LIP6 1997/002

Approche analytique pour l'étude des performances de serveurs multimédias multidisques en grappe

H. Kaddeche, A.-L. Beylot, M. Becker

LIP6 1997/002: Rapport de Recherche LIP6 / LIP6 research reports
22 pages - Mars/March 1997 - French document.

Titre français : Approche analytique pour l'étude des performances de serveurs multimédias multidisques en grappe
Titre anglais : Analytical performance model of clustered multi-disk multimedia servers

Résumé : Les applications multimédias futures nécessitant des serveurs capables de fournir des séquences vidéo à la demande à plusieurs utilisateurs simultanés géographiquement éloignés sont nombreuses et variées.
L'architecture multidisque en grappe (cluster) qui consiste en un ensemble de noeuds de stockage et de transmission reliés par un réseau d'interconnexion semble bien adaptée à ce type d'applications. Les fichiers vidéo sont fragmentés en blocs et distribués sur les différents disques. Nous présentons dans cet article une approche et un modèle analytique pour l'étude de ces serveurs. Nous présentons en détail la modélisation des différents composants du système et le modèle simplifié final adopté. Le modèle permet de dimensionner rapidement les paramètres de fonctionnement. Il permet d'économiser des simulations coûteuses en temps et d'éviter les problèmes d'événements rares. Nous nous sommes intéressés à la qualité de transmission caractérisée par la probabilité de rupture momentanée dans la transmission des blocs. Une rupture momentanée de transmission se produit lorsque le bloc à envoyer n'est pas chargé dans les délais au niveau du noeud de transmission qui s'occupe de son envoi sur le réseau extérieur. Ce bloc ne sera pas envoyé sur le réseau extérieur ce qui engendrera une petite interruption au niveau de l'utilisateur. Le critère de performance étudié est alors la probabilité de retard pour un bloc. Cette probabilité dépend de la fonction de la répartition du temps de chargement d'un bloc : temps d'attente et d'extraction au niveau du disque et durée de traversée du réseau d'interconnexion. Dans le modèle simplifié final les disques sont modélisés par des files M/D/1 et le réseau d'interconnexion par un délai constant.
Le modèle proposé est validé par de longues simulations réalisées sur un modèle précis sous forme de réseau de files d'attente. L'utilisation du modèle pour le dimensionnement du système est alors présentée.

Abstract : There are many different future multimedia applications requiring servers which are able to provide video sequences on-demand to simultaneous users through a high speed network. A convenient design for these servers seems to be a clustered architecture including a set of storage nodes (with a local disk array) and a set of delivery nodes, those two sets being interconnected by a switch. Video files are shared into blocks and distributed on the disks.
In this paper an analytical model is designed for the study of these servers. We present the detailed modeling of the different components of the system and a final simplified model. The model allows a quick dimensioning of the operating parameters. It allows to save expensive simulations and to avoid rare event problems. The performance evaluation study focuses on the quality of transmission characterized by the probability of happening of a break in the delivery of blocks. A brief transmission break occurs when the expected block is not loaded in time in the delivery node that should manage its transmission to the external network. If the block is late, it will not be transmitted and this will result in a short break at the user end. The performance criterion considered is the probability of delay for a block. This probability depends on the distribution of the loading time of a block : the response time of the disk plus the response time of the switch. In the final simplified model, the disks are modeled by M/D/1 queues and the switch is modeled by a constant delay.
The proposed model is validated through extensive simulations of an accurate queueing network model. The dimensioning of the system is then derived from the model results.

Mots-clés : serveurs multimédias, architecture en grappe, modèles analytiques, évaluation de performances, disques, réseaux d'interconnexion

Key-words : multimedia servers, clustered architecture, analytical models, performance evaluation, disk, switch

Publications internes LIP6 1997 / LIP6 research reports 1997

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