Proxy Cahe Szerverek hatékonyágának vizgálata The Performane of the Proxy Cahe Server Bérze Tamá, berzet@inf.unideb.hu IFSZ KFT, Debreen Péterfia u. Sztrik Jáno, ztrik.jano@inf.unideb.hu Debreeni Egyetem, Informatikai Kar. Bevezeté apjainkban az egyik leginkább közkedvelt informáiózerzéi lehetőég az internet haználata. Az internet gyor é egyzerű lehetőéget biztoít több ezer webzerver adatainak a megimeréére, letöltéére. Az internet haználata az elmúlt években rohamoan növekedett. A felhaználók záma a 200-e 7 millióról 2002-re 590 millióra növekedett. Beléek zerint 2006-ra az internetet haználók záma eléri a 98 milliót. Figyelembe véve, hogy 996-ban mindözeen 0 millió - an haználták az internetet, a növekedé üteme igen jelentékeny. A felhaználók zámának növekedéével párhuzamoan növekedett az internet forgalma i. Ennek hatáára egyre nagyobb igény mutatkozik a zínvonala é gyor internet elérére é kizolgálára. Az informáió kereé é letölté közben a válaz a távoli web zervertől a klien gépéig gyakran igen ok időt vez igénybe. A probléma egyik oka, hogy ugyanabban az időben ugyanazt a fájlt má felhaználó i le akarja tölteni. Ebből adódóan ugyanazon fájlok máolatai mennek kereztül a hálózaton. Ez tulajdonképpen a kizolgálái idő növekedéét eredményezi. Termézete megoldának mutatkozik az informáiók tároláa. Ennek egyik megoldái lehetőége a böngéző zoftverbe való implementálá. Ebben az eetben a tárolt adatokhoz azonban ak egy zemély férhet hozzá. Egy máik lehetőég Proxy Cahe zerver haználata. Jelen előadá élja ez utóbbi megoldá hatékonyágának vizgálata. A felhaználó zemzögéből nézve lényegtelen, hogy az általa kereett fájl fizikailag hol található: egy Proxy Cahe Serveren (PCS) valahol a munkahelyének belő hálózatán vagy a világ túló felén egy távoli Web zerveren. A kereett dokumentum érkezhet a távoli Web zervertől vagy a Proxy Cahe Szervertől (PCS). Klien oldalról nézve a PCS funkiója ugyanaz mintegy Web zervernek valamint a Web zerver felől nézve ugyanolyan, mint egy klien. Feltételezzük, hogy az igények érkezéi intenzitáa λ paraméterű Poion folyamat valamint a külő igények érkezéi intenzitáa zintén Poion folyamat Λ paraméterrel.
Client network bandwidth 2 2 ' (-P b )λ 2 PCS Server network bandwidth ( q) ' 3 *P b 2 Iniliation ' λ 3 3 Web erver. ábra 2. A modell Jelen előadában a Boe é Cheng által kézített analitiku modellt egézítjük ki. Feltételezzük, hogy a távoli Web zerverhez má felhaználóktól i érkeznek kéréek, így jelen modellben figyelembe vezük ezen a külő igényeket i, valamint a még realiztikuabb vizgálat érdekében feltételezzük, hogy a Web zerver vége kapaitáú. Proxy Cah zervert haználva, ha egy fájlt le akarunk tölteni egy távoli Web zerverről előzör meg kell vizgálni, hogy a kereett fájl egy példánya megtalálható-e a PCS-en (Ennek valózínűégét jelöljük p-vel). Amennyiben a kereett dokumentum megtalálható a PCS-en, egy máolat továbbítódik a felhaználónak. Amennyiben a PCS-en nem található meg, az igény továbbítódik a távoli Web zerverhez. Miután az igényelt fájl megérkezett a PCS-re egy máolat azonnal a felhaználóhoz kerül. A Proxy Cahe Server hatékonyága a következő tényezőktől függ: a találati arány (a kért dokumentum milyen valózínűéggel található meg a PCS-en) a PCS ebeége a klien oldali ávzéleég a zerver oldali ávzéleég a külő igények intenzitáa a Web zerver karakteriztikája Az.-e ábra mutatja egy igény lehetége útját a felhaználótól kiindulva egézen a vizaérkezéig. Legyen F a kereett dokumentumok átlago mérete. Az alábbiakban definiáljuk az ábrán zereplő változókat. λ = p * λ; () ( ) λ2 = p * λ; (2) 2
