidade da apresentação do vídeo. Em outras palavras, é preciso garantir que a probabilidade condicional dessa variável P [S t N(t) = k] > O tempo de serviço S é uma função relacionada a taxa média do vídeo (banda requerida), onde pode-se assumir (verificar mais adiante se a premissa funcionou bem) que os tempos entres serviços são exponencialmente distribuídos com tempo médio 1/µ. Esses tempos evidentemente serão calibrados com a taxa média do vídeo. O número médio de chegadas no intervalo t, N(t) é uma função relacionada a taxa média de chegada dos pacotes λ, onde pode-se assumir que os tempos entres chegadas são exponencialmente distribuídos (verificar mais adiante se a premissa funcionou bem) com tempo médio 1/λ. Esses tempos serão obtidos a partir do processo de medição dos tempos entre chegadas de pacotes. 2.3 Validação dos resultados A validação consiste em comparar os instantes (tempos) de apresentação de cada pacote teórico ( modelo analítico ) versus experimental (videoplayer). Para a comparação deve-se

4 variar o tamanho da fila de recepção B = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, e mostrar uma figura (com curva teória vs. experimental) com os tempos de apresentação de cada pacote em função do número do pacote correspondente. Se o tempo de apresentação entre dois pacotes for maior que o inverso da taxa 1/µ, então houve uma parada na apresentação do vídeo. Claramente quanto maior for a fila, maior é a probabilidade de não haver paradas. No entanto, o foco central do trabalho é determinar qual o tamanho ideal da fila de recepção de video. Vale ressaltar que também é importante determinar as diferenças entre o modelo teórico vs. videoplayer para cada tamanho de fila B. A reprodução do vídeo por um player real pode ser feita se os pacotes e seus respectivos tempos de saída (apresentação) forem armazenados. Os tempos de saída vão variar para os diferentes valores de B. Para cada valor, pode-se tocar o vídeo e verificar a partir de qual valor a qualidade do vídeo reproduzida para o usuário foi excelente. 2.4 Relatório Técnico O relatório consiste de um documento em formato PDF (trab.pdf ) contendo as seguintes seções: 1. Introdução 2. Implementaçao 3. Modelo Analítico 4. Experimentação - descriçao dos experimentos realizados e apresentação de todos os resultados; 5. Validação - apresentação das inferências realizadas e respostas obtidas no processo de validação dos resultados (modelagem analítica vs. experimentação); 6. Discussão - os alunos devem discutir sobre os experimentos realizados e a metodologia aplicada. Nesa seção deve-se argumentar o sucesso ou fracasso no processo de validação dos resultados. Além disso, os resultados obtidos deverão ser confrontados com a caracterização realizada anteriormente, ou seja, na sua opinião o modelo de fila foi ou não foi satisfatório. Deve-se usar o modelo para analisar outros cenários ex: se a capacidade (banda disponível) for reduzida, quais são as suas recomendações e futuras melhorias. Ao longo do texto devem ser apresentadas justificativas claras. 7. Conclusão 4

5 3 Condições de entrega Data de entrega: o trabalho deverá ser entregue até às 00:00:h do dia 26/10/2009 (quinta-feira) via . Não serão aceitos trabalhos após o prazo. Não aceitarei nenhum argumento para justificar atrasos. Grupo: este trabalho poderá ser desenvolvido em grupos de, no máximo, três pessoas. Questões relativas ao trabalho poderão ser incluídas na segunda prova da disciplina. 3.1 Como entregar: Enviar todos os arquivos da implementação, analítico e relatório do seu trabalho por para magnos@ninfa.inf.ufes.br. Somente trabalhos enviados para este endereço serão recebidos. teoria filas:trab:nome1:nome2:nome3 Ex: teoria filas:trab:joaosilva:joanasilveira O nome do arquivo contendo o trabalho enviado em anexo deve ser trab.tar.gz. Ele será descompactado da seguinte forma: tar xvzf trab.tar.gz e deverá conter os códigos fontes além do arquivo chamado Makefile, com as regras de compilação do programa. Ao digitar: make all deve ser gerado o executável trab Após o envio você receberá uma confirmação de recebimento do trabalho. Caso isso não aconteça, reenvie o seu trabalho para o mesmo endereço. Evidentemente aguarde um certo período para reenviar. Na mensagem de confirmação do seu trabalho haverá um hash MD5. Para garantir que o arquivo enviado não foi corrompido, compare o MD5 do com o gerado em sua máquina. Isso é feito com o seguinte comando no terminal: md5sum trab.tar.gz Caso os valores sejam diferentes, o seu arquivo foi corrompido: reenvie o trabalho novamente. O recebimento dos trabalhos é automatizado. Siga as instruções à risca pois algum erro na submissão pode inviabilizar a entrega do seu trabalho. Seja qual for a linguagem usada, o arquivo trab.tar.gz deverá conter, obrigatoriamente, um Makefile e não poderá conter arquivos.o ou executáveis. 5

6 4 Apresentação A apresentação do trabalho será feita em sala de aula. A equipe deve preparar slides (uma demo é muito bem vinda) para demonstrar os resultados. A presença de todos os membros do grupo é obrigatória. A nota será dada para aqueles que estiverem presentes, quem faltar recebe nota ZERO. Questões específicas sobre o projeto, implementação e análise serão feitas individualmente aos membros do grupo. Tragam o relatório, o código da aplicação equivalente ao enviado por (para uma demo no laboratorio ou na sala de aula) e uma análise dos resultados obtidos. 5 Avaliação Trabalhos com erros de compilação receberão nota ZERO. Todos os trabalhos serão testados no Linux com o compilador especificado no seu relatório ( GCC, G++, javac). Caso seja detectado plágio, todos os envolvidos receberão nota ZERO. Se você fez o trabalho, não o repasse a ninguém. Casos mais severos de plágio serão reportados à coordenação do curso para providências. O trabalho vale 10 pontos, levarei em conta, além da corretude do programa, a clareza e simplicidade de seu código. 6 Observações importantes Caso sejam detectados erros neste documento, serão divulgadas erratas. Fique atento às observações do professor durante as aulas e aos avisos na página do curso. 6