DE19727036A1

DE19727036A1 - System und Verfahren zur Leistungsmessung von Anwendungen mittels Nachrichten

Info

Publication number: DE19727036A1
Application number: DE19727036A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Lenz; Wolfgang Schawer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-07
Also published as: US6279002B1

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Leistungsmessung von Verarbeitungsschritten von Programmen bzw. Teilen von Programmen mittels Nachrichten, insbesondere von Anwendungsprogrammen, die auf mehreren Rechnern verteilt angeordnet sind.

Bei verteilten Anwendungen laufen Programmteile auf mehreren, normalerweise unterschiedlichen Rechnern. Sie kommunizieren untereinander, indem sie sich Nachrichten über ein oder mehrere Netzwerke zusenden.

Die Ermittlung der Gesamtantwortzeit (end-to-end response time) von Transaktionen einer verteilten Anwendung und insbesondere die Auswertung von großen Antwortzeiten ist sehr schwierig.

Die Ermittlung und Auswertung der Gesamtantwortzeit einer Transaktion einer verteilten Anwendung ist unter folgenden Punkten notwendig:

Während der Entwicklung der Anwendung will man frühzeitig Leistungsengpässe erkennen und durch Entwurfsverbesserungen beseitigen.

Während der Installation einer verteilten Anwendung treten oft Leistungsprobleme auf. Diese hängen damit zusammen, daß die örtliche Konfiguration von Hard- und Software mit dem neuen Produkt noch nicht getestet worden ist. In solchen Fällen ist es für den Kunden sehr schwierig, einem der beteiligten Produkte einen Fehler zuzuweisen.

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme einer verteilten Anwendung will man die Gesamtantwortzeiten von Transaktionen messen und auswerten. Dies ist notwendig, um die Verfügbarkeit der Anwendung für den Benutzer sicherstellen zu können. Weiterhin möchte man bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes die Gesamtantwortzeit in ihre Bestandteile zergliedern, um die Ursache der Störung zu erkennen.

Die Ermittlung der Gesamtantwortzeit von Transaktionen in verteilten Anwendungen ist technisch notwendig.

Derzeit gibt es verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Gesamtantwortzeit.

Eines der Verfahren zur Ermittlung der Gesamtantwortzeit geht von der Idee aus, Anwendungsteile so zu instrumentieren, daß sie den Beginn und das Ende von Transaktionen (oder Transaktionsteile) an einen außerhalb der Anwendung laufenden Agenten melden können. Der Agent sorgt dafür, daß die Daten zentral zusammengeführt und ausgewertet werden. Bei diesem Verfahren können die zu einem Transaktionsaufruf gehörenden Messungen von Transaktionsteilen nicht korreliert, d. h. man kann nicht erkennen, welche Meßwerte zu einem speziellen Transaktionsaufruf gehören. Um Korrelationen zu ermöglichen, muß bei diesem Verfahren eine global eindeutige Kennung des Transaktionsaufrufs eingeführt werden. Ein solches erweitertes Verfahren ist technisch komplex, weil der Agent außerhalb der Anwendungslogik ist und deshalb global eindeutige Kennungen notwendig sind. Da alle Meßwerte zur Auswertung an einer zentralen Stelle gesammelt werden müssen, ist das Auffinden von zusammengehörigen Werten aus einer großen Anzahl von Meßwerten sehr aufwendig.

Desweiteren gibt es aufwendige Hardwaremonitore mit gemeinsamer elektronischer Uhr, mit denen man Systemaufrufe in mehreren Rechnern überwachen kann. Hardwaremonitore sind teuer und die Instrumentierung ist sehr aufwendig. Ein Nachteil von Hardwaremonitoren liegt darin, daß sie keine Daten auf Anwendungsebene liefern können. So können Aufrufe von Betriebssystemdiensten gezählt und gemessen werden, aber die Zuordnung der Transaktion zu einer Anwendung ist schwierig. Weiterhin können nur Rechner mit gleichartiger Architektur überwacht werden. Dies ist bei verteilten Anwendungen oft nicht gegeben, weil sich Server und Client üblicherweise unterscheiden.

Im übrigen gibt es sogenannte Profiler, mit denen man feststellen kann, welche Programmteile wie oft auf einem Rechner durchlaufen sind bzw. wieviel Zeit in welchen Programmteilen verbracht wurde. Es ist aber nicht möglich, zusammenhängende Informationen von Transaktionsteilen zu bekommen, die auf verschiedenen Rechnern laufen.

