ESTUDO DA ESCALABILIDADE DO SERVIDOR DE MUNDOS VIRTUAIS OPENSIMULATOR

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1 FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DA INFORMAÇÃO OLIVER GUERINO DA SILVA ESTUDO DA ESCALABILIDADE DO SERVIDOR DE MUNDOS VIRTUAIS OPENSIMULATOR DISSERTAÇÃO SUBMETIDA À UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA DA INFORMAÇÃO. ORIENTADOR: CARLOS ALBERTO KAMIENSKI 11/2010

2 Resumo O crescimento de mundos virtuais vem ocorrendo rapidamente nos últimos anos. Juntamente com seu crescimento, vem seu ganho de espaço na mídia e na Internet. A maneira como os metaversos interagem com os usuários torna-se um atrativo e isso tem feito com que novos usuários façam parte deles. Porém, os esforços para entender seu funcionamento, padrões de tráfegos e até mesmo seu sistema de gerenciamento não tiveram o mesmo crescimento. Com as texturas, objetos e visual do Mundo Virtual cada vez mais realistas, eles podem ser um fator preocupante nas redes dos provedores de acesso a Internet (ISP Internet Service Providers). Esses benefícios para os usuários de mundos virtuais certamente faz com que a demanda de tráfego na rede cresça e imponha uma carga significativa na rede. Com a atenção voltada para esses fatores, o propósito deste trabalho é fazer uma análise de rede com quantidade de objetos diferentes, quantidade de avatares conectados e a ação do avatar conectado no simulador de mundos virtuais OpenSimulator. O simulador mais conhecido atualmente é o Second Life desenvolvido pela Linden Research Inc. Com mais de 21 milhões de usuários residentes com aproximadamente 1,4 milhões de usuários ativos que utilizaram o mundo nos últimos 60 dias, girando em torno de 1,8 milhões de dólares por dia. As conexões simultâneas têm a aproximidade de 68 mil. Estudos feitos pela comunidade científico-acadêmica ocorridos no ano de 2008 apontam que para cada cliente do Second Life é utilizada em média 300kbps de vazão. O simulador de mundos virtuais usado nesse trabalho é o OpenSimulator(OpenSim), o mesmo é desenvolvido em linguagem C#, com seu código fonte aberto e pode ser utilizado em sistema operacional Microsoft Windows ou Linux. O OpenSim possuí aproximadamente 52 mil usuários residentes em um conjunto de 7,2 mil regiões. A quantidade de usuários ii

3 que acessaram ao mundo virtual nos últimos 30 dias foi de 3,7 mil (usuários que conectaram em, pelo menos, uma das regiões do OpenSim). A realização desse trabalho originou no GTMV(Grupo Técnico de Mundos Virtuais) da UFABC por não haver informações de escalabilidade e quantidade de hardware e link utilizado pelo simulador de mundos virtuais OpenSimulator. Os resultados apresentados são de diferentes cenários, quantidades de objetos e ações dos avatares(representação de um usuário dentro do Mundo Virtual). Observou-se que não há diferença nos resultados entre a LAN e WAN, pois os recursos de hardware e rede foram semelhantes. Foi notado uma possível limitação do simulador(de acordo com a versão utilizada), mesmo com hardware disponível o simulador não conseguiu conectar mais de 55 avatares e percebeu-se que o simulador usa excessivamente a memória físíca do servidor quando há muitos objetos na região. O resultado desse trabalho auxiliará no desenvolvimento de aplicações para o OpenSimulator. iii

4 Abstract The growth of virtual words has been occurring rapidly in the last years. Along with its growth, its gaining space in the media and in the internet. The way users interact with metaverses becomes an attractive and this has caused new users to join it. However, efforts to understand its operation, traffic patterns and even their management system did not have the same growth. The Virtual World with its textures, objects and visual more and more realists can be a worrying factor for Internet Service Providers (ISP). These benefits for virtual world s users certainly cause a growth in the traffic demand on the network and impose a significant burden on it. With the attention to these factors, the mean of this paper work is to analyze the networks with different objects and connected avatars (representation of users in the virtual worlds) quantities, and their actions in the virtual world s simulator OpenSimulator. The simulator most known nowadays is the Second Life, developed by Linden Research Inc.. Over 21 million resident users with approximately 1.4 million active users that have used the virtual world in the last 60 days, hover at 1.8 million dollars per day. There are approximately 68 thousand simultaneous connections. Studies by the scientific-academic community in 2008 showed that for every client of the Second Life it is used on average 300Kbps flow. The virtual world s simulator used in this paper is the OpenSimulator (OpenSim), which is developed in C# language, with its source code opened and can be used in Microsoft Windows or Linux. The OpenSim has approximately 52 thousand resident users in 7.2 thousand regions. The quantity of users that accessed the virtual world in the last 30 days was 3.7 thousand (users that connected at least in one region of the OpenSim). This paper work was originated in GTMV (Technical Group of Virtual Worlds) of UFABC for not having scalability and hardware quantities information and the link used by OpenSimulator. The results showed have different scenarios, object quantities and avatars actions. It was observed that there is no difference between iv

