Tiểu luận môn học Tính toán khắp nơi Đo và chèn độ chễ vào trong ứng dụng Web

Tiểu luận môn học Tính toán khắp nơi Đo và chèn độ chễ vào trong ứng dụng Web Trong điện toán di động và các ngữ cảnh khác, độ trễ thường gây ra nhiều trở ngại hơn là băng thông. Sự ảnh hưởng của hiệu năng dựa trên đáp ứng trễ thấp đến người dung. Vì vậy câu hỏi đặt ra là bao nhiêu hiệu năng là cần thiết khi mà ứng dụng vẫn mở.

1

Phụ lục

1 Mục tiêu và nền tảng 2

2 Existing Tools – công cụ hiện có 3

2.1 Đo độ trễ 3

2.1.1 RUI (Penn State) 4

2.1.2 VIA (Rensselaer) 4

2.1.3 X11 + Record extension (Ghi mở rộng) 4

2.1.4 Wireshark 5

2.2 Độ trễ Injecting 5

2.2.1 Tầng ứng dụng 5

2.2.2 Tầng mạng 6

3 Công cụ 7

3.1 Bàn phím, chuột và tiêu đề log 7

3.2 Trễ tầng ứng dụng và lưu log 13

3.3 Delay mạng 14

3.4 log network 14

4 Hợp chuẩn 14

4.1 Thiết lập thử nghiệm 14

4.2 Phân tích 15

4.3 Kết Quả 18

5 Acknowledgements 20

2

1 Mục tiêu và nền tảng

Trong điện toán di động và các ngữ cảnh khác, độ trễ thường gây ra nhiều trở ngại hơn là băng thông Sự ảnh hưởng của hiệu năng dựa trên đáp ứng trễ thấp đến người dung Vì vậy câu hỏi đặt ra là bao nhiêu hiệu năng là cần thiết khi mà ứng dụng vẫn mở

Ngày nay thì trọng tâm của ảnh hưởng hiệu năng của các trang web, ví dụ như Galletta thấy được hiệu quả của độ trễ trong hiệu năng, thái độ và ý định người dung Kể từ thời điểm Galletta làm việc, một loại tương tác mới được nhúng vào trong web, kết hợp với các xử lý nội bộ cộng với nền tảng truyền thông của máy chủ Một vài cái tên cho phương pháp tương tác mới này bao gồm Web 2.0, AJAX, và các ứng dụng Rich Internet

Trong ứng dụng web 2.0, có rất nhiều nguồn tiềm năng của độ trễ Chúng bao gồm:

 Trễ xử lý nội bộ

 Trễ từ xa

 Trễ do mạng

Các nguồn này có các biểu hiện khác nhau và với điều kiện khác nhau Khi thiết kế hệ thống cho framework web 2.0, nó cung cấp biện pháp quan trọng trong việc đo độ trễ tồn tai như việc mô phỏng độ trễ mới, qua tất cả các phần của hệ thống

Trong phiên bản mới trong thử nghiệm 8A về việc xây dựng một mô hình tương quan của hiệu năng người dung với giao diện hiện đại Người dùng thừa hưởng các phím tắt để điều khiển qua website và dòng text và mô hình phỏng đoán có hiệu năng chậm hơn so với quan sát trực tiếp Sauk hi kiểm tra mô hình

hệ thống tương quan (mô hình dựa trên một phần kết quả của thử nghiệm 8A), giả

3

thuyết rằng kết quả thử nghiệm được tạo ra năm 1983 không phỏng đoán chính xác máy tính người dùng ngày nay

Trong phiên bản mới của thử nghiệm xây dựng năm 2008, và thử nghiệm này đang chạy, không có hệ thống log chính xác đủ để sử dụng Trong một vài tình huống, bộ log chậm hơn máy tính nên cần nhân đôi thời gian thử nghiệm Mục đích để tạo ra bộ log tốt và chính xác hơn cho Card, Moran và Newell sử dụng trong việc kiểm thử nghiện nam 1983 (Thử nghiệm ban đầu chỉ rõ độ cho phép của một log là 33ms Cho đến khi ta đưa hệ thống vào trong báo cáo, vẫn chưa tìm được một hệ thống log chính xác và có thể chạy cho thử nghiệm này

