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Web プロキシサーバにおける 動的資源管理方式の提案と実装

Web プロキシサーバにおける 動的資源管理方式の提案と実装. 大阪大学　大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻　博士前期課程２年 寺井　達彦. 研究の背景. インターネット利用者の増加によるネットワークトラヒックの増加 ネットワークの高速化技術に関する研究 TCP の輻輳制御方式に関する研究 エンドホストの高速化に関する議論はあまり行われていない　. ネットワークの高速化によってエンドホストの処理が データ転送処理においてボトルネックになりつつある. Web サーバへの実装実験によって、データ転送処理速度の 向上、応答時間の削減などの有効性を示した。.

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Web プロキシサーバにおける 動的資源管理方式の提案と実装

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Presentation Transcript

  1. Webプロキシサーバにおける動的資源管理方式の提案と実装Webプロキシサーバにおける動的資源管理方式の提案と実装 大阪大学　大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻　博士前期課程２年 寺井　達彦 情報ネットワーク研究会

  2. 研究の背景 • インターネット利用者の増加によるネットワークトラヒックの増加 • ネットワークの高速化技術に関する研究 • TCPの輻輳制御方式に関する研究 • エンドホストの高速化に関する議論はあまり行われていない　 ネットワークの高速化によってエンドホストの処理が データ転送処理においてボトルネックになりつつある 情報ネットワーク研究会

  3. Webサーバへの実装実験によって、データ転送処理速度のWebサーバへの実装実験によって、データ転送処理速度の 向上、応答時間の削減などの有効性を示した。 これまでの研究 • SSBT方式 [1]の提案 • E-ATBT (Equation-based Automatic TCP Buffer Tuning) • Webサーバにおける公平かつ効率的なソケット　バッファ割り当て手法 • SMR (Simple Memory-copy Reduction) • 送信側ホストの通信処理軽減手法 [1] Go Hasegawa, Tatsuhiko Terai, Takuya Okamoto, and Masayuki Murata, “Scalable Socket Buffer Tuning for High-Performance Web Servers”, in Proceedings of IEEE ICNP 2001, pp.281-289, Nov 2001 情報ネットワーク研究会

  4. 研究の背景 (2) • Webプロキシサーバを介したHTTPアクセスの増加 • HTTPによるアクセス全体の約35%を占める • Webプロキシサーバの処理能力の不足によるWeb　ドキュメントの転送スループットの低下 Webプロキシサーバにおけるデータ転送処理の 高速・高機能化の検討が必要 Web 情報ネットワーク研究会

  5. 研究の目的 • エンドホストにおけるTCPによるデータ通信処理の　　　　　　　問題点を指摘 • ソケットバッファ管理 • コネクション管理 • 問題点を解決する方式の提案 • ソケットバッファ管理方式 • コネクション管理方式 情報ネットワーク研究会

  6. エンドホストにおけるTCPデータ転送処理の問題点エンドホストにおけるTCPデータ転送処理の問題点 • ソケットバッファの割り当て • サーバは複数のTCPコネクションを同時に扱わなければならず、帯域、伝搬遅延時間等のネットワーク環境は各TCPコネクションによって異なる • 現在の多くのOSでは、固定長のソケットバッファを各TCPコネクションに割り当てる • 各TCPコネクションのネットワーク環境が考慮されていない 情報ネットワーク研究会

  7. エンドホストにおけるTCPデータ転送処理の問題点 (Cont’d) • コネクション管理 • サーバ資源の管理 • mbuf, ファイルディスクリプタ、コントロールブロック • 資源が不足すると、サーバは新規のTCPコネクションの確立を拒否する • Persistent TCPコネクションの管理 • TCPによるデータ転送後、一定時間コネクションを保持する • TCPの3 way-handshakeの省略 • サーバ資源を一定時間占有する • 割り当てられた資源が無駄になる可能性もある 情報ネットワーク研究会

  8. 提案方式 • ソケットバッファ管理方式 (E2-ATBT方式) • E-ATBT方式をWebプロキシサーバの特性に合わせて改良した方式 • 受信側ソケットバッファの考慮 • 上向きのTCPコネクションと下向きのTCPコネクションの依存関係の考慮 • コネクション管理方式 • サーバ資源の管理 • Persistent TCPコネクションの管理 情報ネットワーク研究会