λ = +Λ (3) 3 λ2 ; Az egyene vonal ( λ ) reprezentálja azt az eetet, mikor a kereett dokumentum egy példánya megtalálható a PCS-en. λ 2 jelöli azon igények útját (zaggatott vonallal rajzolva), melyek nem találhatóak a Proxy zerveren, így ezen igények továbbítódnak a távoli Web zervernek. λ jelöli a Web zerverhez érkező öze igény érkezéi intenzitáát. A Web zerverhez 3 érkező igényeknek előzör fel kell állítaniuk egy TCP kapolatot. Legyen I ezen egyzeri iniializálához zükége idő. A várakozó igények tároláára zolgáló puffer kapaitáa legyen K. Legyen P b annak a valózínűége, hogy a beérkező igényt a zerver elutaítja. A Web zerver hatékonyágát a következő három jellemzővel írhatjuk le []: A zerver kimenő pufferének kapaitáa B, a tatiku zerveridő Y valamint a dinamiku zerver arány. Az M/M//K orbanállái modell alapján meghatározható a valózínűég: P b ahol ( ρ ) * ρ K P b = P( =K) = ρ K + () P b ( B ) λ F Y + 3 = (5) B így látható, hogy a Web zerver pufferéhez érkező igények intenzitáa Poion folyamat ( ) λ = Pb * λ3 (6) intenzitáal. Az előzőekhez haonlóan a Proxy Cahe Szerver karakteriztikáját a B, Y, paraméterhármaal határozhatjuk meg. Ha a felhaználó által kért fájl mérete nagyobb, mint a zerver kimenő puffere, akkor egy vizaatolái iklu kezdődik, mely addig tart, míg az igény kizolgáláa be nem fejeződik. Legyen B q = min, F (6) annak a valózínűége, hogy a zerver az igényt előre ki tudja zolgálni é nem következik be vizaatolái iklu. Jelöljük λ -vel a Web zerver kizolgáló egyégéhez érkező ' igények intenzitáát figyelembe véve az igények eetlege vizaatoláát. Felhaználva az egyenúlyi egyenleteket kapjuk: λ = (7) ' q * λ A fenti eredményeket felhaználva kapjuk egy igény válazidejét. Jelölje válazidőt PCS haználata eetén, illetve PCS hiányában: T valamint T a 3
T F = + p* + B λ λ + I B F * Y + F + ( p )* + + + + B λ B λ3 λ5 I B q B F * Y + F * Y + F (8) valamint, T = + F F B ( ) ( Pb )* ( λ ) + + (9) +Λ λ +Λ I B q F* Y + A T válazidő három rézből tevődik öze: Az elő annak az időtartama, míg eldől, hogy a Proxy zerver tartalmazza-e az igényelt fájlt. Ez a orbanállá elméletből jól imert M/M/ folyamat várakozái idejéből adódik, ahol λ az érkezéi intenzitá valamint a I kizolgálái idő. A képlet máodik tagja annak a válazideje, amikor az igény megtalálható a B F PCS-en, ahol a Proxy zerver kizolgálái ideje, valamint az utazái B F* Y + idő míg az igényelt fájl kereztüljut a klien hálózatán ( a klien ávzéleége). A képlet harmadik tagja reprezentálja annak az igénynek a válazidejét, mely nem található meg a PCS-en. Ez további három rézre bontható. Az elő az egyzeri TCP iniializálához zükége idő, a máodik a kizolgálóegyégnél töltött idő, ahol a Web zerver kizolgáló ' λ egyégéhez érkező igények érkezéi intenzitáa λ =, mely már tartalmazza a q vizaatolái iklu intenzitáát. A harmadik tag harmadik réze a fentiekhez haonlóan, a PCS-hez vizaérkező igények klien felé való továbbítáának az időtartamát tartalmazza. Proxy zerver nélkül a modellünk a fentebb tárgyalt modellnek a leegyzerűített változata.
