автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Управление качеством услуг распределенных приложений WEB-системы

ВВЕДЕНИЕ.

1 РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ И ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ИХ УСЛУГ.

1.1 Классификация распределенных приложений и соответствующих им сервисов.

1.2 Архитектура Web-систбмы и характеристика WWW-приложения.

1.2.1 Архитектура Web-системы простой структуры.

1.2.2 Архитектура Web-системы с несколькими серверами.

1.2.2.1. Web-система на основе "зеркальных"(гшггог)серверов.

1.2.2.2. Web-система с распределенной информацией.

1.3 Параметры качества и их свойства.

1.3.1 Многоуровневая архитектура параметров.

1.3.2 Характеристики параметров.

1.3.3 Параметры качества услуг WWW-приложений.

1.4 Анализ экспериментальной статистики WWW-приложений.

1.4.1 Характеристики запросов клиентов.

1.4.2 Характеристики размеров файлов.

1.4.3 Характеристики размеров HTML и графических файлов.

1.4.4 Характеристики длины ответа.

1.4.5 Характеристики времени реакции Web-cepeepa.

1.4.6 Характеристики пропускной способности Web-cepeepa.

1.5 Постановка задачи управления качеством услуг.

2 УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ УСЛУГ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПРИЛОЖЕНИЕМ

2.1 Задачи управления качеством.

2.2 Анализ существующих подходов к управлению качеством услуг.

2.3 Архитектура системы управления качеством услуг распределенных приложений.

2.4 Построение схемы мониторинга качества услуг.

2.5 Построение схемы управления качеством услуг.

2.6 Выводы.

3 МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА И ОПТИМИЗАЦИИ КАЧЕСТВА УСЛУГ WWW-ПРИЛОЖЕНИЙ

3.1 Принцип управления на основе модели узких мест в системе.

3.2 Расчет среднего времени реакции системы на основе фундаментальных соотношений Бузена.

3.3 Модели для оценки среднего времени получения документа с учетом качества медиа-объектов.

3.3.1 Случай статистически однородных пользователей.

3.3.1.1. Web-система простой структуры.

3.3.1.2. Web-система с несколькими серверами.

3.3.2 Случай статистически неоднородных пользователей.

3.3.2.1. Web-система простой структуры.

3.3.2.2. Web-система с несколькими серверами.

3.4 Оптимизация объема и распределения ресурсов Web-систбмы.

3.4.1 Расчет суммарного объема пропускной способности сетевого интерфейса сервера и оптимальное его распределение.

3.4.2 Распределение заданной пропускной способности сетевого интерфейса сервера

3.4.2.1. Оптимизация по критерию минимума суммы абсолютных отклонений среднего времени реакции от заданных значений.

3.4.2.2. Оптимизация по критерию минимума суммы относительных отклонений среднего времени реакции от заданных значений.

3.4.3 Численный анализ оптимальных решений.

3.4.3.1. Расчет минимального суммарного объема пропускной способности и оптимальное распределение его между группами.

3.4.3.2. Оптимальное распределение заданного объема пропускной способности по критерию минимума суммы абсолютных отклонений средних времен реакций от заданных

3.4.3.3. Оптимальное распределение заданного объема пропускной способности по критерию минимума суммы относительных отклонений средних времен реакций от заданных.

3.5 Выводы.

4 АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ УСЛУГ WEB-СИСТЕМЫ

4.1 Управление на этапе входа пользователя в систему.

4.1.1 Алгоритм подключения пользователя к системе.

4.2 Управление на этапе работы пользователя.

4.2.1 Влияние операционной среды на время реакции.

4.2.2 Алгоритм управления на этапе работы пользователя.

4.3 Алгоритм управления на этапе отключения пользователя.

4.4 Выводы.

5 РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ УСЛУГ WWW-ПРИЛОЖЕНИЙ

5.1 Исследование механизмов и параметров управления качеством услуг фирменных Web-cepbepob.

5.1.1 Сравнительный анализ фирменных серверов.

5.1.2 Средства и параметры управления и сбора статистики для Web приложений сервера IIS Microsoft.

5.1.2.1. Виды управления качеством услуг Web-системы.

5.1.2.2. Менеджер интернет сервисов (InterNet Service Manager).

