Propuestas arquitectónicas para servidores web distribuidos con réplicas parciales (página 2)
Enviado por Pablo Turmero
13 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Adaptación de arquitecturas Propuesta arquitectónica Algoritmos de replicación Políticas de asignación de peticiones Evaluación Conclusiones
14 Adaptación de las arquitecturas existentes a la replicación parcial
Sistemas Web basados en cluster.
Clusters Web virtuales.
Sistemas Web distribuidos.
15 Sistemas Web basados en cluster Replicación parcial Asignación dinámica
16 Cluster Web: flujo de peticiones Bidireccional Unidireccional
17 Sistema Web basado en cluster Switch Web: Nodo central encargado de coordinación.
Solamente son admisibles políticas basadas en servicio de directorio.
El Switch Web supone un punto único de fallo ? limitación de fiabilidad.
El Switch Web único supone un cuello de botella en el procesamiento de peticiones ? limitación de rendimiento.
18 Adaptación de las arquitecturas existentes a la replicación parcial Sistemas Web basados en cluster.
Clusters Web virtuales.
Sistemas Web distribuidos.
19 Clusters Web virtuales Todas las peticiones llegan a todos los nodos. Cada nodo descarta las peticiones que no le corresponden.
Cada elemento puede estar alojado en un subconjunto distinto de nodos servidores. No es posible utilizar una función hash general que opere exclusivamente sobre dirección y puerto de origen.
20 Clusters Web virtuales Necesidad de familia de funciones hash. Una función por cada elemento. Cada función con un conjunto distinto de posibles resultados.
Necesidad de un mecanismo de selección.
Complejo aplicar la idea a replicación parcial. Dificultad de diseño de funciones hash. Dificultad en selección de función hash.
21 Adaptación de las arquitecturas existentes a la replicación parcial Sistemas Web basados en cluster.
Clusters Web virtuales.
Sistemas Web distribuidos.
22 Sistemas Web distribuidos Redirección de peticiones de elementos no alojados en nodo destino a otro nodo que efectivamente contiene el elemento.
Adaptación dinámica. No existe un elemento central. Basada en negociación entre nodos.
23 Ventajas / Inconvenientes Cluster Web
Ventajas Escalabilidad. Seguridad. Inconvenientes Modificación del SO. Punto único de fallo. Sistema Web distribuido
Ventajas No hay punto único de fallo. Inconvenientes Escalabilidad (dir. IP). Seguridad (IP pública).
24 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Adaptación de arquitecturas Propuesta arquitectónica Algoritmos de replicación Políticas de asignación de peticiones Evaluación Conclusiones
25 Propuesta: Cluster Web con switch distribuido Incorpora varios switches Web para mejorar la fiabilidad.
Dos niveles de distribución de peticiones. Entre switches. Entre nodos.
26 Cluster Web con switch distribuido
27 Procesamiento de una petición (Gp:) 1 Consulta DNS
(Gp:) 2 Respuesta DNS
(Gp:) 3 Petición HTTP
(Gp:) 4 Redirección
(Gp:) 5 Petición HTTP
(Gp:) 6 Petición HTTP
(Gp:) 8 Respuesta HTTP
(Gp:) 7 Redirección HTTP
28 Asignación dinámica de réplicas (Gp:) Estado
(Gp:) Estado
(Gp:) Equilibrio
(Gp:) Estado
(Gp:) Estado
(Gp:) Intercambios
29 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Adaptación de arquitecturas Propuesta arquitectónica Algoritmos de replicación Políticas de asignación de peticiones Evaluación Conclusiones
30 Representación del problema Sitio Web ? Conjunto de elementos. E = {e1, e2, … , eN}
Servidor ? Conjunto de nodos. S = {s1, s2, … , sM}
Matriz de asignación: Representa la asignación de elementos a nodos servidores.
31 Algoritmos propuestos Asignación cíclica inicial. Almacenamiento homogéneo. Alto solape de elementos en nodos.
Asignación cíclica final. Almacenamiento homogéneo. Menor solape de elementos en nodos.
Asignación no equitativa. Almacenamiento heterogéneo. Considera frecuencias de acceso.
