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Um sistema servidor web distribuído com provisão de QoS ... · PDF file de QoS absoluta e relativa Edwin Luis Choquehuanca Mamani Orientador: Prof. Dr. Francisco José Monaco Dissertação

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  • Um sistema servidor web distribudo com proviso de QoS absoluta e relativa

    Edwin Luis Choquehuanca Mamani

  • Um sistema servidor web distribudo com proviso de QoS absoluta e relativa

    Edwin Luis Choquehuanca Mamani

    Orientador: Prof. Dr. Francisco Jos Monaco

    Dissertao apresentada ao Instituto de Cincias Matemticas e de Computao - ICMC, USP, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Mestre em Cincias de Computao e Matemtica Computacional.

    USP - So Carlos Dezembro/2010

    SERVIO DE PS-GRADUAO DO ICMC-USP

    Data de Depsito:

    Assinatura:________________________

    ______

  • A minha querida me, sem ela nada seria na vida.

  • Agradecimentos

    Agradeo, primeiramente, a Deus. Ele, que nunca me deixa s.

    A Universidade de So Paulo, USP - Campus de So Carlos, pela oportunidade derealizar o curso de Ps-Graduao.

    Aos meus pais, Eduarda e Jos, em especial a minha me pelo apoio incondicionalem todas as horas.

    Ao meu irmo Orlando e minha irm Alicia, que preocupam-se sempre com o meubem estar e pelo apoio na minha formao.

    Aos meus amigos, Juliano, Haline, Manuel, Yone, Eli, Rosangela, Elisangela, Oscar,Teresa, Daniel e todo o pessoal do Salo do Reino. Pela companhia e pelos conselhos nosmomentos difceis.

    Ao meu orientador e amigo, Monaco, pela dedicao ao me orientar. A todos meuscolegas e amigos do LaSDPC, que no vou citar os nomes porque so muitos, e todosigualmente especiais, pela dedicao e ajuda.

    Aos professores Marcos, Regina, Kalinka, Sarita, Paulo e Edson pela promoodos eventos do grupo de Sistemas Distribudos e Programao Concorrente (SDPC).

    Aos funcionrios do ICMC-USP, em especial aos funcionrios da secretria da Ps-Graduao, pelo convvio amigo e descontrado, e pela disposio em sempre atender bem.

    A CAPES (Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior), peloapoio financeiro.

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  • Resumo

    Este trabalho de pesquisa apresenta um prottipo de servidor Web distribudo com dife-renciao de servios baseado em QoS relativa e absoluta. So implementados e compa-rados diferentes algoritmos de escalonamento. Um dos algoritmos avaliados o EBS. Oobjetivo transpor a teoria da poltica para o mundo real, e comparar o seu comporta-mento com os resultados das simulaes, utilizando o tempo de resposta como medida dedesempenho. Alm do EBS, outros algoritmos so avaliados, tais como, Round-Roubin eWeighted Round Robin.

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  • Abstract

    This work presents a prototype of a distributed Web server with service differentiationbased on relative and absolute QoS. Are compared different schedule algorithms. One ofthe policies to be evaluated is the EBS. The goal is to implement the policy theory to thereal world, comparing their behavior with the simulation results, using the response timeas a performance measure. In addition to the EBS, others policies are evaluated, such asRound-Roubin and Weight Round Robin.

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  • vi

  • Contedo

    1 Introduo 11.1 Consideraes Iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Motivao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 Organizao do Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

    2 A Internet e a Web 52.1 Consideraes Iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 A Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    2.2.1 Modelo de Referncia TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.3 A World Wide Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    2.3.1 Descrio geral do HTTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3.1.1 Conexo Persistente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    2.4 Servidor Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.4.1 Modelos de Atendimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.4.2 Servidor Proxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4.3 Lista de Servidores Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    2.5 Consideraes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

    3 Servios Diferenciados e Tempo Real 193.1 Consideraes Iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.2 Conceitos Bsicos de QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    3.2.1 QoS em Nvel de Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.3 QoS em Nvel de Aplicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

    3.3.1 QoS Relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.3.2 QoS Absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

    3.4 Sistemas de Tempo Real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

    vii

  • CONTEDO CONTEDO

    3.4.1 Sistemas Hard-RT e Soft-RT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.4.2 Restries Temporais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

    3.5 Algoritmos de Escalonamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.5.1 Algoritmos de fila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.5.2 Algoritmos de distribuio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

    3.6 Consideraes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

    4 Servidor Proxy com Diferenciao de Servios (JProxyQoS) 334.1 Consideraes Iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.2 Arquitetura do Prottipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

    4.2.1 Classificador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.2.2 Controle de Admisso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.3 Distribuidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

    4.3 Modelagem do prottipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.3.1 Diagramas de Caso de Uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.3.2 Diagramas de classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

    4.4 Consideraes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

    5 Resultados Experimentais 475.1 Consideraes Iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2 Avaliao de desempenho do prottipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

    5.2.1 Configurao do Ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.2.2 Planejamento dos Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.2.3 Carga de trabalho sinttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

    5.3 Validao do modelo Web utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.4 Anlise dos Resultados dos Algoritmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

    5.4.1 Algoritmos do Mdulo Distribuidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.4.1.1 RR e WRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.4.1.2 RR e WRR com carga externa . . . . . . . . . . . . . . . 555.4.1.3 Tempo de resposta RR e WRR . . . . . . . . . . . . . . . 56

    5.4.2 Algoritmos do mdulo Controle de Admisso . . . . . . . . . . . . . 575.4.2.1 EBS 50% A e 50% B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.4.2.2 EBS 10% A e 90% B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.4.2.3 SJF e EBS 90% A e 10% B . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

    5.5 Consideraes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

    6 Concluso 636.1 Consideraes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636.2 Principais Resultados e Contribuies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646.3 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

    viii

  • CONTEDO CONTEDO

    Referncias Bibliogrficas 67

    ix

  • CONTEDO CONTEDO

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  • Lista de Figuras

    2.1 Requisio HTTP (Kurose e Ross, 2006). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2 Resposta HTTP (Kurose e Ross, 2006). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3 Uma transao HTTP utilizando o mtodo GET (Kurose e Ross, 2006). . . . . . 142.4 Um processo por cada requisio (Callaway, 2001). . . . . . . . . . . . . . . . . 152.5 Um processo usa vrios threads para resolver as requisies (Callaway, 2001). . 152.6 O processo dispatcher repassa a requisio ao servidor Web (Callaway, 2001). . 16

    3.1 Ilustrao do Funcionamento de Sinalizao do RSVP (Zhao et al., 2000). . . . 203.2 Ilustrao das Restries Temporais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.3 Exemplo da Utilizao do Algoritmo de Escalonamento FIFO. . . . . . . . 283.4 Exemplo da Utilizao do Algoritmo de Escalonamento SJF. . . . . . . . . 28

    4.1 Viso geral da arquitetura do prottipo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.2 Arquitetura do prottipo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.3 Mdulo de classificao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.4 Mdulo de controle de admisso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.5 Mdulo de controle de admisso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.6 Diagrama de casos de uso nvel 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.7 Diagrama do Classificador e Pool de threads. . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.8 Diagrama do Controle de Admisso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.9 Diagrama do Distribuidor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.10 Diagrama do monitor dos usurios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    5.1 Configurao do hardware das mquinas envolvidas no experimento. . . . . 485.2 Comportamento dos nveis de requisies na aplicao Web. . . . . . . . . 525.3 Tempos de