5.1.2.3. Системный реестр (Registry Entries).

5.1.2.4. Системный монитор (Performance Monitor).

5.1.2.5. Выбор параметров управления.

5.1.3 Экспериментальные исследования и анализ влияния параметров управления сервера IIS на качество услуг Web приложений.

5.1.3.1. Характеристика экспериментальной платформы.

5.1.3.2. Зависимость среднего времени реакции Web-системы от порога пропускной способности интерфейса сервера.

5.1.3.3. Зависимость реальной пропускной способности интерфейса сервера от порога пропускной способности.

5.1.3.4. Зависимость времени реакции сервера от параметра MaxConcurrency.l

5.1.3.5. Характеристика результативности управления временем реакции WWW-приложения средствами сервера IIS.

5.2 Управление временем реакции Web приложения на основе Proxy технологии

5.2.1 Управление информационным трафиком с использованием Proxy-сервера.

5.2.2 Алгоритм управления трафиком.

5.2.3 Оценка погрешности алгоритма управления трафиком.

5.3 Экспериментальная оценка разработанных моделей и алгоритмов.

5.4 Выводы.

Последнее десятилетие в области компьютерных технологий характеризуется тенденцией, состоящей в переходе от централизованных к распределенным информационно-вычислительным средам. Это обеспечивает пользователям доступ к корпоративным и всемирным информационным сервисам, таким как электронная почта, новости, распределенные базы данных, Всемирная Паутина (World Wide Web - WWW или просто Web) и др. С другой стороны, ресурсы таких распределенных сред, образуемых множеством компьютеров, локальных и глобальных сетей, операционных систем и т.п., являются разделяемыми между многими пользователями и их приложениями, которые при их взаимной независимости предъявляют, как правило, несогласованные и противоречащие друг другу требования к качеству заказываемых ими услуг. Более того, пользователю иногда хотелось бы иметь возможность изменять свои требования к качеству предоставляемых ему услуг в процессе работы в зависимости от полученных промежуточных результатов. Это особенно наглядно проявляется, в частности, в Web-системах. Пользователь зачастую первоначально осуществляет поиск нужной ему Web-страницы и заинтересован в оперативном получении, прежде всего, текстового информативного материала. Затем, после того, как требуемая Web-страница найдена, он заинтересован не только в текстовом материале этой страницы, но в высококачественной презентации встроенных в документ графических изображений и других медиа-объектов.

Таким образом, возникает задача динамического и адаптивного управления ограниченными ресурсами распределенных информационно-вычислительных систем (РИВС) с целью обеспечения пользователям требуемого качества услуг. Решение данной проблемы является чрезвычайно сложным в силу не только изначальной сложности самих распределенных систем - поставщиков услуг -, но и в связи с неоднородностью и, как отмечено, возможной противоречивостью и динамичностью требований пользователей к запрашиваемым услугам.

Лидеры-производители программного и аппаратного обеспечения занимаются разработкой систем и средств автоматизации отдельных аспектов управления, которые упрощают работу администраторов РИВС и расширяют круг задач управления, поддающихся решению, включая повседневные задачи наблюдения, тестирования, планирования ресурсов, поддержки версий и т.п. Например, система Flipper [58], разработанная в научно-исследовательских лабораториях (European Research Laboratories, Bristol, UK) известной фирмы Hewlett-Packard, является одной из тех, которая на основе объектно-ориентированной базы знаний обеспечивает решение задач административного управления ресурсами на основе модельного подхода, однако не решает проблему динамического адаптивного управления качеством предоставляемых пользователям услуг. В частности, в ней не решены вопросы адаптивного управления временем реакции Web-системы и качеством презентации встроенных в Web-документ медиа-объектов.

Другим примером системы управления является MANDAS [60], разрабатываемой под руководством научно-исследовательского центра перспективных исследований CAS в Торонто фирмы IBM. Модельный подход в данной системе используется, прежде всего, для решения задач статического управления ресурсами и не приемлем для указанной выше проблемы динамического и адаптивного управления.

