Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа
Рассмотрен вопрос применения операционного анализа для задачи оценивания производительности grid-системы. В качестве исследуемой системы рассмотрен Украинский академический grid-сегмент. Для оценки выбраны два параметра: пропускная способность и время отклика системы. Розглянуто питання застосування...
Saved in:
| Published in: | Компьютерная математика |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84568 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа / С.И. Лавренюк, А.Н. Лавренюк, Ю.А. Грипич // Компьютерная математика: сб. науч. тр. — 2010. — № 1. — С. 57-64. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859749137361141760 |
|---|---|
| author | Лавренюк, С.И. Лавренюк, А.Н. Грипич, Ю.А. |
| author_facet | Лавренюк, С.И. Лавренюк, А.Н. Грипич, Ю.А. |
| citation_txt | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа / С.И. Лавренюк, А.Н. Лавренюк, Ю.А. Грипич // Компьютерная математика: сб. науч. тр. — 2010. — № 1. — С. 57-64. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Компьютерная математика |
| description | Рассмотрен вопрос применения операционного анализа для задачи оценивания производительности grid-системы. В качестве исследуемой системы рассмотрен Украинский академический grid-сегмент. Для оценки выбраны два параметра: пропускная способность и время отклика системы.
Розглянуто питання застосування операційного аналізу для задачі оцінювання продуктивності grid-систем. В якості досліджуваної системи розглянуто Український академічний grid-сегмент. Для оцінювання вибрано два параметри: пропускна здатність та час відгуку системи.
The question of operational analysis for the problem of estimating the performance of the Grid-system is investigated. The Ukrainian Academic Grid-segment is under consideration. The throughput and response time of the system are chosen for evaluation.
|
| first_indexed | 2025-12-01T23:35:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
Компьютерная математика. 2010, № 1 57
Рассмотрен вопрос применения
операционного анализа для задачи
оценивания производительности
grid-системы. В качестве иссле-
дуемой системы рассмотрен
Украинский академический grid-
сегмент. Для оценки выбраны два
параметра: пропускная способ-
ность и время отклика системы.
© С.И. Лавренюк, А.Н. Лавренюк,
Ю.А. Грипич, 2010
ÓÄÊ 519.872, 519.688, 681.63
Ñ.È. ËÀÂÐÅÍÞÊ, À.Í. ËÀÂÐÅÍÞÊ, Þ.À. ÃÐÈÏÈ×
ÎÖÅÍÈÂÀÍÈÅ
ÏÐÎÈÇÂÎÄÈÒÅËÜÍÎÑÒÈ
GRID-ÑÈÑÒÅÌ Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ
ÎÏÅÐÀÖÈÎÍÍÎÃÎ ÀÍÀËÈÇÀ
Введение. За последние 30 лет производи-
тельность всегда была одним из важных
свойств разрабатываемых систем, в том чис-
ле компьютерных [1]. Сегодня задача оцени-
вания производительности grid-системы и ее
компонентов – довольно актуальна [2–4].
Относительно функционирования grid-си-
стемы необходимы оценки некоторых рабо-
чих параметров, существенно влияющих на
качество обслуживания пользователей (Qos,
Quality of Service) [5, 6].
Поскольку при выполнении задач в grid-
системе для пользователя важно то, чтобы
его задача с высокой степенью вероятности
гарантированно выполнилась, чтобы задача
выполнилась в нужные сроки и при этом в
системе были доступными затребованные
ресурсы и сервисы. Поэтому для grid-систем
особенно актуальной является задача обес-
печения нужного качества обслуживания.
Для этого нужны устоявшиеся количествен-
ные меры функционирования системы либо
необходимо их оценивать.
Поскольку grid-система состоит из многих
вычислительных узлов, на которых возможен
запуск разных составляющих модулей одной
комплексной задачи, то следует оценивать
производительность как системы в целом,
так и ее отдельных компонентов. Дальше
производительность grid-системы как слож-
ной распределенной системы оценена
с использованием средств операционного
анализа [7, 8].
С.И. ЛАВРЕНЮК, А.Н. ЛАВРЕНЮК, Ю.А. ГРИПИЧ
58 Компьютерная математика. 2010, № 1
Выбор параметров производительности. Наиболее важные характеристи-
ки (параметры), используемые для оценивания производительности:
– время отклика (response time) – характеристика производительности сис-
темы с точки зрения пользователя;
– пропускная способность (throughput) – определяет количество задач,
выполненных за единицу времени;
– готовность (availability) – определяет интервал времени, на протяжении
которого система находится в рабочем состоянии (т. е. доступна для выполнения
задач пользователя);
– стоимость (cost) – характеризует производительность в форме соотноше-
ния «цена / производительность».
