Conceitos Básicos de Planejamento

(1)

Avaliação de Desempenho

Prof. Kleber Rezende

kleber.rezende@ifsuldeminas.edu.br

(2)

Revisão – Fundamentos de Redes

 Hierarquia de Protocolos;

 Protocolo TCP (Transmission Control Protocol);

 Solicitação HTTP viaja dentro de pacote ACK

durante estabelecimento de conexão TCP.

(3)

Ser ou não ser...

 Será que se

aumentar-mos a banda da nossa internet de 5Mbps para 10Mbps teremos o dobro de velocidade na navegação de páginas na Web? Fonte: http://www.zazzle.com.br/pensador_engracado_de_rodin_cartao_postal-239396995191107135

(4)

Introdução

 A infraestrutura de suporte aos serviços de redes

compreende muitos recursos de hardware, incluindo:

 Estações de trabalho cliente;

 Servidores com seus processadores e subsistemas de

armazenamento;

 LAN e WAN;

(5)

Introdução

 Vários processos de software compartilham este

recursos de hardware, incluindo:  Servidores web;

 Servidores de aplicação;  Middleware;

 Sistemas de gerenciamento de banco de dados (SGBD);  Protocolos; e

(6)

Introdução

 Exemplo:

 Uma requisição de serviço na Web gasta uma parte de seu

tempo recebendo serviço em vários recursos (sendo processada);

 e outra parte esperando nas filas pelos recursos.  Os atrasos podem ser decompostos em:

 (1) tempo de serviço: tempo gasto usando vários

recursos, como processadores, discos e redes; e

(7)

Tempo de resposta

Tempo decorrido entre o pedido e o

(8)

Tempo de resposta

 O tempo de resposta ponta a ponta, ou seja, o tempo

percebido por um cliente para obter uma resposta de um pedido de serviço, pode ser dividido em dois componente principais:

 Tempo da rede; e

(9)

Tempo de resposta

 Exemplo:

Web site (desmembramento do tempo de resposta)

* Depende da largura de banda do link mais lento conectando o navegador ao Web site.

Tempo de Resposta

Tempo da rede Tempo do Web Site

Latência Tempo de

transmissão* Tempo de serviço Tempo de Fila

(10)

Tempo de resposta

Terminologia

 Tempo de serviço: período de tempo durante o

qual um pedido está recebendo serviço de um recurso, como CPU, disco, segmento da LAN ou uma linha de transmissão.

 Um pedido pode ter de visitar um recurso várias

vezes (por exemplo, mais de um I/O para um disco) antes que seja concluído.

A notação

S

(11)

Tempo de resposta

Terminologia

 Tempo de espera: período de tempo gasto por um

pedido aguardando para ter acesso ao recurso i durante a j-ésima visita ao recurso

A notação abaixo indica este tempo.

(12)

Tempo de resposta

Terminologia

 Demanda de Serviço: soma de todos os tempos

de serviço para um pedido no recurso i.

Exemplo:

 Se os pedidos a um Web site realizam 3,5 I/O na média para um certo disco.

 e o tempo de serviço médio é de 10 ms

 então D_i = 35 ms (=3,5 x 10)

S

V

(13)

Tempo de resposta

Terminologia

 Tempo na fila: soma de todos os tempos de espera

no recurso i para determinado pedido.

(14)

Tempo de resposta

Terminologia

 Tempo de residência: soma da demanda de

serviço com o tempo de fila para um pedido no recurso i.

A notação ao lado indica este tempo.

 Tempo de resposta: é a soma do tempo de

residência de um pedido em todos os recursos.

´

(15)

Tempo de resposta

Resumindo

S

V

S

D

i i visitas j i i x j  



Q

D

R

´

i  i  i



 j visitas j i i

W

Q



 i cursos i

R

R Re

´

Demanda Fila Residência Resposta

(16)

Exercício – Tempo de resposta

Considere que um pedido a um Web site

utilize 10 ms de CPU no servidor Web e leia

10 blocos de 2048 bytes do disco do

servidor. O tempo de busca médio no disco

do servidor é de 9 ms, a latência média é de

4,17 ms e a taxa de transformação é de 20

MB/s. Qual o tempo de resposta mínimo

para este cenário?