Концепция WWW предоставила пользователям мощные средства поиска информации, рассредоточенной по всему миру в сети Internet. Ключевое понятие Web-документа этой концепции основано на том, что требуемая пользователю информация может быть изначально расположена частями на различных серверах в компьютерной сети, но предоставляется пользователю, в конечном итоге, единым документом. Формирование такого единого документа осуществляется на основе гиперссылок, встраиваемых в информационные объекты и указывающих на серверы, которые содержат релевантные запросу пользователя дополнительные информационные и медиа-объекты.

Сервис WWW обеспечивает предоставление информационных услуг как в глобальной сети Internet, так в и сети Intranet в пределах одной или группы корпораций или предприятий. Примерами WWW-приложений являются электронные банковские системы и электронные магазины, информационно-справочные системы различного назначения. Web-приложение является довольно сложным по структуре и функциям представителем распределенных приложений. До настоящего времени WWW-приложения относятся к классу сервисов, не гарантирующих качество предоставляемых услуг (best-effort service). Это является одной из основных причин, с одной стороны, неудовлетворенности пользователей WWW-приложений, и с другой стороны, озабоченности фирм, теряющих своих клиентов.

В этом плане является показательным анализ статистики [48, 49], собранной по результатам экспериментальных исследований одного из типовых Web-серверов. Этот анализ показал, что 57% от общего числа Web-запросов составляли вторичные запросы графических изображений, встраиваемых в основной первичный Web-документ. При этом было установлено, что пользователи очень часто прерывали загрузку именно графических изображений, поскольку на стадии информационного поиска были заинтересованы, в первую очередь, в получении информативных текстовых данных, а не в высококачественных изображениях. В частности, более 25% всех передач GIF-изображений на домашней Web-странице были прерваны пользователем до их завершения. С другой-стороны, хорошо известно, что обработка и передача изображений составляют значительную долю в суммарном времени получения запрашиваемого Web-документа в силу своих сравнительно больших объемов.

Таким образом, имеет место явная несогласованность между потребностями пользователя и тем сервисом, который предоставляют существующие Web-системы. Несогласованность проявляется в том, что система не учитывает требования пользователя, которые могут изменяться в зависимости от его целей (например, быстро найти нужный Web-документ на стадии информационного поиска, или детально изучить содержание Web-страницы, включая и встроенную в нее медиа-информацию, и т.д.). Ясно, что механизм прерывания загрузки медиа-объектов Web-документа используется пользователем в силу безысходности и лишь потому, что система не предоставляет других механизмов воздействия на время получения итогового Web-документа и содержание Web-страницы. Ясно также, что механизм прерывания не является решением проблемы управления качеством услуг, поскольку пользователь, прерывая загрузку одного из многих медиа-объектов Web-документа, получает урезанную Web-страницу с потерей информации, не загруженной в результате прерывания в итоговый Web-документ. Очевидно, это приводит к снижению эффективности информационного поиска.

Появившееся в последнее время направление исследований, ориентированное на управление содержанием Web-документа, связано, прежде всего, со статическим управлением качества презентации медиа-объектов Web-документа. Пользователь определяет требуемое ему качество презентации медиа-объектов, и система ему обеспечивает его. Однако при этом время реакции системы является нерегулируемой величиной и полностью определяется объемами передаваемых медиа-объектов. Задача обеспечения некоторого наперед заданного уровня времени получения итогового Web-документа за счет, например, динамического перераспределения ресурсов не ставится и не решается.

Тезис данной работы состоит в том, что пользователям Web-системы должен предоставляться гибкий, оперативный WWW-сервис с гарантируемым качеством, определяемым такими характеристиками, как среднее время получения итогового Web-документа и качество презентации встроенных медиа-объектов. Сложность решения такой задачи состоит в том, такой WWW-сервис должен быть надстроен над уже существующими РИВС, которые все еще довольно далеки от предоставления услуг с управляемым качеством в указанном смысле.

Таким образом целью работы является разработка архитектуры, моделей и алгоритмов управления качеством услуг распределенных приложений и реализация и апробация их на экспериментальном стенде \¥еЬ-системы. При этом качество услуг должно включать как качество презентации медиа-объектов, встроенных в Web-дoкyмeнт, так и среднее время предоставления \¥еЬ-документа пользователю (или, иначе говоря, среднее реакции системы).