32 Asignación cíclica inicial F1 F2 F4 F3 F5 3 réplicas por elemento
33 Asignación cíclica final F1 F2 F4 F3 F5 3 réplicas por elemento
34 Asignación no equitativa Asigna un número de réplicas distinto a cada elemento.
Basado en probabilidades de acceso a los elementos (p. ej. Zipf).
Tiene en cuenta las restricciones de tamaño.
Compatible con capacidades de almacenamiento heterogéneas.
35 Número de réplicas Determinación del número de réplicas como cuota de espacio dividido por tamaño. Ajuste del número de réplicas a un número entero entre 1 y M.
36 Algoritmo de asignación de réplicas Realiza una asignación voraz de réplicas, asignando primero los elementos de mayor tamaño.
Si en algún momento se viola una restricción de capacidad, se reduce el número de réplicas de un elemento.
37 Asignación no equitativa Tamaño 2000 7000 190000 20000 22000 Probabilidad 0,4380 0,2190 0,0876 0,1460 0,1094 Volumen = 480000 Servidores = 5 r 105,11 15,02 0,22 3,50 2,39 r* 5 5 1 3 2 200000 150000 50000 40000 40000
38 40000 20000 13000 11000 40000 20000 13000 11000 50000 28000 21000 19000 150000 128000 108000 101000 99000 200000 3000 1000 10000 Asignación no equitativa r=1 r=2 r=3 r=5 r=5 t=190000 t=22000 t=20000 t=7000 t=2000
39 Asignación dinámica de réplicas Determinación del vector de probabilidades. Mediante frecuencia de peticiones (estadísticas de actividad pasada).
Condición de reasignación. Basada en distancia entre vectores de probabilidad.
40 Registro de la frecuencia de peticiones Sistema Web basado en cluster. Recogida centralizada en el switch.
Sistema Web distribuido. Recogida en cada nodo. Fusión de la información en todos los nodos.
Cluster Web con switch distribuido. Recogida en cada switch. Fusión de la información en switch primario.
41 Distancia entre dos momentos como cantidad de réplicas a modificar.
Redistribución cuando distancia rebasa umbral.
Reasignación de réplicas (Gp:) Umbral
42 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Adaptación de arquitecturas Propuesta arquitectónica Algoritmos de replicación Políticas de asignación de peticiones Evaluación Conclusiones
43 Adaptación de políticas Las políticas de asignación existentes no pueden utilizarse sin ser modificadas: Es necesario tener en cuenta la replicación parcial de los elementos.
Servicio de directorio basado en formalización de URL y tablas hash multinivel.
44 Políticas adaptadas Asignación estática (Round-Robin).
Asignación al nodo menos cargado.
LARD (Locality Aware Request Distribution).
45 Asignación estática circular 1 2 4 2
46 Asignación al nodo menos cargado c=0,8 c=0,7 c=0,3 c=0,7 c=0,6 c=0,3 c=0,5 c=0,6 c=0,6 c=0,3 c=0,2 c=0,1 c=0,8 c=0,8 c=0,8 3 3 2 2 2 1 5 1 5
47 LARD c=0,8 c=0,7 c=0,3 c=0,7 c=0,6 3 3 2 2 1 c=0,3 c=0,5 c=0,6 c=0,6 c=0,3 3 5 Cmax = 0,7 3 5 3 c=0,2 c=0,6 c=0,8 c=0,8 c=0,8 2 1 5
48 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Evaluación Rendimiento Capacidad de almacenamiento Fiabilidad Conclusiones
49 Rendimiento Evaluación por simulación. Basada en modelo estocástico. 800 clientes realizando peticiones. Cluster Web con 16 nodos servidores. Discos de 200 GB. Entorno de simulación: OMNET++.
50 Tipos de replicación RTOT: Replicación total.
RPCI2: Replicación cíclica inicial con 2 réplicas por elemento.
RPCF2: Replicación cíclica final con 2 réplicas por elemento.
RPCI4: Replicación cíclica inicial con 4 réplicas por elemento.
RPCF4: Replicación cíclica final con 4 réplicas por elemento.
RNOEQ: Replicación no equitativa.
