IEP/Septembar 2021

Ispit u septembarskom roku 2021. godine održan je 17. septembra. Bili su dostupni materijali sa predavanja i trajao je 90 minuta.

Postavka

Kompanija može koristiti opremljenu server salu za opsluživanje svog internet poslovanje^[sic] sa klijentima iz celog sveta. Server sala sadrži:

Komponenta	Jedinična cena	Potrošnja KW/h	Karakteristike	Količina
Rek orman			42U
UPS			10KVA, 10 minuta, 3U
Šasija			12 servera, 4U
Bleid server			10 jezgra
Fajervol			40 MB u sekundi, 2U
Balanser			20000 zahteva u sekundi, 2U
Svič			48 porta 1Gb, + 2 porta 10Gb, 2U
Storidž			16 TB, 2U

Napomena: Uzeti sigurnosni faktor 3,5. Konfiguracija sistema je takva da prvo dolazi farjevol i balanser koji su smešteni ispred veb servera (koji dalje prosleđuje sve dinamičke zahteve), onda dolazi drugi fajervol, iza koga dolaze aplikativni server, server baze podataka i storidž. Odnos snaga je 1.41. Odnos dolaznog i odlaznog saobraćaja iznosi 0,15.

Planirani način rada celokupne opreme je 24 sati dnevno, 7 dana u nedelji. U svakom trenutku rada server sale, neophodno je da postoji dežuran inženjer. Poznato je da cena kWh iznosi 0,05. Za potrebe server sale je neophodan prostor od 4 metara kvadratnih po reku. Iznajmljivanje prostora se plaća 25 po kvadratu mesečno. Za povezivanje server sale na internet koristi se veza brzine 10Gbs po ceni od 3000 mesečno. Plata dežurnog inženjera za osmočasovno radno vreme je 1500 mesečno. Za potrebe opremanja server sale, kompanija je uzela pozajmicu sa fiksnom kamatnom ratom od 5% na godišnjem nivou. Period amortizacije opreme je 3 godine.

1. Koliko iznose kapitalna ulaganja (CAPEX) za opremanje opisane server sale na osnovu podataka datih u tabeli. Zanemariti potrebu za rezervnim delovima i rashladnim sistemom.
2. Koliko iznose operativna ulaganja (OPEX) za mesec dana planiranog načina rada server sale?
3. Sajt kompanije ravnomerno tokom dana posećuju posetioci, pri čemu svaki posetilac sajt posećuje 10 minuta i za to vreme poseti u proseku 8 stranica. Da bi se formirala jedna stranica, potrebno je napraviti 17 zahteva ka statičkim elementima stranica i 10 ka dinamičkim elementima stranice. Kod svakog dinamičkog elementa u proseku se 1,4 puta pristupa bazi podataka. Unutar virtuelne mašine na jednom jezgru vreme obrade statičkih zahteva iznosi 0,25 ms, dinamičkih 1,5 ms, a pristup bazi traje u proseku 5,5 ms. Veb server, aplikativni server i server baze podataka se nalaze na različitim fizičkim bleid serverima. Veličina odgovora na statičke zahteve iznosi 18 KB, dinamičke 2,0 KB a baze 6.1 KB. Koliko maksimalno posetilaca može podržati data server sala?

Rešenje

CAPEX

Kapitalni troškovi nam se ovde sastoje samo od opreme koju kupujemo incijalno. U tabeli su izlistane jedinična cena i količina za svaku komponentu, pa samo treba da ih saberemo:

$CAPEX = \sum_{i = 1}^{8} cena_i \cdot kolicina_i =$

OPEX

U operativne troškove nam ovde spadaju struja, otplata kredita, plate zaposlenih, iznajmljivanje prostora i iznajmljivanje interneta.

