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研究生：	涂哲源 Tu, Che-Yuan
論文名稱：	建構在ARM平台上的效能評估器 Perfromance Evaluator Based on ARM Platform
指導教授：	鄭芳田 Cheng, Fan-Tien 洪敏雄 Hung, Min-Hsiung 楊浩青 Yang, Hao-Ching
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 製造工程研究所 Institute of Manufacturing Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	簡易網路管理協定、嵌入式系統、效能指標
外文關鍵詞：	Performance Index, Embedded System, Simple Network Management Protocol (SNMP)
相關次數：	點閱：140 下載：2
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隨著資訊科技的進步，越來越多不同的產業開始審慎考慮導入資訊系統的效益，適時的導入符合實際需求的資訊系統的確能為企業帶來組織面、管理面及科技面正面的綜效。實用的資訊系統不論對企業或是個人都佔有舉足輕重的地位，因此資訊系統的可靠度對使用者來說相當重要，一旦資訊系統的可靠度不佳，則其為企業或是個人所帶來的損失將無可估計。近年來軟體老化的現象被提出：資訊應用系統因關鍵資源耗盡造成效能衰減及失效。
針對此現象本研究延續了原本的具預測應用伺服器失效能力之效能評估器(Performance Evaluator, PEV)的架構，採用Platform-Based Design的方法論，並以ARM平台與Embedded Linux為核心技術來開發一個基於ARM平台的效能評估器，該平台並採用簡易網路管理協定(SNMP)與一套遠端網路監控系統－Cacti為基礎開發技術。效能評估器有兩個主要的核心模組：效能偵測模組與失效預測模組。在效能偵測模組上我們提出了一個效能指標(PI)來判斷應用伺服器的效能狀態，該模組並使用系統反應時間(Response Time)與快速傅利葉轉換(FFT)來驗證模組的準確性。另外，失效預測模組則是以Lagrange Polynomial來建構的，當效能偵測模組發現應用伺服器效能發生異常時，將會通知失效預測模組根據剩餘的可用資源來預測該應用伺服器之失效時間(Time to Failure)，最後效能評估器可提供失效時間等訊息給應用程式叢集服務APCS (Application Cluster Service)，使其可提前轉換即將失效的服務，俾達成服務不中斷的境界。

In recent years, the issue of “Software Aging” has been proposed and studied. The exhaustion of key resources causes the performance decline and failure of an application server and even worse the entire information application system.
Aiming at this issue, this research extends the original framework of Performance Evaluator (PEV), adopts the Platform-Based Design methodology, employs ARM Platform and Embedded Linux as the central techniques to develop an ARM-based performance evaluator. The developed PEV platform incorporates both the Simple Network Management Protocol (SNMP) and a remote network monitoring system, called Cacti.
Detection Module and Prediction Module are two kernel modules of the PEV. We propose a performance index to determine the performance status of application servers. The response time and fast Fourier transform are used to verify the accuracy of the Detection Module. In addition, the Prediction Module is constructed by using Lagrange polynomial. When Detection Module detects performance anomalies of application server, it will inform Prediction Module to predict the “Time to Failure” of the application server according to the residual available resources. Lastly, PEV provides the “Time to Failure” and relative messages to the application cluster service (APCS) to perform the failover of failed services before the upcoming system breakdown to achieve near-zero downtime services.