5 LAN and WAN, because the hardware resources and networks were similar. It was noted a possible limitation in the simulator (according to the version used), even with an available hardware the simulator was unable to connect more than 55 avatars and realized that it uses excessive amounts of physical memory in the server when there are many objects in the region. The result of this work will assist in developing application for OpenSimulator. v

6 Agradecimentos Agradeço primeiramente a Deus por ter me dado força e pelas conquistas atuais e pelas minhas conquistas futuras. Ao meu orientador Carlos Alberto Kamienski por me dar a oportunidade de participar deste programa de Mestrado e por todo incentivo que me deu no decorrer desse trabalho. Ao meu filho Daniel, por ser minha maior motivação para conquistar meus objetivos, a Camila, minha mãe e irmãs em especial e a toda minha família por sempre me dar apoio durante esta jornada. Aos meus colegas de curso Rogério (Minhano, Dantas), Emerson, Marcelo, Bruno e Eric Philot por me ajudarem durante uma fase importante desta dissertação. Aos meus colegas do Grupo de Trabalho de Ensino e Pesquisa em Mundos Virtuais da UFABC, onde esta dissertação foi originada, e por toda a ajuda prestada. A UFABC por disponibilizar toda a infra-estrutura para realização deste trabalho. Aos meu amigos Alexssandro Reginato, Atila Olivi, Carlos Harley, Darcio Amaral, David de Oliveira, Danilo Sibov, Fernando Candido, Felippe Dias, Gabriel Martinez e José Ricardo da Escola SENAI Suiço-Brasileira pelo incentivo. Ao amigo virtual Arthur Valadares, um dos mantenedores do OpenSim, o qual me ajudou muito no desenvolvimento dessa dissertação. E a todos que de maneira direta ou indiretamente contribuíram para este trabalho, deixo meu sincero muito obrigado. vi

7 Sumário Resumo.... ii Abstract.... iv Agradecimentos... vi Lista de Figuras... ix Lista de Tabelas... x Lista de Abreviaturas e Siglas... xi Capítulo 1 - Introdução Motivação Objetivos Organização deste Trabalho... 3 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Mundos virtuais Second Life O Servidor OpenSimulator PlanetLab Estrutura Capítulo 3 - Metodologia Métricas Utilizadas Métricas de Hardware Métricas de Software Métricas de Rede Modelo de Experimento Cliente Utilizado Capítulo 4 - Resultados Quantidade Máxima de Avatares Resultados Obtidos Através do PlanetLab Uso da Memória Uso do Processador PhyFPS x SimFPS Discussão: Memória, Processamento e FPS vii

8 Volume de Tráfego Vazão Discussão: Tráfego Resultados em Rede Local Discussão: PlanetLab vs. LAN Capítulo 5 - Conclusões Principais Resultados Contribuições Trabalhos Futuros Referências viii

9 Lista de Figuras Figura Arquitetura do Second Life [8]....6 Figura 2.2- Estrutura Standalone do OpenSim [19]....9 Figura 2.3-Estrura Grid do OpenSim [19]....9 Figura 2.4-Topologia exemplo de HyperGrid [20] Figura 2.5 Exemplo de regiões participantes do OSGRID [22] Figura 2.6-Mapeamento dos nodes da rede PlanetLab espalhados pelo mundo Figura 3.1-Ponto de captura da entrada e saída de tráfego Figura 3.2-Composição da região sem prims Figura 3.3-Composição da região com 700 prims Figura 3.4-Composição da região com 2100 prims Figura 4.1-Quantidade de avatares conectados, uso da memória e uso do processador Figura 4.2-Uso de memória com os avatares parados Figura 4.3-Uso de memória com os avatares andando Figura 4.4-Uso de memória com os avatares voando Figura 4.5-Uso do processador com os avatares parados Figura 4.6-Uso do processador com os avatares andando Figura 4.7-Uso do processador com os avatares voando Figura 4.8-Frames por segundo com os avatares parados Figura 4.9-Frames por segundo com os avatares andando Figura 4.10-Frames por segundo com os avatares voando Figura 4.11-Saída de tráfego: Volume total com os avatares parados, andando e voando Figura 4.12-Saída de tráfego: Volume UDP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.13-Saída de tráfego: Volume TCP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.14-Entrada de tráfego: Volume total com os avatares parados, andando e voando Figura 4.15-Entrada de tráfego: Volume UDP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.16-Entrada de tráfego: Volume TCP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.17-Vazão de saída: Vazão total com os avatares parados, andando e voando Figura 4.18-Vazão de saída: Vazão UDP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.19-Vazão de saída: Vazão TCP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.20-Vazão de entrada: Vazão total com os avatares parados, andando e voando Figura 4.21-Vazão de entrada: Vazão UDP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.22-Vazão de entrada: Vazão TCP com os avatares parados, andando e voando Figura 4.23-Uso de memória com os avatares andando Figura 4.24-Uso do processador com os avatares andando Figura 4.25-Frames por segundo com os avatares andando Figura 4.26-Saída de tráfego: Volume total com os avatares andando ix

