Приводится имитационная модель системы контроля работы студентов, построенная в среде математического пакета Mathcad. Производятся измерения основных характеристик сервера при взаимодействии с клиентами разной функциональной толщины.
Ключевые слова: имитационное моделирование, Mathcad, тонкий клиент, толстый клиент, система контроля работы студентов.
Целью проведения моделирования информационной системы является определение изменения основных характеристик системы в зависимости от изменения толщины клиента. Оценка этих характеристик позволяет сделать выводы о требованиях к системе в зависимости от загруженности системы. Для доступа к тем или иным сетевым сервисам используются клиенты, возможности которых характеризуются понятием «толщины». Оно определяет конфигурацию оборудования и программное обеспечение, имеющиеся у клиента.
Толстый и тонкий клиенты совершают запросы к серверу 3 типов:
1. заявки на получение статического содержимого сайта (изображения, HTML-страницы, таблицы стилей),
2. заявки на получение информации из базы данных,
3. заявки на ввод данных в базу данных.
Сервер получает от клиентов информацию одинакового типа. Обрабатывает и отсылает ответ с результатами на запрос. Результаты всех вычисления на толстом клиенте сохраняются на локальной базе данных. И при достаточном интернет соединении обновляет данные на сервере.
Модель имитирует потоки заявок и их обработку на сервере.
Web-сервер можно рассматривать как многоканальную систему массового обслуживания (СМО), приняв при этом следующие упрощающие предположения:
- поток заявок в системе является случайным, стационарным, ординарным, однородным, без последствий, с отказами;
- обслуживание без приоритетов;
- время обслуживания заявок в системе случайное;
- система является многоканальной и разомкнутой;
Концептуальная модель информационной системы контроля работы студентов приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Концептуальная модель информационной системы
Имитационной моделью системы является стохастическая сеть Петри. Для моделирования обработки заявок сервером 3 типов, в модель введены маркеры разной формы <▼ ♦ ■>. Маркеры, обозначаемые в виде <●> обозначают обработку запроса каналом сервера. Разработанная имитационная модель системы, представленная на рисунке 2, обеспечила предварительную оценку загруженности сервера.
Рис. 2. Модель web-сервера в виде сети Петри
Для тестовой сборки системы контроля работы студентов, имитировавшей нагрузку, сопоставимую с использованием системы 25 пользователями, была собрана необходимая статистика. Число одновременных соединений для web-сервера равно 15, поэтому n=15. Этот показатель останется неизменным в ходе исследований.
В зависимости от выбранного клиента, интенсивность поступления заявок на обслуживание составила λ = 10 для тонкого, и λ = 6 для толстого клиентов. Из-за того, что на толстом клиенте большая часть информации хранится локально, уменьшается количество запросов на сервер, поэтому интенсивность поступления заявок становится меньше. Как показывает статистика, среднее время обработки одной заявки без учета раскраски равно 0,5 с. Средняя интенсивность обслуживания заявок при этом составляет μ= 2.
Как показывает анализ статистических данных при получении заявок от тонкого клиента, с учетом раскраски заявки на получение статистического содержимого сайта приходили с интенсивностью λ1 = 5, среднее время обслуживания составило t1 = 0,15 c. Интенсивность обслуживания была равна μ1 = 6. Заявки на получение информации из базы данных приходили с интенсивностью λ2 = 3, среднее время обслуживания составило t2 = 0,35 c, интенсивность обслуживания была равна μ2 = 2,1. Интенсивность поступления в систему заявок на ввод данных в базу данных, исходя из статистики имитации, равнялась λ3 = 2, среднее время обслуживания составило t3 = 0,75 c, а интенсивность обслуживания равна μ3 = 1,9.
При взаимодействии сервера с толстым клиентом, заявки на получение статистического содержимого сайта приходили с интенсивностью λ1 = 3, среднее время обслуживания равны t1 = 0,2 c, интенсивность обслуживания составила μ1 = 5. Заявки на получение информации из базы данных приходили с интенсивностью λ2 = 1, среднее время обслуживания равны t2 = 0,4 c, интенсивность обслуживания составила μ2 = 3. Интенсивность поступления в систему заявок на ввод данных в базу данных λ3 = 2, среднее время обслуживания равны t3 = 0,7 c, интенсивность обслуживания составила μ3 = 2. и не изменились.
Подпрограмма имитации обслуживания потока заявок в среде математического пакета MathCAD приведена на рисунке 3. На вход подпрограммы подается: x — вектор заявок на входе, p — раскраска заявки, u — текущее состояние каналов сервера обслуживания, μ — вектор интенсивностей обслуживания заявок с разной раскраской. Осуществляется поиск канала, освободившегося раньше других и, заявка либо обрабатывается в канале с интенсивностью μp, либо блокируется, в зависимости от времени генерации заявки. На выходе из подпрограммы формируются: v — вектор окончания обработки обслуживания заявок; q — вектор блокировки заявок при загрузке всех каналов обслуживания.
Рис. 3. Подпрограмма имитации обслуживания раскрашенного потока заявок
На рисунке 4 представлен график трафика на выходе узла обслуживания с интенсивностями поступления заявок λ1 = 5 c−1, λ2 = 3 c−1, λ3 = 2 c−1 для тонкого клиента. Интенсивности обслуживания составили μ1 = 6, μ2 = 2,1, μ3 = 1,9.
Рис. 4. График трафика на выходе узла обслуживания для тонкого клиента
Как показано на рисунке, при заданных характеристиках для тонкого клиента, каналы с 10 по 15 остаются не загруженными. Среднее время обслуживания заявок в системе вне зависимости от раскраски Tc = 0,329 ± 0,014 с. Среднее число заявок в системе Nc= 3,217 ± 0,121. Среднее число одновременно используемых каналов в системе равно 5. Интегрированная интенсивность поступления заявок в систему L = 9,766 ± 0,146.
На рисунке 5 представлен график трафика с интенсивностями поступления заявок λ1 = 3 c−1, λ2 = 1 c−1, λ3 = 2 c−1 для толстого клиента, и интенсивностями обслуживания μ1 = 5, μ2 = 3, μ3 = 2.
Рис. 5. График трафика на выходе узла обслуживания для толстого клиента
Для толстого клиента не загруженными остаются каналы с 8 по 15. Среднее число заявок в системе Nc=1,982 ± 0,118. Среднее число одновременно используемых каналов в системе равно 3. Интегрированная интенсивность поступления заявок в систему L = 5,993 ± 0,139.
Таким образом, использование толстого клиента в информационной системе контроля работы студентов уменьшает интенсивность поступления заявок, что, при сохранении интенсивностей обслуживания, обеспечивает меньшую загрузку сервера и повышает отказоустойчивость системы.
Опытная эксплуатация показала устойчивость функционирования системы. В результате проведения нагрузочного тестирования системы была проведена корректировка распределения нагрузки между клиентом и сервером информационной системы в целях повышения отказоустойчивости системы.