(17)

Exercício – Tempo de resposta

Suponha:



link de rede de 0,5 Mbps;



RTT de 80ms;



Pedido (cliente



servidor) usa um quadro

ethernet completo (1518 bytes);



Resposta (servidor



cliente) requerer 8

(18)

Exercício – Tempo de resposta



Pelo enunciado tem-se,

D

_cpu

= 0,010 s

.



No disco, o tempo médio de serviço, S

_d

, é

Como são 10 leituras de blocos, tem-se:

D

= 10 x 0,0133 = 0,133 s

s TaxaTransf co TamanhoBlo dia LatênciaMé BuscaMédia f TempoTrans dia LatênciaMé BuscaMédia

S

d 0133 , 0 20000000 / 2048 00417 , 0 009 , 0          

(19)

Exercício – Tempo de resposta

Como são 9 quadros enviados (1 do cliente e 8 do servidor), tem-se:

D_rede = (9 x 1518 x 8)/500.000 = 0,22 s

A latência total é igual a 2 RTTs (um para o estabelecimento da conexão, 0,5 para o pedido HTTP atingir o servidor e 0,5 para o primeiro byte da resposta chegar ao navegador do cliente. Logo:

(20)

Exercício – Tempo de resposta

Assim, o menor valor possível para o tempo

de resposta será:

R ≥ Latência + D

_rede

+ D

_cpu

+ D

_d

= 0,16 + 0,22+ 0,01 + 0,133

= 0,523 s

Obs.: Nesta análise não foi considerado o tempo de espera em cada um dos recursos mencionados (rede, cpu e disco)

(21)

Ser ou não ser...

 Será que se

aumentar-mos a banda da nossa internet de 5Mbps para 10Mbps teremos o dobro de velocidade na navegação de páginas na Web? Fonte: http://www.zazzle.com.br/pensador_engracado_de_rodin_cartao_postal-239396995191107135

(22)

(23)

Exercício – Análise de Protocolo

Qual a eficiência na transmissão de 56

quadros com 1250 bytes cada num link de

10 Mbps, considerando:

a) Protocolo Stop-and-Wait

b) Protocolo de Janela Deslizante de tamanho 8.

Obs.: Considere o atraso (ida e volta) de 10 ms e o

(24)

Carga de Trabalho



”Conjunto de todas as informações de

entrada que um sistema recebe durante um

determinado período de tempo.”[?]



Muito importante no planejamento de

(25)

Carga de Trabalho

Tempo de Serviço em Discos Isolados

 Discos magnéticos são um componente

importante de qualquer servidor e estação de trabalho cliente;

 Envolve mais componentes do que apenas os

discos usados para armazenar informa-ções;

 Os tempos de acesso à informação armazenada

nos discos são muito maiores do que os tempos acesso na memória RAM;

(26)

Anatomia de um HD

 Busca: movimento do

acionador para um cilindro específico (leitura/escrita);

 Latência de rotação:

tempo de espera até que a rotação traga o setor desejado para o ponto exato onde se encontra o cabeçote de leitura/escrita.

 Neste ponto, a transferência

(27)

Arquitetura Típica do Subsistema de E/S

1. Os pedidos de E/S são enviados ao sistemas de arquivo;

2. O cache armazena blocos de arquivo que foram usados recentemente;

3. Se o bloco desejado estiver no cache, nenhum acesso a disco é necessário (acerto

de cache – cache hit);

4. Caso contrário, houve perda de cache (cache miss) e o pedido é enviado ao driver do dispositivo;

(28)

Arquitetura Típica do Subsistema de E/S

5. O pedido é, então, enfileirado no driver do dispositivo;

6. O pedido é enviado à controladora de disco;

7. O cache de disco pode ser usado para antecipar a busca de blocos que poderão ser necessários no futuro próximo (leitura

antecipada);

8. A controladora de disco usa políticas de escalonamento do disco em sua fila, visando reduzir o número médio de cilindros atravessados pelo braço para

(29)

Tempo de Serviço Médio em um Subsistema de E/S - Terminologia

 TempoBusca: tempo de busca médio

(em seg). Ou seja, tempo médio para posicionar o braço no cilindro correto;

