Um dos argumentos a favor do PART e que, devido a variabilidade nos tamanhos dos arqui- vos, cada substituic~ao individual no cache n~ao particionado poderia envolver um numero grande de remoc~oes de arquivos, alterando signi cativamente o estado do cache. Para fazer esta avaliac~ao foi medido o numero de arquivos removidos a cada reposic~ao, isto e, a cada
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) PORTUGAL NP PART 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) POP99-zez NP PART 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) BR NP PART
Figura5.7: Tempo medio de perman^encia, em numero de requisic~oes, dos arquivos em caches particio-
nados (PART) e n~ao particionados (NP) com poltica LRU. Cargas PORTUGAL (esquerda), POP99-zez (centro) e BR (direita).
inserc~ao na qual foi necessario liberar espaco no cache. A gura 5.8 compara os resulta- dos dos valores medios dessa medida, calculados sobre todas as reposic~oes feitas durante a simulac~ao, para cada modelo de cache. O modelo PART apresenta um comportamento bastante estavel nesta metrica, com uma media aproximadamente constante e inferior a dois arquivos removidos a cada operac~ao de reposic~ao para todas as cargas.
No caso do cache n~ao particionado, as cargas PORTUGAL e POP99-zez apresentam valores em torno de quatro e seis, respectivamente, com discreto crescimento a medida que o tamanho do cache aumenta. O crescimento pode ser explicado pelo fato de que nos caches maiores e necessario um numero menor de remoc~oes de arquivos. No entanto, as remoc~oes que ainda s~ao necessarias s~ao exatamente as causadas pela inserc~ao de arquivos grandes envolvendo, portanto, muitas retiradas. Como as remoc~oes com poucas retiradas diminuem, a media cresce. No caso da carga BR, os valores s~ao instaveis para caches pequenos e isso se deve a grande variabilidade nos tamanhos dos arquivos desta carga. Para caches com tamanhos acima de 32%, os valores caem consideravelmente mas ainda se mant^em acima do PART. A media da carga BR para todos os tamanhos de cache e de 17 arquivos removidos em cada operac~ao de reposic~ao.
Esses resultados comprovam o argumento utilizado. Um numero maior de arquivos e envolvido numa substituic~ao no cache n~ao particionado porque n~ao ha relac~ao entre o tamanho dos arquivos inseridos e retirados. Na inserc~ao de um arquivo grande, muitos arquivos pequenos podem ser retirados. Por outro lado, se um arquivo grande e o LRU (ou o proximo a ser retirado), sua retirada pode ser causada pela inserc~ao de um arquivo pequeno. Essa operac~ao libera um espaco maior do que o necessario. Assim, as proximas inserc~oes encontrar~ao espaco su ciente no cache e n~ao implicar~ao em retiradas. O PART retira menos arquivos a cada substituic~ao. Porem, como o espaco liberado por vez e pequeno devido a maior uniformidade nos tamanhos dos arquivos envolvidos nas trocas, o numero de operac~oes para abrir espaco e maior. Em resumo, o PART retira poucos
0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) PORTUGAL NP PART 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) POP99-zez NP PART 0 5 10 15 20 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) BR NP PART
Figura5.8: Numero medio de arquivos removidos em cada operac~ao de reposic~ao em caches particionados
(PART) e n~ao particionados (NP) com poltica LRU. Cargas PORTUGAL (esquerda), POP99-zez (centro) e BR (direita).
arquivos de cada vez mas faz isso mais frequentemente enquanto o cache n~ao particionado retira muitos arquivos por vez e faz remoc~oes menos frequentes.
O proximo passo e conhecer o numero total de arquivos removidos. A gura 5.9 apre- senta o numero de arquivos removidos e inseridos no cache durante a simulac~ao. O PART invariavelmente insere e remove menos arquivos. O cache n~ao particionado remove 13% mais arquivos do que o PART para a carga PORTUGAL, 20% mais para a carga POP99- zez e 84% mais para a carga BR. As remoc~oes executadas pelo PART s~ao em menor numero e mais regulares, melhor distribudas no perodo do experimento. Isto explica o valor maior para LRU-ageobtido pelo PART. Ao liberar apenas o espaco necessario a proxima inserc~ao, evita-se retiradas desnecessarias, o que favorece a preservac~ao dos arquivos no cache. O numero de inserc~oes e igual ao numero de misses. Portanto, o PART insere menos porque acerta mais e isto e devido ao fato de manter mais arquivos no cache, e mant^e-los por mais tempo, preservando o estado do cache.