10 Lista de Tabelas Tabela 3.1-Descrições de hardware e link do servidor1 e servidor Tabela 3.2- Nome de host e endereço IP usados nos clientes Tabela 3.3-Fatores controláveis para combinação de experimentos Tabela 3.4-Exemplo de combinação Tabela 3.5-Fatores controláveis para combinação de experimentos em rede local x

11 Lista de Abreviaturas e Siglas 3D CDB CPU CVE FPS ISP IVES Kbps LAN Mbps MMO MMORPG MOO MUD MUVES NTP OS P2P PhyFPS QoE ROBUST SGBD SimFPS SL SQL TCP UDP UUID WAN Three dimensional Central Database Central Processing Unit Collaborative Virtual Environments Frames Per Second Internet Service Provider Immersive Virtual Environments Kilobit Per Second Local Area Network Megabit Per Second Massive Multiplayer On-line Massive Multiplayer On-line Role Playing Game MUDs Object Oriented Mult-Users Domains Mult-User Virtual Environments Network Time Protocol OpenSimulator Peer-to-Peer Physics Frames Per Second Quality of Experience Redesigned OpenSim Basic Universal Server Technology Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados Simulator Frames Per Second Second Life Structured Query Language Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Universally Unique IDentifier Wide Area Network xi

12 Capítulo 1 - Introdução Os mundos virtuais, também conhecidos como metaversos, têm sido utilizado cada vez com mais frequência. Conhecer pontos turísticos como o Grand Canyon, ou até mesmo ir a Grécia antiga faz com que os mundos virtuais cresçam e tenham mais notoriedade [1]. Alguns grupos de pesquisas participantes da comunidade científico-acadêmica estão atentos a esse crescimento e mostram grande interesse em ferramentas que ajudem a expandir cada vez mais os sistemas fornecedores dos metaversos. Há universidades, como a PUCRS (Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul), que criaram feiras para promover a inserção dos alunos às ferramentas de realidades em 3D e a associação dos metaversos aos ambientes de educação a distância, utilizando objetos também em 3D [2]. Dentre os mundos virtuais existentes o mais conhecido é o Second Life (SL), com diversas regiões e opções de entretenimento como, jogos em 3D, interação entre os usuários participantes, namoros, eventos festivos, entre outras diversões para os atuais 21 milhões de usuários registrados [1]. Para ajudar os brasileiros a utilizar o SL o site MainLand identifica as regiões brasileiras participantes dentro do mundo virtual [3]. Pela quantidade de recursos que os metaversos oferecem, como as músicas que são tocadas nas festas virtuais, conversas entre usuários através de voz, vídeos exibidos, podem implicar no funcionamento, como lentidão no uso ou até mesmo paradas do simulador. A boa gerência e disponibilidade de um serviço utilizado por muitos usuários são muito importantes para que se tenha uma maior qualidade do serviço oferecido e, em consequência, um alto grau de satisfação do usuário. Em geral, não é uma tarefa simples conseguir que um serviço de rede disponível na Internet ofereça uma baixa probabilidade de falhas, escalabilidade e baixo consumo de banda. 1