 Busca_aleat: tempo de busca médio (em

seg) para um pedido a um cilindro aleatório, fornecido pelo fabricante do disco;

 VelDisco: velocidade de rotação do

disco (em RPM) (Fabricante);

(30)

 LatênciaRotação: latência de rotação média, em segundos; ou seja, o tempo gasto aguardando-se que o disco gire até que o setor desejado esteja sob a cabeça de leitura/escrita;

 TamanhoBloco: tamanho do bloco em bytes;

 TaxaTransfer: taxa em que os dados são transferidos para/de um disco (em MBps);

 TempoTransfer: tempo (em seg) para se transferir um bloco do disco para a controladora;

6 10   er TaxaTransf co TamanhoBlo fer TempoTrans

(31)

 TempoControl: tempo gasto na controladora para processar um pedido de E/S;

 P_perda: probabilidade de que o bloco desejado não esteja no cache de disco;

 : tempo médio, em segundos, gasto na controladora mais disco para acessar um bloco em um disco

Sd

) (TempoBusca LatênciaRotação TempoTransfer

ol TempoContr P S perda d    

(32)

Carga de Trabalho de Disco



_{É definida como uma sequência de}

números de bloco de disco enviada ao

subsistema de disco;



_{Existem dois tipos de carga: aleatória e}

(33)

Carga de Trabalho de Disco



_{Aleatória: é aquela em que os blocos}

solicitados estão espalhados

aleatoria-mente pelo disco;



_{Sequencial: é aquela que apresenta}

subsequências, chamadas carreiras, de

pedidos para blocos consecutivos no

disco.

(34)

Carga de Trabalho de Disco



_Exemplos:

 _{Carga de Trabalho Aleatória}

10, 201, 15, 1023, 45, 39, 782

 Carga de Trabalho Sequencial (com 2 carreiras)

4, 350, 351, 352, 353, 80, 104, 105, 106, 107, 108, 243 Primeira Carreira (350, 351, 352, 353) → Tam=4

(35)

Carga de Trabalho de Disco

 _{Para cargas de trabalho aleatórias, temos que:}

* Em um pedido aleatório pode-se esperar algo entre nenhuma rotação e uma rotação completa.

ãoDisco TempoRotaç tação LatênciaRo Busca TempoBusca reira TamanhoCar aleat perda

P

     2 1 * 1 1

(36)

Carga de Trabalho de Disco

 _{Para cargas de trabalho sequenciais, temos que:}

ãoDisco TempoRotaç reira TamanhoCar U reira TamanhoCar tação LatênciaRo reira TamanhoCar Busca TempoBusca reira TamanhoCar d aleat perda P        ] 2 / ) 1 )[( 1 ( 2 1 1

(37)

Carga de Trabalho de Disco

 _{Tabela com Latência de Rotação Média (em}

rotações completas)

TamanhoCarreira U_d Latência de Rotação

4 4 4 0,1 0,5 0,8 0,54 0,69 0,80 8 8 8 0,1 0,5 0,8 0,54 0,72 0,85 16 16 16 0,1 0,5 0,8 0,55 0,73 0,88

(38)

Exercício – Tempo Médio de Busca

Qual é o tempo médio de busca para a carga de trabalho (4, 350, 351, 352, 353, 80, 104, 105, 106, 107, 108, 243), considerando que o tempo médio de busca aleatória (Busca_aleat) para o disco é de 9 ms? ms Busca Busca Busca Busca TempoBusca aleat aleat aleat aleat 75 , 3 12 5 5 12 5 4 12 4 12 3         

(39)

Exercício – Tempo Médio de Busca

Qual é o tempo médio de busca para a carga de trabalho (70, 76, 77, 78, 104, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), considerando que o tempo médio de busca aleatória (Busca_aleat) para o disco é de 12 ms?

