ИЕП/Септембар 2021

Испит у септембарском року 2021. године одржан је 17. септембра. Били су доступни материјали са предавања и трајао је 90 минута. Исти задаци појавили су се на септембарском испиту 2022. године, одржаног 21. септембра.

Поставка

Компанија може користити опремљену сервер салу за опслуживање свог интернет пословања са клијентима из целог света. Сервер сала садржи:

Компонента	Јединична цена	Потрошња KW/h	Карактеристике	Количина
Рек орман			42U
UPS			10KVA, 10 минута, 3U
Шасија			12 сервера, 4U
Блеид сервер			10 језгра
Фајервол			40 MB у секунди, 2U
Балансер			20000 захтева у секунди, 2U
Свич			48 порта 1Gb, + 2 порта 10Gb, 2U
Сториџ			16 TB, 2U

Напомена: Узети сигурносни фактор 3,5. Конфигурација система је таква да прво долази фајервол и балансер који су смештени испред веб сервера (који даље прослеђује све динамичке захтеве), онда долази други фајервол, иза кога долазе апликативни сервер, сервер базе података и сториџ. Однос снага је 1.41. Однос долазног и одлазног саобраћаја износи 0,15.

Планирани начин рада целокупне опреме је 24 сати дневно, 7 дана у недељи. У сваком тренутку рада сервер сале, неопходно је да постоји дежуран инжењер. Познато је да цена kWh износи 0,05. За потребе сервер сале је неопходан простор од 4 метара квадратних по реку. Изнајмљивање простора се плаћа 25 по квадрату месечно. За повезивање сервер сале на интернет користи се веза брзине 10Gbs по цени од 3000 месечно. Плата дежурног инжењера за осмочасовно радно време је 1500 месечно. За потребе опремања сервер сале, компанија је узела позајмицу са фиксном каматном ратом од 5% на годишњем нивоу. Период амортизације опреме је 3 године.

1. Колико износе капитална улагања (CAPEX) за опремање описане сервер сале на основу података датих у табели. Занемарити потребу за резервним деловима и расхладним системом.
2. Колико износе оперативна улагања (OPEX) за месец дана планираног начина рада сервер сале?
3. Сајт компаније равномерно током дана посећују посетиоци, при чему сваки посетилац сајт посећује 10 минута и за то време посети у просеку 8 страница. Да би се формирала једна страница, потребно је направити 17 захтева ка статичким елементима страница и 10 ка динамичким елементима странице. Код сваког динамичког елемента у просеку се 1,4 пута приступа бази података. Унутар виртуелне машине на једном језгру време обраде статичких захтева износи 0,25 ms, динамичких 1,5 ms, а приступ бази траје у просеку 5,5 ms. Веб сервер, апликативни сервер и сервер базе података се налазе на различитим физичким блеид серверима. Величина одговора на статичке захтеве износи 18 KB, динамичке 2,0 KB а базе 6.1 KB. Колико максимално посетилаца може подржати дата сервер сала?
4. У случају максималног броја посетиоца која ће прва компонента доћи до максималног оптерећења?

Решење

CAPEX

Капитални трошкови нам се овде састоје само од опреме коју купујемо инцијално. У табели су излистане јединична цена и количина за сваку компоненту, па само треба да их саберемо:

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

OPEX

У оперативне трошкове нам овде спадају струја, отплата кредита, плате запослених, изнајмљивање простора и изнајмљивање интернета.

