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?
3 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
4 Conceitos Básicos de Planejamento
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;
5 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
6 Conceitos Básicos de Planejamento
Tempo de resposta
Tempo decorrido entre o pedido e o
início/conclusão da realização do serviço.
7 Conceitos Básicos de Planejamento
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
8 Conceitos Básicos de Planejamento
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
9 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
10 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
Wj
i
11 Conceitos Básicos de Planejamento
Tempo de resposta Terminologia
Demanda de Serviço: soma de todos os tempos
de serviço para um pedido no recurso i.
A notação abaixo indica este tempo.
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
12 Conceitos Básicos de Planejamento
Tempo de resposta Terminologia
Tempo na fila: soma de todos os tempos de espera
no recurso i para determinado pedido.
A notação abaixo indica este tempo.
Q
i
13 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
´R i
14 Conceitos Básicos de Planejamento
Tempo de resposta Resumindo
SVSD iivisitas
j
iix
j
QDR iii´
jvisitas
j
ii WQ
icursos
iRRRe
´
15 Conceitos Básicos de Planejamento
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?
16 Conceitos Básicos de Planejamento
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
quadros.
17 Conceitos Básicos de Planejamento
Exercício – Tempo de resposta
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
18 Conceitos Básicos de Planejamento
Exercício – Tempo de resposta
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
19 Conceitos Básicos de Planejamento
Exercício – Tempo de resposta
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)
20 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?
21 Conceitos Básicos de Planejamento
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/.
22 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
23 Conceitos Básicos de Planejamento
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
24 Conceitos Básicos de Planejamento
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;
25 Conceitos Básicos de Planejamento
Anatomia de um HD
26 Conceitos Básicos de Planejamento
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
27 Conceitos Básicos de Planejamento
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
28 Conceitos Básicos de Planejamento
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)
29 Conceitos Básicos de Planejamento
Tempo de Serviço Médio em um Subsistema de E/S - Terminologia
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;
30 Conceitos Básicos de Planejamento
610
erTaxaTransf
coTamanhoBloferTempoTrans
Tempo de Serviço Médio em um Subsistema de E/S - Terminologia
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
31 Conceitos Básicos de Planejamento
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;
32 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
33 Conceitos Básicos de Planejamento
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
Segunda Carreira (104, 105, 106, 107, 108) → Tam=5
34 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
35 Conceitos Básicos de Planejamento
ãoDiscoTempoRotaçtaçãoLatênciaRo
BuscaTempoBusca
reiraTamanhoCar
aleat
perdaP
2
1*
1
1
Carga de Trabalho de Disco
Para cargas de trabalho sequenciais, temos que:
36 Conceitos Básicos de Planejamento
ãoDiscoTempoRotaçreiraTamanhoCar
UreiraTamanhoCar
taçãoLatênciaRo
reiraTamanhoCar
BuscaTempoBusca
reiraTamanhoCar
d
aleat
perdaP
]2/)1)[(1(2
1
1
Carga de Trabalho de Disco
Tabela com Latência de Rotação Média (em rotações completas)
37 Conceitos Básicos de Planejamento
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?
38 Conceitos Básicos de Planejamento
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?
39 Conceitos Básicos de Planejamento
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?
40 Conceitos Básicos de Planejamento
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?
41 Conceitos Básicos de Planejamento
Exercício – Tempo Médio de Serviço
42 Conceitos Básicos de Planejamento
msolTempoContr
pedidosreiraTamanhoCar
MBpserTaxaTransf
bytescoTamanhoBlo
rpmVelDisco
msBuscaaleat
1,0
24
20
2048
7200
9
Do enunciado, tem-se:
Exercício – Tempo Médio de Serviço
43 Conceitos Básicos de Planejamento
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:
Exercício – Tempo Médio de Serviço
44 Conceitos Básicos de Planejamento
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,
Exercício – Tempo Médio de Serviço
45 Conceitos Básicos de Planejamento
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:
Exercício – Tempo Médio de Serviço
46 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
47 Conceitos Básicos de Planejamento
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.
49 Conceitos Básicos de Planejamento