Лекции 2010-го года (1130544), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Задержка на передачу в одном направлении пооптоволоконному каналу будет около 40 мсек. Через 500 мксек. все 64 Кбайт будут вканале, и отправитель будет ждать подтверждения. В результате пропускная способностьканала будет использована на 1,25%! Дело в том, что буфер у получателя надоустанавливать равным произведению пропускной способности канала на величинузадержки.
А на практике он должен быть даже чуть больше. Получатель по какой-топричине может не сразу отреагировать на поступившие данные.6.4.2. Измерение производительности в сетиКогда пользователи сети обнаруживают падение производительности их приложений, ониидут к администратору сети с жалобами. Последний обязан выяснить, что случилось, ипринять необходимые меры. Типичная последовательность действий при исправлениипроизводительности сети такова:1.Измерить надлежащие параметры сети и производительность2.Постараться понять, что происходит3.Изменить один параметрЭти шаги надо повторять до тех пор, пока либо не удастся повысить производительность,либо не станет ясно, что имеющимися ресурсами этого сделать нельзя.Измерения можно проводить в разных местах и разными способами.
Основная идея всехизмерений состоит в том, чтобы запустить какую-то активность и измерить, как долго онапродолжается, какие события ее сопровождают. Измерение длительности и сборинформации о событиях таят много подвохов. Ниже перечислены лишь некоторые из них.• Количество испытаний должно быть достаточно велико.Измерить время доставки одного сегмента TPDU не достаточно. Это надо проделатьмиллионы раз.
Тогда вычисление среднего и дисперсии будет свободно от влиянияслучайных факторов. В курсе математической статистики можно посмотреть, каквыполнять такие вычисления.• Выборка испытаний должна быть представительной.Проводить испытания надо в разное время дня и года. Что толку измерятьпроизводительность сети в университете в августе? Если измерения проводятся с 12 до 14,они опять-таки они не точны. В это время часто уходят на обед.• Надо учитывать разрешающую способность часов.Как правило, таймер машины работает от сети 50 Гц.
Поэтому измерять моментынаступления событий, происходящих чаще, чем через 20 мсек., им нельзя. Однако, еслиизмерить интервал, когда произошло миллион регулярных событий, то, вычислив среднее,мы получим нужное значение.• Ничего неожиданного во время измерений происходить не должно.Необходимо быть уверенным, что измерения происходят при «типичных» нагрузках. Нетединичных всплесков активности, например, лабораторных работ. Нельзя бытьуверенным, что все «тихо» только потому, что измерения происходят в 3 часа утра. Хотябы потому, что программа архивации работает обычно именно по ночам.• Кэш-память может разрушить ваши измерения.Пусть, например, мы хотим измерить время передачи файла. Для этого надо будет егооткрыть, передать, закрыть и измерить общее время. Сделать это надо будет много раз.Однако если файл меньше размера кэш-памяти, то мы будем измерять скорость кэшпамяти, и только первое измерение будет показывать производительность сети.
Чтобыизбежать этого эффекта, надо выбирать файлы достаточно большого размера.Аналогичное влияние может оказывать буферизация. Например, если UDP получаетподтверждение от сетевого уровня, как только сетевой уровень получил пакет, и насетевом уровне есть буфер на 1000 дейтаграмм, то, проведя 999 испытаний, мы получимскорость передачи выше, чем пропускная способность физического канала.• Нужно четко осознавать, что вы измеряете.Когда вы измеряете время чтения удаленного файла, то ваши измерения зависят отсетевой среды, операционных систем клиента и сервера, их сетевых плат, драйверов и т.п.Если вы хотите настроить взаимодействие при конкретной конфигурации, то вашеизмерение имеет смысл. Если эти измерения будут использованы для выбора сетевыхкарт, то собранные таким образом данные не годятся. Например, может оказаться, чтодрайвер, используемый в измеряемой конфигурации, работает отвратительно с выбраннойсетевой платой.• Надо быть очень осторожным при экстраполяции результатов.Проведя измерения при определенной нагрузке, надо быть очень осторожным при ихэкстраполяции.
Во многих случаях предположение о линейной экстраполяции может бытьневерным (рисунок 6-27).Рисунок 6-27. Время отклика как функция от нагрузки6.4.3. Правила, улучшающие производительностьПовышать производительность существующей сети можно лишь в определенныхпределах. Куда большие возможности для этого есть при проектировании сети. Нижеперечислены некоторые правила, сформулированные исключительно на опыте созданиямногих сетей.• Правило 1: Скорость процессора важнее, чем скорость сети.Опыт показал, что накладные расходы на работу операционной системы и стекапротоколов значительно больше, чем накладные расходы при передаче по физическомуканалу.
Теоретически RPC на Ethernet должно занимать не более 102 мксек. На практикередко его удается снизить до 1500 мксек. Основные задержки происходят в системномпрограммном обеспечении.Аналогично, при использовании высокоскоростных каналов важно повысить скоростьдоставки байта до канала и его обработку при получении. Другими словами, удвоивскорость процессора на хосте, можно удвоить пропускную способность сети. Удвоивемкость сети, можно ничего не получить, так как узким местом будет программноеобеспечение хоста.• Правило 2: Понижай число пакетов, чтобы сократить накладные расходыпрограммного обеспечения.При обработке TPDU часть накладных расходов приходится на обработку самого TPDU,например, заголовка пакета, а часть - на обработку байтов TPDU, к примеру, на подсчетконтрольных сумм.
