Measurement-based modeling of distributed systems [Elektronische Ressource] = Meßbasierte Modellierung verteilter Systeme / vorgelegt von Kai-Steffen Jens Hielscher

De
Measurement-Based Modeling ofDistributed SystemsMeßbasierteModellierungverteilterSystemeDerTechnischenFakultätderUniversitätErlangen-NürnbergzurErlangungdesGradesDOKTOR-INGENIEURvorgelegtvonKai-SteffenJensHielscherErlangen-2008AlsDissertationgenehmigtvonderTechnischenFakultätderUniversitätErlangen-NürnbergTagderEinreichung: 12.März2008TagderPromotion: 21.April2008Dekan: Prof.Dr.-Ing.habil.JohannesHuberBerichterstatter: Prof.Dr.-Ing.ReinhardGermanProf.Dr.-Ing.WolfgangSchröder-PreikschatContentsList of Figures 7List of Tables 9Abstract 11Zusammenfassung 151 Introduction 192 Related Work 23 . Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?? . TimeSynchronization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?ƒ . InputModeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢ .ƒ PerformanceEvaluationofWebServers . . . . . . . . . . . . . . . ¢3 The Web Cluster Laboratory 27 . eLinuxVirtualServerSystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?? . HardwareSetup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??4 Measurement Concepts 33ƒ. ComputerClocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??ƒ. ClockErrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??ƒ. . Classi cationintheFrequencyDomain. . . . . . . . . . . ƒ ƒ. . Classi cationintheTimeDomain. . . . . . . . . . . . . . ƒ?ƒ. ReferenceClocks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?ƒ. .
Publié le : mardi 1 janvier 2008
Lecture(s) : 11
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Nombre de pages : 157
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Measurement-Based Modeling of
Distributed Systems
MeßbasierteModellierungverteilter
Systeme
DerTechnischenFakultätder
UniversitätErlangen-Nürnberg
zurErlangungdesGrades
DOKTOR-INGENIEUR
vorgelegtvon
Kai-SteffenJensHielscher
Erlangen-2008AlsDissertationgenehmigtvon
derTechnischenFakultätder
UniversitätErlangen-Nürnberg
TagderEinreichung: 12.März2008
TagderPromotion: 21.April2008
Dekan: Prof.Dr.-Ing.habil.JohannesHuber
Berichterstatter: Prof.Dr.-Ing.ReinhardGerman
Prof.Dr.-Ing.WolfgangSchröder-PreikschatContents
List of Figures 7
List of Tables 9
Abstract 11
Zusammenfassung 15
1 Introduction 19
2 Related Work 23
. Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. TimeSynchronization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?ƒ
. InputModeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢
.ƒ PerformanceEvaluationofWebServers . . . . . . . . . . . . . . . ¢
3 The Web Cluster Laboratory 27
. eLinuxVirtualServerSystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. HardwareSetup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
4 Measurement Concepts 33
ƒ. ComputerClocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
ƒ. ClockErrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
ƒ. . Classi cationintheFrequencyDomain. . . . . . . . . . . ƒ
ƒ. . Classi cationintheTimeDomain. . . . . . . . . . . . . . ƒ?
ƒ. ReferenceClocks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?
ƒ. . NTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?
ƒ. . TimeSources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢ƒ
ƒ. . ePPSAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢¢
?Contents
5 Dedicated Measurement Infrastructure 59
¢. PPSPulseLatency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. . EchoFeedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?¢
¢. O ineSynchronization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. . IPStackInstrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. . WebServerInstrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. . LoadGeneratorInstrumentation. . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. .ƒ ApplicationServerInstrumentation . . . . . . . . . . . . . ??
¢. .¢ SummaryPerformanceData . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢.ƒ AnalysisoftheTraces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢.¢ ExampleMeasurementResults. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
6 Advanced Input Modeling 91
. TracesandEmpiricalDistributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. OutlierValues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?ƒ
. Autocorrelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢
.ƒ StandardeoreticalDistributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
.¢ MultimodalDistributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. MultimodalDistributionswithPhases . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. BézierDistributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??¢
. ANewModelforAutocorrelatedData . . . . . . . . . . . . . . . . ???
