Разработка методов и алгоритмов для автоматизированного распределения нагрузки производственного кластерного WEB-сервера

• Автор: Зар Ней Лин
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ КЛАСТЕРНЫХ ВЕБ СЕРВЕРОВ

Особенности архитектуры кластерных уеЬсерверов

1 .1.1. Архитектура кластерных систем

1.1.2. Области применения кластерных систем

1.1.3. Преимущества кластерных сЬсерверов.

1.2. Классификация кластерных уеЬсерверов

1.2.1. Классификация но способам маршрутизации

1.2.2. Классификация по способам распределения нагрузки

1.2.3. Классификация по способам кэширования данных
ВЫВОДЫ
2. КОНТЕНТНОЗАВИСИМЫЙ АЛГОРИТМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ДЛЯ КЛАСТЕРНОГО ВЕВСЕРВЕРА
2.1. Анализ алгоритмов распределения нагрузки кластерных v
2.1.1. Общая характеристика алгоритмов распределения нагрузки
2.1.2. Алгоритмы распределения нагрузки четвертого уровня модели
2.1.3. Алгоритмы распределения нагрузки седьмого уровня модели 1
2.2. Разработка контентнозависимого алгоритма распределения нагрузки
2.2.1. Общая характеристика алгоритма.
2.2.2. Формальное описание алгоритма
2.2.3. Анализ сценариев работы алгоритма
2.3. Анализ производительности контентнозависимого алгоритма распределения нагрузки
2.3.1. Аналитическая модель алгоритма.
ВЫВОДЫ
3. ПОДСИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ДЛЯ КЛАСТЕРНОГО
3.1. Структура подсистемы распределения нагрузки
3.1.1. Общая структура
3.1.2. Узел распределения нагрузки ..
3.1.3. Узел предварительного кэширования
3.2. Реализация подсистемы распределения нагрузки на кластере компьютеров
3.2.1. Требования к формальному протоколу для представления
подсистемы распределения нагрузки.
3.2.2. Общие процедуры I Интерфейс передачи сообщения
3.2.3. Реализация подсистемы распределения нагрузки
ВЫВОДЫ
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
4.1. Математический аппарат имитационного моделирования
4.1.1. Сети Петри
4.1.2. Расширенные сети Петри.
4.2. Имитационная модель входной нагрузки
4.2.1. Характеристика входной нагрузки сервера
4.2.2. Имитационная модель входной нагрузки
4.3. Имитационная модель подсистемы распределения нагрузки
4.3.1. Модель диспетчера сервсра.
4.3.2. Модель узла сервера
4.3.3. Результаты имитационных экспериментов.
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Разработана имитационная модель подсистемы распределения нагрузки для кластерного web-сервера на основе математического аппарата расширенных сетей Петри. Результаты работы имитационной модели подтверждают, что разработанный алгоритм обеспечивает повышение произволительности на % по сравнению с алгоритмом WRR и на % по сравнению с алгоритмом LARD. Разработана имитационная модель Интернет-трафика на основе математического аппарата расширенных сетей Петри, которая может быть использована для задания входной нагрузки при имитационном моделировании web-серверов с целью разработки алгоритмов диспетчирования и распределения нагрузки. Предложена методика расчета времени обслуживания для различных категорий ресурсов web-систем. Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных в ходе работы над диссертацией научных результатов подтверждается успешными результатами имитационного моделирования, подтвердившими преимущества предложенных методов и алгоритмов. Практическая ценность работы Применение разработанного алгоритма и подсистемы распределения нагрузки в кластерных информационных системах позволяет: уменьшить время ответа; повысить пропускную способность и доступность информационной системы; увеличить надежность системы в целом. Разработанный алгоритм обеспечивает повышенную отказоустойчивость, производительность и надежность Web-сервера, а также снижение времени ответа кластерного Web-сервера. Разработанный алгоритм даёт выигрыш производительности на % по сравнению с алгоритмом WRR (Weighted Round Robin) и на % по сравнению с алгоритмом LARD (Locality Aware Request Distribution). Фактически, при использовании разработанного алгоритма время ожидания не превышает 2-х секунд, в то время как для алгоритма WRR оно составляет приблизительно 7 секунд, а для алгоритма LARD -приблизительно секунд. Самостоятельное практическое значение имеет разработанная имитационная модель Интернет-трафика, которая может быть использована для задания входной нагрузки при имитационном моделировании web-серверов с целыо разработки алгоритмов диспетчирования и распределения нагрузки. Личный вклад автора. Исследованы архитектуры кластерных web-серверов и проведена их классификация. Разработан контентно-зависимый алгоритм распределения нагрузки кластерного web-сервера. Разработана математическая модель для расчета времени обслуживания предлагаемого алгоритма. Создана программа реализации подсистемы распределения нагрузки на кластере компьютеров. Разработана имитационная модель входной нагрузки web-сервера. Разработана имитационная модель распределения нагрузки для кластерного web-сервера. Внедрение результатов работы. Все работы по реализации и внедрению проводились при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры ИГТОВС Московского государственного института электронной техники. Контентно-зависимый алгоритм распределения нагрузки для кластерного шеЬ-сервера. Формализованное представление входной нагрузки кластерного veb-сервера. Программная реализация алгоритма распределения нагрузки кластерного уеЬ-сервера. Имитационная модель подсистемы распределения нагрузки кластерного veb-cepBepa. Результаты внедрения, экспериментальных исследований и апробация материалов диссертационной работы. Апробация работы и публикации. Международная школа-конференция (по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» с участием молодых ученых, аспирантов и студентов стран-членов СНГ) - Москва, МИЭТ, . Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - ” -Москва, МИЭТ, . Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - ” -Москва, МИЭТ, . XI Московская международная телекоммуникационная конференция студентов и ученых «Молодежь и наука» - Москва, МИФИ, . По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе одна статья в издании, входящем в перечень ВАК. Структура н объем работы.