• Struja:
  • Ukupan broj kritičnih kilovati po satu: $kWh_{total} = \sum_{i = 1}^{8} potrosnja_i \cdot kolicina_i =$
  • Da bismo dobili mesečnu cenu struje, treba izračunati broj kritičnih kilovati po satu, pomnožiti sa odnosom snaga (PUE), brojem sati u mesecu, i ceni po kilovatu.
  • $struja = kWh_{total} \cdot 24 \cdot 30 \cdot 1.41 \cdot 0.05 =$
• Otplata:
  • Mesečna kamatna stopa: $K = 0.05 / 12 =$
  • Ukupan broj rata: $N = 3 \cdot 12 =$
  • Cena mesečne otplate: $otplata = \frac{K \cdot CAPEX}{1 - (1 + K)^{-N}} =$
• Plate:
  • Svaki radnik može da radi 8 časova dnevno, tako da može da pokrije trećinu dana. Po Zakonu o radu, radnici ne smeju da rade više od 40 sati nedeljno. Zbog ovoga, potrebno nam je barem 5 radnika kako bismo pokrili celu nedelju.
  • $plate = 5 \cdot 1500 =$
• Prostor: Dva reka od 4 kvadratna metra, 25 po metru kvadratnom ukupno čini $prostor = 4 \cdot 2 \cdot 25 =$
• Internet: Fiksna cena od mesečno.
• $OPEX = struja + otplata + plate + prostor + internet =$

Posetioci

Ovaj zadatak je malo drugačiji nego što je rađeno na predavanju, u smislu da nam je data infrastruktura i traži nam se broj korisnika umesto da nam je dat broj korisnika i traži se infrastruktura. Zbog toga, moramo da odredimo koliko određeni delovi sistema mogu da prime konkurentnih korisnika. Moguće slabe tačke (bottleneck) naše infrastrukture su:

• Procesorski kapacitet balansera
• Procesorski kapacitet servera
• Mrežni kapacitet baze
• Mrežni kapacitet fajervola
• Mrežni kapacitet ostalih servera

Proveru mrežnog kapaciteta ostalih servera možemo da izostavimo jer je ograničenje na fajervolu (40 MB/s) mnogo veće nego ograničenje odlaznog saobraćaja sa servera (10Gbps).

Kapacitet delova sistema ćemo gledati u broju stranica po sekundi ($sps$) koje mogu da opsluže.

Fajervol

Fajervol je komponenta sistema koja filtrira dolazni saobraćaj. Ograničenje na fajervolu je izraženo u tome što može da filtrira MB/s ulaznog saobraćaja. Količina dolaznog saobraćaja nam nije data u zadatku, ali nam je dato da je odnos dolaznog i odlaznog saobraćaja i koliko se tačno prenosi odlaznog saobraćaja kad korisnik napravi zahtev ka stranici:

• Statičkih zahteva po stranici:
• Dinamičkih zahteva po stranici:
• Saobraćaj ka bazi se ne računa ovde zato što korisnici ne prave zahteve direktno ka bazi i saobraćaj od baze ne izlazi van granica serverske sale. Mrežni kapacitet baze se računa odvojeno.
• Broj kilobajta po statičkom zahtevu:
• Broj kilobajta po dinamičkom zahtevu:
• Odlazni saobraćaj u kilobajtima za jednu stranicu: $odlazni\_saobracaj\_kb\_stranica = staticki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot staticki\_zahtev\_kb + dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot dinamicki\_zahtev\_kb =$
• Dolazni saobraćaj u kilobajtima za jednu stranicu: $dolazni\_saobracaj\_kb = odlazni\_saobracaj\_kb\_stranica \cdot odnos\_dolazni\_odlazni =$
• Broj stranica koje mogu da prođu kroz fajervol za jednu sekundu: $sps\_firewall = \frac{firewall\_kapacitet \cdot 1024}{dolazni\_saobracaj\_kb} =$

Balanser

Balanser je komponenta koja može da opsluži zahteva po sekundi. U ove zahteve se ne računaju zahtevi ka bazi jer oni ne prolaze kroz balanser.

• Broj zahteva po stranici: $zahtevi\_po\_stranici = staticki\_zahtevi\_po\_stranici + dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici =$
• Broj stranica koje mogu da prođu kroz dva balansera za jednu sekundu: $sps\_balancer = \frac{2 \cdot balancer\_kapacitet}{zahtevi\_po\_stranici} =$

Serveri

Serveri se dele na tri tipa: veb server, aplikativni server i server baze podataka. Ne znamo koliko servera imamo od svake grupe, ali možemo da izračunamo koliko jedno jezgro procesora može da opsluži zahteva potrebnih za serviranje jedne stranice u jednoj sekundi.

