Исследование функционирования сетевого стека операционной системы Windows под воздействием статической нагрузки | Статья в сборнике международной научной конференции

Автор:

Рубрика: 1. Информатика и кибернетика

Опубликовано в

IV международная научная конференция «Технические науки в России и за рубежом» (Москва, январь 2015)

Дата публикации: 26.12.2014

Статья просмотрена: 23 раза

Библиографическое описание:

Бородин А. А. Исследование функционирования сетевого стека операционной системы Windows под воздействием статической нагрузки [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Москва, январь 2015 г.). — М.: Буки-Веди, 2015. — С. 1-5. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/124/7001/ (дата обращения: 21.09.2018).

Повсеместное внедрение информационных технологий является отличительной чертой современной цивилизации. Они позволили рационализировать и оптимизировать все сферы деятельности человека. Глобальная сеть стала новым полем для персонального воздействия на личность. Информационные системы наблюдают за поведением человека в глобальной сети, прогнозируют и предугадывают его действия. Несмотря на опасности, они являются важнейшим компонентом современной цивилизации и их функционирование является исключительно важным вопросом.

Надежность информационных систем обеспечивается преимущественно за счет тестирования. Под ним понимается процесс исследования системы с целью проверки соответствия ее поведения, предъявляемым требованиям. Современные информационные системы являются сложными объектами и существует большое количество видов тестирования, исследующих отдельные составляющие систем. Для информационных систем глобальной сети большое значение имеет нагрузочное тестирование. Результаты данного вида тестирования позволяют сделать выводы о качестве работы и характеристиках информационной системы под влиянием эксплуатационной нагрузки.

Работы исследователей, занимающихся вопросами нагрузочного тестирования можно разделить на следующие группы:

-        разработка новых способов создания реалистичных тестов и моделей нагрузки [1, с.159;2, с.77;3, с.63;4, с.188;5, с.43;6, с.89;7, с.353];

-        разработка эффективных способов анализа результатов [8, с.421;9, с.143];

-        разработка специализированных методик нагрузочного тестирования [10].

Таким образом, их усилия направлены практически на все стадии нагрузочного тестирования. В тоже время, анализ литературы и практики показывает, что вопросам создания нагрузки и сбора результатов уделяется недостаточное внимание. В настоящее время решение этих задач осуществляется с помощью обычных компьютерных узлов. В этом случае, большое влияние на процесс генерации нагрузки и сбора результатов оказывает сетевой стек операционной системы, который обеспечивает подготовку и отправку сформированного тестового запроса, а также прием и обработку ответа от нее. Производительность сетевого стека во многом влияет на нагрузочные способности компьютерного узла. В данной статье представлены результаты экспериментов по исследованию сетевого стека операционной системы Windows при статичной генерации запросов.

В ходе первого эксперимента генерируются запросы со статичной интенсивностью, величина которой повышается с интервалом в 5 минут. Каждый запрос содержит временную метку, характеризующую момент перед отправкой в сетевой стек. С помощью перехватчика пакетов фиксируется момент времени, когда запрос покидает сетевой стек. Исходя из разницы этих двух величин, происходит расчет времени обработки. Драйвер перехватчика пакетов winpcap был модифицирован таким образом, чтобы прикладные приложения могли иметь доступ к счетчику времени [11]. Целью данного эксперимента является исследование поведения сетевого стека исходящих данных.

В ходе второго эксперимента запросы генерировались на отдельном узле и каждый запрос содержал порядковый номер. На исследуемой системе запускалось приложение сервер, которое регистрирует момент времени выхода запроса из сетевого стека. Перехватчик пакетов фиксирует момент времени перед поступлением запроса в сетевой стек. В данном случае, исследовалось поведение сетевого стека входящих данных. С помощью порядкового номера сопоставлялись результаты приложения сервера и перехватчика пакетов.

Для эксперимента применялись следующие узлы:

-        Экспериментальная платформа № 4, компьютер Intel Core i7 920 2.67 ГГц, DDR3–1066 9ГБ, Windows 8.1;

-        Экспериментальная платформа № 5, ноутбук Samsung NP355V5C-S0L AMD A8–4500M 1900 МГц, DDR3–1600 6144 ГБ, Windows 8.

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблицах и на графиках. Для сравнения, ниже также представлены результаты для экспериментальной платформы № 1 из [12, С.19]. Платформы № 4 и № 1 различаются лишь используемой операционной системой. Экспериментальная платформа № 1 использует CentOS 6.4.