3. umeriku eredmények A numeriku zámítáokhoz a Boe é Cheng [], [3] által haznált paraméterértékeket haználjuk: I = I = 0.00 máodper, B = B = 2000 byte, Y = Y = 0.00006 máodper, = = 250 Mbyte/, = 5 Kbit/ é = 28 Kbit/. Az öze tárgyalt grafikonon zaggatott vonallal ábrázoltuk a telje válazidőt PCS létezéekor, míg a ima vonal a PCS nélküli válazidőt mutatja. p = 0., F = 5000, Λ = 00, K = 00 p = 0., F = 5000, Λ = 50, K = 00 Kép 2. Kép3 Mind a két fenti grafikon eetében a találati valózínűég 0., az igényelt fájlok mérete 5000 byte, a Web zerver kapaitáa K=00. Mint látható, amennyiben a külő érkezéi intenzitá 00 igény/máodper úgy a PCS beiktatáa nagyobb válazidőket eredményez. Vizont ha megnöveljük a külő érkezéi intenzitát 50-re úgy λ = 70 igény/ fölött a PCS hazna egyértelművé válik. p = 0.25, F = 5000, Λ = 00, K = 00 p = 0.25, F = 5000, Λ = 50, K = 00 Kép. Kép5. 5
A következő két grafikonon (Kép., Kép 5.) minden paramétert változatlanul hagytunk, kivéve a találati valózínűéget, melyet mindkét eetben 0.25-re emeltünk. Mint ahogyan látható, mot már a kiebb külő érkezéi intenzitá eetén i egy minimáli hazna van, ha PCS-t haználunk, nagyobb külő érkezéi intenzitá eetén pedig a PCS előnye nyilvánvaló. Mint ahogyan a numeriku eredményekből látzik annak eldöntée, hogy megéri-e egy Proxy Cahe Szervert üzemeltetni nagyban függ az Internetet haználók zokáaitól. Amennyiben a Proxyt haználók nagyobb valózínűéggel akarnak ugyanazon dokumentumokat letölteni, vagy olyan oldalak iránt érdeklődnek melyek igen leterheltek a PCS haználata zámottevő javulát eredményezhet a válazidők tekintetében. λ Λ F P B B A klientől érkező igények intenzitáa A külő igények érkezéi intenzitáa Az igényelt fájl mérete A PCS találati valózínűége A PCS kimenő puffere A Web zerver kimenő puffere I A PCS en való kereéi idő Y I Y A zerver tatiku ideje a PCS - eetén A PCS dinamiku zerver ideje Egyzeri kapolat iniializálái idő A Web zerver tatiku ideje A Web zerver dinamiku zerver ideje A klien ávzéleége A zerver ávzéleége Táblázat. Felhaznált irodalom: [] Boe, I., Cheng, H.K., Performane model of a firm proxy ahe erver. Deiion Support Sytem and Eletroni Commere., 29 (2000), 5-57. [2] CaheFlow In., 999. CaheFlow White Paper. Avaiable from htp://aheflow.om/tehnology/ [3] Menae, D.A., Almeida, V.A.F., Capaity Planning for Web Performane: Metri, Model, and Method. Prentie Hall., (998) [] L.P. Slothouber, A model of Web erver performane. 5th International World Wide Web Conferene, Pari, Frane., (996) [5] C. Aggarwal, J.L. Wolf, P.S. Yu, Cahing on the World Wide Web, IEEE Tranation on Knowledge and Data Engineering (999) 6