Alle vorgenannten Verfahren gehen davon aus, daß die Anwendung von außen gemessen wird, d. h. daß die Anwendungslogik und Instrumentierung vollkommen getrennt oder weitestgehend getrennt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das es erlaubt, gemeinsam mit den Anwendungsdaten die Leistungsdaten von Transaktionen zu gewinnen, so daß sie leicht zu berichten sind und daß eine Analyse der Gesamtantwortzeit sehr einfach wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1, 12 oder 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß durch die integrierte Verarbeitung der Anwendungsdaten und der Leistungsdaten, die einen Transaktionsaufruf beschreiben, in einer Antwortnachricht zusammengefaßt. Alle Daten sind an einer Stelle und-zur gleichen Zeit verfügbar.

Da die zu einem Transaktionsaufruf gehörenden Meßdaten in einer Antwortnachricht zusammengefaßt sind, sind auch die unterschiedlich genommenen Transaktionspfade erkennbar und auswertbar. Das Verfahren kann sowohl zur Analyse von Entwurfs- und Installationsproblemen als auch zur Sicherstellung der Verfügbarkeit von Anwendungen eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und anhand von Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1 eine Client-Server Architektur zeigt, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Leistungsdaten eines Transaktionsaufrufs in einer verteilten Anwendung eingesetzt wird,

Fig. 2A das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel einer verteilten Anwendung in einer Client-Server Architektur zeigt,

Fig. 2B den Aufbau der erfindungsgemäßen Zeitmarke zeigt.

Bei verteilten Anwendungen laufen Programmteile auf mehreren Rechnern. Als Beispiele für verteilte Anwendungen sind Bankenprogramme, Flugbuchungsprogramme oder Datenbankprogramme zu nennen. Von besonderer Bedeutung ist die Einhaltung von Antwortzeiten in verteilten Netzen, da die Einhaltung bestimmter Antwortzeiten, Gegegenstand der Vereinbarung zwischen Datenverarbeitungsanbieter und Anwender ist.

Fig. 1 zeigt ein einfache verteilte Anwendung, bestehend aus einem Client-Programm auf einem Arbeitsplatzrechner der über ein Netzwerk mit dem Server-Programm auf einem anderen Rechner verbunden ist. Das Client-Programm sendet Anfragen (requests) an das Server-Programm und erhält Antworten (responses). Anfragen und Antworten fallen unter den Begriff Nachricht. Die Gesamtantwortzeit vom Erstellen einer Anfrage bis zum Empfang des Resultats kann durch den Vergleich von zwei Zeitmessungen im Client-Programm ermittelt werden. Die Zeitdauer von einzelnen Verarbeitungsschritten der Anfrage/Antwort kann auf diese Weise jedoch nicht ermittelt werden.

Fig. 2A zeigt die einzelnen Verarbeitungsschritte bei der Durchführung einer Anfrage in einem verteilten Netz. Als Beispiel kann die Anfrage auf Auszahlung eines bestimmten Geldbetrages von einem Geldautomaten angeführt werden. Diese Anfrage kann beispielsweise, wie Fig. 2A zeigt, folgende Verarbeitungsschritte auslösen:

1. Anfrage wird vom Client erstellt (z. B. Auszahlung von Geld)
2. Anfrage geht ans Netzwerk
3. Anfrage wird vom Server dekodiert
4. Anfrage wird vom Server geprüft (z. B. ist das Konto gedeckt.
5. Antwort wird vom Server erstellt (z. B. zahle den gewünschten Betrag)
6. Antwort geht vom Netzwerk zum Client
7. Antwort wird vom Client dekodiert
8. Antwort wird vom Client analysiert
9. Antwort wird ausgeführt (Auszahlung des Geldbetrages wird durchgeführt).

Das erfindungsgemäße Verfahren ordnet jeder Nachricht (Anfrage/Antwort) seinen Bereich für Einträge von Zeitmarken (Zeitmarkenbereich) zu, siehe Fig. 2B. Da die Nachricht (Anfrage/Antwort), wie Fig. 2A zeigt, mehrere Verarbeitungsschritte durchläuft, erhält die Nachricht nach jedem frei definierbaren Anfang und Ende eines Verarbeitungsschrittes eine Zeitmarke (Z1, Z2, Z3 usw). Wie in Fig. 2A dargestellt, enthält die Nachricht, z. B. "Zahle mir einen Betrag von 300 DM", 9 Zeitmarkeneinträge bis zur Auszahlung des gewünschten Betrages. Aus dieses 9 Zeiteinträgen läßt sich schnell die Gesamtantwortzeit der jeweiligen Nachricht ermitteln oder die Zeitdauer der einzelnen Verarbeitungsschritte feststellen. Die einzelnen Verarbeitungsschritte können vom Benutzer frei definiert werden. In der Regel wird der Verarbeitungsschritt durch Übergänge von Programmteilen, Programmfunktionen oder sonst definierbaren Schnittstellen definiert sein.