Основными задачами, решаемыми в диссертации, являются следующие:

• Анализ существующих подходов к решению проблемы управления качеством услуг распределенных приложений. Экспериментальные исследования средств, алгоритмов и параметров управления фирменных '\¥еЬ-серверов. Оценка возможности использования их для решения задач управления качеством РП.

• Разработка архитектуры системы управления качеством услуг распределенных приложений, а также алгоритмов построения схем мониторинга и управления, на основе которых могут приниматься управляющие решения с учетом текущего состояния системы и качества предоставляемого сервиса.

• Разработка моделей и алгоритмов, обеспечивающих возможность: а) прогнозирования качества услуг при изменении условий функционирования Web-cиcтeмы (объемов ее ресурсов или нагрузки), б) оптимизации распределения ограниченных ресурсов АУеЬ-системы и в) динамического управления качеством услуг \¥еЬ-системы посредством перераспределения ее ресурсов или ограничения нагрузки.

• Апробация разработанных алгоритмов и моделей на экспериментальном стенде \¥еЬ-системы.

Научная новизна диссертации заключается прежде всего в том, что сформулирована и решена задача управления качеством услуг распределенных приложений Web-системы. Разработанные алгоритмы, аналитические модели и полученные оптимальные решения позволяют решать задачу управления как качеством презентации медиа-объектов в итоговом Web-документе, так и временем реакции системы за счет динамического распределения ее ресурсов. Отдельные результаты диссертации, как например, алгоритмы построения схем мониторинга и управления, применимы также для более широкого класса РИВС. Научную новизну диссертации характеризуют следующие

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Архитектура системы управления качеством услуг распределенных приложений, основанная на модельном подходе. Алгоритмы построения схем мониторинга и управления.

2. Теоретическое обоснование принципа управления качеством услуг распределенных приложений на основе так называемых узких мест в системе.

3. Аналитические модели для прогнозного расчета и анализа качества услуг Web-системы, учитывающие различные конфигурации системы, нагрузку системы, объем доступных ресурсов, неоднородность пользователей по нагрузке и их требованиям к качеству, а также алгоритмы парсирования HTML-документа.

4. Постановки и аналитические оптимальные решения двух задач оптимизации объема и распределения сетевого ресурса Web-серверов, полученные методом неопределенных множителей Лагранжа. В первой задаче оптимизируются объем и распределение сетевого ресурса Web-серверов при заданных ограничениях на среднее время получения и качество презентации Web-документа. Во второй задаче определяется распределение заданного суммарного объема сетевого ресурса Web-серверов, оптимальное в смысле отклонения средних времен реакции системы от заданных пользователями при заданном качестве презентации Web-документа.

5. Алгоритм управления входным трафиком сервера, алгоритмы контроля и прогнозирования среднего времени реакции Web-системы, а также распределения пропускной способности сетевого интерфейса сервера с целью достижения требуемого качества услуг на всех этапах работы пользователя с Web-системой.

6. Результаты экспериментальных исследований фирменного сервера IIS Microsoft, а также тестовых испытаний разработанных моделей и алгоритмов на экспериментальном стенде Web-системы.

Практическую ценность работы составляют:

1. Результаты экспериментального анализа реализуемости задач управления качеством услуг Web-приложений на основе фирменных серверов, в частности, сервера IIS Microsoft.

2. Технические рекомендации по созданию управляемых Web-серверов с точки зрения обеспечения качества предоставлемых услуг на основе Ргоху-технологии.

3. Низкая вычислительная сложность разработанных алгоритмов управления, позволяющая эффективно использовать их на практике в задачах построения и управления Web-системами.

4. Инвариантность разработанных моделей Web-системы к законам распределения используемых величин, обеспечивающая возможность применения полученных в работе результатов к большому классу реальных Web-систем независимо от действующих на практике законов распределения случайных величин.

