Лабораторна робота № 8 Оцінювання продуктивності мережі

Мета: Ознайомитися з методикою оцінювання продуктивності мережі за допомогою Performance Monitor. Навчитись знаходити вузькі місця та "розшивати" їх.

Теоретичні відомості:

При настройці продуктивності часто використовуються наступні терміни:

Вузьке місце (bottleneck) - це частина системи, яка вимагає найбільшої частки часу виконання завдання.

Пристрій (device). Кожен фізичний компонент обчислювальної системи слід розглядати як пристрій. До пристроїв, які найчастіше виявляються вузьким місцем системи, відносяться процесор, пам'ять, диск і його контролер, мережевий адаптер.

Завдання (task) - це будь-який тип обчислювальної роботи. Завданням може бути оновлення таблиці Microsoft Excel або відправка повідомлення електронної пошти.

Робочий набір (working set)- це частина оперативної пам'яті (RAM), яка призначається процесу при виконанні.

Performance Monitor - це утиліта, розроблена для фіксації активності комп'ютера в реальному масштабі часу. За допомогою цієї утиліти можна визначити велику частину вузьких місць, що погіршують продуктивність. Performance Monitor заснований на ряді лічильників, які фіксують різні характеристики.

Performance Monitor генерує корисну інформацію за рахунок:

• Спостереження за продуктивністю в реальному часі і в історичній перспективі;

• Визначення тенденцій в часі;

• Визначення вузьких місць;

• Відстежування наслідків зміни конфігурації системи;

• Спостереження за локальним або віддаленими комп'ютерами;

• Попередження адміністратора про події, що полягають в перевищенні деякими характеристиками заданих порогів.

Performance Monitor працює з такими поняттями, як об'єкти (objects), лічильники (counters) і екземпляри (instances). Об'єкти характеризуються різними характеристиками, значення яких підраховуються відповідними лічильниками. Об'єкт кожного типу може бути представлений в системі декількома екземплярами. Наприклад, процесор - це об'єкт, відсоток процесорного часу - це лічильник, а процесор 0 - це екземпляр об'єкту процесор. Лічильники генерують числа, і на підставі цих чисел Performance Monitor визначає статистику. Зібрана протягом певного часу статистика лічильників відображає тенденції продуктивності.

Користувач може встановлювати інтервал часу, відповідно до якого Performance Monitor оновлюватиме дані у файлах реєстрації (logs), на графіках (graphs) і в звітах (reports). Кожне із значень лічильника - це середнє з останніх двох вимірів, розділених заданим тимчасовим інтервалом. Завдання інтервалу часу може також позначитися на кількості пам'яті і процесорного часу, що витрачаються утилітою Performance Monitor при роботі. Захист даних забезпечується за рахунок того, що дві функції Performance Monitor доступні тільки користувачам - членам адміністративної групи. Це: можливість запускати Performance Monitor з пріоритетом завдання реального часу і здатність активізувати дискові лічильники.

Дані, зібрані Performance Monitor, можна експортувати в інші програмні продукти, такі як електронні таблиці і бази даних для подальшого аналізу.

Об'єкти і лічильники Performance Monitor. Об'єкти представляють в Performance Monitor процеси, секції розділеної пам'яті та фізичні пристрої. Процес в Windows ХР може представляти додаток (наприклад, Word), сервіс системи (Print Spooler) або підсистему оточення (Posix). З кожним з об'єктів пов'язаний ряд лічильників, значення яких можна спостерігати. По суті, Performance Monitor надає дані не про об'єкти, а про лічильники. Лічильники зазвичай включають посилання на об'єкт, до якого вони відносяться, у формі Об'ект:лічильник. Наприклад, PROCESSOR:%PROCESSOR TIME - це лічильник, що враховує відсоток використання для даного процесора.

Об'єкт, відповідний процесу, може бути представлений в декількох екземплярах. Якщо в системі одночасно активні чотири процеси, то Performance Monitor генеруватиме дані для чотирьох екземплярів об'єкту типу процес.

Будь-які об'єкти можуть мати декілька екземплярів. Наприклад, об'єкт Processor може мати декілька екземплярів, якщо система багатопроцесорна. Якщо об'єкт має декілька екземплярів, то кожен екземпляр може використовувати один і той же набір лічильників.

