Proxy Cahe zerverek hatékonyág vizgálata Performane Evaluation of Proxy Cahe Server Bérze Tamá, berze.tama@ifz.hu IFSZ KFT, Debreen Péterfia u. Sztrik Jáno, jztrik@inf.unideb.hu Debreeni Egyetem, Informatikai Kar. Bevezeté Az internet haználata az elmúlt években rohamoan növekedett. A felhaználók záma a 200-e 7 millióról 2002-re 590 millióra nőtt é beléek zerint 2006-ra eléri a 98 milliót. Figyelembe véve, hogy 996-ban mindözeen 0 millióan haználták az internetet, a növekedé üteme igen jelentő. 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 kereée é letöltée 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 pedig 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 dolgozat élja ez utóbbi megoldá hatékonyágának vizgálata figyelembe véve.az idevágó eddigi munkákat, lád [2,,,5]. A felhaználó zemzögéből nézve lényegtelen, hogy az általa kereett fájl fizikailag hol található: egy Proxy Cahe zerveren (PCS) valahol a munkahelyének belő hálózatán vagy a világ túló felén egy távoli Web zerveren. A kereett dokumentum érkezhet a Web zervertől vagy a Proxy Cahe zervertől. Klien oldalról nézve a PCS funkiója ugyanaz mint egy Web zerveré valamint a Web zerver felől nézve a PCS ugyanúgy vielkedik mint egy klien. Feltételezzük, hogy a PCS felől érkező belő igények érkezée λ paraméterű Poion folyamatot követ, valamint a külő igények Λ paraméterű Poion folyamat alapján érkeznek a Web zerverhez.
. ábra 2. A modell Jelen ikkben a Boe é Cheng [2] által javaolt analitiku modellt módoítjuk. Az eredeti modellhez képet figyelembe vezük azokat a külő igényeket i melyek nem a PCS irányából érkeznek, hanem bármilyen má felhaználótól i, így ezek jelentően befolyáolhatják a válaz időket. A még realiztikuabb vizgálat érdekében, Boe é Cheng - modelltől eltérően, a Web zerver kapaitáát végenek vezük. Az. Ábra mutatja a módoított modellben egy igény lehetége útját a felhaználótól kiindulva egézen a vizaérkezéig. A jelöléek jelentée megtalálható az. Táblázatban. Proxy Cahe zervert haználva, ha egy fájlt le akarunk tölteni egy távoli Web zerverről előzör meg kell vizgálni, hogy a kereett dokumentum egy példánya megtalálható-e a PCSen (Ennek valózínűégét jelöljük p-vel). Amennyiben megtalálható, egy máolat továbbítódik a felhaználónak, míg amennyiben nem úgy az igény továbbítódik a Web zerverhez. Miután az igényelt fájl megérkezett a PCS-re egy máolat azonnal a felhaználóhoz kerül. A Proxy Cahe zerver 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 Legyen F a kereett dokumentumok átlago mérete. Az alábbiakban definiáljuk az. Ábrán zereplő változókat. 2
λ = p * λ; () ( p) λ2 = * λ; (2) λ = +Λ () 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 zerverhez. λ reprezentálja a Web zerverhez érkező öze igény érkezéi intenzitáát. A Web zerverhez érkező igényeknek előzör fel kell állítaniuk egy TCP kapolatot. Legyen I ezen egyzeri iniializálához zükége idő. A várakozó igények tároláára zolgáló puffer kapaitáát jelöljük K-val. Annak a valózínűége, hogy a beérkező igényt a zerver elutaítja legyen P b. A Web zerver hatékonyágát a következő három jellemzővel írhatjuk le, lád [2], []: A zerver kimenő pufferének kapaitáa B, a tatiku zerver idő Y valamint a