13 Nesse trabalho, para realizar todas as avaliações e medições foi utilizado o simulador de mundos virtuais OpenSimulator [4], com clientes espalhados por todo o mundo através da rede de pesquisa PlanetLab [5]. Após todos os experimentos, é possível inferir a quantidade de recursos necessários para utilizar o OpenSim e caracterizar e quantificar o tráfego gerado pelos servidores e clientes. O OpenSim atende os requisitos da arquitetura cliente-servidor e, em análise feita pelos desenvolvedores do OpenSim, foi alcançada com sucesso a quantidade de 85 avatares conectados simultaneamente em uma região [6]. Em testes preliminares, com a implantação do OpenSim feita no PlanetLab, a quantidade alcançada foi de, aproximadamente, 45 avatares simultâneos conectados em uma região sem objetos. O OpenSim instalado na rede de pesquisa do PlanetLab não traz uma medição fiel de todos os recursos utilizados pelo OpenSim por ter o hardware compartilhado entre seus participantes. Nesse trabalho, o OpenSim foi instalado fora da rede do PlanetLab em um servidor dedicado situado na Universidade Federal do ABC e, por essa razão, trará uma situação mais próxima da realidade, podendo obter resultados mais precisos. Há outros mundos virtuais como o SL, que têm uma grande utilização por parte de seus usuários com aproximadamente 40 usuários simultâneos em cada região [7]. O Second Life é um metaverso de código fechado e a medição no servidor não é possível. A medição na parte cliente foi feita [8] Motivação O crescimento de usuários conectados a mundos virtuais tem acontecido rapidamente, e ferramentas gerenciais para acompanhar tal crescimento não ocorre na mesma proporção. Sabe-se que a vazão [9] média de um avatar conectado no Second Life é de 300kbps [8]. Os mundos virtuais são uma tecnologia nova, e seu desenvolvimento tem sido constante e com grandes perspectivas de aplicabilidade em diversas áreas, como ensino, diversão, cultural, etc. Não há registro que informe a quantidade de usuários que podem conectar-se em uma região, tampouco a quantidade de recurso que o servidor precisará para ter uma ou mais regiões. 2

14 1.2 - Objetivos Observando o crescimento dessa nova tecnonologia e a falta de trabalhos com foco ao entendimento e medições no uso do OpenSim e dos recursos utilizados no servidor, este trabalho tem como objetivos realizar uma avaliação de desempenho, com foco nos seguintes aspectos: Recursos de rede: Quantificar a entrada e saída de tráfego. Recursos de hardware: Quantificar memória e processamento utilizados. Escalabilidade do Opensim: Quantificar objetos na região, avatares e ação dos avatares conectados Organização deste Trabalho Além da introdução a dissertação contém as seguintes partes: Capítulo 2: Descreve o que são mundos virtuais, os mundos virtuais existentes e o PlanetLab como rede de utilização para pesquisas. Capítulo 3: Descreve a metodologia utilizada, bem como as métricas que foram utilizadas para coleta das informações e o modelo de experimento que utilizado. Capítulo 4: Mostra os experimentos e a análise dos resultados obtidos em rede LAN e WAN. Capítulo 5: As conclusões, os principais resultados, contribuições que puderam ser obtidas com os resultados mostrados e propostas para trabalhos futuros são tratadas nesse capítulo. 3

15 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Nessa seção, serão abordados conceitos o que são mundos virtuais, bem como o simulador e a rede de clientes que foram utilizados neste trabalho Mundos virtuais O mundo virtual, também conhecido como metaverso, é uma representação do mundo real através de dispositivos digitais. O mundo virtual é um ambiente totalmente simulado e interativo, que pode ser acessado por muitos usuários simultaneamente. Esses usuários são representados por avatares, que são objetos elaborado em 3D no formato de um homem, mulher, animais, objetos, etc [10]. Os mundos virtuais fazem com que novos níveis culturais possam ser experimentados pela interação entre usuários espalhados pelo mundo similarmente como ocorre na vida real. A diversão e o entretenimento são peças-chave dentro desses ambientes. Negócios reais podem ocorrer dentro desses simuladores de mundo virtuais e a privacidade do usuário pode ser mantida. Em pesquisas feitas pela comunidade científico-acadêmica, os mundos virtuais podem ser divididos em espaços de jogos e uma extensão do mundo real [8]. A classificação mais aceita até hoje é que os mundos virtuais podem ser tanto jogos como mundos sociais [11]. Os mundos virtuais sociais, aparentemente, podem mostrar até semelhança com mundos virtuais de jogos. Nesse tipo de mundo virtual, os avatares não participam de uma competição e não são obrigados a ganhar um jogo, pois seu objetivo é fazer com que usuários possam fazer novas interações e criar ambientes socializáveis de uma maneira próxima da realidade [8]. Por outro lado, os mundos virtuais de jogos aderem a outra ideia: os avatares participam de um ambiente progressivo, onde ocorrem eventos competitivos e, esse ambiente já é planejado para tal situação. Comparativamente, os mundos virtuais sociais não fazem esse tipo de competição, tampouco tem o ambiente planejado, esse tipo de