Fig. 2B zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Nachricht mit dem Bereich für Zeiteinträge am Beispiel einer Abbuchungsanfrage einer Bankenanwendung.

Die Anfrage besteht aus Anfrage-Transaktionsdaten, wie z. B. gewünschter Abbuchungsbetrag, Kontonummer, Bankleitzahl, Geheimzahl und dem Zeitmarkenbereich. Der Zeitmarkenbereich enthält die jeweiligen Zeitmarken, die durch die jeweiligen Verarbeitungsschritte hinterlassen werden.

Jede Zeitmarke besteht vorzugsweise aus:

1. einer Beschreibung mit
- Kennung des Rechners (Client/Server - C/S)
- einer im Client eindeutigen Kennung der Nachricht (Anfrage/Antwort - z. B. 1267)
- einen den Verarbeitungsschritt beschreibenden Teil (z. B. In Warteschlange)
2. einen Wert der Rechner-Systemzeit

Beispiel einer Zeitmarke des Verarbeitungsschrittes "Anfrage erstellen":
C "00001267" Anfrage erstellen "12 : 00 : 02.100"

- C steht für die Kennung des Rechners - hier Client
- 00001267 steht für die Kennung einer bestimmte Anfrage
- Anfrage erstellen - beschreibt den konkreten Verarbeitungsschritt
- 12 : 00 : 02.100 steht für die Zeit der Anfrage

Bei Beginn und Ende eines jeden Verabreitungsschrittes kann eine solche Zeitmarke in die Nachricht (Anfrage/Antwort) geschrieben werden.

Der Ablauf in Fig. 2A kann daher wie folgt beschrieben werden:

1. Das Client-Programm schreibt Zeitmarken in die Nachricht (Anfrage/Antwort).
2. Nachdem die Anfrage über das Netzwerk zum Rechner des Servers übertragen wurde, schreibt das Server-Programm weitere Zeitmarken in die Anfrage.
3. Der Server erstellt eine Antwort und überträgt die existierenden Zeitmarken aus der Anfrage in die Antwort.
4. Während der Verarbeitung der Antwort werden weitere Zeitmarken eingetragen.
5. Nachdem die Antwort über das Netzwerk zum Rechner des Client übertragen wurde, schreibt das Client-Programm die letzten Zeitmarken in die Antwort.
6. Bevor die Antwort gelöscht wird, werden die Zeitmarken zur späteren Auswertung in eine Datei geschrieben.

Die Datei enthält nach einem solchen Verarbeitung der Nachricht (Anfrage und Antwort) beispielsweise folgende Einträge:

Die Auswertung der Zeitmarken erfolgt auf der Basis der Kennungen der jeweiligen Anfrage. Es werden alle Zeitmarken derselben Kennung der jeweiligen Anfrage wie folgt ausgewertet:

1. Zwischen den Werten der jeweiligen Verarbeitungsschritte einer Anfrage werden Differenzen ermittelt. So wird die Ausführungszeit für den jeweiligen Verarbeitungsschritt ermittelt. Im diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß es im allgemeinen nicht möglich ist, Werte der Systemzeit verschiedener Rechner miteinander zu vergleichen, weil deren Uhren nicht gleich eingestellt sind.
2. Die Differenz zwischen Werten der Systemzeit der ersten Zeitmarke in der Anfrage und der letzten Zeitmarke in der Antwort ist dann die Gesamtantwortzeit.

Zusätzlich kann aber auch die nicht erfaßte Netzwerkzeit wie folgt ermittelt werden:
Netzwerkzeit = Antwort vom Netzwerk - Anfrage an Netzwerk - (Antwort an Netzwerk - Anfrage vom Netzwerk).

Eine Aufteilung der Netzwerkzeit nach Anfrage und Antwort ist ohne global einheitliche Systemzeit nicht möglich.