Учитывая взаимосвязь производительности с качеством обслуживания, при-
веденный список можно дополнить характеристиками: надежности (reliability),
безопасности (security), масштабируемости (scalability), расширяемости
(extensibility).
В качестве параметров производительности предлагается использовать про-
пускную способность (X) и время отклика (R). Эти параметры влияют на коли-
чество и качество выполнения задач grid-системой, поэтому оценка этих пара-
метров имеет практическое значение.
Оценка предельных значений параметров производительности. Для мо-
делирования разных аспектов grid-систем используют прежде всего аналитиче-
ские или стохастические модели. Аналитические модели дают возможность по-
лучить явные зависимости в общем, что связывают искомые характеристики
с начальными условиями, параметрами и переменными системы.
Операционный анализ как метод аналитического моделирования обеспечи-
вает удобный подход к оцениванию производительности компьютерных систем
[8–9]. Для оценки предельных значений параметров производительности ис-
пользован именно этот подход. Он помогает получить информацию о загружен-
ности компьютерной системы на основе базовых показателей [10]:
T – временной интервал наблюдения за системой;
A – число запросов, сделанных на протяжении времени Т;
C – число обработанных запросов на протяжении времени Т;
B – интервал времени, на протяжении которого запрос обрабатывался
ресурсом, в интервале времени наблюдения.
Пусть система состоит из k = 1,…, n ресурсов, каждый из которых характе-
ризует параметры:
Xk – средняя пропускная способность (производительность) ресурса k;
Sk – среднее время обработки запроса ресурсом k;
Vk – среднее число посещений запросом ресурса k;
Dk – среднее время, необходимое ресурсу k для обработки запроса;
Uk – коэффициент использования ресурса k;
Rk – среднее время ответа на запрос ресурса k;
N – среднее количество запросов в сети массового обслуживания (СМО);
λ – средняя частота получения запросов ресурсом СМО.
ОЦЕНИВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ GRID-СИСТЕМ …
Компьютерная математика. 2010, № 1 59
В общем случае, для пропускной способности X можно получить выражение
(1) [11]:
max
1
( ) min , .
N N
X N
ND Z D D Z
≤ ≤ + +
(1)
Введя время ответа R, получаем следующее выражение:
max
( )
max ,
D Z R N Z ND Z
D
N N N
+ + + ≤ ≤
⇒ (2)
( )maxmax , ( ) .ND Z D R N ND− ≤ ≤ (3)
Поэтому, по формулам (1) и (3) можно оценить предельные значения пара-
метров производительности отдельных grid-ресурсов, а также всей системы
в целом.
Оценивание производительности grid-системы на примере сегмента
Украинского академического grid. В качестве объекта исследования для про-
верки работоспособности предложенного подхода была взята часть инфраструк-
туры Украинского академиче-
ского grid-сегмента – 12 узлов.
Архитектура исследуемой grid-
системы показана на рис. 1.
Данные для моделирования
взяты из журналов мониторин-
га УАГ, а для получения дан-
ных о выполнении задач про-
веден активный эксперимент, в
котором, однозначно опреде-
лено, способен ли конкретный
компонент (grid-сервис) пре-
доставлять и обрабатывать не-
обходимую информацию в до-
пустимом интервале времени.
Поскольку эксперимент про-
веден на реально работающей
системе, то производительность
оценена при незначительной
нагрузке на систему. Это дало возможность системе функционировать в штатном
режиме, а задачи равномерно поступали на каждый вычислительный ресурс.
Для получения данных о работе grid-инфраструктуры Украинского акаде-
мического сегмента проведен активный эксперимент с запуском задач на узлах и
сборе данных о состоянии узлов и качестве выполнения задач. Для проведения
активного эксперимента по оценке доступности узлов и качества выполнения
задач в grid-инфраструктуре использованы многоуровневые сценарии. При не-
обходимости тестирования всех сервисов, развернутых в grid-инфраструктуре,
эти сценарии можно расширить (см. [12]).