Кожен процес, окрім виконуваного файлу, має також область віртуального адресного простору і принаймні одну нитку. Кожна нитка, що працює в операційній системі, відображається як окремий екземпляр об'єкту типу нитка і ідентифікується процесом, в рамках якого вона виконується. Наприклад, якщо Printer Manager має дві активні нитки, то Performance Monitor ідентифікує їх як екземпляри об’єкта нитки з іменами Printman = 0 і Printman = 1.

З кожним об'єктом пов'язаний набір лічильників, які генерують дані про різні аспекти продуктивності об'єкту. У наступній таблиці зібрані лічильники, що найбільш впливають на продуктивність.

Тип об'єкту	Лічильник	Можливі дії
Processor (процесор)	%Processor Time (час зайнятості процесора)	Якщо значення цього лічильника постійно велике, а значення лічильника диска і мережевого адаптера невисокі, то потрібно перевірити процесор
Physical Disk (фізичний диск)	%Disk Time (час зайнятості диска)	Якщо значення цього лічильника постійно велике, і значення лічильника Disk Queue Length (довжина черги до диска) більше 2, то потрібно перевірити диск
Memory (пам'ять)	Pages/sec (швидкість обміну сторінок)	Якщо цей лічильник постійно більше 5, то потрібно перевірити пам'ять
Server (сервер)	Bytes Total/sec (швидкість обміну з пам'яттю)	Якщо сума значень лічильників Bytes Total/sec для всіх серверів мережі приблизно рівна максимальній пропускній спроможності мережі, то мережу потрібно сегментувати

Performance Monitor забезпечує декілька варіантів представлення зібраних даних: режим проглядання графіків (chart view), режим звіту (report view), режим попередження (alert view) і режим реєстрації у файлі (log view).

Процесор. Оскільки процесор завжди виконує деякі команди, то теоретично коефіцієнт його використання завжди рівний 100%. Проте в системі є так звані "нитки простою", які просто виконують цикл очікування наступної події для низькорівневого коду ядра. Час виконання цих ниток не враховується при обчисленні коефіцієнта використання в утиліті Performance Monitor.

Performance Monitor характеризує використання процесорів об'єктами двох типів:

• System - характеризує загальне завантаження всіх процесорів системи;

• Processor - характеризує завантаження конкретного процесора.

У однопроцесорній системі ці значення співпадають.

Для цих об'єктів є три лічильники, пов'язані з коефіцієнтом використання:

• % [Total] Privileged Time - частка часу, який процесор проводить в привілейованому режимі;

• % [Total] User Time - частка часу, який процесор проводить в призначеному для користувача режимі;

• % [Total] Processor Time - частка часу, який процесор проводить, займаючись корисною роботою, тобто не в нитках простою.

Якщо значення лічильника % Processor Time перевищує 80%, то це говорить про те, що процесор не справляється з роботою, і він повинен бути замінений на потужніший (або ж повинен бути доданий ще один процесор, якщо система багатопроцесорна).

Аналогічні лічильники існують і для об'єкту Process. В цьому випадку вони відображають коефіцієнт використання процесора тільки нитками одного конкретного процесу.

Крім того, є і інші лічильники для характеристики роботи процесорів, з яких найбільш важливими є наступні:

• Processor Queue Length - довжина черги до процесора, рівна кількості ниток, що готових до виконання і стоять в черзі до процесора. Якщо протягом тривалого часу середня довжина черги перевищує значення 2, то це говорить про те, що процесор є вузьким місцем. Звичайне значення цього лічильника рівне 0.

• Interrupt/sec - кількість переривань в секунду, характеризує інтенсивність запитів обслуговування від пристроїв введення-виводу. Різке збільшення значення цього лічильника без збільшення активності системи говорить про апаратні проблеми.

Лічильник Process: % Processor Time потрібно використовувати для відстежування коефіцієнта використання процесора для всіх процесів. Якщо більш ніж два процеси претендують на велику частину процесорного часу, то необхідно замінити чи додати процесор.

Диск. При спостереженні за диском потрібно враховувати, що середній час доступу до даним для більшості дисків знаходиться в межах від 8 до 18 мс.

Статистика про роботу дискової підсистеми може допомогти в досягненні балансу робочого навантаження мережевого сервера. Якщо дискова підсистема достатньо продуктивна, то це створює менше навантаження на підсистему віртуальної пам'яті і програми виконуватимуться швидше. Performance Monitor підтримує два типи об'єктів, які містять лічильники дискової підсистеми:

• Physical Disk - лічильники фізичного диска корисні для виявлення несправностей і планування ємкості.