(40)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

O disco de um servidor de BD recebe pedidos a uma taxa de 30 pedidos/segundo. Uma análise de um rastreamento dos pedidos revelou que 35% dos pedidos são para blocos aleatórios e 65% são para sequências de blocos ou carreiras. O tamanho do bloco é de 1536 bytes. O tamanho de carreira médio medido para essa carga de trabalho é de 15 pedidos. O disco gira a 5400 rpm, tem uma busca média para pedidos aleatórios igual a 12 ms e uma taxa de transferência de 12 MBps. O tempo da controladora é igual a 0,15 ms. Qual é o

(41)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

O disco de um servidor de BD recebe pedidos a uma taxa de 20 pedidos/segundo (0,020 pedido/ms). Uma análise de um rastreamento dos pedidos revelou que 20% dos pedidos são para blocos aleatórios e 80% são para sequências de blocos ou carreiras. O tamanho do bloco é de 2048 bytes. O tamanho de carreira médio medido para essa carga de trabalho é de 24 pedidos. O disco gira a 7200 rpm, tem uma busca média para pedidos aleatórios igual a 9 ms e uma taxa de transferência de 20 MBps. O tempo da controladora é igual a 0,1 ms. Qual é o tempo de serviço médio do disco?

(42)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

ms ol TempoContr pedidos reira TamanhoCar MBps er TaxaTransf bytes co TamanhoBlo rpm VelDisco ms Busca_aleat 1 , 0 24 20 2048 7200 9       Do enunciado, tem-se:

(43)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

ms fer TempoTrans tação LatênciaRo TempoBusca ol TempoContr ms ms s bytes bytes er TaxaTransf co TamanhoBlo fer TempoTrans ms ãoDisco TempoRotaç tação LatênciaRo ms segundos VelDisco ãoDisco TempoRotaç ms Busca TempoBusca S P S da perda da aleat 4 , 13 ) 1 , 0 17 , 4 9 ( 1 1 , 0 ) ( 1 , 0 1000 / 10 20 2048 17 , 4 2 33 , 8 2 1 33 , 8 ... 00833 , 0 7200 60 60 9 6                          Pedidos aleatórios:

(44)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

27 ,

0 )

1 ,

0

17 ,

4

9 (

020 ,

0 





d

U

Pedidos sequenciais:

 Pode-se aproximar a utilização do disco U_d

calculando a taxa de chegada multiplicada pela soma da busca aleatória média, latência média e tempo de transferência médio. Assim,

(45)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

ms ms tação LatênciaRo ãoDisco TempoRotaç reira TamanhoCar U reira TamanhoCar tação LatênciaRo ms reira TamanhoCar Busca TempoBusca reira TamanhoCar S P ds d aleat perda 73 , 5 1 , 0 042 , 0 25 , 5 38 , 0 1 , 0 25 , 5 33 , 8 24 2 / ) 27 , 0 1 )( 1 24 ( 2 / 1 2 / ) 1 )( 1 ( 2 / 1 38 , 0 24 9 042 , 0 24 1 1                        Pedidos sequenciais:

(46)

Exercício – Tempo Médio de Serviço

ms

S

d



0 ,

2 

13 ,

4 

0 ,

8 

5 ,

73 

7 ,

26

Enfim, o cálculo do tempo médio de serviço pode ser feito através da média ponderada entre os tempos de serviços calculados anteriormente.

(47)

Referência Bibliográfica

MENASCÉ, D. A. ALMEIDA, V. A. F.

Planejamento de Capacidade para Serviços na Web. São Paulo: Ed. Campus, 2003.

(48)

Exercício – Tempo de rede

A sonda Phoenix foi enviada ao espaço pela agência espacial norte-americana em 4 de agosto de 2007 e, desde que pousou em Marte, no dia 25 de maio de 2008, envia fotos para a Terra. Uma foto transmitida tinha o tamanho de 8x106

bytes e, quando enviada, a distância entre os dois planetas era de 60 bilhões de metros (60x109_{m). Assumindo que o enlace}

de comunicação entre a sonda e a base da missão na Terra é de 128 kbps, que não há elementos intermediários, e que a velocidade de propagação do sinal é a velocidade da luz no vácuo (3x108_{m/s), quanto tempo, em segundos, se passou}

entre o início do envio da foto até ela ser recebida completamente na Terra?

(49)

Exercício – Análise de Protocolo

Qual a eficiência na transmissão de 56

quadros com 1250 bytes cada num link de

10 Mbps, considerando:

a) Protocolo Stop-and-Wait

b) Protocolo de Janela Deslizante de tamanho 8.

Obs.: Considere o atraso (ida e volta) de 10 ms e o