dinamiku zerver arány. Az M/M//K orbanállái modell alapján meghatározható a P b blokkolái valózínűég, vagyi annak a taionáriu valózínűége, hogy egy érkező igény a rendzerben K igényt talál, lád [], ahol = ( ) K ρ ρ P b ρ K + () ρ ( + B ) λ F Y =. (5) B Így a Web zerverhez érkező igények Poion folyamatot alkotnak ( P ) λ = (6) b λ intenzitáal. Az előzőekhez haonlóan a Proxy Cahe zerver 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 annak a valózínűége, hogy a zerver az igényt előre ki tudja zolgálni é nem következik be vizaatolái iklu. Felhaználva az egyenúlyi egyenleteket kapjuk:
' λ = qλ (7) ' ahol λ a Web zerver kizolgáló egyégéhez érkező igények intenzitáa figyelembe véve az eetleg bekövetkező vizaatolát. Jelölje T valamint T a válaz időt PCS haználata eetén, illetve annak hiányában. Boe é Cheng [2] gondolatmentét követve meghatározhatjuk a T valamint T értékeit, nevezeteen: F T = + p + B + λ λ I B F Y + (8) F F + ( p ) + + + + B λ B λ λ5 I B q B F Y + F Y + valamint, T = + F F B ( ) ( P b )( λ +Λ) + + λ +Λ I B q FY + (9) A fenti formulákhoz az alábbi magyarázatot fűzzük. A T válaz idő 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 kizolgálái idő. A képlet máodik tagja annak a I válaz ideje, amikor az igény megtalálható a PCS-en, ahol a Proxy zerver kizolgálái ideje B F, valamint az utazái idő míg a dokumentum kereztül jut a klien B F* Y + hálózatán ( a klien ávzéleége).
A képlet harmadik tagja reprezentálja annak az igénynek a válaz idejét, mely nem található meg a PCS-en. Ez további három rézre bontható. Az elő az egyzeri TCP iniializálához zükége idő, a máodik a Web zervernél töltött idő, ahol a zerver kizolgáló egyégéhez ' λ érkező igények érkezéi intenzitáa λ =. q A harmadik tag harmadik réze, a PCS-hez vizaérkező igények klien felé való továbbítáának az időtartamát reprezentálja. PCS nélkül a modellünk a fentebb tárgyalt eetnek a leegyzerűített változata.. umeriku eredmények A numeriku zámítáokhoz a Boe é Cheng [2] ikkben közölt paraméter értékeket haználtuk: I = I = 0.00 máodper, B = B = 2000 byte, Y = Y = 0.00006 máodper, = = 250 Mbyte/, = 5 Kbit/ é = 28 Kbit/. Az ábrákon a telje válaz időt a belő igények érkezéi intenzitáának függvényében ábrázoltuk. Az öze tárgyalt grafikonon zaggatott vonal jelenti a telje válaz időt PCS létezéekor, míg a ima vonal a PCS nélküli válaz időt mutatja. p= 0., F = 5000, Λ= 00, K = 00 p= 0., F = 5000, Λ= 50, K = 00 2. ábra. ábra A 2. é. Ábra eetén a PCS találati valózínűége 0., a kereett dokumentum mérete 5000 byte míg a Web zerver kapaitáa 00 igény volt. Mint látható, amennyiben a külő érkezéi intenzitá 00 igény/máodper (2. Ábra) úgy a PCS beiktatáa nagyobb válaz időket eredményez. Azonban ha megnöveljük a külő érkezéi intenzitát 50 igény/máodperre (. Ábra) érdekeebb válaz időket kapunk: Ki belő érkezéi intenzitá eetén ( λ < 70 ) a Proxy zerver haználata nagyobb válaz időket eredményez. Vizont ha a belő igények érkezéi intenzitáa nagyobb mint 70 igény/máodper a PCS hazna egyértelművé válik. 5