第一章、緒論 1
1研究背景 1
2研究動機與目的 2
3論文架構 5
第二章、研究方法與目的 7
1 處理器行程管理 ( CPU Processes Management )[24] 7
1.1 延遲程序呼叫時間 (DPC Time) 7
1.2 中斷時間 (Interrupt Time) 7
1.3 特權時間 (Privileged Time) 8
1.4 處理器時間 (Processor Time) 8
1.5 使用者時間 (User Time) 8
2 記憶體管理 ( Memory Management )[24] 9
2.1 可用位元組 (Available Bytes) 9
2.2 待發位元組 (Committed Bytes) 9
2.3 緩衝位元組 (Cache Bytes) 9
2.3.1 系統緩衝常駐位元組 (System Cache Resident Bytes) 9
2.3.2 系統驅動程式常駐位元組 (System Driver Resident Bytes) 10
2.3.3 系統程式常駐位元組 (System Code Resident Bytes) 10
2.3.4 分頁池常駐位元組 (Pool Paged Resident Bytes) 10
2.4 分頁速率 (Pages/sec) 10
2.4.1 分頁置入速率 (Pages Input/sec) 11
2.4.2 分頁輸出速率 (Pages Output/sec) 11
2.5 分頁錯誤速率 (Page Faults/sec)	11
2.6 未分頁的記憶池位元組 (Pool Nonpaged Bytes) 12
2.7 分頁的記憶池位元組 (Pool Paged Bytes) 12
3 簡易網路管理協定 ( Simple Network Management Protocol ) 12
3.1 網路的管理與控制 12
3.2 管理者以及代理者 13
3.3 管理資訊的結構以及MIB	14
3.4 SNMP與UDP 14
3.5 SNMP 社群 16
3.6 管理資訊的結構 17
4 嵌入式系統 ( Embedded Systems ) 18
4.1 嵌入式系統 ( Embedded Systems ) 18
4.2 嵌入式系統設計 ( Embedded System Design ) 18
4.3 以平臺為基礎的設計方法論 (Platform-Based Design Methodology) 18
4.4 ARM Platform	 19
4.5 Embedded Linux System	 19
4 拉格朗日多項式 ( Lagrange Polynomial ) 20
5 主成份分析 ( Principal Component Analysis ) 22
6 統一塑模語言 (Unified Modeling Language) 24
第三章、系統規格 29
1 系統功能規格 29
1.1 問題描述與解決 31
1.2 應用伺服器效能狀態之定義 31
2 資料收集模組 (Data Collector) 33
3 效能偵測模組 (Detection Module) 34
3.1 效能指標－以記憶體為例 35
3.2 效能偵測模組之網路監控系統 36
4 失效預測模組 (Prediction Module) 37
4.1 拉格朗日多項式的建立	37
4.2 即時預測 (Real-time Prediction) 37
5 以平臺為基礎的設計方法論 (Platform-Based Design) 38
6 Linux Specifications 41
6.1 Linux Standard Base 42
6.2 Filesystem Hierarchy Standard 45
第四章、系統功能分析 46
1 效能評估器的應用軟體使用者案例圖(PEV Application Software Use Case Diagram) 47
2 效能評估器的應用軟體循序圖PEV Application Software Sequence Diagram 48
2.1 使用者案例1 (Use Case 1)：Graph Data 48
2.2 使用者案例2 (Use Case 2)：Process Data 50
2.3 使用者案例3 (Use Case 3)：Predict TTF 52
3效能評估器的應用軟體類別圖 (PEV Application Software Class Diagram) 54
第五章、系統架構設計 57
1 使用統一模組化語言與平台的嵌入式系統設計(Embedded System Design Using UML and Platforms)： 57
2 嵌入式系統平台 (Embedded System Platform)： 58
2.1 架構 (Architecture, ARC)： 59
2.2 應用程式介面 (application programming interface, API)： 61
2.3 特定應用程式平台 (application specific programmable platforms, ASP Platforms)： 63
第六章、PEV ARM 平台實作 65
1 ARM平台： 65
1.1 開發板QT-2410簡介 65
1.2 QT-2410規格與硬體架構	66
1.3 ARM微處理器的指令分類與格式 68
1.4 Thumb指令與應用 70
2 建構資料收集模組(Data Collector)： 71
2.1 建構環境 — SNMP Service 71
2.2 建構環境 — SNMP Informant 79
3 建構效能偵測模組(Detection Module)： 83
3.1 記憶體消耗實驗 — 資料蒐集 84
3.2 記憶體消耗實驗 — 資料分析 87
4 建構失效預測模組(Prediction Module)： 99
4.1 插值法與拉格朗日插值法(Lagrange Interpolation) 100
4.2 基於拉格朗日多項式之失效預測模組 101
第七章、結論 105
1 研究成果與論文總結 105
2 未來研究方向 106
參考文獻 108
附錄A 111
                                    

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[31] 林嶸銓，「通用型虛擬量測機制與系統」，國立成功大學製造工程研究所碩士論文，2005。

校內：2009-09-06公開
校外：2009-09-06公開

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