7 Simulation Model 117
?. ModelStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . RFC??? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . RFC????. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . RFC????. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??ƒ
?. .ƒ RFC ¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢
?. .¢ RFC???? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. Client . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.ƒ NetworkChannels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.¢ LoadBalancer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
ƒContents
?. Servers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. . SystemProcesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??ƒ
?. . Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??¢
?. UtilityClassesandExecutionControl. . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
8 Conclusions and Future Work 143
Bibliography 147
¢Contents
?List of Figures
. DistributedWebServerArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. LoadBalancingviaNAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
ƒ. HardwareMonitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?¢
ƒ. So?wareMonitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
ƒ. HybridMonitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
ƒ.ƒ LatenciesforReadingtheTime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
ƒ.¢ FrequencyChangeswithTemperature . . . . . . . . . . . . . . . . ƒ?
ƒ. FrequencyVariation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ƒ?
ƒ. FrequencyDistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ƒ
ƒ. PhaseErrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ƒƒ
ƒ. UDPDelays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ƒ¢
ƒ. Power-LawSpectralDensities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ƒ?
ƒ. AllanDeviation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?
ƒ. NTPTimeTransfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?
ƒ. ? NTPArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢ƒ
ƒ. ƒ NTPandthePPSAPI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?
¢. DetailofUDPDelays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. SynchronizationSystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. InterruptLatencies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?¢
¢.ƒ ExternalClock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢.¢ TimeDeviation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. O ineSynchronization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. IPStackInstrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?¢
¢. ApplicationServerInstrumentationArchitecture . . . . . . . . . . ??
¢. IllustrationofDelaysintheObjectSystem. . . . . . . . . . . . . . ??
¢. TracePlotofMeasuredDelays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. TracePlotsofIndividualDelays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
?ListofFigures
¢. DelayComponentsforRequests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
¢. ? SummaryStatisticstheDelays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. HistogramsofObservedDelays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. CorrelationPlots(lag≤¢ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
. CorrelationPlots(lag≤ƒ ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
.ƒ TracePlotsSortedbyRealServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??
.¢ DistributionComparisonforDelay?? . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. DistributionComparisonforDelay? . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. StateChartforPhaseTransitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??ƒ
. DistributionComparisonforDelay?? . . . . . . . . . . . . . . . . ??¢
. ScreenshotofPRIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. DistributionComparisonforDelay?? . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. HistogramH oftheDeltasforDelay¢. . . . . . . . . . . . . . . . ???o
. TracePlotofDelay¢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. ? DeltaovertheValuesofDelay¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. ƒ DHistogramofDelta¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. ¢ WeightingAreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. WeightingFactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ??ƒ
. ? OriginalandWeightedHistogramforDelta¢ . . . . . . . . . . . . ??ƒ
. DistributionComparisonforDelay¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . ??¢
?. ConceptualModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. ModelofaTCPSegment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?.ƒ CentralTCPStateChartreceive_packet . . . . . . . . . . . ???
?.¢ StructureoftheClientObject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. ConceptualModeloftheNetworkChannels. . . . . . . . . . . . . ???
?. ServerModelandEmbeddedObjects. . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. GraphicalComparisonoftheResults . . . . . . . . . . . . . . . . . ?ƒ?
?List of Tables
ƒ. SlopeCharacteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¢?
¢. QuantileSummaryforDelaysinMicroseconds . . . . . . . . . . . ?¢
. FittedStandardeoreticalDistributions . . . . . . . . . . . . . . ???
. FittedMultimodalDistributions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
. FittedMultimodalDistributionswithPhases . . . . . . . . . . . . ??ƒ
?. CoreSimulationParameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ???
?. QuantileComparisonsinMilliseconds . . . . . . . . . . . . . . . . ?ƒ?
?. CPULoadComparison. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?ƒ?
?ListofTables
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