Таблица 1

Результаты эксперимента с сетевым стеком исходящих данных

Платформа

Временной участок

Средняя Интенсивность

Среднее время обработки, мкс

Обработано пакетов

ЭП № 4

0–5 минут

977

14,15

293 121

5–10 минут

4488

13,61

1 351 002

10–15 минут

8199

13,4

2 459 877

ЭП № 5

0–5 минут

954

26,14

286 471

5–10 минут

4121

24,29

1 240 505

10–15 минут

7079

23,41

2 131 020

ЭП № 1

0–5 минут

902

11,14

270 860

5–10 минут

7436

5,95

2 245 715

10–15 минут

9986

5,97

2 985 851

 

Таблица 2

Результаты эксперимента с сетевым стеком данных, поступающих из сети

Платформа

Временной участок

Средняя Интенсивность

Среднее время обработки, мкс

Обработано пакетов

ЭП № 4

0–5 минут

794

16,01

238 355

5–10 минут

3518

19,16

1 059 003

10–15 минут

5919

22,93

1 781 631

ЭП № 5

0–5 минут

789

80,58

236 932

5–10 минут

3541

142,16

1 066 137

10–15 минут

5896

169,52

1 768 838

ЭП № 1

0–5 минут

792

21,01

237 782

5–10 минут

3526

16,06

1 057 902

10–15 минут

5909

13,58

1 778 706

 

Рис. 1. Изменение интенсивности и времени обработки в ходе первого эксперимента на ЭП № 4

 

Рис. 2. Изменение интенсивности и времени обработки в ходе первого эксперимента на ЭП № 5

 

Рис. 3. Изменение интенсивности и времени обработки в ходе первого эксперимента на ЭП № 1

 

Рис. 4. Изменение интенсивности и времени обработки в ходе второго эксперимента на ЭП № 4

 

Рис. 5. Изменение интенсивности и времени обработки в ходе второго эксперимента на ЭП № 5

 

Рис. 6. Изменение интенсивности и времени обработки в ходе второго эксперимента на ЭП № 1

 

Результаты первого эксперимента показывают, что на всех платформах с ростом интенсивности время обработки снижается. Для ЭП № 4 эта тенденция менее выражены в отличие от ЭП № 5. Сравнивая результаты ЭП № 4 и ЭП № 1 можно отследить влияние операционной системы на время обработки, которое показывает, что под управлением UNIX-подобной ОС оно значительно ниже.

Результаты второго эксперимента демонстрируют совсем иную тенденцию. Под управлением ОС Windows, с ростом интенсивности поступления запросов время обработки данных входным стеком возрастает. Этот факт является отличительной особенностью ОС Windows. Аналогичный эксперимент на ЭП № 1 имел совершенно иную динамику — время обработки планомерно снижалось. Общей чертой этих ОС является то, что временные затраты входного стека превышают затраты исходящего. Это можно увидеть при анализе результатов на первом промежутке эксперимента, когда интенсивность имеет малую величину.

 Проведенные эксперименты продемонстрировали характеристики сетевого стека ОС на промежутке времени достаточном для перевода системы в новое состояние. Результаты показывают, что современные компьютерные системы под управлением ОС Windows, также оптимизированы для работы с большой интенсивностью. В тоже самое время, производительность сетевого стека входящих данных ухудшается с ростом количества поступающих запросов в единицу времени. В нашем диссертационном исследовании мы разработали иной подход для решения задачи генерации нагрузки и сбора результатов. Он основан на применении специализированного аппаратного модуля с ПЛИС. Ее прошивка содержит сетевой стек, компоненты которого обрабатывают исходящие и входящие данные независимо друг от друга. При этом время обработки изменяется незначительно и составляет несколько сот наносекунд. Нагрузочные способности нашей разработки превышает возможности существующих систем.

 

Литература:

 

1.                 Силаков д. в. автоматизация тестирования web-приложений, основанных на скриптовых языках // Труды ИСП РАН. 2008. № 2. С.159–178.

2.                 Сортов А., Хорошилов А. Функциональное тестирование Web-приложений на основе технологии UniTesK // Труды Института системного программирования РАН, № 8, 2004, С. 77–97.

3.                 Яковенко П. Н., Сапожников А. В. Инфраструктура тестирования веб-сервисов на базе технологии TTCN-3 и Платформы.net // Труды ИСП РАН. 2009. №. С.63–74.

4.                 Kevin Morrison, Hisham M. Haddad Converting users to testers: an alternative approach to load test script creation, parameterization and data correlation // Journal of Computing Sciences in Colleges Volume 28 Issue 2, December 2012, p. 188–196.

5.                 Pingyu Zhang, Sebastian Elbaum, Matthew B. Dwyer Automatic Generation of Load Tests // ASE '11 Proceedings of the 2011 26th IEEE/ACM International Conference on Automated Software Engineering, p. 43–52.

6.                 Pingyu Zhang, Sebastian Elbaum, Matthew B. Dwyer Compositional load test generation for software pipelines // ISSTA 2012 Proceedings of the 2012 International Symposium on Software Testing and Analysis, p. 89–99.

7.                 Yuhong Cai, John Grundy, John Hosking Synthesizing client load models for performance engineering via web crawling // ASE '07 Proceedings of the twenty-second IEEE/ACM international conference on Automated software engineering, p. 353–362.

8.                 Haroon Malik, A Methodology to Support Load Test Analysis // ICSE '10 Proceedings of the 32nd ACM/IEEE International Conference on Software Engineering — Volume 2, P. 421–424.

9.                 Zhen Ming Jiang, Automated analysis of load testing results // ISSTA '10 Proceedings of the 19th international symposium on Software testing and analysis, P. 143–146.

