Главная » 2014»Август»30 » Скачать Организация обслуживания запросов в многоуровневой клиент-серверной системе. Тимонин, Андрей Юрьевич бесплатно
11:15 PM
Скачать Организация обслуживания запросов в многоуровневой клиент-серверной системе. Тимонин, Андрей Юрьевич бесплатно
Организация обслуживания запросов в многоуровневой клиент-серверной системе
Диссертация
Автор: Тимонин, Андрей Юрьевич
Название: Организация обслуживания запросов в многоуровневой клиент-серверной системе
Справка: Тимонин, Андрей Юрьевич. Организация обслуживания запросов в многоуровневой клиент-серверной системе : диссертация кандидата технических наук : 05.13.13 Пенза, 1999 160 c. : 61 99-5/1730-1
Объем: 160 стр.
Информация: Пенза, 1999
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ
11 Однопроцессорные ЭВМ
12 Мультипроцессорные ЭВМ и многомашинные вычислительные комплексы
13 Технология «клиент - сервер» как средство повышения эффективности вычислительных комплексов
131 Виды клиент - серверных систем
132 Способы совместного доступа к данным
133 Характерные особенности технологии «клиент - сервер»
134 Проблемы внедрения технологии «клиент - сервер»
135 Вопросы поиска оптимального архитектурного решения рассматриваемых вычислительных комплексов
14 Методы оптимизации клиент - серверных вычислительных комплексов
15 Выводы по главе 1
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ЗАЯВОК В СИСТЕМАХ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР»
21 Определение границ исследования
22 Определение оптимизируемого звена
23 Организация обслуживания в современных ОС
24 Определение специфических черт систем, на основании которых производится оптимизация
25 Изменение выделяемого заданиям кванта как основной способ повышения эффективности ОС
26 Алгоритм предоставления времени заданиям пользователя
27 Определение пределов изменения кванта
28 Оценка величины повышения производительности системы на различных задачах
29 Способы оценки трудоемкости обрабатываемых задач
210 Определение используемого математического аппарата и входных характеристик модели
2101 Теория расписаний
2102 Теория массового обслуживания
211 Построение схемы модели рассматриваемой системы
212 Расчет длительности пребывания заявки в системе
213 Выводы по главе 2
3 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ ЗАЯВОК В СИСТЕМЕ «КЛИЕНТ - СЕРВЕР»
31 Постановка задачи
32 Организация модели рассматриваемой системы
33 Выбор инструментальных средств для проведения имитационного моделирования
34 Определение характеристик рассматриваемых моделей
341 Определение закона и параметров распределения интенсивности входного потока
342 Результаты моделирования систем с увеличенным завершающим квантом времени обслуживания
35 Выводы по главе 3
4 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЮ «КЛИЕНТ - СЕРВЕР»
41 Структура ПО вычислительного комплекса
42 Выбор ПО рассматриваемого вычислительного комплексаЭЗ
421 ПО рабочих станций
422 ПО сервера ЛВС
43 Схема ПО рассматриваемого вычислительного комплекса
431 Модуль взаимодействия с пользователем (клиент)
432 Модуль передачи данных (интерфейс)
433 Модуль переупорядочивания и предварительной обработки запросов (диспетчер)
434 Модуль обработки запросов (сервер)
44 Выводы по главе 4
Введение:
Актуальность темы диссертации. С момента появления в середине нашего века первой электронной вычислительной машины (ЭВМ) и до настоящего времени на первом месте по значимости стоит проблема недостаточной вычислительной мощности аппаратных средств. Несмотря на то, что производительность процессоров увеличивается вдвое в среднем каждые 18 месяцев (т.н. закон Мура), неизбежно появляется новый класс задач, для успешного решения которых требуется еще более быстродействующая аппаратура.
