Д.ф-м.н. Байманкулов А.Т., магистрант Бегов А.Ж.

Костанайский государственный университет им. А.Байтурсынова, Казахстан

Методики измерения параметров нагрузки в информационных системах

Измерение параметров трафика сетей передачи данных. В качестве стандартного протокола, как для глобальных, так и для корпоративных сетей на сетевом уровне используется протокол IP. Данный протокол поддерживается всеми без исключения сетевыми операционными системами и является стандартом для взаимодействия с серверами баз данных. Идеология, заложенная в основу сети Internet, ориентирована, прежде всего, на возможность масштабирования и в последнюю очередь на мониторинг за параметрами трафика и контроль качества услуг. Те же недостатки по наследству достались intranet-сетям, которые так же базируются на протоколе IP.

Для IP сетей можно выделить три метода сбора информации о сетевом трафике.

Пассивный метод измерений: при использовании этого метода ведётся запись сетевой активности в каком-либо сегменте сети.

Активный метод измерений: при использовании этого метода через сеть посылается контрольная информация и измеряется время прохождения этой информации. Измерение времени позволяет с некоторой степенью достоверности говорить о других параметрах функционирования сети.

Контрольный мониторинг: при использовании этого метода анализируется информация, собираемая с различных элементов сети (например, информация, собираемая SNMP агентами).

Каждый из методов имеет достоинства и недостатки. Пассивный метод позволяет получить полную картину сетевого трафика в определённой точке сети, однако использование этого метода дает лишь косвенную оценку параметров функционирования сети в целом. Для проведения измерений пассивным методом можно использовать один из следующих продуктов: tcpdump - стандартная для большинства Unix операционных систем утилита, позволяющая делать полную или частичную копию (dump) трафика на данном участке сети (на определённом интерфейсе). Утилита имеет командно-строковое управление и выдает результаты на стандартный вывод. NetXRay - система сетевого мониторинга для ОС Windows. Система имеет удобный графический интерфейс и ориентирована на сбор информации в сетях Ethernet. MS Network Monitor - распределённая система сетевого мониторинга от корпорации Microsoft. К сожалению, ни один из перечисленных пакетов не имеет средств анализа собранных данных. Результатом работы этих программ является файл, содержащий заголовки пакетов, передаваемых по сети в точки мониторинга, время появления пакета и его длина. Обладая этой информацией, несложно рассчитать интенсивность трафика (мат. ожидание и дисперсию) и коэффициент использования данного сегмента сети. Кроме того, на основе этой информации можно выдвинуть гипотезу о характере закона распределения поступающей в сеть нагрузки.

Активный метод позволяет измерить время задержки пакета при его прохождении от точки до точки сети. Недостатком данного метода является то, что во время измерения в сеть вносится дополнительный сетевой трафик, что может повлиять на параметры сети, для которой производится измерение. Говоря об этом методе, прежде всего, имеют в виду использование протокола ICMP - Internet Control Message Protocol. В задачу этого протокола входит передача отклика на эхо-пакет. Для посылки эхо-пакетов используется утилита ping, имеющаяся в любой операционной системе, поддерживающей протокольный стек TCP/IP. Для каждого эхо-пакета, посланного в сеть, ping выводит время задержки при обращении информации по сети (round-trip time RTT). Кроме утилиты ping могут быть использованы другие, в том числе и графические утилиты, выполняющие аналогичные функции.

Контрольный мониторинг позволяет вести запись параметров, описывающих состояние канала или узла сети: объём информации, передаваемый по каналу, количество ошибок в канале, состояние и динамика изменения таблиц маршрутизации. Для сбора этой информации в IP сетях используется протокол SNMP - Simple Network Management Protocol. При использовании этого протокола станция управления периодически опрашивает модули сбора - SNMP агенты считывают информацию из переменных в соответствии с базой управления (MIB). Агенты SNMP могут быть запущены на любом узле сети, маршрутизаторе, рабочей станции или сервере. Станция мониторинга периодически запрашивает у агента значение определённых переменных. Считывая значение переменных, можно по разности значений определить средний коэффициент использования сети, причём интервал усреднения равен как минимум периоду считывания значений. Запрос информации и получение ответа от агента создаёт дополнительный сетевой трафик, что может влиять на измеряемые характеристики. SNMP агенты поставляются разработчиками сетевых устройств и операционных систем. Среди продуктов, предназначенных для SNMP мониторинга, можно назвать свободно распространяемые утилиты scotty и mrtg, способные работать на большинстве Unix систем. Широкое распространение также получило ПО WhatsUP, HP Open View, IBM Enterprise Manager и ряд других коммерческих продуктов. Все перечисленные продукты позволяют осуществлять мониторинг за состоянием переменных на агентах и изображать результаты в виде графиков, в том числе могут быть построены графики загрузки сетевых интерфейсов. Кроме того, значение переменных MIB может быть записано в журнальный файл для последующего анализа.

Таким образом, ни один из перечисленных методов не даёт полной картины о производительности сети, для которой проводятся измерения. Поэтому оптимальным является сочетать все эти методы с аналитическим расчётом.

Мониторинг производительности серверов СУБД. При анализе производительности информационных систем наряду с параметрами сети передачи данных немаловажную роль играют параметры производительности серверов СУБД. Задержка при обслуживании серверами СУБД заявок пользователей зависит (как и в случае других систем массового обслуживания) от параметров потока заявок на обслуживания - запросов пользователей и интенсивности их обслуживания севером СУБД. Однако, в отличие от сетей передачи данных, интенсивность входящей нагрузки может быть оценена исходя их знания логики приложения. Для оценки параметров обслуживания запросов можно рассматривать две методики: измерение параметров потока обслуживания на стороне клиента и измерение на стороне сервера.

В первом случае клиентское программное обеспечение информационной системы должно поддерживать режим отладки, при котором есть возможность журналировать время начала и окончания выполнения запросов. Проводя тестовые испытания системы в монопольном режиме, можно получить оценку для среднего времени обработки запроса и выдвинуть гипотезу о характере распределения потока обслуживания. При этом измерения необходимо осуществлять, подключив рабочее место напрямую к серверу СУБД, чтобы исключить влияние сети передачи данных. Однако полностью исключить влияние конечной производительности сети и рабочей станции всё равно не удаётся, в результате чего измерения получаются недостаточно достоверными. Преимущество данной методики в том, что она может быть использован для любых серверов СУБД.

Второй подход предполагает анализ журнала транзакций собираемого на стороне сервера. К сожалению, не все сервера СУБД имеют возможность вести подобные журналы.

Подвергая статистическому анализу данные трассировки, можно определить: интенсивность обслуживания запросов сервером в целом, интенсивность обслуживания запросов процессором сервера, найти среднее количество записей, обрабатываемых одним запросом. Полученные данные (интенсивность обслуживания запросов) могут быть использованы при поиске решений с помощью моделей. Кроме того, анализируя эти данные, как и в случае анализа трафика сетей передачи данных, можно выдвигать гипотезы о соответствии распределения потока обслуживания заявок сервером какому-либо теоретическому распределению.

Литература:

1. Денисов А.А. Современные проблемы системного анализа: Информационные основы: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2005.

2. Качала В.В. Основы теории систем и системного анализа. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 216 с.

3. Nilsson. .NET Enterprise Design withVisual Basic .NET and SQL Server2000. — Sams, 2002.

4. Душин В.К. Теоретические основы информационных процессов и систем: учебник. - М.: Издат.-торг. Корпорация «Дашков и К», 2009.

5. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. -СПб.: Питер, 2004. - 847 с.