Valutazione sperimentale di algoritmi per la rilevazione di fallimenti temporali nel sistema operativo Minix3

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1 tesi di laurea fallimenti temporali nel sistema operativo Minix3 Anno accademico 2009/2010 relatore Ch.mo prof. Domenico Cotroneo correlatore Ing. Roberto Natella candidato Livio Patavini Matr. 534/001638

2 Supporto alla rilevazione dei fallimenti temporali tempo di elaborazione Contesto: il RS è un failure detector ora capace di adattare la soglia di monitoraggio al tempo di elaborazione Problema: la soglia va impostata in modo opportuno cercando di adattare il più possibile la soglia al carico del processo monitorato, riducendo al minimo: i tempi di detection le false segnalazioni carico tempo di elaborazione soglia richieste Lavoro di tesi: valutazione sperimentale (con supporto simulativo) ) di 3 algoritmi per la determinazione adattativa della soglia di monitoraggio in due tipi diversi di scenari richieste

3 Algoritmi proposti STORIA DEL PROCESSO EWMA: usato dal protocollo TCP per il calcolo della stima del tempo di ritorno dei segmenti MAX: imposta la soglia come il valore di ritardo MASSIMO della storia s del processo, sommando ad esso un piccolo incremento percentuale PESI: imposta come soglia l ultimo l ritardo ottenuto, sommando ad esso un incremento calcolato dalla media ponderata di tutti i ritardi presenti nella a storia del processo

4 Progettazione dei test Campagna test: Due pattern che riproducono due scenari: 1. carico gradualmente variabile 2. carico bruscamente variabile 9 test per ogni scenario, diversificati fra loro dal valore di D (18 test in tutto) Test di varie configurazioni dei parametri di ingresso per ogni algoritmo: EWMA=576 MAX=25 PESI=9 Implementazione: processo server CPU bound: : implementa un algoritmo di ricerca su una struttura dati molto grande e comunemente utilizzata nelle applicazioni: Red-Black Tree processo client: effettua richieste di query verso il server riproducendo i test prefissati client QUERY REPLY server REQUEST STATUS REPLY RS

5 Metriche di valutazione Le metriche scelte sono comunemente utilizzate per la valutazione dei failure detector nei sistemi distribuiti. Falsi positivi: i test mettono solo sotto stress il server creato, quindi tutte le segnalazioni (superamento della soglia) sono considerate falsi positivi. Latenza: è il tempo impiegato dal RS a rilevare un fallimento; dato che sia la soglia che i tempi sono variabili viene calcolata come la media delle latenze puntuali (contributi in blu)

6 Il problema dei tempi: simulatore Progettazione dei pattern e dei test Progettazione ed implementazione del software per i test Prelievo tempi di elaborazione dal caso reale Esecuzione Implementazione del simulatore e dei test Raccolta campioni Validazione del simulatore sulle metriche scelte Raccolta campioni Esecuzione Simulazione di tutti i test al variare di D ed al variare dei parametri di ogni algoritmo Prestazioni medie degli algoritmi per ogni D

7 Validazione del simulatore Il simulatore viene validato per entrambi gli scenari, testando uno degli algoritmi proposti (EWMA) con parametri fissati e D fissato. Si riportano solo i valori di soglia per far vedere come la caratteristica del simulatore segue fedelmente il caso reale Cause di difformità: Irripetibilità (effetti di aleatorietà) RS_DELTA_T: risposta mancata risposta Test 1 Test 2 ACCURATEZZA Test 1 Test 2 Falsi positivi 100 %. 100 %. Latenza Media 99,81 % 97,46 %

8 Risultati primo scenario 1. D alto: è migliore EWMA, che a parità di falsi positivi è quello con la latenza media più bassa; 2. D basso: è migliore PESI, che con una latenza media prossima a quella degli altri due algoritmi ha con un percentuale di falsi positivi più bassa 3. casi intermedi: si sceglie un algoritmo piuttosto che un altro in base alla metrica da privilegiare A prescindere dal valore di D, MAX si propone mediamente come il compromesso fra gli altri due algoritmi.

9 Risultati secondo scenario Nei falsi positivi le prestazioni sono più allineate rispetto al primo test, per cui è possibile fare un confronto solo per la latenza media 1. D alto: è migliore EWMA; 2. D basso: è migliore MAX; 3. casi intermedi: a differenza del primo scenario, le prestazioni sono molto ravvicinate, quindi la scelta di uno qualsiasi degli algoritmi non incide particolarmente sulla latenza media; Al variare di D, PESI è mediamente il compromesso fra gli altri due algoritmi

10 Conclusioni Non è stato possibile determinare l'algoritmo ottimo in tutti i possibili casi. Sono state fatte delle considerazioni che consentono di poter dire qual è l'algoritmo migliore rispetto al tipo di carico e alla metrica da privilegiare (falsi positivi e latenza).