Поэтому, посылая TPDU в 128 байт, мы в 32 раза увеличиваемнакладные расходы, чем если бы мы использовали TPDU в 4 Кбайт.На нижних уровнях большое влияние имеют прерывания, сопровождающие поступлениепакета. В RISC-процессорах они ломают конвейер, вызывают переключение контекста,изменение кэш-памяти и т.д. Заметим, что алгоритмы Нагла и Кларка для «дурацкогоокна» сокращают именно число прерываний.• Правило 3: Минимизируй переключение контекста.Минимизировать переключения контекста удается с помощью специальных процедур,позволяющих накапливать пакеты и сообщения в буферах, прежде чем передавать ихпроцессу более высокого уровня.• Правило 4: Минимизируй число копий.Куда больший ущерб производительности, чем переключение контекста, наноситмножественное копирование одного и того же пакета.
Обычно пакет, принятый сетевыминтерфейсом, буферизуют на сетевой плате, потом в ядре на сетевом уровне, затем вбуфере транспортного уровня и лишь потом в буфере приложения!Хорошая операционная система буферизует пословно. Однако типично операциябуферизации занимает на менее 5 команд на слово. При процессоре с 50 MIPS (миллионовкоманд в секунду) создание трех копий при пяти командах на 32-битовое слово потребует75 нсек.
на байт. Таким образом, максимальная скорость приема данных будет не более107 Мбит/сек. Учитывая обработку заголовков, прерываний, переключение контекстов,получим не более 50 Мбит/сек. Очевидно, что и речи быть не может о работе с такимпроцессором на линии в 1 Гбит/сек.Отметим также, что 50 Мбит/сек. - это скорость без учета обращений в память. С учетомпамяти она будет раза в три меньше, около 16 Мбит/сек.• Правило 5: Увеличение пропускной способности не сократит задержку.Если вам нужна пропускная способность, вы можете купить ее, например, проложив ещеодин кабель. Однако это не сократит задержку при передаче. Это требует улучшенияпрограммного обеспечения стека протоколов, системного программного обеспечения исетевых интерфейсов.• Правило 6: Лучше избегать перегрузок, чем восстанавливаться после них.При перегрузках пакеты теряются, расходуется пропускная способность, возникаютбесполезные задержки и т.п. Восстановление после всего этого требует времени и усилий.Поэтому лучше избегать их.• Правило 7: Избегайте наступления time_out.Таймеры неизбежны в сетях.
Однако использовать их надо очень аккуратно иминимизировать их исчерпание (time_out), поскольку это влечет выполнение специальныхдействий. Поэтому установка таймера требует тщательных измерений, а изменениеначального значения надо делать осторожно и постепенно.6.4.4. Быстрая обработка TPDUВывод из вышесказанного один – основным препятствием для быстрой работы сетиявляется программное обеспечение стека протоколов. Здесь мы рассмотрим некоторыеспособы ускорения работы этого программного обеспечения.Затраты на обработку TPDU делятся на затраты на обработку каждого TPDU и затраты наобработку каждого байта. Оба вида затрат могут и должны быть сокращены. Дляускорения обработки собственно TPDU можно использовать следующую идею.
Основнуюдолю TPDU-сегментов обрабатывают в режиме Established (см. рисунок 6-19). Поэтомуважно максимально ускорить обработку TPDU в этом режиме. Для этого надо уметьбыстро различать этот нормальный случай от остальных специальных, например, разрывасоединения.Рассмотрим пример. Для простоты будем предполагать, что транспортный агентрасположен в ядре операционной системы (см. рисунок 6-28), хотя те же идеи применимыи для других случаев, например, когда транспортный агент является частью прикладногопроцесса или библиотечной функцией. На стороне отправителя прикладной процесс черезпрограммное прерывание передает TPDU транспортному агенту в ядре.
Агент с помощьюпроверок определяет, во-первых, какой случай имеет место: нормальный – отправка TPDUили специальный – разрыв соединения, во-вторых, что оправляется регулярное TPDU, а неспециальное, и в-третьих, что окно получателя имеет достаточный размер. Если всеусловия выполнены, то может быть запущен ускоренный процесс отправки.Рисунок 6-28. Быстрая обработка TDPUВ нормальной ситуации заголовки последовательных TPDU сегментов почти одинаковы.Чтобы воспользоваться преимуществом этого факта, транспортный агент сохраняетпрототип заголовка у себя при запуске процедуры быстрой обработки.
Обычно этоделается максимально быстро на регистровом буфере. Те поля TPDU, которые меняются,переписываются в буфере. Затем указатель на TPDU и указатель на тело данныхпередаются сетевому агенту на сетевой уровень. Там может быть применена та же схема,после чего сетевой агент передаст пакет на канальный уровень.Рассмотрим, как эта идея работает в случае TCP/IP. На рисунке 6-29 (а) показан заголовокTPDU. Светлым тоном выделены поля, которые меняют свои значения от сегмента TPDUк сегменту TPDU.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