Один из путей решения данной проблемы заключается в разработке многопроцессорных ЭВМ и многомашинных вычислительных комплексов, способных производить как параллельную, так и распределенную обработку данных. Благодаря подходу, основанному на добавлении дополнительных узлов обработки данных, стало возможным многократное увеличение производительности. Однако в этом случае неизбежно возникает проблема равномерного распределения задач между обрабатывающими элементами и, как следствие, равномерной загрузки последних.
Выходом из сложившейся ситуации может служить разработка программного обеспечения (ПО), изначально ориентированного на мультипроцессорные системы и требующая серьезного пересмотра концепций программирования. Примером такого подхода является ориентированный на транспьютерные матрицы язык ОККАМ. С другой стороны, распараллеливание существующих программ без вмешательства человека, средствами операционной системы (ОС), представляется более эволюционным, но не менее трудным путем. Это обусловлено прежде всего относительно малым числом хорошо распараллеливаемых операторов цикла по сравнению с операторами ветвления и передачи управления, которые встречаются в среднем через каждые 6 -7 машинных команд [1].
Как следствие, успешное решение указанных выше проблем напрямую связано с необходимостью длительных исследований, что в значительной степени обусловило высокую цену параллельных ЭВМ. Вот почему в качестве дешевой альтернативы последним рассматриваются объединенные локальной сетью серийные персональные компьютеры (ПК), суммарная мощность процессоров которых не уступает, а в ряде случаев и превосходит суперЭВМ. Показано [2], что если число зависимостей между параллельно выполняемыми ветвями невелико, то целесообразнее использовать многомашинные комплексы, а не мультипроцессорные вычислительные машины. Очевидно, что в случае реализации какого - либо приложения в виде запрашивающего и отвечающего компонентов, соотношение цена/производительность такой системы будет выгодно отличаться от аналогичного показателя мейнфреймов (от англ. mainframe - большая универсальная ЭВМ). Такого рода взаимодействие получило название технологии «клиент - сервер» и является новым перспективным направлением организации обслуживания запросов многих пользователей.
Если рассматривать существующие схемы совместного использования ресурсов, то по сравнению с другими способами («хост - терминал», «рабочие группы», «файл - сервер»), клиент -серверные вычислительные комплексы с точки зрения стоимости, безопасности и эффективности имеют лучшие интегральные характеристики. Как следствие, практически все ведущие производители ПО (Microsoft, IBM, Lotus, Oracle, Sybase и др.) не только поддерживают данную технологию, но и ставят ее во главу угла. Однако неправильно спроектированная или плохо реализованная технология может не только не улучшить, но и значительно снизить производительность всего вычислительного комплекса. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы как детального изучения данного подхода, так и его всесторонней оптимизации.
Установлено [3], что наилучшими характеристиками обладают многоуровневые комплексы, в состав которых, помимо запрашивающего и отвечающего компонентов, входит промежуточное звено, получившее название генератора транзакций. Поскольку в функции последнего входит прием и предварительная обработка заявок от многих пользователей, выполняющих однотипную работу, обрабатываемые данным узлом задачи характеризуются более или менее одинаковым временем выполнения. Кроме того, абсолютное значение указанной величины относительно невелико - для обслуживания такого рода заданий в большинстве случаев достаточно 10-15 переключений контекста ОС. При каждом таком переключении заявка деактивизируется и ставится в общую очередь, причем в традиционных вытесняющих ОС (UNIX, Microsoft Windows NT, OpenVMS и др.) это происходит по истечении определенного интервала времени - кванта, независимо от того, сколько времени осталось до конца обслуживания данного запроса. Очевидно, что если это время значительно (более чем в 2 раза) меньше кванта, то было бы логично не ставить заявку в общую очередь, а обрабатывать ее до конца. Тем самым можно получить значительный выигрыш не только за счет уменьшенного на единицу количества ожиданий обслуживания, но и избежав двух дополнительных переключений контекста, каждый из которых составляет около 15-20% от величины кванта.