• Струја:
  • Укупан број критичних киловати по сату: $kWh_{total} = \sum_{i = 1}^{8} potrosnja_i \cdot kolicina_i =$
  • Да бисмо добили месечну цену струје, треба израчунати број критичних киловати по сату, помножити са односом снага (PUE), бројем сати у месецу, и цени по киловату.
  • $struja = kWh_{total} \cdot 24 \cdot 30 \cdot 1.41 \cdot 0.05 =$
• Отплата:
  • Месечна каматна стопа: $K = 0.05 / 12 =$
  • Укупан број рата: $N = 3 \cdot 12 =$
  • Цена месечне отплате: $otplata = \frac{K \cdot CAPEX}{1 - (1 + K)^{-N}} =$
• Плате:
  • Сваки радник може да ради 8 часова дневно, тако да може да покрије трећину дана. По Закону о раду, радници не смеју да раде више од 40 сати недељно. Због овога, потребно нам је барем 5 радника како бисмо покрили целу недељу.
  • $plate = 5 \cdot 1500 =$
• Простор: Два река од 4 квадратна метра, 25 по метру квадратном укупно чини $prostor = 4 \cdot 2 \cdot 25 =$
• Интернет: Фиксна цена од месечно.
• $OPEX = struja + otplata + plate + prostor + internet =$

Посетиоци

Овај задатак је мало другачији него што је рађено на предавању, у смислу да нам је дата инфраструктура и тражи нам се број корисника уместо да нам је дат број корисника и тражи се инфраструктура. Због тога, морамо да одредимо колико одређени делови система могу да приме конкурентних корисника. Могуће слабе тачке (bottleneck) наше инфраструктуре су:

• Процесорски капацитет балансера
• Процесорски капацитет сервера
• Мрежни капацитет базе
• Мрежни капацитет фајервола
• Мрежни капацитет осталих сервера

Проверу мрежног капацитета осталих сервера можемо да изоставимо јер је ограничење на фајерволу (40 MB/s) много веће него ограничење одлазног саобраћаја са сервера (10Gbps).

Капацитет делова система ћемо гледати у броју страница по секунди ($sps$) које могу да опслуже.

Фајервол

Фајервол је компонента система која филтрира долазни саобраћај. Ограничење на фајерволу је изражено у томе што може да филтрира MB/s улазног саобраћаја. Количина долазног саобраћаја нам није дата у задатку, али нам је дато да је однос долазног и одлазног саобраћаја и колико се тачно преноси одлазног саобраћаја кад корисник направи захтев ка страници:

• Статичких захтева по страници:
• Динамичких захтева по страници:
• Саобраћај ка бази се не рачуна овде зато што корисници не праве захтеве директно ка бази и саобраћај од базе не излази ван граница серверске сале. Мрежни капацитет базе се рачуна одвојено.
• Број килобајта по статичком захтеву:
• Број килобајта по динамичком захтеву:
• Одлазни саобраћај у килобајтима за једну страницу: $odlazni\_saobracaj\_kb\_stranica = staticki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot staticki\_zahtev\_kb + dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot dinamicki\_zahtev\_kb =$
• Долазни саобраћај у килобајтима за једну страницу: $dolazni\_saobracaj\_kb = odlazni\_saobracaj\_kb\_stranica \cdot odnos\_dolazni\_odlazni =$
• Број страница које могу да прођу кроз фајервол за једну секунду: $sps\_firewall = \frac{firewall\_kapacitet \cdot 1024}{dolazni\_saobracaj\_kb} =$

Балансер

Балансер је компонента која може да опслужи захтева по секунди. У ове захтеве се не рачунају захтеви ка бази јер они не пролазе кроз балансер.

• Број захтева по страници: $zahtevi\_po\_stranici = staticki\_zahtevi\_po\_stranici + dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici =$
• Број страница које могу да прођу кроз два балансера за једну секунду: $sps\_balancer = \frac{2 \cdot balancer\_kapacitet}{zahtevi\_po\_stranici} =$

Сервери

Сервери се деле на три типа: веб сервер, апликативни сервер и сервер базе података. Не знамо колико сервера имамо од сваке групе, али можемо да израчунамо колико једно језгро процесора може да опслужи захтева потребних за сервирање једне странице у једној секунди.