Esta variabilidade apresentada pelo modelo n~ao particionado n~ao e bene ca para o de- sempenho no ambiente real pois o sistema vai experimentar picos de requisic~oes de retirada em certos instantes, intercalados por perodos nos quais nenhuma retirada e feita. Uma melhor distribuic~ao das retiradas, como a obtida pelo PART, contribui para a obtenc~ao de uma melhor taxa de servico.
O numero de remoc~oes por operac~ao de reposic~ao nas partic~oes individuais do cache particionado foi avaliado. O numero medio de arquivos removidos e maior na ultima partic~ao em todos os experimentos e isto e devido a maior variabilidade nos tamanhos dos arquivos da ultima classe. Para PORTUGAL, a media e de 1.3 para as duas primeiras partic~oes e 2.6 para a ultima. Para POP99-zez, temos 1.2 para a primeira partic~ao, 1.4 para a segunda e 3.7 para a ultima. Finalmente, para BR temos, 1.6 para a primeira partic~ao, 1.3 para a segunda partic~ao e 5.2 para a terceira partic~ao.
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) PORTUGAL rem-NP ins-NP rem-PART ins-PART 0 200000 400000 600000 800000 1e+06 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) POP99-zez rem-NP ins-NP rem-PART ins-PART 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 0 10 20 30 40 50 60 70 Tamanho do Cache (%) BR rem-NP ins-NP rem-PART ins-PART
Figura5.9: Numero de remoc~oes e inserc~oes de arquivos em caches particionados (PART) e n~ao parti-
cionados (NP) com poltica LRU. Cargas PORTUGAL (esquerda), POP99-zez (centro) e BR (direita).
5.2.6 Fragmentac~ao
O particionamento do cache provoca retiradas de arquivos devido a fragmentac~ao do espaco entre as partic~oes. Isto ocorre quando um arquivo deve ser armazenado em uma partic~ao na qual n~ao ha espaco su ciente, sendo necessaria a remoc~ao de outros arquivos nessa partic~ao. No entanto, a soma do espaco livre em todas as partic~oes seria su ciente para armazenar o arquivo. Isso n~ao ocorre no cache n~ao particionado.
Como vimos na sec~ao anterior, o numero de arquivos removidos no cache particionado, que inclui as remoc~oes devido a fragmentac~ao, e menor do que no modelo n~ao particionado. Portanto, mesmo incluindo o custo da fragmentac~ao, o cache particionado apresenta um numero inferior de remoc~oes de arquivos.
A fragmentac~ao dos arquivos no disco, que causa impacto no tempo de acesso, n~ao foi modelada na simulac~ao. Assumimos que os arquivos s~ao armazenados de forma contgua.
5.2.7 Conclus~ao
Nesta sec~ao foi discutido e comparado o desempenho dos modelos de cache particionado e n~ao particionado. O PART se mostrou melhor em todas as metricas avaliadas. N~ao foram observados resultados contraditorios para um mesmo experimento e cargas diferentes. A substituic~ao de arquivos no cache sem considerar o tamanho produz duas situac~oes que s~ao prejudiciais ao desempenho do cache: retirada desnecessaria de arquivos e liberac~ao desnecessaria de espaco. Os resultados evidenciam que o modelo PART minimiza esses problemas e apresenta um comportamento mais regular, preservando mais arquivos no cache e por mais tempo. Os melhores resultados em todas as metricas foram obtidos em caches de tamanhos intermediarios, entre 2% e 50% do tamanho de refer^encia. A escassez extrema do recurso gerenciado, o espaco em disco, representada pelo tamanho de 1%, e a plena disponibilidade do recurso, representada pelo tamanho de 64%, s~ao situac~oes
extremas nas quais a mudanca de modelo n~ao con gura alterac~ao signi cativa no resultado.