Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Зар Ней Лин. Разработка методов и алгоритмов для автоматизированного распределения нагрузки производственного кластерного WEB-сервера : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Зар Ней Лин; [Место защиты: Моск. гос. ин-т электронной техники].- Москва, 2009.- 130 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1210

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

1. АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ КЛАСТЕРНЫХ WEB-CEPBEPOB

Особенности архитектуры кластерных web-серверов 12

1.1.1. Архитектура кластерных систем 13

1.1.2. Области применения кластерных систем 15

1.1.3. Преимущества кластерных web-серверов 17

1.2. Классификация кластерных web-серверов 19

1.2.1. Классификация по способам маршрутизации 19

1.2.2. Классификация по способам распределения нагрузки 23

1.2.3. Классификация по способам кэширования данных 26

ВЫВОДЫ 31

2. КОНТЕНТНО-ЗАВИСИМЫИ АЛГОРИТМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ГРУЗКИ ДЛЯ КЛАСТЕРНОГО WEB-CEPBEPA

    1. Анализ алгоритмов распределения нагрузки кластерных web-серверов

2.1.1. Общая характеристика алгоритмов распределения нагрузки—33

2.1.2. Алгоритмы распределения нагрузки четвертого уровня модели OSI 35

2.1.3. Алгоритмы распределения нагрузки седьмого уровня модели OSI 37

    1. Разработка контентно-зависимого алгоритма распределения нагрузки

2.2.1. Общая характеристика алгоритма 39

2.2.2. Формальное описание алгоритма 41

2.2.3. Анализ сценариев работы алгоритма 43

2.3. Анализ производительности контентно-зависимого алгоритма рас пределения нагрузки

2.3.1. Аналитическая модель алгоритма 46

ВЫВОДЫ 50

3. ПОДСИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ДЛЯ КЛАСТЕРНОГО WEB-CEPBEPA

3.1. Структура подсистемы распределения нагрузки 51

3.1.1. Общая структура 51

3.1.2. Узел распределения нагрузки 57

3.1.3. Узел предварительного кэширования 62

3.2. Реализация подсистемы распределения нагрузки на кластере компью теров

3.2.1. Требования к формальному протоколу для представления подсистемы распределения нагрузки 65

3.2.2. Общие процедуры MPI (Интерфейс передачи сообщения)-- 66

>

3.2.3. Реализация подсистемы распределения нагрузки 75

ВЫВОДЫ 78

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ WEB- CEPBEPA НА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

4.1. Математический аппарат имитационного моделирования 79

4.1.1. Сети Петри 81

4.1.2. Расширенные сети Петри 86

4.2. Имитационная модель входной нагрузки

4.2.1. Характеристика входной нагрузки web-сервера 80

4.2.2. Имитационная модель входной нагрузки 88

4.3. Имитационная модель подсистемы распределения нагрузки

4.3.1. Модель диспетчера web-сервера 91

4.3.2. Модель узла web-сервера 92

4.3.3. Результаты имитационных экспериментов 93

ВЫВОДЫ 99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102

ЛИТЕРАТУРА 104

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ИСХОДНЫЙ ТЕКСТ МОДЕЛИ МОДЕЛЬ ДИСПЕТЧЕРА КЛАСТЕРНОГО WEB-CEPBEPA 109

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ИСХОДНЫЙ ТЕКСТ МОДЕЛИ УЗЛА КЛАСТЕРНОГО WEB-СЕРВЕРА 118

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ИСХОДНЫЙ ТЕКСТ ПРОГРАММЫ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМА КЗА ПОДСИСТЕМЫ РАСПРЕДЛЕНИЯ НАГРУЗКИ КЛАСТЕРНОГО WEB-СЕРВЕР А 122

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ИСХОДНЫЙ ТЕКСТ МОДЕЛИ ВХОДНОЙ НАГРУЗКИ ИНТЕРНЕТ-ТРАФИКА 128 

Введение к работе:

Актуальность проблемы. В настоящее время эффективное функционирование любой автоматизированной системы управления производством и, в частности, автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП), возможна только с применением информационных технологий. Это приносит значительные преимущества с точки зрения производительности труда и конкурентоспособности.

В связи с постоянным усложнением задач современного автоматизированного производства весьма актуальной становится задача создания автоматизированных производственных систем с использованием кластерных web-серверов.

Интенсивное развитие сети Интернет ставит проблемы увеличения производительности, надежности и доступности кластерных информационных систем, в том числе кластерных web-серверов. Один из способов решения указанных проблем - применение репликации. Однако использование реплицированных данных требует наличия эффективных алгоритмов и программных средств управления данными, в частности, алгоритмов распределения нагрузки и протоколов распространения обновлений.

Теоретическим исследованиям и разработке фундаментальных основ распределения нагрузки, созданию математического аппарата, моделей и методов для автоматизированного распределения нагрузки в кластерных web-серверах посвящены труды видных ученых R. Mukherjee, G. Banga, V. Cardellini, Е. Casalicchio и многих других.

Однако существующие алгоритмы распределения нагрузки web-сервера обладают рядом недостатков, в частности: низкое быстродействие, низкая интеллектуальность распределения нагрузки, не учитывающая динамические файлы.

