Математическое моделирование производительности файловых систем

• Автор: Нижник, Екатерина Игоревна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные обозначения и сокращения

Введение.

Глава 1. Обзор моделей оценки производительности файловых систем

1.1. Типы нагрузок

1.2. Пакеты тестирования.

1.2.1.
1.2.2.
1.2.3. I
1.2.4. .

1.2.5. Другие

1.3. Резюме
Глава 2. Общая методика моделирования производительности файловых систем
2.1. Постановка задачи.
2.2. Модель для нагрузки сервера.
2.2.1. Файловый кэш
2.2.2. Нагрузка сервера со статическим содержимым
2.3. Требования к модели.
Глава 3. Низкоуровневое моделирование производительности
3.1. Технология
3.2. Чтение
3.2.1. Модель двух хранилищ.
3.2.2. Фрагментация
3.2.3. Множественная регрессия.
3.3. Запись
3.4. Обработка метаданных
3.5. Проверка результатов
3.6. Практическое применение.
Заключение.
Благодарности
Список литературы


Многочисленные исследования показали, что оценку быстродействия файловых систем необходимо осуществлять в контексте нагрузок, генерируемых приложениями [Нижник и др. С. -3]. Под термином «нагрузка» обычно понимается способ обращения к данным, который использует та или иная программа. Большинство существующих инструментов тестирования файловых систем имеет узкую специализацию, т. Кроме того, практически все эти инструменты предполагают непосредственное тестирование интересующих пользователя нагрузок. Однако с точки зрения минимизации затрачиваемого времени и ресурсов (как программных, так и аппаратных) более важной является задача прогнозирования производительности. Решение этой задачи позволило бы оценивать быстродействие той или иной файловой системы на основе предварительно выведенной зависимости характеристики производительности от параметров нагрузки и тем самым ускорить процесс планирования вычислительной нагрузки в центрах данных предприятий. Целью настоящей работы является разработка методики создания моделей, предназначенных для прогнозирования производительности файловых систем при произвольных нагрузках. В главе 1 содержится обзор основных исследований, посвященных различным типам нагрузок. В главе 2 формулируется постановка задачи, предлагается общая методика ее решения, а также приводятся результаты применения методики для создания «высокоуровневой» (уровня пользовательских приложений) математической модели прогнозирования производительности файловой системы NTFS при нагрузке, генерируемой web-сервером. Глава 3 посвящена «низкоуровневому» (уровня драйвера файловой системы) моделированию производительности NTFS при нагрузках чтения, записи и обработки метаданных. Также в этой главе приводятся результаты практических экспериментов, подтверждающие состоятельность модели, а также описываются примеры ее практического применения. ГЛАВА 1. Доступ к внешним устройствам хранения данных (например, к жестким дискам) осуществляется значительно медленнее, чем к оперативной памяти. Поэтому одна из главных задач файловой системы состоит в том, чтобы скрыть этот недостаток при помощи таких технологий как кэширование (cache), опережающее чтение (speculative read), отложенная запись (lazy write) и др. Таненбаум, ] Даже для выполнения синхронных запросов создатели файловых систем стараются минимизировать задержки путем расположения связанных данных в одной области диска. Эта и другие оптимизации базируются на предположениях о способах доступа к данным пользовательских приложений. К примеру, web-серверы часто обращаются к произвольным файлам небольшого размера, в то время как серверы потокового видео последовательно считывают большие файлы. Разные способы доступа к данным или, другими словами, разные типы нагрузок, создаваемых приложениями, требуют разных оптимизаций файловой системы. Многие исследователи проводили анализ типов нагрузок, генерируемых приложениями в различных вычислительных средах. Некоторые пытались сделать обобщение касательно какого-то одного типа нагрузки; другие сравнивали нагрузки, создаваемые разными классами приложений; третьи исследовали типы нагрузок на файловые системы в разных операционных средах (например, Windows NT и UNIX); четвертые акцентировали внимание на изменении нагрузок во времени. Все эти исследования подтвердили необходимость тестирования, отражающего специфику конкретного применения. Кроме того, она также должна адаптироваться к изменениям нагрузки, возникающим с течением времени. Приведем обзор публикаций по основным исследованиям, касающимся классификации типов нагрузок на файловую систему. К.К. Рамакришнан и его коллеги в году изучали модели доступа к файлам в коммерческих вычислительных средах, используя платформу УАХ/УМ5 [КашаЫБЙпап а а1. Авторам удалось обнаружить существенные отличия между этими типами нагрузок. Таким образом, Рамакришнан и его коллеги выяснили, что, не смотря на схожесть во многих характеристиках доступа к файлам, среди исследуемых типов нагрузок сильно выделялась обработка транзакций.