16 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica mundo torna o ambiente bem próximo da realidade e fornece ferramentas básicas para elaboração de novos ambientes e a possibilidade de atividades e eventos dentro do Mundo. Os mundos virtuais são encaixados em diversas categorias. Algumas delas são citadas abaixo [11]: Ambientes virtuais colaborativos (CVEs, Colaborative Virtual Environments) ou Ambientes Virtuais Multiusuários (MUVES, Mult-User Virtual Environments) - esses ambientes criam interatividade de vários usuários e esses usuários podem trocar informações entre si; Ambientes Virtuais Imersivos (IVES, Immersive Virtual Environments) - são ambientes que envolvem os usuários, fazendo com os mesmos permaneçam conectados constantemente; Jogos On-line Massivos para Múltiplos Jogadores (MMORPG, Massive Multiplayer On-line Role Playing Game e Massive Multiplayer On-line MMO) - são ambientes que todos possuem objetivos definidos e, normalmente, são baseados em temas fictícios (exemplo de jogo on-line: World of Warcraft, etc.); Domínios Multiusuários (MUDs, Mult-Users Domains) e MUDS Orientados a Objetos (MOOs, MUDs Object Oriented) - foram os primeiros mundos virtuais. Eles foram baseados em textos e precedem aos mundos virtuais gráficos que temos nos dias de hoje. Há diversos tipos de simuladores de mundos virtuais para públicos específicos (adolescentes, adultos, crianças) e, também, para a educação, área científica e outros especificamente para negócios. Alguns dos mundos virtuais mais conhecidos são: OpenSimulator [4], Second Life [12], The Sims On-line [13] e Kaneva [14]. 5

17 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Second Life O Second Life é um metaverso em grande utilização. O Second Life chegam atualmente a 21 milhões de usuários residentes com aproximadamente 1,4 milhões de usuários ativos 1 e circulando em torno de 1,8 milhões de dólares por dia [1]. O Second Life utiliza a arquitetura cliente-servidor assimétrico, onde cada servidor é dedicado a uma tarefa específica, como logon, mensagens instantâneas ou inventário. O Second Life, qual chamaremos de SL, é composto por uma variedade de simuladores ou sims interconectados. Cada sim é responsável por simular uma região de 256x256 metros. Um grid, no contexto do SL, é uma divisão visual de unidades representando os servidores que o executam. Cada servidor é responsável por um sim, entretanto múltiplos sims podem ser executados no mesmo servidor e conforme o usuário se movimenta através do mundo virtual, a responsabilidade é passada de um sim para outro [8]. A Figura 2.1 representa a arquitetura dos servidores conhecidos do Second Life [15,8]. Figura Arquitetura do Second Life [8]. LoginServer: esse servidor é responsável pela autenticação do nome e senha dos avatares residentes. UserServer: servidor responsável por manipular as sessões de mensagens instantâneas. SpaceServer: servidor responsável por rotear as mensagens através do grid. 1 Usuários que utilizaram o mundo virtual nos últimos 60 dias [1]. 6

18 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica DataServer: manipula as conexões com os bancos de dados do Second Life. SimulatorServer: servidor responsável por armazenar os estados dos objetos, os estados dos ambientes e os estados dos terrenos virtuais. Outros Servidores: o banco de dados central (CDB) contém a lista de propriedades dos residentes, dizendo o que pertence a quem. O AgentDatabase mantém o mapeamento entre os objetos e seus identificadores (UUID). O InventoryDatabase contém as informações sobre os itens dos usuários, que podem ser um recurso como uma imagem, som, script ou objetos. Esses itens podem ser baixados para o software cliente ou carregados para o armazenamento central de itens. O SearchDatabase é uma réplica do CDB utilizado para buscas. O MapServer renderiza todos os ambientes com o OpenGL [16]. O Servidor RPC atua como uma API para desenvolvedores acessarem os recursos do Second Life sem utilizar o cliente. O SL é um simulador de mundo virtual muito utilizado e o mantenedor de toda a infraestrutura do SL é a empresa LindenLabs. A codificação do SL é toda proprietária e, para fazer parte do SL, como criar algum ambiente no simulador, é necessário pagar para isso. Para utilizar o SL como usuários, não é necessário pagar, mas sim fazer o registro no site e instalar o aplicativo cliente. Esse aplicativo instalado na máquina do usuário o faz obter acesso ao mundo virtual. A estrutura do cliente do SL está em código aberto e isso faz com que o mesmo cliente seja utilizado no simulador de mundos virtuais OpenSim, o qual será descrito na próxima seção O Servidor OpenSimulator O OpenSim é um servidor de Mundos virtuais, cuja utilização tem crescido significativamente nos últimos anos. O OpenSim como é conhecido é escrito na linguagem de programação C# e tem todo seu código-fonte aberto. Seu desenvolvimento e manutenção se dá por desenvolvedores espalhados pelo planeta. Pode-se utilizá-lo para desenvolvimento de ambientes 3D, interação de usuários, ensino a distância, entretenimento, entre diversas outras finalidades. O 7

