Вычислительные сети, теория и практика.

BC/NW 2011; №2 (19):5.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ ПРОКСИ-СЕРВЕРА

Абросимов Л.И., Крамаренко М.Д.

(НИУ «Московский энергетический институт»)

В современном мире, определение производительности вычислительной сети (ВС) является одной из сложных проблем при проектировании и модернизации ВС.

Производительность ВС - внесистемная величина, равная отношению объема проделанной работы по обработке и передаче данных ВС к интервалу времени, за который она была совершена[1].

Прокси-сервер - ЭВМ, предназначенная для промежуточной обработки и переадресации трафика от одного сетевого устройства (СУ) ВС, к другому СУ. Прокси-сервер удобен для исследования в качестве СУ, так как:

1) переадресация запросов использует механизмы приема и отправки запроса в рамках одной задачи;

2) при промежуточной обработке могут использоваться разнообразные программные средства;

3) для доставки запросов может использоваться широкий спектр протоколов;

4) прокси-сервер имеет относительно простой базовый алгоритм работы, и не содержит сложных алгоритмов прикладного уровня.

Для определение производительности ВС используем метод контуров, тогда прокси-сервер представляется в виде СМО. [2]

Для определения производительности СМО важнейшими параметрами являются: интенсивности {l} входных потоков заявок и интенсивности {m} обслуживания заявок. Поскольку СУ является устройством со сложным алгоритмом работы и существенно влияет на производительность ВС в целом, то определение численных значений параметров {m}. является актуальной задачей. Для решения этой задачи необходимо создать математическую модель.

Создание математической модели для расчета численных значений параметров {m} прокси-сервера включает следующие этапы:

1) анализ работы прокси-сервера;

2) определение состава параметров, влияющих на параметры {m} прокси-сервера;

3) вывод математических соотношений, позволяющий по известным параметрам определять значения {m} .

Этап 1:

Функционирование СУ состоит из операций приема/передачи кадров ВС и обработка кадров. Так как СУ является программно-аппаратным комплексом, то каждая из этих операций содержит аппаратную и программную составляющие.

Таблица 1

Соответствие вида операций, аппаратной и программной составляющих ЭВМ с уровнями ЭМВОС

Уровень ЭМВОС	Тип данных	Вид операции	Программная составляющая	Аппаратная составляющ ая
прикладной	данные	обработка	прикладное ПО	ЦП, МП, ОП, ЖД
представления	данные	обработка	прикладное ПО	ЦП, МП, ОП, ЖД
сессионный	данные	обработка	прикладное ПО	ЦП, МП, ОП, ЖД
транспортный	сегменты	обработка	системное ПО	ЦП, МП, ОП, ЖД
сетевой	пакеты	обработка	системное ПО	ЦП, МП, ОП, ЖД
канальный	кадры	обработка	системное ПО	ЦП, МП, ОП, ЖД
физический	биты	прием/ передача		СИ

Аппаратная составляющая СУ может быть представлена разнообразным набором устройств. Для анализа рассмотрим СУ, состоящее только из базовых устройств, необходимых для работы СУ в целом. Такими устройствами являются: центральный процессор (ЦП), материнская плата (МП), оперативная память (ОП), жесткий диск (ЖД) и сетевой интерфейс (СИ).

Программную составляющую СУ - программное обеспечение (ПО), так же можно разделить на два основных класса: системное ПО и прикладное ПО.m .

Так же следует отметить, что сетевое взаимодействие нескольких СУ описывается базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Каждому уровню ЭМВОС соответствует тип данных, вид операции, аппаратная и программная составляющие ЭВМ (таблица 1).

Этап 2:

Параметры {m} определяются математическим ожиданием количества заявок, обрабатываемых СУ за единицу времени. Для прокси-сервера, заявкой является кадр, поступивший на вход прокси-сервера по каналу ВС. Время обработки заявки складывается из суммы времён обработки заявки каждым из уровней ЭМВОС. Следовательно, для нахождения параметров {m} необходимо определить времена обработки заявки каждым из уровней ЭМВОС.