5. Разработанные аналитические модели оценки качества услуг, алгоритмы управления распределением пропускной способности сетевого интерфейса сервера, а также алгоритм управления трафиком, нашедшие практическое применение в следующих организациях и технических разработках: ЗАО «Леннорд» (акт внедрения от 15.03.2000), ОАО «Торговый дом Термекс» (акт внедрения от 11.10.2000), ООО «Юкос» (акт внедрения от 05.02.2001), ООО «Аудит Консалт» (акт внедрения от

12

17.04.2001), а также в программно-техническом прототипе системы управления качеством QoS WMS, созданном в рамках научно-технического проекта MODA по направлению прикладных исследований в области управления в сетях и системах (Research in Network and Systems Management) с отделом системного управления (System management) фирмы Hewlett Packard, Бристоль, Англия (см. [4, 7, 8]). По теме диссертации опубликованно 10 работ.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международной конференции по информатике и управлению ICI&C97 (Россия, С-Петербург, июнь, 1997), международном 4-м семинаре ассоциации университетов Openview НР-OVUA'97 (Испания, Мадрид, апрель, 1997), международном 5-м семинаре ассоциации университетов Openview HP-OVUA'98 (Франция, Рене, апрель, 1998), научно-технических семинарах-презентациях в рамках проекта MODA на кафедре распределенных вычислений и компьютерных сетей (РИВС) С-Петербургского Государственного Технического университета (СПбГТУ) с участием представителей заказчика от научно-исследовательских дабораторий фирмы HP, Англия, Бристоль (С-Петербург, 04.03.1997 и 20.01.1998), научно-техническом семинаре кафедры РИВС СПбГТУ с участием директора института распределенных вычислительных систем Штуттгартского университета проф. К.Ротермела, Германия (С-Петербург, 18.03.1998), научно-техническом семинаре в рамках программы научных исследований центра перспективных исследований (CAS, Торонто, Канада) фирмы IBM (СПбГТУ, каф. РИВС, 15.05.1997), на семинаре предприятия ЗАО "Нордик" (защита информационных систем ) (С-Петербург, 23.04.2000), 4-й Всероссийской научно-технической конференции Ассоциации технических университетов России и представительств отраслевых академий наук при СПбГТУ «Фундаментальные исследования в технических университетах» (С-Петербург, июнь, 2000), международной конференции «XXVII Гагаринские чтения», (Россия, Москва, апрель, 2001).

Таким образом в данной работе были решены следующие задачи:

Проведен анализ существующих подходов к решению проблемы управления качеством услуг распределенных приложений. Выполнены экспериментальные исследования параметров, средств и алгоритмов управления фирменных ,\\/еЬ-серверов.

Разработаны архитектура системы управления качеством услуг распределенных приложений, а также алгоритмы построения схем мониторинга и управления, на основе которых могут приниматься управляющие решения с учетом текущего состояния системы и качества предоставляемого сервиса

Разработаны модели и алгоритмы, обеспечивающие возможность а) прогнозирования качества услуг при изменении условий функционирования ^УеЬ-системы (объемов ее ресурсов или нагрузки), б) оптимизации распределения ресурсов \¥еЬ-системы и в) динамического управления качеством услуг \¥еЬ-системы посредством перераспределения ее ресурсов или ограничения нагрузки.

Разработанные алгоритмы и модели протестированны на экспериментальном стенде \УеЬ-системы.

На защиту выносятся следующие основные ррезультаты:

1. Архитектура системы управления качеством услуг распределенных приложений, основанная на модельном подходе. Алгоритмы построения схем мониторинга и управления.

2. Теоретическое обоснование принципа управления качеством услуг распределенных приложений на основе так называемых узких мест в системе.

182

3. Аналитические модели для прогнозного расчета и анализа качества услуг Web-системы, учитывающие различные конфигурации системы нагрузку системы, объем доступных ресурсов, неоднородность пользователей по нагрузке и их требованиям к качеству, а также алгоритмы парсирования HTML-документа.

4. Важные для теории и практики построения управляемых Web-систем аналитические оптимальные решения для двух задач оптимизации объема и распределения сетевого ресурса Web-серверов, полученные методом неопределенных множителей Лагранжа.

5. Алгоритм управления входным трафиком сервера, алгоритмы контроля и прогнозирования среднего времени реакции Web-системы, а также распределения пропускной способности сетевого интерфейса сервера с целью достижения требуемого качества услуг на всех этапах работы пользователя с Web-системой.

6. Результаты экспериментальных исследований фирменного сервера IIS Microsoft, а также тестовых испытаний разработанных моделей и алгоритмов на экспериментальном стенде Web-системы.

По теме диссертации опубликованно 10 работ.