19 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica OpenSim é utilizado para a criação de ambientes virtuais igualmente ao Second Life da LindenLab e pode ser utilizado em modo standalone ou através dos serviços instanciados que é conhecido como grid [17]. A utilização do OpenSim como servidor pode ser feita em sistema operacional Microsoft Windows rodando com o framework Microsoft.Net ou com o framework Mono sobre o sistema operacional Linux. virtual: Conceitualmente, o OpenSim traz os seguintes itens dentro do mundo Região - é uma área disponibilizada para criação de objetos dentro do Metaverso. Uma região pode rodar simultaneamente com outros recursos (serviços) em modo standalone ou sozinha no caso da região estar conectada em um grid [4]. UUID - Identificador Único Universal é utilizado para identificar os objetos no OpenSim, como avatares, regiões. O UUID é composto de 32 dígitos hexadecimais [18]. Asset - um asset é um objeto dentro do Metaverso. Pode ser uma propriedade, uma textura, prédio, objeto e etc [17]. Grid - conjunto de regiões interligadas, formando uma espécie de mundo. Podem-se colocar regiões adjacentes no grid e andar de uma região para outra. Essas regiões podem ser locais, uma ao lado da outra ou remotas [17]. Inventário: é um indicador para o asset, é um conjunto de referências de objetos que cada avatar carrega. Se for dono de um prédio, então o prédio aparecerá em sua lista de inventário como um item. Se clicar no prédio o simulador, buscará o item referenciado e o fará visível no cenário, interagindo fisicamente e visualmente com os usuários [17]. A implantação do servidor OpenSim pode ser feita de três modos diferentes, são eles: StandAlone - sem base de dados externa, limitado a um número pequeno de usuários simultâneos e uma única região [4]. A Figura 2.2 mostra a estrutura StandAlone do simulador. 8

20 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Figura 2.2- Estrutura Standalone do OpenSim [19]. Grid - o código executável do servidor é dividido em quatro serviços que podem ser executados em uma máquina ou em máquinas distintas, aumentando a escalabilidade do serviço. O armazenamento é realizado por um SGBD externo, por exemplo o MySQL 2 ou qualquer outro [4]. A Figura 2.3 mostra a estrutura em modo Grid do OpenSim e abaixo da figura descrições dos simuladores da versão utilizadas nos experimentos desse trabalho. Figura 2.3-Estrura Grid do OpenSim [19]. o UserServer - Este é o servidor responsável por autenticar o usuário no grid. Ele tem a tarefa de criar um identificador de sessão para o cliente 2 O MySQL é um aplicativo para banco de dados. Informações disponíveis em 9

21 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica que será usado para autenticar pedidos aos outros servidores do grid e associar este identificador de sessão a um UUID [4]. o Robust - o ROBUST é a junção dos servidores de Grid, que era responsável por autenticar a região. Asset, que era como uma base de dados de imagens, texturas. Inventory era responsável por organizar e fazer a ligação dos objetos através do UUID [4]. Todas essas funcionalidades dos simuladores anteriores foram atribuídas ao ROBUST. o MessagingServer- esse servidor é responsável pela comunicação entre os usuários do Mundo virtual [4]. o Region - o servidor Region, responsável por manter os objetos de controle em cena, mantem registro de todos os usuários conectados e também envia informações atualizadas do posicionamento dos usuários. Ele também é responsável por fazer o gerenciamento de regiões, quando ocorre do mesmo grid ter mais do que uma região [4]. HyperGrid - tem funcionamento análogo ao modo Grid, expandindo o acesso aos serviços, permitindo a interação dos servidores com Grids públicos, operando no mesmo modo [4]. A Figura 2.4 mostra uma topologia que pode ser usada em HyperGrid. Figura 2.4-Topologia exemplo de HyperGrid [20]. Há uma implementação no OpenSim cujo projeto é chamado de OSGRID. O OSGRID é a junção de diversos grids ou regiões espalhadas pelo mundo. Qualquer 10