Die Auswertung der Zeitmarken im obengenannten Beispiel kann wie folgt erfolgen:

Durch die integrierte Verarbeitung der Anwendungsdaten und der Leistungsdaten sind die Meßdaten, die Verarbeitungsschritte einer Transaktion beschrieben, in einer Antwortnachricht enthalten. Dies hat den Vorteil, daß das sonst sehr schwierig zu lösende Korrelationsproblem hier einfach zu lösen ist. Häufig sind Verarbeitungsschritte einer Transaktion inhomogen, d. h. verschiedene Verarbeitungsaufrufe verlaufen nicht immer nach dem gleichen Muster ab. Da die zu einem Verarbeitungsaufruf gehörenden Meßdaten in einer Antwortnachricht zusammengefaßt sind, sind auch diese unterschiedlich genommenen Pfade einfach erkennbar und auswertbar.

Ein besonderer Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß neben den wichtigen Antwortzeiten von Anfragen/Antworten auch sonstige Leistungsdaten, wie z. B. Verbrauch an CPU, Speicher, Ein- und Ausgabeeinheiten sowie Netz, in dem dafür vorgesehenen Bereich für Leistungseinträge hineingeschrieben werden und daher einfach gemessen und ausgewertet werden können.

Claims

1. Verfahren zur Leistungsmessung von Verarbeitungsschritten von Programmen bzw. Teilen von Programmen mittels Nachrichten in einem Datenverarbeitungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Programm zu verarbeitende Nachricht einen Bereich für Einträge von Leistungsdaten erhält und der jeweilige Verarbeitungsschritt seine Leistungsmarke in diesem Bereich hinterläßt.

2. Verfahren zur Bestimmung und Auswertung von Antwortzeiten von Verarbeitungsschritten eines Programms oder Teile eines Programms mittels Nachrichten in einem Datenverarbeitungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Programm zu verarbeitendende Nachricht einen Bereich für Zeiteinträge erhält und daß der jeweilige Verarbeitungsschritt des Programms eine Zeitmarke in diesem Bereich hinterläßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenverarbeitungssystem aus mehreren Rechnern besteht die miteinander vernetzt sind, und das Programm auf diesen Rechnern verteilt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- oder Zeitmarke die Einträge

a) Kennung des Rechners,
b) Kennung der Nachricht,
c) Beschreibung des jeweiligen Verarbeitungsschrittes der Nachricht innerhalb des jeweiligen Systems und
d) Leistungsdaten oder Wert der Rechnerzeit enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm ein Anwendungsprogramm, Testprogramm oder Dienstprogramm sein kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht entweder ein Anfrage an das Programm oder eine Antwort des Programms beinhaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn und bei Ende eines jeden Verarbeitungsschrittes eine Leistungsmarke und/oder Zeitmarke in die Nachricht geschrieben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschritte als Übergänge von Programmteilen oder Programmfunktionen oder Programm- und Hardwareschnittstellen definiert sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Setzen der Übergänge der einzelnen Verarbeitungsschritte vom Benutzer frei definierbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anwendungsprogramm verteilt auf einem Client und einem Server läuft, das Client-Programm die Anfrage erzeugt und an das Server-Programm weitergibt, das Server-Programm die Anfrage beantwortet und die Antwort zur Bearbeitung an den Client weitergibt.

11. Verfahren nach Anspruch 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtantwortzeit einer Nachricht aus der Differenz zwischen den Werten der ersten und der letzten Zeitmarke einer Nachricht gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerkzeit einer Nachricht aus der Formel "Antwort vom Netzwerk - Anfrage an Netzwerk - (Antwort an Netzwerk - Anfrage vom Netzwerk)" ermittelt wird.

13. Datenverarbeitungssystem enthaltend zumindest einen Rechner, Betriebssystemsoftware und Programme, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels eines Programms zu verarbeitende Nachricht einen Bereich für Leistungs- und/oder Zeiteinträge erhält und daß der jeweilige Verarbeitungsschritt dieser Nachricht einen Leistungseintrag und/oder Zeiteintrag in diesem Bereich hinterläßt.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rechner enthalten sind, die untereinander vernetzt sind und das Anwendungsprogramm auf diesen Rechnern verteilt angeordnet ist.

15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarke die Einträge

a) Kennung des Rechners,
b) Kennung der Nachricht,
c) Beschreibung des jeweiligen Verarbeitungsschrittes der Nachricht innerhalb des jeweiligen Systems und
d) Leistungsdaten und/oder Wert der Rechnerzeit oder enthält.

16. Datenträger, enthaltend ein Programm zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12.