CC BY
5УДК 004.021
И.А. Веденяпин
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА МНОГОПОТОЧНОГО ОПРОСА ОБЪЕКТОВ МОНИТОРИНГА ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
Представленный алгоритм и метод расчета оптимального числа потоков при многопоточной организации опроса объектов мониторинга локальной вычислительной сети позволяет реализовать мониторинг сети при существенной минимизации затрат аппаратных ресурсов сервера в целом и процессорного времени, как ресурса, в частности.
Ключевые слова: мониторинг локальной вычислительной сети, снижение нагрузки, многопоточность, алгоритм опроса объектов.
Рассматривается ряд проблемных вопросов по реализации многопоточной схемы работы системы мониторинга ресурсов локальной вычислительной сети. Предлагается способ опроса объектов мониторинга с учётом экономии процессорного времени и алгоритм работы серверной составляющей программного продукта.
Повышение надежности компьютерных систем обеспечивается как надежностью программного и аппаратного обеспечений системы, так и правильной организацией управления системой. Одним из актуальных моментов управления является наблюдение (мониторинг) за параметрами аппаратных составляющих и её ресурсами.
При проектировании современных систем мониторинга наибольшую сложность представляет решении вопроса выделения требуемых ресурсов серверной составляющей программного комплекса. Решить данную проблему, обусловленную необходимостью снижения нагрузки на серверную часть вычислительной сети и экономии процессорного времени, предлагается путем реализации многопоточной схемы работы системы мониторинга.
Современные операционные системы (ОС) за счет распределения процессорного времени реализуют возможность многопоточной работы приложений [1]. Для основных задач системы мониторинга использование многопоточности в работе приложения является выгодным, так как в процессе опроса рабочих станции вычислительной сети имеются временные интервалы, в которых не используются ресурсы процессора и памяти.
Использование данных интервалов для создания и работы параллельных потоков опроса объектов мониторинга позволят минимизировать время простоя процессора (рисунок 1).
Рис. 1. Графическое представление многопоточной работы приложения
При расчете оптимального числа потоков при опросе объектов мониторинга используются соотношения (1-4) [2].
Для случая без учета загруженности процессора (идеальный случай):
(1)
N = t /1 t p
где ^ - средняя длительность потока;
t - средняя длительность использования потоком процессорного времени.
Р
© Веденяпин И.А., 2016.
Для случая, отличного от идеального, применяется соотношение:
N = ^ *(1 -Р)/г (2)
где Р - коэффициент загруженности процессора (0 < Р < 1).
В случае нехватки оперативной памяти используется следующая формула:
N = ^*(1 - Р)/(г + М * ^ ) (3)
где г - время перезагрузки данных из оперативной памяти в файл (один полный цикл - загрузка
в память перед началом работы и выгрузка из памяти в конце);
М - число перезагрузок за проведение опроса одного устройства, определяющееся из отношения:
М = г / г (4)
Р }
где г. - время, на которое предоставляется доступ к ресурсу процессора потоку, при передаче ему управления в одной итерации.
Динамический расчет оптимального числа потоков позволит в целях экономии процессорного времени на этапе мониторинга объектов локальной вычислительной сети инициировать создание дополнительных потоков (рисунок 2).
Как следует из графического представления (рисунок 2) динамический расчет частично решает проблему снижения нагрузки на серверную составляющую системы мониторинга.
Для более полного решения вопроса использования процессорного времени необходимо отслеживать время выполнения потока исходя из возможности бесконечно долгого выполнения попыток опроса объекта в случае возникновения аппаратных проблем с вычислительной сетью [3,4].
Данная мера позволит исключить из общего набора объектов, подлежащих мониторингу, те, поток опроса параметров которых превышает значение:
Т = к (5)
рг г
где к - коэффициент задержки длительности потока опроса;
Т - предельно допустимая длительность потока опроса. рг
Для случая, отличного от идеального, применяется соотношение:
Т = к *(1 - S) рг
где $ - коэффициент загруженности сети (0 < $ < 1).
T = к *(1 - S)*t (6)
pr t
Рис. 2. Графическое представление многопоточной работы приложения с динамическим пересчетом оптимального количества потоков опроса
Таким образом, оптимальное количество потоков будет определяться выражением:
N = г *(1 - Р)/(г + М * г ) для Уг < Т , где Т = к *(1 - (7)
г р s г рг рг г
При исключении из общего набора мониторинг ресурсов данного объекта будет проводится на клиентской стороне, согласно принципу распределения нагрузки между отдельными локальными станциями путем замены централизованного опроса всех компьютеров со стороны сервера на частично независимое функционирование клиентских составляющих системы [5]. При этом задача экономии ресурсов
сервера будет выполнена в более полном объеме (рисунок 3), поскольку поток 1, имеющий большую длительность, обрабатывается на стороне клиента.
С учетом описанных особенностей использования многопоточности в серверной составляющей системы мониторинга объектов локальной вычислительной сети предлагается следующий алгоритм опроса объектов мониторинга:
1.Запуск основного потока управления.
2.Определение оптимального числа потоков.
3.Запуск потоков опросов рабочих станций.
4.Фиксирование полученных значений ресурсов объектов мониторинга.
5.Если длительность потока опроса превышает предельно допустимую - переход к пункту 7.
6.Если текущее количество потоков меньше оптимального - переход к пункту 2. Если нет - переход к пункту 5.
7.Завершение потока опроса.
Рис. 3. Графическое представление многопоточной работы приложения с исключением длительных потоков
В графической форме обобщенный алгоритм многопоточного опроса объектов мониторинга локальной вычислительной сети представлен на рисунке 4.
Представленный алгоритм и метод расчета оптимального числа потоков при многопоточной организации опроса позволяет реализовать мониторинг локальной вычислительной сети при существенной минимизации затрат аппаратных ресурсов сервера в целом и процессорного времени (как ресурса) в частности.
Рис. 4. Возможная реализация обобщенного алгоритма многопоточного опроса объектов мониторинга локальной вычислительной сети
Библиографический список
1. Таненбаум Э. Современные операционные системы. - 2-е изд.-СПб.:Питер, 2002. - С. 97-98.
2. Сагитов М.Р. Разработка системы мониторинга компьютерной сети/ Материалы II международной заочной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современной информатики». - Коломна: МГОСГИ, 2012. - С. 45-47.
3. Роберт С.Мартин. Чистый код: создание, анализ, рефакторинг. Библиотека программиста.-СПб.:Питер, 2010. - С. 210-215.
4. Столлинг В. Операционные системы. 4-е изд. - М.:Вильямс, 2002. - С. 245-250.
5. Веденяпин И.А., Холопов С.И. Кроссплатформенная система мониторинга локальной вычислительной сети/ Материалы I научно-технической конференции магистрантов Рязанского государственного радиотехнического университета. - Рязань: РГРТУ, 2015. - С. 13-14.
ВЕДЕНЯПИН ИВАН АНДРЕЕВИЧ - магистрант факультета автоматики и информационных технологий в управлении, Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия.
