Etude et analyse des performances et simulation des accès aux fichiers sur PC

Performance study and analysis and simulation of file accesses under PC

• Auteur / Autrice : Jalil Boukhobza
• Direction : Claude Timsit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordinateurs -- Mémoires

Linux (système d'exploitation des ordinateurs)

Microsoft Windows NT (système d'exploitation des ordinateurs)

Résumé

L'évolution des sous systèmes de stockage et plus particulièrement des disques a été considérable ces dernières années. Cependant, l'écart de performance entre ces dernièrs et les processeurs ne cesse de se creuser. Il est donc essentiel de bien choisir les ressources de stockage secondaire et de les utiliser d'une manière optimale. Pour y parvenir, une compréhension complète du fonctionnement logiciel et matériel des systèmes de stockage ainsi que des interactions entre les différents modules de ce système est indispensable. Nous nous sommes intéressés dans cette thèse à la mesure et à l'analyse des performances, ainsi qu'à la simulation de l'architecture de stockage sur PC. Nous étudions en particulier les systèmes d'E/S sous Windows ou plus exactement les mécanismes d'accès aux fichiers. L'utilisation de certains paramètres dans la fonction d'ouverture et de création de fichiers CreateFile sous Windows détermine la manière avec laquelle se fera l'accès aux fichiers. Le choix d'une stratégie de lecture par anticipation, d'algorithmes d'écriture retardée, de la taille des blocs systèmes ainsi que d'autres paramètres se fait par le système d'après le paramétrage de cette même fonction. Il est donc important de connaître et de comprendre l'influence de ces choix sur les performances des E/S qui sont bien sûr relatives à la charge de travail imposée au système. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse consiste à d'abord trouver un moyen efficace de mesure de performance spécifique à Windows, c'est-à-dire que l'on prend en compte les paramètres spécifiques à la fonction CreateFile ainsi que les tailles de requêtes. En effet, nous avons remarqué des fluctuations de performance très importantes selon la stratégie d'accès aux fichiers choisie. Nous avons par la suite développé une méthodologie d'analyse des systèmes de stockage sous Windows grâce à laquelle nous avons identifié les différents paramètres de stockage aidant à la compréhension des performances obtenues. C'est l'analyse des temps de réponse qui a permis cette compréhension. En effet, nous avons remarqué une périodicité des temps de réponse dans le cas des accès à des blocs stockés séquentiellement sur le disque, c'est ce qui nous a permis de commencer l'analyse. Une fois cette analyse effectuée, un simulateur comportemental du système de stockage de Windows a été développé. Il permet entre autres d'évaluer les performances d'une charge de travail sur une architecture donnée pour qu'un utilisateur puisse décider de la stratégie d'accès aux fichiers la plus efficace à adopter avant l'implémentation de son application.

The evolution of storage subsystems and more particularly disks was considerable this last decade. However, the performance gap between secondary storage and processor is still increasing. It is therefore crucial to well choose the storage subsystem and to know how to use it in an optimal way. In order to resolve this problem, a complete understanding of the software and hardware behaviours of storage systems as well as the interactions between the different modules of the I/O system is required. We are interested in this thesis in the benchmarking, the performance analysis and the simulation of the storage architecture on PCs. We are particularly studying the I/O system under Windows and the file access mechanisms. The use of some parameters in the file opening and creation function CreateFile under Windows decides on the way files are accessed. The choice of a read ahead algorithm, a lazy write strategy, the system data block size and other parameters is done by the system and depends on those function parameters. It is thus very important to understand the impact of those choices on the I/O performance of the system that are of course relative to the injected workload. The realized work consists of finding at first an efficient way to measure the specific Windows storage system performance depending on the parameters like those specified in the CreateFile function and request sizes. We have noticed very important performance fluctuations relative to the file access strategy used. We have then developed a methodology to analyse Windows storage systems. We have identified thanks to this methodology different parameters that helped us to understand the performance fluctuations we obtained. It is the response time analysis step that allowed this understanding. We observed that response times are periodic when the accessed blocks were stored sequentially on the disk, that was the starting point of our analysis. Once the performance study and analysis done, a behavioral simulator of the Windows storage system has been developed. It allows for instance the performance evaluation of a given workload on defined storage architecture for a user to decide of the most effective access strategy to adopt before implementing his application.