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Avaliação de Desempenho

Prof. Kleber Rezende

[email protected]

Conceitos Básicos de Planejamento

Revisão – Fundamentos de Redes

Hierarquia de Protocolos;

Protocolo TCP (Transmission Control Protocol);

Solicitação HTTP viaja dentro de pacote ACK

durante estabelecimento de conexão TCP.

Janelas Deslizantes e RTT;

2 Conceitos Básicos de Planejamento

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

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;

Balanceadores de carga e roteadores.


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

Sistemas operacionais;


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

(2) tempo de espera: tempo gasto esperando para usar

recursos que estão sendo mantidos por outros pedidos.


Tempo de resposta

Tempo decorrido entre o pedido e o

início/conclusão da realização do serviço.


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

Tempo no fornecedor do serviço


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

CPUs Discos LANs CPUs Discos LANs


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 Sj

i

indica o tempo de serviço no recurso i

durante a j-ésima visita ao recurso.



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.

Wj

i



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 Di = 35 ms (=3,5 x 10)

SVD iiix



Tempo na fila: soma de todos os tempos de espera

no recurso i para determinado pedido.


Q

i



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.

´R i


Tempo de resposta Resumindo

SVSD iivisitas

j

iix

j

QDR iii´

jvisitas

j

ii WQ

icursos

iRRRe

´


Demanda

Fila

Residência

Resposta

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?



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

quadros.



Pelo enunciado tem-se, Dcpu = 0,010 s.

No disco, o tempo médio de serviço, Sd, é

Como são 10 leituras de blocos, tem-se:

Dd = 10 x 0,0133 = 0,133 s

s

TaxaTransf

coTamanhoBlodiaLatênciaMéBuscaMédia

fTempoTransdiaLatênciaMéBuscaMédiaS d

0133,020000000/204800417,0009,0



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

Drede = (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:

Latência = 2 x 0,08 = 0,16 s



Assim, o menor valor possível para o tempo

de resposta será:

R ≥ Latência + Drede + Dcpu + Dd

= 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)


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

Análise Google

Fonte: http://tableless.com.br/latencia-largura-de-banda-e-a-velocidade-da-luz/.


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

link livre de erros.


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

capacidade e na avaliação de sistemas


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;


Anatomia de um HD


Fonte: http://tcnicodeinformtica-cef54.blogspot.com.br/

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 dos dados pode começar.

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;

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

atender aos pedidos do disco;

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;

Buscaaleat: 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);

TempoRotaçãoDisco: tempo (em seg)



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;


610

erTaxaTransf

coTamanhoBloferTempoTrans


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

Pperda: 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


S d

)( ferTempoTranstaçãoLatênciaRoTempoBusca

olTempoContr

P

S

perda

d

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 sequencial;



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.



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

Segunda Carreira (104, 105, 106, 107, 108) → Tam=5



Para cargas de trabalho aleatórias, temos que:

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


ãoDiscoTempoRotaçtaçãoLatênciaRo

BuscaTempoBusca

reiraTamanhoCar

aleat

perdaP

2

1*

1

1


Para cargas de trabalho sequenciais, temos que:


ãoDiscoTempoRotaçreiraTamanhoCar

UreiraTamanhoCar

taçãoLatênciaRo

reiraTamanhoCar

BuscaTempoBusca

reiraTamanhoCar

d

aleat

perdaP

]2/)1)[(1(2

1

1


Tabela com Latência de Rotação Média (em rotações completas)


TamanhoCarreira Ud 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

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 (Buscaaleat) para o

disco é de 9 ms?


msBusca

BuscaBuscaBuscaTempoBusca

aleat

aleataleataleat

75,312

5

512

5

412

4

12

3

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 (Buscaaleat) para o disco é de

12 ms?


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

tempo de serviço médio do disco?



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?




msolTempoContr

pedidosreiraTamanhoCar

MBpserTaxaTransf

bytescoTamanhoBlo

rpmVelDisco

msBuscaaleat

1,0

24

20

2048

7200

9

Do enunciado, tem-se:



ms

ferTempoTranstaçãoLatênciaRoTempoBuscaolTempoContr

msmssbytes

bytes

erTaxaTransf

coTamanhoBloferTempoTrans

msãoDiscoTempoRotaçtaçãoLatênciaRo

mssegundosVelDisco

ãoDiscoTempoRotaç

msBuscaTempoBusca

S

PS

da

perdada

aleat

4,13)1,017,49(11,0

)(

1,01000/1020

2048

17,42

33,8

2

1

33,8...00833,07200

6060

9

6

Pedidos aleatórios:



27,0)1,017,49(020,0 dU

Pedidos sequenciais:

Pode-se aproximar a utilização do disco Ud

calculando a taxa de chegada multiplicada pela

soma da busca aleatória média, latência média e

tempo de transferência médio. Assim,



ms

mstaçãoLatênciaRo

ãoDiscoTempoRotaçreiraTamanhoCar

UreiraTamanhoCartaçãoLatênciaRo

msreiraTamanhoCar

BuscaTempoBusca

reiraTamanhoCar

S

P

ds

d

aleat

perda

73,51,0042,025,538,01,0

25,533,824

2/)27,01)(124(2/1

2/)1)(1(2/1

38,024

9

042,024

11

Pedidos sequenciais:



msS d26,773,58,04,132,0

Enfim, o cálculo do tempo médio de serviço pode

ser feito através da média ponderada entre os

tempos de serviços calculados anteriormente.

Referência Bibliográfica

MENASCÉ, D. A. ALMEIDA, V. A. F.

Planejamento de Capacidade para Serviços

na Web. São Paulo: Ed. Campus, 2003.


http://books.google.com.br/books?id=Qr0_bwAACAAJ&dq=planejamento+de+capacidade+para+servi%C3%A7os+na+web&hl=pt-BR&sa=X&ei=nccFVOG6DIrxgwSqhYCwBg&ved=0CB4Q6AEwAA

http://books.google.com.br/books?id=Qr0_bwAACAAJ&dq=planejamento+de+capacidade+para+servi%C3%A7os+na+web&hl=pt-BR&sa=X&ei=nccFVOG6DIrxgwSqhYCwBg&ved=0CB4Q6AEwAA

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?

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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

link livre de erros.


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