10.             Ермыкин Алексей Александрович Разработка метода построения комплекса нагрузочного тестирования распределенной информационной системы: дис. … канд. тех. наук: 05.13.13. — СПб., 2005. — 147 л.

11.             TCPdump [Электронный ресурс] / URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Tcpdump (дата обращения 29.08.2014).

12.             Бородин А. А. Исследование нагрузочных способностей компьютерных систем // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2014. № 3(198). C. 19–27.

Основные термины (генерируются автоматически): время обработки, сетевой стек, изменение интенсивности, минута, ходя первого эксперимента, ходя второго эксперимента, экспериментальная платформа, нагрузочное тестирование, глобальная сеть, операционная система.

Похожие статьи

Методика измерения пропускной способности в сетях TCP/IP

Экспериментальная часть. В настоящее время проводится проверка модели несколькими способами, и первый из них - это прецизионное тестирование с помощью измерительной

− FTP тестирование. На рисунке 4 показана схема проведения второго эксперимента.

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

Автоматизированный эксперимент. В лабораторном практикуме по физике возникает необходимость в измерении некоторого числа аналоговых величин: давление, температура, время, напряжение, интенсивность света и др.

Разработка и исследование мультиагентных моделей

Проведен ряд экспериментов с моделью: 1) Исследована плотность пешеходного потока при различных параметрах входящей интенсивности потока.

− Полностью объектно-ориентированная платформа, поддержка операционных систем Windows, Linux, Mac OS

Информационные технологии как средство совершенствования...

Методика математической обработки экспериментальных результатов подробно

Данный эксперимент занял большой промежуток времени, требовал больших и точных

При работе с системой пользователь выбирает из главного меню поле, в которое вводит информацию.

Применение полного факторного эксперимента при измерении...

Поэтому вопросы организации эксперимента, снижения затрат на его проведение и обработку полученных результатов являются весьма и весьма актуальными. В системах автоматического управления математические методы используются при планирования экспериментов для...

Модельная поддержка натурных испытаний технологических...

– разработка модели систем натурного эксперимента

– натурный эксперимент в имитационной обстановке; – уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования

Неконтролируемые методы машинного обучения при обнаружении...

Нормальные изменения поведения эффективно распознаны в то время как аномальные действия по-прежнему могут быть

[10] был предложен метод обнаружения сетевых аномалий на основе OCSVM. Метод содержит два основных этапа: первый шаг подготовка детектора...

Контролируемые методы машинного обучения как средство...

2. Байсовские сети. Байесовская сеть (BN) представляет собой модель, которая кодирует вероятностные отношения между переменными.

[11] предложили модель системы обнаружения вторжений на основе поведения сетевого трафика на основе анализа и...

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

...условия эксперимента (в частности, путем изменения экспериментальных установок).

Познавательные возможности наблюдения зависят от характера и интенсивности

Эксперимент — это система познавательных операций, которая осуществляется в отношении...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Методика измерения пропускной способности в сетях TCP/IP

Экспериментальная часть. В настоящее время проводится проверка модели несколькими способами, и первый из них - это прецизионное тестирование с помощью измерительной

− FTP тестирование. На рисунке 4 показана схема проведения второго эксперимента.

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

Автоматизированный эксперимент. В лабораторном практикуме по физике возникает необходимость в измерении некоторого числа аналоговых величин: давление, температура, время, напряжение, интенсивность света и др.

Разработка и исследование мультиагентных моделей

Проведен ряд экспериментов с моделью: 1) Исследована плотность пешеходного потока при различных параметрах входящей интенсивности потока.

− Полностью объектно-ориентированная платформа, поддержка операционных систем Windows, Linux, Mac OS

Информационные технологии как средство совершенствования...

Методика математической обработки экспериментальных результатов подробно

Данный эксперимент занял большой промежуток времени, требовал больших и точных

При работе с системой пользователь выбирает из главного меню поле, в которое вводит информацию.

Применение полного факторного эксперимента при измерении...

Поэтому вопросы организации эксперимента, снижения затрат на его проведение и обработку полученных результатов являются весьма и весьма актуальными. В системах автоматического управления математические методы используются при планирования экспериментов для...

Модельная поддержка натурных испытаний технологических...

– разработка модели систем натурного эксперимента

– натурный эксперимент в имитационной обстановке; – уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования

Неконтролируемые методы машинного обучения при обнаружении...

Нормальные изменения поведения эффективно распознаны в то время как аномальные действия по-прежнему могут быть

[10] был предложен метод обнаружения сетевых аномалий на основе OCSVM. Метод содержит два основных этапа: первый шаг подготовка детектора...

Контролируемые методы машинного обучения как средство...

2. Байсовские сети. Байесовская сеть (BN) представляет собой модель, которая кодирует вероятностные отношения между переменными.

[11] предложили модель системы обнаружения вторжений на основе поведения сетевого трафика на основе анализа и...

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

...условия эксперимента (в частности, путем изменения экспериментальных установок).

Познавательные возможности наблюдения зависят от характера и интенсивности

Эксперимент — это система познавательных операций, которая осуществляется в отношении...

Задать вопрос