Plugin eDonkey

O projeto do plugin eDonkey envolve três módulos: módulo de tratamento de consultas; módulo de obtenção de arquivos da rede; módulo de envio de arquivos para a rede. A FIG. 18 apresenta esta organização:

FIGURA 18 – Plugin eDonkey

O módulo de tratamento de consultas atua de forma similar a um servidor

eDonkey, tendo como objetivos receber requisições de consultas e enviar respostas para

estas requisições. Como um servidor eDonkey, este módulo deve manter internamente uma tabela de índices de arquivos por cliente, bem como a lista dos clientes conectados. O protocolo eDonkey especifica diversas variantes para requisições de consultas, entretanto, como simplificação, a implementação deste protótipo trata apenas um tipo de consulta baseada no nome do arquivo (trafegada através de pacotes UDP). Ao receber

uma consulta, o plugin realiza seu repasse ao núcleo do sistema de replicação. Caso o núcleo tenha um resultado para esta consulta, ele é propagado para o plugin que realiza seu repasse ao nodo solicitante, associando como detentor do arquivo um endereço correspondente ao módulo de envio de arquivos11

. No caso do núcleo do sistema de replicação não possuir resultados para a consulta, uma solicitação de busca é propagada do núcleo para os plugins. Ao receber esta solicitação, o plugin eDonkey realiza uma pesquisa na sua tabela de índice de arquivos, retornando o resultado para o núcleo. O núcleo realiza o armazenamento da resposta da consulta no repositório de replicação e a retorna para o plugin eDonkey. O plugin eDonkey, por sua vez, propaga a resposta ao nodo solicitante, atribuindo o nodo especial como detentor do arquivo.

O módulo de obtenção de arquivos da rede opera como um cliente eDonkey, tendo a tarefa de realizar conexões com nodos e solicitar a transferência de arquivos. Este módulo é invocado sempre que o plugin eDonkey recebe uma solicitação do núcleo do sistema de replicação para obter um arquivo na rede. O processo de obtenção de arquivos é custoso devido às peculiaridades do eDonkey associadas à possibilidade do arquivo estar distribuído entre diversos nodos. Após a obtenção do arquivo, este é transferido para o núcleo que realiza sua replicação.

O módulo de envio de arquivos para a rede também opera como um cliente

eDonkey na função de entregar conteúdo para nodos solicitantes. Sempre que resultados

de uma busca são enviados para a rede, o plugin eDonkey associa o módulo de envio de arquivos para a rede como detentor do arquivo. Este módulo atua como um nodo típico permitindo que clientes eDonkey se conectem a ele e recebam o arquivo solicitado.

5.3 Resultados

Nesta seção são apresentados os experimentos realizados com o sistema de replicação desenvolvido. Para estes experimentos foram desenvolvidos clientes geradores de carga, cuja tarefa consiste em obter a seqüência de arquivos que devem ser solicitados ao sistema de replicação (através do log cedido por um provedor) e realizar sua solicitação. Foi desenvolvido um cliente para cada plugin (DirectConnect e eDonkey), conforme demonstra a FIG. 19.

FIGURA 19 – Arquitetura para os experimentos

O arquivo de log é composto por registros separados pelo caractere de quebra de linha. Cada registro contém o nome do arquivo a ser solicitado, tamanho do arquivo e intervalo em segundos em relação à requisição imediatamente anterior, sendo estes campos separados pelo caractere de tabulação. O arquivo é composto de 2.665 requisições com um total de 543 arquivos distintos referenciados. A soma do tamanho de todos os arquivos distintos presentes na amostra eqüivale a 167 GBytes, enquanto

que a soma de todos os bytes solicitados chega a 1.277 GBytes. A TAB. 3 sumariza as características da amostra de dados utilizada.