• Време обраде веб сервера по страници: $vreme\_obrade\_veb\_server\_ms = staticki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 0.25ms =$
• Време обраде апликативног сервера по страници: $vreme\_obrade\_aplikativni\_server\_ms = dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 1.5ms =$
• Време обраде сервера базе података по страници: $vreme\_obrade\_baza\_ms = dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 1.4 \cdot 5.5ms =$
• Број "страница" по секунди сервираних од једног језгра веб сервера: $sps\_veb\_server = \frac{1000}{vreme\_obrade\_veb\_server\_ms} =$
• Број "страница" по секунди сервираних од једног језгра апликативног сервера: $sps\_aplikativni\_server = \frac{1000}{vreme\_obrade\_aplikativni\_server\_ms} =$
• Број "страница" по секунди сервираних од једног језгра веб сервера: $sps\_baza = \frac{1000}{vreme\_obrade\_baza\_ms} =$
• Број потребних типова сервера очигледно можемо да одредимо на основу реципрочне вредности страница по секунди које могу да сервирају. Прво рачунамо збир тих реципрочних вредности: $reciprocni\_zbir\_sps = \frac{1}{sps\_veb\_server} + \frac{1}{sps\_aplikativni\_server} + \frac{1}{sps\_baza} =$
• Број потребних веб сервера, заокружен на ближи број: $veb\_serveri = \frac{50}{reciprocni\_zbir\_sps \cdot sps\_veb\_server} =$
• Број потребних апликативних сервера, заокружен на ближи број: $aplikativni\_serveri = \frac{50}{reciprocni\_zbir\_sps \cdot sps\_aplikativni\_server} =$
• Број потребних сервера база података, заокружен на ближи број: $baze = \frac{50}{reciprocni\_zbir\_sps \cdot sps\_baza} =$
• Сад кад смо распоредили своје сервере на равномеран начин, можемо да израчунамо који тип сервера нам представља уско грло и на основу њега одредимо колико страница по секунди наши сервери имају процесорске моћи да сервирају.
• Број језгара по процесору:
• Број страница по секунди које могу веб сервери да сервирају: $sps\_veb\_serveri = veb\_serveri \cdot jezgra \cdot sps\_veb\_server =$
• Број страница по секунди које могу апликативни сервери да сервирају: $sps\_aplikativni\_serveri = aplikativni\_serveri \cdot jezgra \cdot sps\_aplikativni\_server =$
• Број страница по секунди које могу сервери база података да сервирају: $sps\_baze = baze \cdot jezgra \cdot sps\_baza =$
• Можемо да видимо да је минимум ова три броја , и то је број страница по секунди које наши сервери могу да подрже.

База

У задатку је такође дат податак о томе колико података сервери базе података шаљу при одговору на захтев. Ово би требало да проверимо за случај да наши сервери базе података шаљу превише података и веза у серверској сали то не може да подржи.

• Подаци које сервер базе података пошаље по страници: $podaci\_baza\_stranica = dinamicki\_zahtevi\_po\_stranici \cdot 1.4 \cdot 6.1KB =$ KB
• Подаци које сервер базе података пошаље по секунди: $podaci\_baza\_ukupno = podaci\_baza\_stranica \cdot sps\_baza \cdot jezgra =$ KB = Gb
• Пошто је крајњи број мањи од 1Gb, наши сервери базе података имају довољно протока.

Решење

У суштини, видимо да нам је уско грло у систему овде фајервол. На основу тога, пошто имамо број страница по секунди колики тај фајервол може да опслужи, можемо да израчунамо колико корисника може да опслужи.

• Број посећених страница:
• Дужина сесије: s
• Број конкурентних корисника: $broj\_konkurentnih\_korisnika = \frac{sps\_firewall}{\frac{posecene\_stranice}{duzina\_sesije}} =$
• Број конкурентних корисника са сигурносним фактором: $\frac{broj\_konkurentnih\_korisnika}{3.5} =$