51 Análisis de resultados Evaluación del tiempo medio de respuesta.
Comparación de tiempos medios mediante ANOVA (a=0,05).
52 Conclusión de la simulación
No existe diferencia significativa en el tiempo de servicio de las peticiones Web entre un sistema totalmente replicado y un sistema parcialmente replicado.
53 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Evaluación Rendimiento Capacidad de almacenamiento Fiabilidad Conclusiones
54 Evaluación de la capacidad de almacenamiento Evaluación general de forma analítica.
Aplicación a caso de estudio: 12 nodos servidores. Capacidades de entre 50 GB y 200 GB. Tamaño del disco más grande que se puede adquirir: 300 GB.
55 Métricas de capacidad Tamaño máximo del sitio Web.
Eficacia de incremento por incorporación. Tasa entre el incremento del tamaño máximo del sitio Web y el espacio físico incorporado.
Eficacia de incremento por sustitución. Tasa entre el incremento del tamaño máximo del sitio Web y el espacio físico sustituido.
56 Tamaño máximo de sitio
57 Eficacia de incremento por incorporación
58 Eficacia de incremento por sustitución
59 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Evaluación Rendimiento Capacidad de almacenamiento Fiabilidad Conclusiones
60 Evaluación de la fiabilidad Evaluación general de forma analítica.
Aplicación a caso de estudio: 12 nodos servidores. Variación en el número de réplicas. Variación en el número de switches.
61 Fiabilidad de un cluster Web
62 Fiabilidad de un cluster Web con 2 switches
63 Incremento de la fiabilidad
64 Cluster Web con switch distribuido: comparación
65 Capacidad de almacenamiento y fiabilidad
66 Contenido Motivación Objetivo Propuestas arquitectónicas para replicación parcial Evaluación Conclusiones
67 Resumen Se ha diseñado una arquitectura distribuida de servidor Web. Basada en la replicación parcial de contenidos. Alta escalabilidad en cuanto a los volúmenes de datos manipulados. Sin deterioro de la fiabilidad. Adaptación dinámica de la asignación de contenidos.
68 Aportaciones Una nueva arquitectura para servidor Web distribuido: el cluster Web con switch distribuido.
Una política de asignación de réplicas basada en la frecuencia de acceso: la replicación no equitativa.
La adaptación de políticas de asignación de peticiones en el contexto de replicación parcial.
69 Conclusiones No se produce pérdida de rendimiento en un sistema parcialmente replicado con respecto a un sistema totalmente replicado.
La fiabilidad de un sistema Web basado en cluster está limitada por la fiabilidad de su switch Web.
Un número relativamente bajo de réplicas (4-5) ofrece una fiabilidad equivalente a la de un sistema totalmente replicado.
Un sistema parcialmente replicado ofrece mayor capacidad de almacenamiento manteniendo la fiabilidad y sin pérdida de rendimiento.
70 Trabajos futuros Determinar el efecto de la asignación dinámica de contenidos sobre el rendimiento.
Ampliar el modelo para incluir el tratamiento de peticiones dinámicas.
Extender la arquitectura para sistemas geográficamente distribuidos.
Uso de técnicas no deterministas para la asignación de réplicas a nodos servidores.
Propuestas arquitectónicas para servidores Web distribuidos con réplicas parciales SubSeptiembre de 2005
Autor: José Daniel García Sánchez
Directores: Jesús Carretero Pérez Félix García Carballeira Universidad Carlos III de MadridDepartamento de InformáticaDoctorado en Ingeniería Informática
72 Estructura de módulos de los switches
73 Switch: Funcionalidades (I) Filtrado de encaminamiento a switches. Traspaso peticiones a otros switches.
Asignación de peticiones a nodos servidores. Selección del nodo encargado de servir una petición.
Encaminamiento a nodos. Envío efectivo de la petición al nodo seleccionado.
Servicio de directorio. Mantiene información de asignación de réplicas a nodos.
74 Switch: Funcionalidades (y II) Monitorización. Seguimiento el estado de los nodos servidores.
Sincronización de estado. Intercambio de información de estado entre los switches.
Equilibrio de réplicas. Determinación de modificaciones en las asignaciones de réplicas. Responsable de iniciar los intercambios de réplicas.
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