TABELA 3 – Caracterização da amostra

Atributo Valor

Número de requisições 2.665

Número de arquivos distintos presentes na amostra 543

Quantidade de bytes solicitados 1.277 GBytes

Tamanho de todos os arquivos 167 GBytes

O GRAF. 4 apresenta a curva de popularidade dos arquivos presentes na amostra. ✄✆☎✞✝✠✟☛✡☞✍✌✏✎✑✒☞☛✑✒✓✔✑✠✓✖✕✗✌✙✘✞✟☛✎✚✞☎✒✛ ✜ ✢✏✣ ✤✦✥ ✧✦★ ✩✫✪ ✬✮✭ ✯✦✰ ✱✦✲ ✳✵✴ ✶✵✷ ✸✷✦✷ ✹ ✺✻ ✼ ✽ ✾ ✾ ✿ ❀ ❁ ❂ ❃ ❄❅ ❆❇ ❈ ❉❊ ❋ ● ❍■ ❏❑ ❏ ❏▲ ▲ ▼❏◆ ▼❖P ▼ P ❖ ▼ ◆ ❏ ▼ ❑ ▲ ❖◗ ◆ ❖ ▼ P ❖ ❘ ❖ ❖❙ ❏ ❖◆ ▲ ❖▲ ◆ ❘ ❏P ❘ ❖ ❖ ❘ P ❏ ❘ ❙ ▲ ❘ ❑ ◆ P ◗ P P ▼❖ P ❘ ❏ ❚❱❯❳❲✆❨✫❩✙❬❭✙❬❪✵❫❴❯❳❵✆❛❜❯❳❵❝❫✆❛❱❞✆❡❢❬❣❤❵ ✐❥ ❦❧♠ ♥♦♣ qr s ❦t ✉ ✈ q ♣ q✇ r① ② ✉

GRÁFICO 4 – Freqüência de solicitação de arquivos da amostra

O arquivo mais popular foi solicitado por 91 vezes, sendo que os 40 arquivos mais populares (7,3% de todos os arquivos) são responsáveis por 50% das requisições.

No entanto, a cauda da curva não pode ser desprezada, já que os outros 504 arquivos (92,7% dos arquivos) também são responsáveis por 50% das requisições, indicando que a popularidade segue uma distribuição severa, com alguns itens muito procurados e uma cauda extensa e importante. O GRAF. 5 apresenta a distribuição dos tamanhos de arquivos presentes na amostra.

③❜④⑤⑦⑥⑨⑧✏④⑩☛❶☛④❷❳❸☛❹❻❺✒❹❻❼❤❽✍❾❿❽✍➀☛➁✠❹✖❺☛❹☛⑤➃➂➄⑧❱➅✞❶☛④➆☛❹☛⑤ ➇ ➈✮➇✦➇ ➉ ➇✦➇✦➇ ➉ ➈✮➇✦➇ ➊✦➇✦➇✦➇ ➊✵➈✮➇✦➇ ➋✦➇✦➇✦➇ ➋✵➈✮➇✦➇ ➌ ➇✦➇✦➇ ➍ ➎➏ ➐➑ ➒➓ ➔ ➔ ➑→ ➍ ➍ ➒ ➍ ➐ ➣ ➍ ➒ ➐ ➍ ➔ ➎ ➍ ➑ ➍ ➎➍ ➏ ➎ ➎➑ ➎ ➣ ➓ ➎ → ➔ ➎➓→ ➐➏ ➒ ➐ ➎ ➣ ➐ ➣ ➐ ➐ → ➎ ➐➓ ➍ ➣ ➏ ➏ ➣ ➍ ➑ ➣ ➐➓ ➣ ➒ ➔ ➣ ➔ → ➣ ➑ ➒ ➒➍ ➣ ➒ ➐ ➐ ↔✙↕❳➙✆➛⑦➜✙➝➞➟➝➠✦➡❳↕❳➢✆➤➥↕❢➢➦➡✆➤✙➧✆➨❳➝➩❳➢ ➫➭ ➯➭➲ ➳➵ ➸➺ ➻ ➼

GRÁFICO 5 – Distribuição do tamanho dos arquivos da amostra

Pelo GRAF. 5 percebe-se que existe grande variação do tamanho dos arquivos, com o menor possuindo 283 bytes (provavelmente um arquivo de índice no formato texto) e o maior 3,7 GBytes, conforme a TAB. 4 demonstra:

TABELA 4 – Tamanho dos arquivos da amostra

Atributo Valor

Tamanho médio 315 Mbytes

Tamanho mínimo 283 bytes

Tamanho máximo 3,7 GBytes

Desvio padrão 347,0 Mbytes

De forma a avaliar os ganhos obtidos com a utilização do sistema de replicação, são realizados experimentos avaliando a taxa de acertos de arquivos e a taxa de acertos

de bytes. Estes experimentos variam o espaço de armazenamento, disponibilizado ao

sistema de replicação, com limiar inferior de 5 GBytes e superior de 167 GBytes. O limiar inferior foi escolhido de forma a comportar o maior arquivo presente na rede (3,7 GBytes), enquanto o superior foi definido em função do tamanho total de todos os arquivos solicitados (167 GBytes). Utilizou-se como unidade de incremento o valor de 5 GBytes, pelo fato desta unidade oferecer precisão suficiente para análise dos dados.

