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MAMANI, E. L. C.. Metodologia de benchmark para avaliação de desempenho nãoestacionária: um estudo de caso baseado em aplicações de computação em nuvem. 2016. 126 f. Tese (Doutorado em Ciências – Ciências de Computação e Matemática Computacional) – Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/USP), São Carlos – SP. This work examines the effects of dynamic properties of large-scale distributed systems and their impact on the delivered performance, and introduces an approach to the design of benchmark experiments capable of exposing this influence. Specially in complex, multi-tier applications, the net effect of small delays introduced by buffers, communication latency and resource instantiation, may result in significant inertia along the input-output path. In order to bring out these dynamic property, the benchmark experiment should excite the system with non-stationary workload under controlled conditions. The present research report elaborates on the essentials for this purpose and illustrates the design approach through a case study. The work also outlines how the instrumentation methodology can be exploited in dynamic modeling approaches to model transient overloads due to workload disturbances. Key-words: Benchmark, performance evaluation, transient analysis, cloud computing. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Fluxo dos trabalhos relacionados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Figura 2 – Arquitetura conceitual da estratégia DES não-estacionária. . . . . . . . . . 32 Figura 3 – Arquitetura conceitual da estratégia DES não-estacionária. . . . . . . . . . 36 Figura 4 – Analise transitória de um sistema IaaS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Figura 5 – Estratégia de controle de retroalimentado dinâmico. . . . . . . . . . . . . . 40 Figura 6 – Controle feedback do IBM Lotus NoteTM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Figura 7 – Arquitetura da computação em nuvem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Figura 8 – Modelo de referência da Computação em Nuvem. . . . . . . . . . . . . . . 49 Figura 9 – Modelo de uma nuvem privada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Figura 10 – Modelo de uma nuvem privada fora da organização. . . . . . . . . . . . . . 51 Figura 11 – Modelo de uma nuvem pública. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Figura 12 – Hipervisor bare-metal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Figura 13 – Hipervisor hosted. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Figura 14 – Hipervisor monolítico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Figura 15 – Hipervisor microkernel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Figura 16 – Níveis de execução na arquitetura x86. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Figura 17 – Tradução binária. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Figura 18 – Hypercalls na paravirtualização. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Figura 19 – Esquema da virtualização assistida por hardware. . . . . . . . . . . . . . . 60 Figura 20 – Arquitetura distribuída do Bench4Q. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Figura 21 – Interface gráfica do módulo Console usado pelo Bench4Q. . . . . . . . . . 64 Figura 22 – Exemplo de CBMG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Figura 23 – Geração de sessões definidas no TPC-W. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Figura 24 – Extensão do Bench4Q para o TPC-W na geração de sessões. . . . . . . . . 67 Figura 25 – Entidades do banco de dados, relacionamentos e características. . . . . . . . 68 Figura 26 – Parâmetros de desempenho dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Figura 27 – Intervalo linear na aproximação LTI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Figura 28 – Representação no domínio do tempo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Figura 29 – Representação no domínio da frequência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Figura 30 – Arquitetura DES não-estacionaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Figura 31 – Uma malha fechada de controle integral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Figura 32 – Diagrama de estados que representa o ciclo de vida de uma máquina virtual. 83 Figura 33 – OnlineBench4Q, extensão do benchmark Bench4Q. . . . . . . . . . . . . . 84 Figura 34 – Casos de uso que representa a interação do desenvolvedor ou usuário do benchmark com os aspectos definidos pela MEDC. . . . . . . . . . . . . . 88 Figura 35 – Modelo dos módulos no relacionados com o efetor. . . . . . . . . . . . . . 88 Figura 36 – Esquema geral do modelo de demanda implementado no Node balancer. . . 91 Figura 37 – Modelos de estados das máquinas virtuais definidos pelo Efetor. . . . . . . 92 Figura 38 – Diagrama de classes do Node balancer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Figura 39 – Diagrama de classes do middleware gerenciador do Hipervisor. . . . . . . . 95 Figura 40 – Tempo de inicialização das máquinas virtuais em condições diferentes de carga no servidor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Figura 41 – Tempo de resposta das requisições nos clientes utilizando o banco de dados PostgreSQL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Figura 42 – Tempo de resposta das requisições nos clientes utilizando o banco de dados DB2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Figura 43 – Arquitetura do OnlineBench4Q com um único banco de dados. . . . . . . . 104 Figura 44 – Arquitetura do OnlineBench4Q com o pool de bancos de dados. . . . . . . . 105 Figura 45 – Comportamento do controlador PI ante uma mudança no contrato de 45% de utilização para 58%. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Figura 46 – Dados experimentais e função de transferência gerada. . . . . . . . . . . . . 108 Figura 47 – Lmites na aplicação de carga da trabalho. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 LISTA DE CÓDIGOS-FONTE Código-fonte 1 – Estrutura simplificada do simulador usando o framework CloudSim. . 35 Código-fonte 2 – Comportamento original do DataCenterBroker com o OnlineBroker. 36

Metodologia de benchmark para avaliação de desempenho não-estacionária: um estudo de caso baseado em aplicações de computação em nuvem