  9. ソケットバッファ管理方式(E2-ATBT方式) • E-ATBT方式 • 各TCPコネクションのスループットを3つのネットワークパラメータを用いて数学的解析手法により推測 • p (パケットロス率)、 RTT (Round Trip Time)、 RTO (再送タイムアウト） • 推測されたスループットに基づいて、各コネクションに割り当てるバッファサイズを決定する Webプロキシサーバの特性を考慮してE-ATBT方式を改良 情報ネットワーク研究会

  10. ソケットバッファ管理方式(E2-ATBT方式) (Cont’d) • Webプロキシサーバの特性 • 送信側ホストにも受信側ホストにもなりうる • クライアント向けコネクションとWebサーバ向けコネクションを同時に扱う • 受信側ソケットバッファの制御の必要性 • 受信側バッファがボトルネックとなって、スループットの低下を招く • 効率的な資源利用のためには受信側バッファの動的割り当て制御が必要 • 受信側バッファサイズを送信側ウィンドウサイズ以上にする 情報ネットワーク研究会

  11. コネクション管理方式 • Webプロキシサーバの残存資源が十分にあるとき • 従来通り、persistent TCP コネクションを扱う • Webプロキシサーバの残存資源が少ない場合 • データ転送が行われていないpersistent TCP コネクションを切断し、新規TCPコネクションを確立する • 最後にデータ転送を終了してからの経過時間が長いpersistent TCP コネクションから切断する • 一定時間毎にpersistent TCP コネクションが保持しているソケットバッファを半分にする 情報ネットワーク研究会

  12. シミュレーションによる評価 Web Proxy Server : : Cache Hit Ratio = 0.5 Nmax = 200 Web Servers Client Hosts 台数 伝搬遅延時間 パケットロス率 Server 50台 10 ~ 200 [ms] 0.0001 ~ 0.01 Client 50,100,200,500台 10 ~ 100 [ms] 0.0001 ~ 0.01 情報ネットワーク研究会

  13. 評価対象 • 性能評価対象 • Scheme (1) : 従来方式 • Scheme (2) : E2-ATBT方式 • Scheme (3) : Scheme (2) ＋ コネクション管理方式 • Scheme (4) : Scheme (3) ＋ ソケットバッファを一定時　　　　　　　　　間ごと減らす方式 情報ネットワーク研究会

  14. persistent TCPコネクション による悪影響 E2-ATBT方式の効果 HTTP/1.0とHTTP/1.1の比較 HTTP/1.0 : scheme (1) HTTP/1.0 : scheme (2) HTTP/1.1 : scheme (1) HTTP/1.1 : scheme (2) [MBytes] 5000 4000 3000 Total Transfer Size 2000 1000 0 50 100 200 Number of Client Hosts 情報ネットワーク研究会

  15. Scheme (1) Scheme (2) Scheme (3) Scheme (4) 4000 方式4による性能改善 繁忙な状況下では提案 方式により性能改善 3500 3000 2500 Total Transfer Size [MBytes] 2000 1500 1000 500 0 50 100 200 500 Number of Client Hosts Webプロキシサーバの性能評価 情報ネットワーク研究会

  16. ユーザから見た応答時間の評価 クライアント　50台 クライアント200台 100 100 scheme (1) scheme (1) scheme (2) scheme (2) scheme (3) scheme (3) scheme (4) scheme (4) 10 10 Response Time [sec] Response Time [sec] 1 1 0.1 0.1 10 100 1000 10000 100000 1e+006 1e+007 10 100 1000 10000 100000 1e+006 1e+007 Document Size [Byte] Document Size [Byte] 情報ネットワーク研究会

  17. 実装に関する検討 • 動的ソケットバッファ管理方式 • Webプロキシサーバにおいて、送信側ソケットバッファの使用率を監視し、割り当てられたソケットバッファを使い切れていない場合には割当量を減少させる • Webプロキシサーバが、Webサーバにドキュメント転送要求する時に、依存関係、ソケットバッファに関する情報をパケットヘッダに付加する • コネクション管理方式 • 新しいシステムコールとカーネル領域に構造体を作成し、persistent状態にあるコネクションを管理 • 古いpersistent TCP コネクションから順に参照できるようにリスト型のデータ構造を使用 情報ネットワーク研究会

  18. まとめと今後の課題 • Webプロキシサーバの特性を考慮したソケットバッファ管理方式、コネクション管理方式の提案 • シミュレーションによる評価より有効性を確認 • Webプロキシサーバの性能改善 • レスポンス時間の短縮 • 今後の課題 • 実コンピュータ上へ実装し、性能評価を行う 情報ネットワーク研究会

  19. 情報ネットワーク研究会

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