Заключение

Целью данной работы являлась разработка архитектуры системы управления качеством услуг распределенных приложений и апробация ее на примере WWW-системы. Проведенное в данной работе исследование и его практическая реализация позволили получить следующие результаты:

1. На основе анализа жизненного цикла распределенного приложения определен перечень задач, включающий задачи измерений, мониторинга, диагностики, прогнозирования качества и построения моделей, решение которых необходимо для управления качеством услуг распределенных приложений. Показано, что применение модельного подхода для управления качеством услуг РП является эффективным и результативным.

2. Предложена архитектура системы управления качеством услуг распределенных приложений, основанная на модельном подходе. С учетом решаемых задач в данной архитектуре выделены построитель модели задачи с анализирующим блоком, системы измерений, мониторинга и собственно управления, включенные в два контура управления. Контур низкоуровневого управления (control) реализуется в сетевых протоколах применительно к высокоскоростным процессам передачи и обработки данных. Контур высокоуровневого управления (management или operation control) реализуется администратором или менеджером качества услуг приложений.

Предложенная архитектура управления предоставляет систематический подход к решению задач управления качеством услуг и позволяет на основе модельного подхода устанавливать причинно-следственные связи и динамически определять текущие задачи мониторинга и управления в различных штатных ситуациях, возникающих в процессе функционирования РП.

3. Разработаны и продемонстрированы на примерах алгоритмы построения схем мониторинга и управления. Показано, как предложенные алгоритмы работают в конкретных динамических ситуациях, связанных с обеспечением мониторинга текущего качества услуг и принятия решений при нарушении требуемого качества.

4. Теоретически обоснован принцип управления на основе так называемых узких мест в системе. В работе показано, что при насыщении «узкого места» управление в области «узкого места» становится более (I) эффективным (в смысле критерия эффект/затраты), (И) результативным и (III) многообразным (с точки зрения множества управляемых параметров, к изменению которых становятся чувствительны характеристики качества системы).

5. Построены аналитические модели для прогнозного расчета и анализа качества услуг в зависимости от нагрузки системы и объема ее ресурсов. Модели позволяют анализировать различные структуры Web-системы: от простейшей, состоящей из одного Web-сервера, до сложной, включающей несколько серверов. В общем случае, наиболее интересным для практики организации и управления Web-системами, разработанные модели учитывают неоднородность пользователей по создаваемой ими нагрузке и по своим требованиям к качеству обслуживания, а также алгоритмы параллельного или последовательного парсирования HTML-документа. Достоинство разработанных моделей для практики построения и управления Web-системами состоит в том, что, во-первых, среднее время реакции и производительность системы могут быть рассчитаны через параметры нагрузки любого одного из ресурсов системы. Это свойство моделей существенно облегчает практическую реализацию управления. Во-вторых, разработанные модели инвариантны к законам распределения используемых величин. Это значит, что не требуется делать Марковские предположения, чем страдают многие модели вычислительных систем.

6. Решены задачи обеспечения требуемого качества услуг за счет оптимального распределения ограниченных ресурсов системы. Рассмотрены две важные для практики задачи оптимизации, для которых получены аналитические решения методом неопределенных множителей Лагранжа в предположении, что узким местом в системе является сетевой интерфейс серверов Web-системы.

Первая задача состоит в определении минимального суммарного объема пропускной способности сетевых интерфейсов серверов Web-системы и в оптимальном распределении его между серверами и заданными группами пользователей так, чтобы выполнялось заданное ограничение на время реакции системы для каждой группы при заданном качестве презентации Web-документа.

Во второй задаче оптимизации ищется такое распределение заданного для каждого сервера Web-системы объема пропускной способности между группами пользователей, при котором суммарное абсолютное или относительное отклонение средних времен реакции от заданных пользователями было бы минимальным.

Обе задачи являются типичными в практике построения и модернизации сетей Intranet и, как показано в работе, могут успешно применяться для решения задач управления качеством предоставляемых услуг.

7. Выполнен численный анализ полученных оптимальных решений, подтвердивший результативность разработанных моделей для решения задач управления качеством обслуживания пользователей Web-системы. Полученные численные результаты позволили сформулировать практические рекомендации по выбору критерия оптимизации во второй задаче оптимизации.

