BC/NW 2003г., №1(3)/ 9.1

 

 

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ СЕТЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗЛА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

 

 

Абросимов Л.И., Реутт Е.М., Трущенко М.А.

 

 

(г. Москва, Московский энергетический институт (Технический университет) Россия)

 

 

 

 

Современные вычислительные сети (ВС) отличаются большим разнообразием по топологической структуре, функциям, составу входящих элементов и большой степенью неоднородности. В настоящее время не существует универсальной общесистемной методики расчёта характеристик узлов ВС, которые можно было бы использовать при проектировании и эксплуатации реальных ВС. Типовыми узлами ВС, с функциональной точки зрения, являются серверы, коммутационные узлы, рабочие станции. Для каждого типа узлов ВС требуется проводить экспериментальное определение сетевых характеристик и использовать специальные методики для проведения исследований.

Для решения сформулированной задачи анализа ВС, необходимы инструментальные программные средства, называемые измерительными мониторами.

По способу технической реализации измерительные мониторы подразделяются на аппаратные, программные и аппаратно-программные(гибридные). По методу измерения - сетевые мониторы и трассировщики.

Монитор трассирующего вида – это специализированное программное обеспечение (ПО), основная задача которого проследить очерёдность вызовов подпрограмм.

Сетевой монитор – это программа, которая устанавливается на  машине (обычно внешней) и «прослушивает» сегмент сети. Проведенный анализ позволил определить состав измерительных мониторов, которые могут быть использованы для определения сетевых характеристик.

Vtune Performance Analizer 7.0. – это монитор производительности с возможностью трассировки, оптимизации и отладки тестируемого ПО. Это мощный, удобный программный инструмент позволяющий собирать, анализировать и визуализировать данные работы для разнообразного ПО. VTune Performance Analyzer 7.0 позволяет оценить производительность тестируемого программного кода несколькими способами: осуществлением выборки (sampling), вызовом графа (call graph) и фиксацией показаний cчётчиков производительности (сounter monitor).

Linux trace toolkit-0.9.5а (LTT) - это набор инструментов, позволяющих извлекать данные об использовании процессора  в течение некоторого периода времени, позволяет выполнять различные вычисления по этим данным и вывести их в текстовый файл.

В соответствии с поставленной задачей использованием: Vtune Performance Analizer 7.0. и Linux Trace Toolkit-0.9.5a.

Этапы методики измерения характеристик.

1.     Определяются узлы, на которых будут проводится измерения.

2.     В каждом узле определяется его аппаратная конфигурация, а именно:

-         тип и количество используемых процессоров;

-         объем ОП;

-         тип системной шины;

-         тип карты сетевого интерфейса;

-         используемая ОС.

3.     Выбираются средства трассировки или специализированные средства мониторинга производительности (в нашем случае это Linux Trace Toolkit-0.9.5a и Vtune Performance Analizer 7.0. соответственно). Проводится ознакомление с ними.

4.     На выбранные узлы устанавливаются средства проведения измерения, предварительно, если это необходимо, выполнив дополнительные настройки системы.

5.     Определяются условия генерации тестового трафика.

6.     Проводятся измерения с помощью выбранных программных продуктов.

7.     По окончании измерений проводят анализ полученных результатов.

8.     При необходимости проводят повторные измерения. Необходимость повтора измерений возникает , если требуется анализ работы узла ВС при других условиях.

Результаты экспериментальной проверки методики

Цель проведения экспериментов – оценить интервалы времени обработки отдельными модулями узла ВС тестовых пакетов при их отправлении и получении.

. В соответствии с п.5 методики для генерации трафика тестовых пакетов используется протокол ICMP на примере команды ping.

Для экспериментов использован испытательный стенд, представленный на рис.1.


Используемые узлы являются IBM-совместимыми компьютерами на платформе РС и подключены к сети Fast Ethernet с пропускной способностью 100Мбит/с. Подробные сведения об аппаратной конфигурации приведены в табл.1.

 

Таблица 1. Аппаратная конфигурация узлов стенда

Параметр

КУ1 (Generator)

КУ2 (Mirror)

Процессор

Intel Celeron 1,3 ГГц

Intel PentiumIII 1 ГГц

Объем оперативной памяти

256 Мб

256 Мб

 Cистемная шина

PCI 100 МГц

PCI 100 МГц

Тип сетевого интерфейса

RealTek RTL-8139

RealTek RTL-8139

Операционная система

  SuSe Linux 7.2 c ядром версии 2.4.16 для LTT  и 2.4.20. для Vtune

Windows 2000 Server

На КУ1 были установлены программные продукты Linux Trace Toolkit-0.9.5a и Vtune Performance Analizer 7.0.

Эксперименты проводились двух типов.

1) Посылка команды ping() от КУ1 к КУ2 (КУ1 - клиент, КУ2-сервер). Измерение временных характеристик КУ1 с помощью Vtune

2) Посылка команды ping() от КУ1 к КУ2 (КУ1 - клиент, КУ2-сервер). Измерение временных характеристик КУ1 с помощью LTT.

В результате эксперимента с использованием VTune™ Performance Analyzer 7.0 был получен граф последовательности вызова функций OS. Анализ результатов показал, что данных полученных с помощью этого продукта недостаточно для оценки временных характеристик узла.

Использование Linux Trace Toolkit-0.9.5 позволило получить граф последовательности вызова функций и файл с временными характеристиками этих функций. По этим данным были построены временные диаграммы последовательности вызовов функций.

Анализируя построенную диаграмму можно определить следующие сетевые характеристики:

1)     Время формирования и отправки тестовых пакетов узлом КУ1:  tотпр=96мкс;

2)     Время передачи по каналу связи и обработки тестовых пакетов в КУ2 (время в сети):   tв сети=160мкс;

3) Время получения и обработки тестовых пакетов узлом КУ1:  tполуч=107мкс;         

4)     Полный цикл передачи, обработки и приема тестовых пакетов (КУ1-КУ2-КУ1):   tц=363мкс.

После распределения полученных временных оценок по функциональным модулям узла ВС и можно определить временные затраты каждого из них на обработку пакетов.

Время работы планировщика процессов (SHEDULER)  tSHEDULER=26мкс;

Время работы операционной системы (OS) (системные процессы, программы, сервисы, службы)     tOS=59мкс;

Время выполнение функций сокетом (SOCKET)  tSOCKET=63мкс.

В заключении следует подчеркнуть, что предложенная методика позволяет определять сетевые характеристики для сетевых узлов, реализованных на всем спектре IBM PC.


ЛИТЕРАТУРА

1. Glenn Herrin. Linux IP Networking. A guide to the implementation and
modification of the Linux protocol stack, http://www.kernelnewbies.org/documents/ipnetworking/linuxipnetworking.html

2. Ivan Bowman. Conceptual architecture of the Linux kernel,

http://www.grad.math.uwaterloo.ca/~itbowman/CS746G/a1/

3. Ivan Bowman, Saheem Siddiqi, Meyer C. Tanuan. Concrete architecture of the Linux kernel, http://plg.uwaterloo.ca/~itbowman/CS746G/a2