A taxa de acertos é uma métrica tradicional para avaliação de desempenho de sistemas de replicação. Embora a técnica de replicação já seja conhecida e utilizada em diversos ambientes (Web, sistemas operacionais, bancos de dados e outros), os efeitos de sua utilização no ambiente par-a-par ainda não são bem conhecidos. O ponto de partida deste experimento é o cálculo da máxima taxa de acertos possível para a amostra de dados utilizada. São 2.665 requisições para 543 arquivos distintos. Como o sistema

de replicação não apresenta nenhum arquivo armazenado em seu estado inicial, a maior taxa que pode ser atingida é 79,6%.

O GRAF. 6 demonstra a curva de variação da taxa de acertos, conforme o tamanho designado para a área de armazenamento do sistema de replicação. O maior valor de tamanho do repositório de replicação (eixo x) corresponde a 167 GBytes, oferecendo resposta a 2.122 requisições, que é o maior valor de requisições que podem ser atendidas. ➽❤➾➪➚➹➶✞➘❴➴☛➷➮➬➄➱❱✃✞❐✒❒❮✞➾☛❰➮Ï✆➷☛✃✞❐☛❒❰✆❒➚Ð➶☛➴✠➾☛❰➮Ñ✠➷☛➘➶❿Ï✆➷☛➴✒➷ÓÒÕÔ✒➷✞➱➟❮❜❒➴✠➾☛❰➮Ñ✠➷☛➘➾❿Ï✆➷✞Ñ✒➘❒Ö❳➶✒➴✒➾✞➱ × Ø✦×✦× Ù ×✦× Ú✦×✦× Û✵×✦× Ü×✦×✦× ÜØ✦×✦× Ü❱Ù ×✦× ÜÚ✦×✦× ÜÛ✵×✦× Ø✮×✦×✦× Ø✮Ø✦×✦× Ø Ù ×✦× Ø✮Ú✦×✦× Ý Ü Ý Ø✵Ý Þ✵Ý Ù Ý Ý✮Ý Ú✵Ý ß✵Ý Û✫Ý à✫Ý Ü×✵Ý Ü✮ÜÝ ÜØ✦Ý ÜÞ✵Ý ÜáÙ Ý ÜÝ✦Ý ÜÚ✵Ý â❳ã➪ä➃ã✆å❢æ❴çéè❢ã❳ê✵æ❴ë➮ì❱í✍î❢ï A rq u iv o s ð✫ñ✮òôó✫õ➹ö✠÷ùø✫ú✦ûü✵ñ✦ýÿþ✦÷ñ ✁ ú✦÷ùó✄✂✦ñ✦ý ☎✝✆✟✞✡✠☞☛✍✌✏✎✒✑✔✓✄✕✖✔✆✄✗✙✘✛✚☞✎✜✖✝✕✢✄✆✣✗

GRÁFICO 6 – Arquivos requisitados x arquivos servidos pelo replicador

A curva representativa da taxa de acertos cresce rapidamente, convergindo para o valor máximo possível. Com a utilização de um repositório de dados de tamanho referente a 50% do total de arquivos distintos12 manipulados pela rede, obtém-se uma economia do canal de comunicação de 79%. Os percentuais de tamanho do repositório de replicação apresentados nos gráficos e tabelas são calculados com base neste segundo valor, que representa apenas 13% de todos os bytes requisitados.

Como em uma rede de computadores trafegam bytes ao invés de arquivos, considera-se interessante apresentar a taxa de acertos de bytes que pode ser obtida através do sistema de replicação. O GRAF. 7 apresenta este mesmo experimento sob a perspectiva de bytes economizados.