• Logical Disk - лічильники, що генерують статистику про вільний простір на диску і що ідентифікують будь-яке джерело активності на фізичному томі.

З продуктивністю диска тісно пов'язано два лічильники: Disk Queue Length - середня довжина черги запитів до диска, і Average Disk sec/Transfer - середній час виконання одного запиту до диска.

На підставі значень цих лічильників можна обчислити такий важливий показник, як середній час очікування в черзі, яке добре відображає продуктивність дискової підсистеми. Середній час очікування в черзі = Disk Queue Length x Average Disk sec/Transfer. Зазвичай дискові лічильники в системі відключені щоб не знижувати її продуктивності.

Пам'ять. Оптимізація пам'яті полягає у визначенні:

• коректного значення розміру фізичної пам'яті;

• коректного значення розміру сторінкового файлу (ів);

• коректного розподілу сторінкового файлу (ов).

Для визначення коректного значення фізичної пам'яті необхідно виконати два кроки. По-перше, вирішити, чи потрібна додаткова пам'ять. По-друге, визначити кількість необхідної додаткової пам'яті. Рішення про те, що додаткова пам'ять потрібна, ухвалюється на підставі кількості сторінкових обмінів, які виконує система. Якщо сторінковий обмін ведеться інтенсивно, то продуктивність істотно знижується.

Для того, щоб визначити, що сторінковий обмін ведеться дуже інтенсивно, потрібно обчислити добуток: Memory: Pages/sec x Logical Disk: Avg. Disk sec/Transfer

де Logical Disk відноситься до диска, на якому знаходиться сторінковий файл PAGE-FILE.SYS.

Цей добуток рівний долі часу доступу до диска, яке витрачається на сторінкові обміни. Якщо ця частка більше 10% (0.1), то система потребує додаткової пам'яті.

Наступний крок полягає у визначенні кількості додаткової пам'яті. Ця величина визначається на підставі значення лічильника Process: Working Set для кожного активного процесу в системі. Потрібно по черзі завершувати процеси в системі (починаючи з процесу з найбільшим значенням робочого набору) і стежити за інтенсивністю сторінкового обміну. Після того, як інтенсивність сторінкового обміну зменшиться до прийнятної величини, потрібно знайти сумарний об'єм пам'яті, споживаної завершеними процесами, склавши їх робочі набори. Цей об'єм і буде величиною необхідної додаткової пам'яті.

Рис. 8.1 Вікно Performance Monitor

Вимірювання мережевого трафіку. Спостереження за мережевою активністю включає:

• спостереження за продуктивністю сервера;

• вимірювання загального мережевого трафіку.

З мережевою активністю пов'язана велика кількість лічильників. Всі мережеві компоненти - Server, Redirector, протоколи NETBIOS, NWLink, TCP/IP - генерують набір статистичних параметрів. Ненормальне значення мережевого лічильника часто говорить про проблеми з пам'яттю, процесором або диском сервера. Отже, якнайкращий спосіб спостереження за сервером полягає в спостереженні за мережевими лічильниками у поєднанні із спостереженням за лічильниками %Processor Time, %Disk Time і Pages/sec.

Наприклад, якщо сервер показує різке збільшення лічильника Pages/sec одночасно з падінням лічильника Total bytes/sec, то це може говорити про те, що комп'ютеру не вистачає фізичної пам'яті для мережевих операцій.

Оптимізація мережевого обладнання. Хоча є дуже мало можливостей для безпосередньої оптимізації мережевого адаптера, але сам вибір хорошого адаптера може подвоїти продуктивність Windows ХР . Для вибору мережевого адаптера є наступні міркування. По-перше, потрібно вибирати такий адаптер, який використовує всю розрядність шини вводу-виводу комп'ютера. Якщо комп'ютер має шину EISA, то потрібний адаптер для цієї шини, а не 8- або 16-розрядний адаптер.

По-друге, вибір мережевого адаптера включає вибір драйвера адаптера. Для Windows ХР потрібно вибирати адаптер, сертифікований для роботи по специфікації NDIS 3.x. Таку інформацію можна знайти в списку Windows ХР Hardware Compatibility.