В связи с этим актуальной является разработка методов и алгоритмов для автоматизированного распределения нагрузки производственного кластерного web-сервера.

Целью диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов для автоматизированного распределения нагрузки производственного кластерного web-сервера, обеспечивающей повышенную отказоустойчивость, производительность и надежность кластерного web-сервера.

В соответствии с указанной целью в работе решаются следующие задачи:

анализ архитектуры кластерных web-серверов;

разработка контентно-зависимого алгоритма (КЗА) распределения нагрузки;

анализ производительности КЗА распределения нагрузки;

программная реализация подсистемы распределения нагрузки на вычислительном кластере;

имитационное моделирование и экспериментальное исследование показателей функционирования кластерного web-сервера.

Методы исследования. Для решения сформулированных задач использовались методы теории графов, сетей Петри, теории систем массового обслуживания, теории вероятностей, аналитического и имитационного моделирования дискретных систем.

Научная новизна. Разработанные алгоритмы и программные средства учитывают специфику построения информационных систем на кластере компьютеров, а также обеспечивают повышенную отказоустойчивость, производительность и надежность web-сервера. В отличие от большинства существующих, разработанные алгоритмы являются интеллектуальными, поскольку учитывают при распределении нагрузки не только текущее распределение соединений по компьютерам кластера, но и содержание запросов пользователей. Кроме того, разработанные алгоритмы дают выигрыш снижения времени ответа кластерного Web-сервера.

В процессе работы над диссертацией получены следующие новые научные результаты:

  1. Разработан и реализован эффективный интеллектуальный кон-тентно-зависимый алгоритм распределения нагрузки для кластерного web-сервера, учитывающий запросы не только к статическим, но и к динамическим web-страницам.

  2. 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 производительности на 35 % по сравнению с алгоритмом WRR и на 55 % по сравнению с алгоритмом LARD.

  3. 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.

  4. 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 35 % по сравнению с алгоритмом WRR (Weighted Round Robin) и на 55 % 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 20 секунд.

Самостоятельное практическое значение имеет разработанная имитационная модель Интернет-трафика, которая может быть использована для задания входной нагрузки при имитационном моделировании web-серверов с целью разработки алгоритмов диспетчирования и распределения нагрузки.

Личный вклад автора. Все основные результаты диссертационной работы получены лично автором, в частности:

  1. Исследованы архитектуры кластерных web-серверов и проведена их классификация.

  2. Разработан контентно-зависимый алгоритм распределения нагрузки кластерного web-сервера.

  3. Разработана математическая модель для расчета времени

обслуживания предлагаемого алгоритма.

  1. Создана программа реализации подсистемы распределения нагрузки на кластере компьютеров.

  2. Разработана имитационная модель входной нагрузки web-сервера.

  3. 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 ИПОВС Московского государственного института электронной техники.

В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные результаты:

  1. Контентно-зависимый алгоритм распределения нагрузки для кластерного web-сервера.

  2. Формализованное представление входной нагрузки кластерного web-сервера.

  3. Программная реализация алгоритма распределения нагрузки кластерного web-сервера.

  4. Имитационная модель подсистемы распределения нагрузки кластерного web-сервера.

  5. Результаты внедрения, экспериментальных исследований и апробация материалов диссертационной работы.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

  1. Международная школа-конференция (по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» с участием молодых ученых, аспирантов и студентов стран-членов СНГ) - Москва, МИЭТ, 2005.

  2. 13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2006" - Москва, МИЭТ, 2006.

  3. 14-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2007" - Москва, МИЭТ, 2007.

  4. XI Московская международная телекоммуникационная конфе-

ренция студентов и ученых «Молодежь и наука» - Москва, МИФИ, 2008. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе одна статья в издании, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений, содержащих листинги программ и акты о внедрении результатов работы. Общий объем диссертационной работы 129 страниц машинописного текста и 19 рисунков.

Подобные работы
Соболев Олег Серафимович
Разработка и метод алгоритмов сокращения времени обработки данных в файлах прямого доступа (на примере АСУ металлургического предприятия)
Погосян Сурен Сережаевич
Разработка методов и алгоритмов автоматизации исследования многостадийных процессов (на примере сложных химических цепных реакций)
Кучеренко Виктор Иванович
Исследование и разработка методов и алгоритмов автоматизированного управления железнодорожным транспортом предприятий химической промышленности
Раимов Фарит Фатрахманович
Разработка метода и алгоритмов решения задач составления расписаний в подсистемах АСУП
Железняк Николай Павлович
Разработка методов и алгоритмов технического диагностирования стрелочных переводов и электроприводов
Кондраков Олег Викторович
Разработка методов и алгоритмов для системы мониторинга и диспетчеризации промышленных загрязнений воздушного бассейна
Муштонин Андрей Васильевич
Исследование и разработка метода оптимального синтеза трубопроводных нефтепромысловых сетей при проектировании разработки нефтяного месторождения
Татарский Леонид Сергеевич
Исследование и разработка методов построения диалоговой системы телеобработки информации в ИВС ГА
Степанов Андрей Михайлович
Разработка методов и средств динамической объектной репликации для синхронизации распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами
Хисамутдинов Равиль Миргалимович
Разработка методов формообразования производящей поверхности червячных фрез и долбяков

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net