• Vreme obrade veb servera po stranici: $vreme\_obrade\_veb\_server\_ms = staticki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 0.25ms =$
• Vreme obrade aplikativnog servera po stranici: $vreme\_obrade\_aplikativni\_server\_ms = dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 1.5ms =$
• Vreme obrade servera baze podataka po stranici: $vreme\_obrade\_baza\_ms = dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 1.4 \cdot 5.5ms =$
• Broj "stranica" po sekundi serviranih od jednog jezgra veb servera: $sps\_veb\_server = \frac{1000}{vreme\_obrade\_veb\_server\_ms} =$
• Broj "stranica" po sekundi serviranih od jednog jezgra aplikativnog servera: $sps\_aplikativni\_server = \frac{1000}{vreme\_obrade\_aplikativni\_server\_ms} =$
• Broj "stranica" po sekundi serviranih od jednog jezgra veb servera: $sps\_baza = \frac{1000}{vreme\_obrade\_baza\_ms} =$
• Broj potrebnih tipova servera očigledno možemo da odredimo na osnovu recipročne vrednosti stranica po sekundi koje mogu da serviraju. Prvo računamo zbir tih recipročnih vrednosti: $reciprocni\_zbir\_sps = \frac{1}{sps\_veb\_server} + \frac{1}{sps\_aplikativni\_server} + \frac{1}{sps\_baza} =$
• Broj potrebnih veb servera, zaokružen na bliži broj: $veb\_serveri = \frac{50}{reciprocni\_zbir\_sps \cdot sps\_veb\_server} =$
• Broj potrebnih aplikativnih servera, zaokružen na bliži broj: $aplikativni\_serveri = \frac{50}{reciprocni\_zbir\_sps \cdot sps\_aplikativni\_server} =$
• Broj potrebnih servera baza podataka, zaokružen na bliži broj: $baze = \frac{50}{reciprocni\_zbir\_sps \cdot sps\_baza} =$
• Sad kad smo rasporedili svoje servere na ravnomeran način, možemo da izračunamo koji tip servera nam predstavlja usko grlo i na osnovu njega odredimo koliko stranica po sekundi naši serveri imaju procesorske moći da serviraju.
• Broj jezgara po procesoru:
• Broj stranica po sekundi koje mogu veb serveri da serviraju: $sps\_veb\_serveri = veb\_serveri \cdot jezgra \cdot sps\_veb\_server =$
• Broj stranica po sekundi koje mogu aplikativni serveri da serviraju: $sps\_aplikativni\_serveri = aplikativni\_serveri \cdot jezgra \cdot sps\_aplikativni\_server =$
• Broj stranica po sekundi koje mogu serveri baza podataka da serviraju: $sps\_baze = baze \cdot jezgra \cdot sps\_baza =$
• Možemo da vidimo da je minimum ova tri broja , i to je broj stranica po sekundi koje naši serveri mogu da podrže.

Baza

U zadatku je takođe dat podatak o tome koliko podataka serveri baze podataka šalju pri odgovoru na zahtev. Ovo bi trebalo da proverimo za slučaj da naši serveri baze podataka šalju previše podataka i veza u serverskoj sali to ne može da podrži.

• Podaci koje server baze podataka pošalje po stranici: $podaci\_baza\_stranica = dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 1.4 \cdot 6.1KB =$ KB
• Podaci koje server baze podataka pošalje po sekundi: $podaci\_baza\_ukupno = podaci\_baza\_stranica \cdot sps\_baza \cdot jezgra =$ KB = Gb
• Pošto je krajnji broj manji od 1Gb, naši serveri baze podataka imaju dovoljno protoka.

Rešenje

U suštini, vidimo da nam je usko grlo u sistemu ovde fajervol. Na osnovu toga, pošto imamo broj stranica po sekundi koliki taj fajervol može da opsluži, možemo da izračunamo koliko korisnika može da opsluži.

• Broj posećenih stranica:
• Dužina sesije: s
• Broj konkurentnih korisnika: $broj\_konkurentnih\_korisnika = \frac{sps\_firewall}{\frac{posecene\_stranice}{duzina\_sesije}} =$
• Broj konkurentnih korisnika sa sigurnosnim faktorom: $\frac{broj\_konkurentnih\_korisnika}{3.5} =$