Оптимізація сервісу робочої станції. Хоча редиректор Windows ХР (сервіс Workstation) є самоналагоджувальним, адміністратор повинен стежити за свідченнями декількох лічильників:

• Current Commands

• Network Errors/sec

• Remote Server Bottlenecks

Current Commands - це кількість команд, які знаходяться в черзі до редиректору. Якщо це число більше, ніж одна команда на один мережевий адаптер, то редиректор може бути вузьким місцем в системі. Це може відбуватися по трьом причинам:

• Сервер, з яким взаємодіє редиректор, працює повільніше, ніж редиректор;

• Мережа випробовує перевантаження;

• Редіректор більш завантажений, ніж адаптер.

Якщо виявлена перевантаженість мережі, то, можливо, її можна декілька розвантажити за рахунок сегментації мережі.

Network Errors/sec - це інтенсивність виникнення серйозних мережевих помилок, виявлених редиректором. Наявність таких помилок говорить про те, що потрібні додаткові дослідження. Доцільно використовувати для цієї мети реєстратор подій Event Log.

Продуктивність редиректора може обмежуватися за рахунок низької продуктивності видалених серверів, з якими взаємодіє редиректор. У Performance Monitor є два лічильники - Reads Denied/sec і Writes Denied/sec, ненульові значення яких свідчать про те, що видалені сервери випробовують труднощі з виділенням оперативній пам'яті. Необхідно перевірити сервери, з якими даний редиректор обмінюється великими файлами. Якщо на них немає можливості збільшити об'єм пам'яті, використовуваної для режиму RAW I/O (розглядається нижчим), то на робочій станції потрібно заборонити використання цього режиму. Це робиться за допомогою установки змінних UseRawReads і UseRawWrites в стан False.

Хід роботи (всі виконані дії та отримані результати викласти в звіті):

1. Ознайомлення з функціональними можливостями Performance Monitor

1.1 Створення графіка в реальному часі.

Установка параметрів графіка:

• Запустите Performance Monitor;

• Натисніть іконку новий набір лічильників;

• Клацніть правою кнопкою миші по полю графіка. В контекстному меню виберіть Властивості; З’явиться вікно Властивості: Системний монітор.

• У вікні у вкладці "Загальні" виберіть Вид - Графік; Дані звіту та гістограми – Стандартні; Знімати покази - кожні 1 сек.

• У вкладці "Графік" в полі Заголовок наберіть "Дослідження мережевого трафіку", виберіть відображати вертикальну та горизонтальну сітку, значення вертикальної шкали, в полі діапазон значень вертикальної шкали Максимум введіть 100;

• У вкладці "Дані" натисніть клавішу Додати;

• У вікні Додати лічильники в якості об’єкту вибрати Оглядач мережі - всі лічильники – Додати - Закрити

• У вікні Властивості натиснути кнопку Використати - Ок;

З'явиться графік, що відображає активність Оглядача мережі в реальному часі.

1.2. Генерація активності Оглядача мережі :

• При працюючому Performance Monitor відкрийте мережеве оточення і зайдіть на якусь робочу станцію;

• Поверніться до графіка і зверніть увагу на значення лічильників.

Примітка: для підсвічування одного з графіків потрібно вибрати знизу лічильник (легенду), а потім натиснути CTRL+H;

2. Оцінити продуктивність мережі за допомогою perfmon.msc.

3. Порівняти з утилітами TCP/IP.

Звіт про лабораторну роботу

Він повинен мати титульний лист встановленого зразка з вказівкою номера і теми роботи, шифру групи, а також прізвища і ініціалів виконавця. У звіті повинно бути відбито: назва і мета роботи, опис використовуваного устаткування і загальносистемного програмного забезпечення, використовуваного в роботі.

Далі, необхідно дати формулювання поставлених завдань, детально описати порядок виконання роботи і отримані результати.

Основний зміст звіту

1. Схема мережі, в якій ставився експеримент, перелік і характеристики об’єктів проекту.

2. Об’єкти, лічильники, власні дії та результати експерименту.

3. Висновки по кожному проведеному експерименту.

Рекомендована література (джерело [1, с.181-237],[2, с.900-920], [3, с.82-122], [8, с.303-309])

Контрольні питання

1. Наведіть критерії оптимізації.

2. Вузькі місця та процес його визначення.

3. Функції та призначення Performance Monitor.

4. Джерела інформаціїї Performance Monitor.

5. Об'єкти (objects), лічильники (counters) і екземпляри (instances).

6. Охарактеризуйте спостереження за мережевою активністю.

7. Поясніть процес оптимізації мережевого обладнання.

8. Поясніть процес оптимізації сервісу робочої станції.

9. Поясніть процес оптимізації серверу.