22 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica grid ou região pode fazer parte do OSGRID. Atualmente, ele tem aproximadamente 52 mil avatares residentes, sendo que, desse valor 4,9 mil, tiveram algum contato com o grid nos últimos 30 dias. O OSGrid é a junção de 7 mil regiões. A Figura 2.5 mostra exemplos de regiões participantes do OSGRID [21]. Figura 2.5 Exemplo de regiões participantes do OSGRID [22]. O OSGRID oferece apenas uma infraestrutura básica para que qualquer região ou grid possa conectar-se a ele. O usuário que obtiver acesso em qualquer grid participante do OSGRID consegue acessar qualquer outra região também participante do OSGRID PlanetLab Fazer testes em servidores e clientes distribuídos em larga escala era uma tarefa difícil, pois nem todos os pesquisadores tinham acesso a servidores no mundo para fazer seus testes. A rede do PlanetLab dá a possibilidade de testes serem executados pelo mundo nos servidores participantes da rede [5]. O PlanetLab é uma rede de computadores para pesquisa global que suporta o desenvolvimento de novos serviços de rede. Desde o início de 2003, mais de 1000 pesquisadores de instituições de ensino superior e laboratórios de pesquisas industriais têm usado o PlanetLab para desenvolver novas tecnologias de 11

23 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica armazenamento distribuído, mapeamento de rede, sistemas peer-to-peer [23], tabelas hash distribuídas e consulta de processamento [24] Estrutura O PlaneLab têm 1133 nós em 515 sites espalhados pelo mundo 3 e aplicações distribuídas, testes e experimentos podem ser executadas em qualquer ponto do planeta. O PlanetLab é um conjunto de máquinas distribuídas em larga escala, executando o mesmo sistema operacional e podem ser controladas e gerenciadas remotamente. O PlanetLab é composto basicamente dos itens relacionados abaixo [25]: Site - é o local onde estão os nós do PlanetLab. Existem, no Brasil, nós localizados no Ceará, no Rio de Janeiro, na Paraíba, no Rio Grande do Sul, São Paulo. A UFABC é um site que hospeda servidores do PlanetLab. Nó: É um servidor dedicado à plataforma PlanetLab, que executa os serviços necessários a sua participação; Slice: É um conjunto de recursos alocados e distribuídos entre vários servidores do PlanetLab. O usuário participante do PlanetLab não tem acesso ao servidor físico alocado no site. Ele tem um espaço reservado no disco com um sistema operacional definido pelo projeto do PlanetLab. O slice é uma máquina virtual onde o proprietário do slice tem acesso a ele através de ferramentas em modo texto. Há diversos nós do PlanetLab espalhados pelo mundo. A Figura 2.6 mostra a distribuição dos nodes do PlanetLab. 3 acessado em outubro de

24 Capítulo 2 - Fundamentação Teórica Figura 2.6-Mapeamento dos nodes da rede PlanetLab espalhados pelo mundo. O sistema operacional padronizado na rede de servidores virtuais do PlanetLab é o Linux e a distribuição escolhida é o Fedora release 8 4 (Werewolf) da RedHat Enterprise. 4 Maiores informações sobre a Red Hat podem ser encontradas no link 13

25 Capítulo 3 - Metodologia Para trazer o cenário mais próximo da realidade com possíveis variações existentes na Internet, tais como velocidade de enlace, tempo de resposta, hardware dos participantes, foi instalado o simulador de mundos virtuais OpenSim durante toda a execução dos experimentos na Universidade Federal do UFABC. A conexão dos avatares ocorreu em duas situações, em rede WAN, utilizando a rede de pesquisa do PlanetLab e em rede local, utilizando a rede interna da UFABC. A Tabela 3.1 contém as descrições de hardware e link utilizados na realização dos experimentos. Denominarei de servidor1 o equipamento com maior quantidade de memória física, 12GB, e de servidor2 o de menor quantidade de memória física, 8GB. Tabela 3.1-Descrições de hardware e link do servidor1 e servidor2. servidor1 servidor2 Sistema Operacional Linux-openSUSE bits Linux - opensuse bits Memória 12 Gigabyte 8 Gigabyte Processador Intel Xeon QuadCore 2.00GHz Intel Xeon Quad Core 2.40GHz Disco Rígido 500 Gigabyte 500 Gigabyte Enlace de Internet 1Gbps (Compartilhado) 1Gbps (Compartilhado) O servidor1 foi utilizado com o OpenSim configurado em modo Grid, e a versão utilizada na realização de todos os experimentos foi a Um dos objetivos desse trabalho é descobrir qual a quantidade máxima de avatares suportados pelo simulador de mundos virtuais OpenSim. Para tal análise, foi instalada a versão citada acima nos dois servidores. 5 O OpenSim por ser uma ferramenta nova está sempre em constante atualização, e atualmente está em uma nova versão. Foi decidido o uso da versão para a realização desse trabalho.