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GRÁFICO 7 – Bytes requisitados x bytes servidos pelo replicador

Um arquivo é apenas uma abstração realizada sobre um conjunto de bytes organizados de alguma forma. Como arquivos não possuem o mesmo tamanho, embora a taxa de acertos de arquivos seja um indicador de economia de tráfego, esta não deve ser considerada como grandeza definitiva para a análise dos ganhos de banda de rede. Neste caso, para 1.277 GBytes de dados solicitados, 1.111 GBytes são atendidos através do sistema de replicação. Neste cenário, é possível obter uma economia de 87% na transferência de bytes. Em valores absolutos, isto significa que empregando-se um

12 _{É oportuno ressaltar a diferença conceitual que existe entre a soma do tamanho dos arquivos presentes}

nas requisições (1.277 GBytes) da soma de todos os arquivos distintos presentes nas requisições (165 GBytes).

sistema de replicação com 80 GBytes é possível obter uma redução de 1.111 GBytes no tráfego de rede.

5.4 Sumário

Neste trabalho são avaliados os ganhos de otimização de transferências de conteúdo par- a-par que podem ser obtidos através do posicionamento do sistema de replicação na fronteira da rede corporativa com a Internet. Nesta seção foi apresentado o sistema computacional desenvolvido para atuar como replicador de conteúdo par-a-par, bem como os experimentos realizados para comprovação de sua eficácia na redução da utilização de banda de rede. De forma geral, o sistema de replicação deve ser percebido pela rede como um nodo típico, destacando-se apenas por sua capacidade de oferecer conteúdo e alta disponibilidade, tendo como características a operação com redes par-a- par distintas, suporte à requisição de intervalos e facilidade e praticidade para inclusão do suporte para novas redes.

Sugere-se a modelagem do sistema de replicação em duas camadas: a primeira camada trata da implementação de um nodo genérico de uma rede par-a-par. Já a segunda camada trata da interoperação do sistema com as diversas redes par-a-par alvo da replicação. Esta modelagem é interessante por ter o efeito prático de criar um sistema par-a-par genérico de compartilhamento de arquivos.

Para a elaboração dos estudos de casos e obtenção de resultados experimentais, optou-se pela implementação dos plugins referentes às redes DirectConnect e eDonkey. Neste estudo realizado com dados reais, com a disponibilização de um repositório de replicação correspondente a 50% do tamanho de todos os arquivos distintos, conseguiu-

se uma taxa de 87% de economia de bytes, um bom resultado quando levado em conta os custos de armazenamento em comparação com os custos de uma ligação com a rede mundial de computadores concluindo-se que a utilização de um sistema de replicação em um provedor de acesso à Internet ou qualquer outra organização que permita a existência de tráfego par-a-par em sua rede pode oferecer relevantes ganhos de economia de banda de rede.

C

APÍTULO

6

CONCLUSÃO

A principal contribuição da tecnologia par-a-par no campo da ciência da computação é a mudança de paradigma que ela trouxe em relação aos modelos existentes de processamento distribuído e compartilhamento de recursos. Pode-se afirmar, também, que o grande catalisador desta mudança foi a popularização da Internet. Os principais conceitos e tecnologias que hoje constituem as redes par-a-par são antigos, mas só puderam ser colocados em prática, de forma efetiva, com o surgimento de uma rede de dados aberta e de baixo custo.

Com a utilização maciça desta tecnologia, surge a necessidade de mecanismos que possibilitem ganhos de desempenho, escalabilidade e economia de banda de rede. Com esta motivação, foi desenvolvido este trabalho que avaliou o potencial de um

sistema de replicação para o ambiente par-a-par. Através de diversos experimentos foi possível demonstrar sua viabilidade.

Considera-se como principal contribuição deste trabalho a demonstração da viabilidade prática e os ganhos potenciais de uma arquitetura de replicação para o ambiente par-a-par, juntamente com o desenvolvimento de uma metodologia de projeto de sistemas de replicação para este ambiente.

6.1 Trabalhos Futuros

Sugere-se como trabalhos futuros a implantação desta solução em um provedor de acesso à Internet, como forma de avaliar a robustez e os ganhos de desempenho em um ambiente de operação real. A busca por políticas mais adequadas para a reposição de páginas do sistema de replicação também deve ser avaliada. Atualmente, o núcleo utiliza a política LRU. Outra sugestão é verificar o comportamento de um sistema de replicação par-a-par que consiga servir trechos de arquivos não armazenados completamente (swarmed retrieval). Por fim, considera-se interessante verificar, também, novas políticas de reposição de páginas para este cenário.

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