РИС. 1. Архитектура исследуемой grid-системы
С.И. ЛАВРЕНЮК, А.Н. ЛАВРЕНЮК, Ю.А. ГРИПИЧ
60 Компьютерная математика. 2010, № 1
На основе полученных данных можно вычислить значение базовых пара-
метров в терминах операционного анализа (ОА) [9, 10, 13]. В терминах сетей
массового обслуживания (СМО) [1, 14] формализованную модель можно пред-
ставить как на рис. 2.
РИС. 2. Пример формализации системы в терминах теории массового обслуживания
Пусть Z – среднее время обдумывания при работе пользователей с системой
в целом. Введем обозначения таких потребностей в обслуживании:
1D – ресурсом № 1;
2D – ресурсом № 2;
nD – ресурсом № n;
D – системой в целом. Предполагается, что система является совокупностью
взаимозависимых ресурсов, а это значение – усреднение D по всем ресурсам;
maxD – ресурсом, для которого потребность в обслуживании принимает
максимальное значение;
FSD – хранилищем файлов.
Данные показатели для отдельных узлов представлены на рис. 3.
При декомпозиции большой задачи на отдельные подзадачи, и при выпол-
нении каждой подзадачи на отдельном узле получено следующие показатели. На
протяжении времени Т = 2592000 с, в систему послано 7773 запроса, со средним
интервалом в 3600 с. Общее количество принятых и правильно обработанных
3125 запросов (за время наблюдения за системой).
На основании данных экспериментов и использования вышеприведенных
формул (1)–(3) возможно рассчитать показатели потребности в обслуживании
для каждого из grid-узлов системы.
ОЦЕНИВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ GRID-СИСТЕМ …
Компьютерная математика. 2010, № 1 61
Dk, c
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Grid-
узел 1
Grid-
узел 2
Grid-
узел 3
Grid-
узел 4
Grid-
узел 5
Grid-
узел 6
Grid-
узел 7
Grid-
узел 8
Grid-
узел 9
Grid-
узел
10
Grid-
узел
11
Grid-
узел
12
Название вычислительных ресурсов
С
р
е
д
н
е
е
в
р
е
м
я
о
б
с
л
у
ж
и
в
а
н
и
я
, с
РИС. 3. Показатели потребности в обслуживании для отдельных узлов
Частота запросов насыщения λ= 0.002105.
Максимальное значение потребности в обслуживании Dmax = 475.15.
Среднее время размышления при работе пользователей с системой в целом
Z = 720.55.
Общее количество узлов, что принимали участие в эксперименте – 12.
В таблице приведены данные по отдельным узлам.
ТАБЛИЦА
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9
58.04 120.49 14.19 459.29 105.58 334.97 37.01 12.52 90.29
D10 D11 D12 Dmax D Z
73.27 61.80 475.15 475.15 1842.61 720.55
Используя формулы (1) и (3), получаем следующие неравенства для оцени-
вания выбранных параметров производительности системы:
Для пропускной способности
сист
1
( ) min , .
1842.60* 720.55 475.15 1842.60 720.55
N N
X N
N
≤ ≤ + +
Для времени ответа max( 475.15 720.55,1842.60) ( ) 1842.60N R N N− ≤ ≤ .
Из вышеприведенных данных видно, что первым (по критерию) «узким ме-
стом» системы является ресурс 12, поскольку значение потребности обслужива-
ния у него максимальное. Второее «узкое место» системы – ресурс 6, поскольку
значение потребности обслуживания у него приближается к максимальному.
Для увеличения производительности системы в первую очередь необходимо
ликвидировать первое и второе «узкое место».
С.И. ЛАВРЕНЮК, А.Н. ЛАВРЕНЮК, Ю.А. ГРИПИЧ
62 Компьютерная математика. 2010, № 1
Зависимость указанных параметров от количества задач показано на рис. 4.
Рассматривая каждый из ресурсов отдельно (следующий уровень детализации
системы), аналогично можно определить «узкие места» конкретного ресурса.