26 Capítulo 3 - Metodologia Foram realizados também experimentos preliminares não mostrados neste trabalho, em um computador com a seguinte configuração: 3GB de memória RAM, disco rígido de 320GB e processador Intel Pentium Dual CPU E Ghz. No entanto, descobriu-se que o hardware do computador tem uma grande influência no desempenho do servidor OpenSim. Isso implica que o servidor OpenSim necessita efetivamente de máquinas servidores com maior capacidade de processamento para suportar um número razoável de clientes conectados. Como foi detectado que o OpenSim consome grande quantidade de memória, foram realizados também alguns experimentos em um servidor com 18GB de memória para validação dos resultados. Os resultados de ambos os servidores não são mostrados no capítulo de resultados, uma vez que não trazem modificações significativas nos resultados. Tabela 3.2- Nome de host e endereço IP usados nos clientes. Nome do host Endereço IP Nome do host Endereço IP surfsnel.dsl.internl.net plab2-itec.uni-klu.ac.at surfsnel.dsl.internl.net planet1.pittsburgh.intel-research.net adam.ee.ntu.edu.tw planet2.l3s.uni-hannover.de chimay.infonet.fundp.ac.be planet2.pittsburgh.intel-research.net cs-planetlab4.cs.surrey.sfu.ca planetlab0.otemachi.wide.ad.jp dplab03.kookmin.ac.kr planetlab01.dis.unina.it dplanet1.uoc.edu planetlab01.ethz.ch dplanet2.uoc.edu planetlab-01.vt.nodes.planet-lab.org freedom.informatik.rwth-aachen.de planetlab02.cnds.unibe.ch hoth.gpolab.bbn.com planetlab04.mpi-sws.mpg.de lefthand.eecs.harvard.edu planetlab1.cs.pitt.edu merkur.planetlab.haw-hamburg.de planetlab1.exp-math.uni-essen.de napa2.tele.pw.edu.pl planetlab1.iin-bit.com.cn node-1.mcgillplanetlab.org planetlab1.informatik.uni-goettingen.de node1.planetlab.albany.edu planetlab-1.ing.unimo.it node-2.mcgillplanetlab.org planetlab1.montefiore.ulg.ac.be node2.planetlab.mathcs.emory.edu planetlab1.pop-mg.rnp.br ops.ii.uam.es planetlab1.tlm.unavarra.es peace.informatik.rwth-aachen.de planetlab-1a.ics.uci.edu pierre.iet.unipi.it planetlab2.byu.edu pl1.bit.uoit.ca planetlab2.c3sl.ufpr.br pl1.bit.uoit.ca planetlab2.cs.stevens-tech.edu pl1.csl.utoronto.ca planetlab-2.cs.uic.edu pl1.eng.monash.edu.au planetlab2.esprit-tn.com pl2.rcc.uottawa.ca planetlab2.eurecom.fr pl2.rcc.uottawa.ca planetlab2.lkn.ei.tum.de pl2.ucs.indiana.edu planetlab2.lkn.ei.tum.de pl2-alblf.homeip.net planetlab2.pop-mg.rnp.br plab1-itec.uni-klu.ac.at planetlab2.upm.ro plab1-itec.uni-klu.ac.at planetlab-2.webedu.ccu.edu.tw

27 Capítulo 3 - Metodologia Os avatares foram escolhidos de 60 pontos de diversas localidades do mundo através do PlanetLab como descrito na Tabela 3.2. As conexões simultâneas de todos os avatares foram agendadas pelo aplicativo Cron [26] e a utilização do protocolo NTP [27] para a sincronia dos relógios de todos os equipamentos. Considerando que o hardware utilizado no PlanetLab é compartilhado e poderia prejudicar a análise do trabalho e, para proporcionar maior precisão nos resultados dos experimentos realizados foi utilizado o servidor1, exclusivamente, para hospedar o simulador de mundos virtuais OpenSim e, por utilizar muitos recursos do servidor, decidiu-se que apenas o simulador de mundos virtuais OpenSim ficaria fora da rede do PlanetLab. Para capturar todo o tráfego que chegavam dos clientes para o servidor e que saía do servidor para os clientes foi utilizado o aplicativo TCPdump 6 instalado no servidor1, a Figura 3.1 mostra a topologia utilizada para captura de entrada e saída de tráfego utilizada durante os experimentos. Foi coletado o uso de memória com o aplicativo sar e o uso de processamento com os aplicativos pidstat e mpstat. Figura 3.1-Ponto de captura da entrada e saída de tráfego. 6 O TCPDump é uma ferramenta de diagnóstico de rede sendo utilizada para monitoração e análise de informações trafegadas na rede. 16

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