Из таблицы 1 видно, что каждому уровню ЭМВОС соответствует программная составляющая ЭВМ, поэтому время обработки заявки каждым уровнем ЭМВОС будет определяться временем выполнения программного кода, соответствующего уровня.

Однако, при эмпирическом определении времени обработки заявок возникают сложности, вызванные тем, что, во-первых, прокси-сервер является ЭВМ с весьма сложным алгоритмом работы и поддерживает не один тип заявок и, во-вторых, время обслуживания заявки одного типа может варьироваться в зависимости от внутреннего состояния протокола и прикладной программы.

Отмеченные сложности преодолевается группировкой заявок по типам протоколов и выделением для каждого типа протоколов своего контура движения заявок. Например, для прокси-сервера, использующего протоколы TCP и UDP необходимо определить четыре параметра: l_tcp, l_udp,m_tcp, m_udp.

В качестве входных точек программного кода каждого уровня ЭМВОС выбираются соответствующие программные функции. Тогда время обработки заявки каждым уровнем ЭМВОС будет зависеть от набора программных функций, выполняющихся на каждом из уровней ЭМВОС, вероятностью их вызова и среднем временем выполнения каждой программной функции.

Системным программным обеспечением прокси-сервера является операционная система (ОС). Современные операционные системы представляют собой комплекс программных продуктов, который использует ресурсы и уменьшает полезную производительность ЭВМ. Важнейшим особенностями ОС, которые следует учесть при построении модели прокси-сервера, являются: механизм разделения ресурсов (планировщик ОС) и механизм прерываний.

Отмеченные функции операционной системы могут существенно влиять на время обработки заявки одного типа СУ, поэтому при построении модели необходимо учитывать время работы операционной системы и прочих прикладных программ.

Основными параметрами математической модели для расчета численных значений параметров {m} прокси-сервера будут являться:

M - набор типов протоколов;

F_m набор программных функций всех уровней ЭМВОС для каждого из типов протоколов (m M);

t_fm — время выполнения каждой программной функции (f_m F_m );

P_fm – вероятность вызова каждой программной функции ; t_os — среднее время работы ОС.

Этап 3:

При построении модели прокси-сервера принимаем следующие допущения:

1) каждая программная функция выполняется единым блоком, т.е. не прерывается выполнением других программных функций;

2) заявка каждого типа обрабатывается единым блоком, т.е. обработка заявки одного типа не прерывается обработкой заявки другого типа;

3) вероятности времени выполнения работ прикладных программ прокси-сервера равномерно распределены в соответствующих временных интервалах, т.е. не встречается больших задач с запретом прерывания и отсутствуют большие задачи с высоким приоритетом.

С учетом указанных ограничений время t_m задержки прокси-сервера на обработку заявки одного типа m будет равно:

где m — тип заявки, p_f – вероятность вызова каждой программной функции, а t_j — время выполнения каждой программной функции.

Соотношение для определения m прокси-сервера имеет вид:

где p_m – вероятность обслуживания заявки типа m;

t_m - время задержки прокси-сервера на обработку заявки типа m.

Заключение

1.Проведенный анализ особенностей прокси-сервера позволил выделить группы параметров, которые, во-первых, характеризуют прокси-сервер как сетевое устройство и, во-вторых, позволяют определить производительность СУ.

2.Выявленный состав параметров, с одной стороны, является базой для составления математической модели для расчета производительности СУ и, с другой стороны, позволяет конкретизировать планы экспериментальных исследований для определения численных значений параметров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Википедия - свободная энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/wiki

2. Абросимов Л.И. Анализ и проектирование вычислительных сетей: Учеб.пособие - М.: Издательство МЭИ, 2000.-52с

3. Абросимов Л.И., Крамаренко М. Д., Проблемы определения производительности вычислительной сети. http://network-journal.mpei.ac.ru/cgi-bin/main.pl?l=ru&n=17&pa=2&ar=1

4. Абросимов Л. И., Концепция теории производительности вычислительных сетей. http://network-journal.mpei.ac.ru/cgi-bin/main.pl?l=ru&n=1&pa=3&ar=1