Зависимость производительности от количества
задач
0.0013231
0.0013232
0.0013233
0.0013234
0.0013235
0.0013236
0.0013237
30
0
12
00
21
00
30
00
39
00
48
00
57
00
66
00
75
00
84
00
93
00
10
20
0 N
X
cp
(N
)
Xaprox
X(N)
РИС. 4. График зависимости производительности системы от количества задач
Аппроксимацию выполнено по алгоритму наименьших квадратов для лога-
рифмической функции:
( ) ln( )f x a x c= +
1 1 1
2
2
1 1
2
1 1 1 1
2
2
1 1
( ) *ln( ) ln( )* ( )
,
* ln ( ) ln( )
ln ( )* ( ) ln( )* ( )* ln( )
* ln ( ) ln( )
n n n
i i i i
i i i
n n
i i
i i
n n n n
i i i i i
i i i i
n n
i i
i i
X N N N X N
a
n N N
N X N N X N N
c
n N N
= = =
= =
= = = =
= =
−
=
−
−
=
−
∑ ∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑
,
где n – количество точек.
В результате функция производительности для данного сегмента grid-
системы имеет вид 8( ) 6.54544 *10 *ln( ) 0.001323062X N N−= + .
Выводы. В статье приведены результаты использования одного из подхо-
дов к оцениванию производительности компьютерных систем. Для предва-
рительной оценки производительности grid-системы предложено использовать
ОЦЕНИВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ GRID-СИСТЕМ …
Компьютерная математика. 2010, № 1 63
аппарат операционного анализа совместно с теорией сетей массового обслужи-
вания. Заметим, что для детального анализа производительности целесообразно
использовать имитационное моделирование [9, 10]. Именно такой подход помо-
гает получить качественную и количественную оценку производительности сис-
темы относительно практики. Об этом свидетельствуют результаты использова-
ния метода для анализа реальной grid-системы.
С.І. Лавренюк, А М. Лавренюк, Ю.А. Гріпіч
ОЦІНЮВАННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ GRID-СИСТЕМ
З ДОПОМОГОЮ ОПЕРАЦІЙНОГО АНАЛІЗУ
Розглянуто питання застосування операційного аналізу для задачі оцінювання продуктивності
grid-систем. В якості досліджуваної системи розглянуто Український академічний grid-сегмент.
Для оцінювання вибрано два параметри: пропускна здатність та час відгуку системи.
S. Lavreniuk, A. Lavreniuk, Yu. Gripich
PERFORMANCE ASSESSMENT OF GRID- SYSTEMS USING OPERATIONAL ANALYSIS
The question of operational analysis for the problem of estimating the performance of the Grid-
system is investigated. The Ukrainian Academic Grid-segment is under consideration. The through-
put and response time of the system are chosen for evaluation.
1. Менаске Д., Алмейда В. Производительность Web-служб // Анализ, оценка и планирова-
ние. – Киев: ДиаСофт, 2003. – 480 с.
2. Сергієнко І.В. Про основні напрямки створення інтелектуальних інформаційних техноло-
гій // Системні дослідження та інформаційні технології. – 2002. – № 1. – С. 39–64.
3. Грід – нова інформаційно-обчислювальна технологія для науки / А.Г. Загородній,
Г.М. Зінов’єв, Є.С. Мартинов, С.Я. Свистунов, В.М. Шадура // Вісник НАН України. –
2005. – № 6. – С. 17–25.
4. Zheng Yan and Silke Holtmanns. «Trust Modeling and Management: from Social Trust to Digital
Trust», book chapter of Computer Security, Privacy and Politics: Current Issues, Challenges and
Solutions, IGI Global, 2007.
5. Qin Liu, Xiaohua Jia, Chanle Wu. Optimal precomputation for mapping service level agreements
in grid computing, Future Generation Computer Systems, October, 2008. – 24, N 8. –
Р. 849–859.
6. Шелестов А.Ю., Лавренюк С.И. Моделирование работы grid-системы в условиях неопре-
деленности // Материалы тр. конф. «Моделирование и компьютерная графика», 7–9 апреля
2009. – Донецк: ДонНТУ, 2009.
7. Menascé D.A. Computer system lifecycle. – http://cs.gmu.edu/~menasce/cs672/slides/.
8. Operational Analysis: Fundamental Laws – http://www.owlnet.rice.edu
9. Шелестов А.Ю. Структурно-функциональный анализ элементов grid-систем // Проблемы
управления и информатики. – 2007. – № 5. – С. 25–32.
10. Куссуль Н.Н., Шелестов А.Ю. Grid-системы для задач исследования Земли. Архитектура,
модели и технологии. – Киев: Наук. думка, 2008. – 452 с.