8. Разработаны алгоритмы контроля и прогнозирования среднего времени реакции Web-системы и управления пропускной способностью сетевого интерфейса сервера на этапе заключения контракта между пользователем и системой, а также в процессе работы пользователя и отключения его от системы Первый алгоритм осуществляет анализ требований пользователя на предмет их реализуемости, обеспечивает включение пользователя в группу, релевантную его требованиям, и в случае необходимости, с точки зрения качества предоставляемых услуг, производит перераспределение пропускной способности сетевого интерфейса сервера. Второй алгоритм обеспечивает в процессе работы пользователя требуемое ему качество медиа-объектов и среднее время реакции системы за счет динамического управления пропускной способностью сетевого интерфейса сервера, выделяемой группе, в которой находится данный пользователь, и ограничения входной нагрузки. Последнее состоит в том, что пользователь, создающий нагрузку, не допустимую в рамках заключенного с ним контракта, наказывается дополнительной задержкой обработки его запроса сервером.

Предложенные алгоритмы управления характеризуются низкой трудоемкостью, имеющей оценку 0(ER+N), где Е - количество типов встроенных в Web-документ медиа-объектов, R - число групп пользователей, N - число пользователей Web-системы. Это позволяет эффективно использовать данные алгоритмы в рассмотренных задачах управления качеством на практике.

9. Проведены экспериментальные исследования фирменных серверов на предмет реализуемости задач управления качеством Web-приложений. В качестве экспериментальной базы был выбран сервер IIS фирмы Microsoft, который по результатам тестовых испытаний рекомендован специалистами как лучший по характеристикам производительности, безопасности и управляемости при построении Web-site в сетях Intranet. Результаты экспериментальных исследований показали, что алгоритм ограничения информационного потока, реализованный в сервере IIS, не пригоден для решения задач управления временем реакции. Основными причинами его непригодности являются его замедленная реакция и чрезмерно длительные блокировки обслуживания запросов, неадекватные требованиям Web-приложений ко времени реакции системы. Кроме того, алгоритм не располагает параметрами, которые были бы доступны администратору или системе управления для его настройки.

Для улучшения свойств управления качеством услуг существующих фирменных серверов в работе предложено техническое решение, основанное на Ргоху-технологии. Основная задача, возлагаемая на Рюху-сервер в рамках решаемых задач управления качеством, состоит в поддержании интенсивности потока запросов документов и ответов сервера на заданном пороге пропускной способности сетевого интерфейса \УеЬ-сервера. Для решения этой задачи разработан параметрически настраиваемый алгоритм управления информационным потоком. Его параметрами являются: (1) порог пропускной способности сетевого интерфейса сервера, устанавливаемый группе пользователей МУеЬ-системы; (11) периодичность (или интервал) измерений информационной сетевой нагрузки сервера, (111) длительность блокировки процесса обслуживания запроса при нарушении установленного порога пропускной способности. Тестовые испытания данного алгоритма показали высокую точность удержания интесивности информационного потока на заданном уровне, что обеспечивает эффективное решение задач управления качеством Web-сервиса.

10.На экспериментальном стенде \УеЬ-системы проведены тестовые испытания разработанных алгоритмов и экспериментальная оценка адекватности построенных моделей для различного числа пользователей, имитируемых программами-имитаторами, и различных конфигураций \¥еЬ-системы. Как показали эксперименты, погрешность модельных результатов не превышала 8 %, что подтверждает приемлемость разработанных моделей и алгоритмов для практического использования в системе управления качеством услуг.

11 .Разработанные аналитические модели оценки качества услуг, алгоритмы управления распределением пропускной способности сетевого интерфейса сервера, а также алгоритм управления трафиком нашли практическое применение в следующих организациях и технических разработках:

ЗАО «Леннорд» (акт внедрения от 15.03.2000)

ОАО «Торговый дом Термекс» (акт внедрения от 11.10.2000)

ООО «Юкос» (акт внедрения от 05.02.2001)

ООО «Аудит Консалт» (акт внедрения от 17.04.2001) в программно-техническом прототипе системы управления качеством

QoS WMS, созданном в рамках научно-технического проекта MODA по направлению прикладных исследований в области управления в сетях и системах (Research in Network and Systems Management) с отделом системного управления фирмы HP, Бристоль, Англия (см. [40,

43, 44]).