При такого рода модификации алгоритма обработки заявок возникает проблема определения номера кванта, который будет считаться последним и длительность которого требуется увеличить.
Однако в связи с тем, что поступающие на обслуживание запросы характеризуются более или менее одинаковой длительностью, возможна адаптация исходного алгоритма на основании собранных статистических данных о времени выполнения типичных задач. Кроме того, можно воспользоваться результатами формального решения, предложенного в [4].
Не менее важным представляется вопрос о величине приращения последнего кванта. В случае его неконтролируемого увеличения происходит рост среднего времени обслуживания запроса, что отрицательно сказывается на характеристиках всей системы в целом. В связи с этим рассматриваемую величину представляется целесообразным ограничивать.
Предметом исследования в данной работе являются вопросы организации обслуживания заявок в многоуровневых клиент -серверных системах.
Цель работы состоит в разработке нового способа повышения производительности многоуровневых клиент - серверных вычислительных комплексов путем улучшения алгоритма обслуживания заявок пользователей.
Основные задачи исследования заключаются:
• в определении особенностей организации обработки заявок в клиент - серверных системах и разработке на их основе нового алгоритма обслуживания;
• в получении формальных зависимостей для величин максимально возможной интенсивности запросов пользователей и прироста производительности рассматриваемых систем;
• в разработке имитационной модели многоуровневых клиент -серверных вычислительных комплексов и экспериментальной проверке математически полученных результатов.
Методы исследования. При выполнении работы использовались математический аппарат теории массового обслуживания и имитационное моделирование на ЭВМ.
Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:
1. Предложен новый алгоритм обработки запросов, позволяющий сократить время пребывания требования в системе;
2. Получены формальные зависимости предельно допустимой интенсивности входных заявок для вытесняющих операционных систем, что дает возможность рассчитывать требуемую производительность сервера и, как следствие, осуществлять обоснованный выбор аппаратных средств;
3. Получены формулы оценки времени ожидания заявки в очереди в зависимости от увеличения длительности последнего кванта, что позволяет определить границы его изменения и минимизировать время обслуживания каждого из запросов.
На защиту выносятся:
• адаптированный к применению в составе многоуровневых клиент - серверных систем алгоритм обслуживания запросов пользователей;
• формальные зависимости расчета предельно допустимой интенсивности входных заявок и времени ожидания запросов в очереди, имеющие место при использовании вышеуказанного алгоритма.
• математическая и имитационная модели многоуровневых клиент - серверных вычислительных систем;
Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:
1. Применение предложенного в исследовании алгоритма позволяет увеличить эффективность функционирования вычислительных комплексов, построенных по технологии клиент -сервер;
2. Предложена схема ПО вычислительного комплекса, обеспечивающая практически полную независимость от используемых аппаратной и программной платформ рабочих мест клиентов;
3. Получена возможность осуществления обоснованного выбора аппаратного обеспечения генератора транзакций в составе многоуровневых клиент - серверных вычислительных систем, что позволяет продлить срок эксплуатации морально устаревшего оборудования.
Реализация и внедрение. Результаты исследования были реализованы в ходе работ по созданию автоматизированной банковской системы (АБС) «Тарханы» в акционерном коммерческом банке (АКБ) «Тарханы».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
• на второй и третьей Международных научно - технических конференциях «Новые информационные технологии и системы» (г. Пенза, 1996 и 1998 г.);
• на Международной методической конференции «Университетское образование в условиях формирования рыночных отношений» (г. Пенза, 1997 г.);
• на первой межрегиональной научно - методической конференции «Новые компьютерные технологии обучения в региональной инфраструктуре» (г. Пенза, 1998 г.);
• на второй и пятой Международных научно - методических конференциях «Педагогический менеджмент и прогрессивные технологии в образовании», (г. Пенза, 1996 и 1998 гг.).
Публикации. По основным результатам исследований опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений общим объемом 160 страниц, содержит список литературы из 108 названий.