С.И. ЛАВРЕНЮК, А.Н. ЛАВРЕНЮК, Ю.А. ГРИПИЧ
64 Компьютерная математика. 2010, № 1
11. Куссуль Н.Н., Шелестов А.Ю., Лобунец А.Г. Применение методов операционного анализа
для оценки производительности grid-систем // Кибернетика и вычислительная техника. –
2004. – Вып. 144. – С. 3–19.
12. Лавренюк С.И., Лавренюк А.Н., Грипич Ю.А. Построение базы данных мониторинга со-
стояния узлов grid-инфраструктуры // Материалы тр. 6-й Междунар. конф. «Теоретические
и прикладные аспекты построения программных систем». – TAAPSD’ 2009. – Киев,
9–10 декабря 2009. – С. 124–131.
13. Кунцевич В.М. Управление в условиях неопределенности: гарантированные результаты в
задачах управления и идентификации. – Киев: Наук. думка, 2006. – 206 с.
14. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями / Пер. с англ. Под ред. Б.С. Цыба-
кова. – М.: Мир, 1979. – 600 с.
Получено 02.12.2009
Îá àâòîðàõ:
Лавренюк Сергей Иванович,
младший научный сотрудник
Института кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины,
Лавренюк Алла Николаевна,
кандидат технических наук,
доцент Национального технического университета Украины
«Киевский политехнический институт»,
Грипич Юлия Анатольевна,
младший научный сотрудник
Института космических исследований НАН Украины и НКА Украины.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84568 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | ХХХХ-0003 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T23:35:19Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лавренюк, С.И. Лавренюк, А.Н. Грипич, Ю.А. 2015-07-10T14:38:40Z 2015-07-10T14:38:40Z 2010 Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа / С.И. Лавренюк, А.Н. Лавренюк, Ю.А. Грипич // Компьютерная математика: сб. науч. тр. — 2010. — № 1. — С. 57-64. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. ХХХХ-0003 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84568 519.872, 519.688, 681.63 Рассмотрен вопрос применения операционного анализа для задачи оценивания производительности grid-системы. В качестве исследуемой системы рассмотрен Украинский академический grid-сегмент. Для оценки выбраны два параметра: пропускная способность и время отклика системы. Розглянуто питання застосування операційного аналізу для задачі оцінювання продуктивності grid-систем. В якості досліджуваної системи розглянуто Український академічний grid-сегмент. Для оцінювання вибрано два параметри: пропускна здатність та час відгуку системи. The question of operational analysis for the problem of estimating the performance of the Grid-system is investigated. The Ukrainian Academic Grid-segment is under consideration. The throughput and response time of the system are chosen for evaluation. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Компьютерная математика Инструментальные средства информационных технологий Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа Оцінювання продуктивності GRID-систем з допомогою операційного аналізу Performance assessment of GRID-systems using operational analysis Article published earlier |
| spellingShingle | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа Лавренюк, С.И. Лавренюк, А.Н. Грипич, Ю.А. Инструментальные средства информационных технологий |
| title | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа |
| title_alt | Оцінювання продуктивності GRID-систем з допомогою операційного аналізу Performance assessment of GRID-systems using operational analysis |
| title_full | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа |
| title_fullStr | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа |
| title_full_unstemmed | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа |
| title_short | Оценивание производительности GRID-систем с помощью операционного анализа |
| title_sort | оценивание производительности grid-систем с помощью операционного анализа |
| topic | Инструментальные средства информационных технологий |
| topic_facet | Инструментальные средства информационных технологий |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84568 |
| work_keys_str_mv | AT lavrenûksi ocenivanieproizvoditelʹnostigridsistemspomoŝʹûoperacionnogoanaliza AT lavrenûkan ocenivanieproizvoditelʹnostigridsistemspomoŝʹûoperacionnogoanaliza AT gripičûa ocenivanieproizvoditelʹnostigridsistemspomoŝʹûoperacionnogoanaliza AT lavrenûksi ocínûvannâproduktivnostígridsistemzdopomogoûoperacíinogoanalízu AT lavrenûkan ocínûvannâproduktivnostígridsistemzdopomogoûoperacíinogoanalízu AT gripičûa ocínûvannâproduktivnostígridsistemzdopomogoûoperacíinogoanalízu AT lavrenûksi performanceassessmentofgridsystemsusingoperationalanalysis AT lavrenûkan performanceassessmentofgridsystemsusingoperationalanalysis AT gripičûa performanceassessmentofgridsystemsusingoperationalanalysis |