p= 0.25, F = 5000, Λ = 00, K = 00 p= 0.25, F = 5000, Λ = 50, K = 00. ábra 5. ábra A következő két ábrán (. Ábra, 5. Ábra) minden paramétert változatlanul hagytunk, kivéve a találati valózínűéget, melyet mindkét grafikon eetében 0.25-re emeltünk. Özehaonlítva a 2. é. Ábrákat láthatjuk, hogy a találati valózínűéget növelve ki külő érkezéi intenzitá eetén i minimáli előny mutatkozik PCS haználata eetén. Az 5. Ábrát megvizgálva láthatjuk, hogy nagyobb külő intenzitát é nagyobb találati valózínűéget haználva ( Λ = 50, p=0.25) a PCS jelenléte minden eetben kiebb válazidőt eredményez. Mint ahogyan a numeriku eredményekből látzik annak eldöntée, hogy megéri-e egy Proxy Cahe zervert üzemeltetni nagyban függ az Internetet haználók zokáaitól. Amennyiben a Proxy zervert haználók nagy valózínűéggel akarják ugyanazokat a dokumentumokat letölteni, vagy olyan oldalak iránt érdeklődnek melyek igen leterheltek a PCS haználata zámottevő javulát eredményezhet a válaz idők tekintetében.. Özefoglaló A Boe é Cheng [2] ikkben tárgyalt orbanállái modellt úgy módoítottuk, hogy figyelembe vettük a Web zerverhez érkező azon igényeket i, melyek nem a vizgált Proxy Cahe zerver felől érkeznek, valamint a Web zerver realiztikuabb vizgálata érdekében feltételeztük, hogy a zerver vége kapaitáú. A Proxy Cahe zerver hatékonyágának vizgálatához való paraméterek felhaználáával [2], [] kizámoltuk a válaz időt arra az eetre mikor haználtunk PCS-t illetve arra mikor nem. A numeriku eredmények alapján látzik, hogy annak eldöntée, hogy egy ég vagy intézmény zámára érdeme-e Proxy Cahe zervert üzemeltetni nagyban függ az internetezéi zokáoktól: milyen terheltégű oldalakat látogatnak, milyen gyakoriággal térnek viza ugyanarra a Webhelyre, tb. Általánoágban elmondhatjuk, hogy az érkezéi intenzitát növelve a válaz idők i nőni fognak függetlenül attól, hogy telepítettünk-e PCS-t vagy nem. Abban az eetben, ha a PCS találati valózínűége kii valamint a látogatott Web zerver ki terheltégű egyértelműen látzik, hogy PCS-t haználva nagyobb válaz időket kapunk. (2. Ábra). Még abban az eetben em egyértelmű a PCS haználatának előnye, ha a külő érkezéi intenzitát 50%-al 6
növeltük. Ebben az eetben ha a ég felől érkező igények intenzitáa nagyobb mint 70 igény/máodper, PCS-t haználva kiebb válaz időket kapunk. (. Ábra). Ha nagyobb a találati valózínűég valamit a külő igények érkezéi intenzitáa legalább 50 a Proxy Cahe zerver haználatának előnye egyértelmű. A numeriku eredményeket vizgálva láthatjuk, hogy a külő igények figyelembe vétele nagyban befolyáolja a kapott válaz időket. Ezen igények növeléével a Web zerver terheltége nő ezáltal a PCS haználatának előnye jobban megmutatkozik, főleg akkor amikor a találati valózínűég legalább 0.25. λ Λ F P B B Jelüléek: 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: [] Bolh, G., Greiner, S., de Meer H., Trivedi K.S., Queueing etwork and Markov Chain, John Wiley and Son, ew York, 998 [2] Boe, I., Cheng, H.K., Performane model of a firm proxy ahe erver. Deiion Support Sytem and Eletroni Commere., 29 (2000), 5-57. [] CaheFlow In., CaheFlow White Paper. available from htp://aheflow.om/tehnology/, 999 [] Menae, D.A., Almeida, V.A.F., Capaity Planning for Web Performane: Metri, Model, and Method. Prentie Hall., 998 [5] Slothouber, L.P. A model of Web erver performane. 5th International World Wide Web Conferene, Pari, Frane., 996 7