2 Existing Tools – công cụ hiện có

Đối với dự án này, trước tiên chúng ta đánh giá một số công cụ cho cả hai

đo lường và tiêm chích độ trễ Một số công cụ rất có ích với một số thay đổi, và những người khác đã có thể sử dụng trực tiếp

2.1 Đo độ trễ

Độ trễ có thể được đo bằng cách lấy chênh lệch thời gian giữa các hành động người dùng và hệ thống phản ứng Đối với công việc của chúng tôi, chúng tôi muốn ghi lại hoạt động của bàn phím và chuột ở độ phân giải thời gian cao (trong vòng 10 ms của jitter) Mức độ phân giải là cần thiết vì điều thú vị trong nhận thức con người xảy ra ở khoảng thời gian này

Ban đầu, chúng tôi muốn để có thể đo độ trễ trên cả hai hệ điều hành Windows và Mac Vì lý do này, đầu tiên chúng tôi tìm hiểu về RUI [8] và VIA [7]

4

2.1.1 RUI (Penn State)

RUI [8] (Recording User Input), có sẵn tại http://acs.ist.psu.edu/projects/RUI /, được phát triển cho Windows và Mac OS để ghi và phát lại đầu vào bàn phím và chuột

2.1.2 VIA (Rensselaer)

VIA [7] (Visualization Interaction Architecture), có sẵn tại

http://www.cogsci.rpi.edu / cogworks /? view = modules.research.spec & id = 63,

là một cơ chế dựa trên mạng để đăng nhập Một phần nhỏ của mã được viết cho mỗi nền tảng trong sự kiểm tra mà kết nối đến một máy chủ phải đăng nhập qua giao thức TCP / IP Mục tiêu của nó tương tự như RUI: là một công cụ tương tác mạnh mẽ để đăng nhập của con người

2.1.3 X11 + Record extension (Ghi mở rộng)

Mặc dù ban đầu chúng tôi muốn có một hệ thống đăng nhập làm việc trên Windows và Mac OS, chúng tôi nhận ra rằng nó đã có thể nới lỏng hạn chế này Bởi vì chúng ta đã quan tâm đến thử nghiệm người dùng tương tác với một ứng dụng web (Google Calendar), chúng ta có thể làm tốt bằng cách sử dụng trình duyệt Firefox trên một hệ thống dựa trên Linux với hệ thống cửa sổ X11 Sự linh hoạt của hệ thống này cho phép chúng ta cấu hình con chuột và bàn phím để làm việc như họ làm trên một trong hai máy Mac hoặc PC: một cân nhắc quan trọng cho người sử dụng ngay cả khi sử dụng một ứng dụng đa nền tảng như một trình duyệt

Một công cụ khác mà chúng tôi đã xem xét là PyKeylogger [5] Trong khi

nó tốt hơn Xnee theo cách nào đó, nhưng nó đã không nắm bắt được các định thời chính xác cho các thao tác bàn phím và di chuyển chuột Mặc dù nó sẽ có thể để tùy chỉnh PyKeylogger làm việc như chúng tôi cần, Xnee làm việc đủ tốt cho đến

5

bây giờ mà chúng tôi đã không dành những nỗ lực của các tuỳ biến vào thời điểm này

2.1.4 Wireshark

Wireshark [3] là một chương trình chụp và phân tích các gói mạng Nó rất hữu ích trong đăng nhập lưu lượng mạng mà đi giữa các máy tính địa phương và bất kỳ máy chủ từ xa Lọc gói dữ liệu tinh xảo và phân tích đều có sẵn Mặc dù chúng tôi đã không hẳn sử dụng chức năng tiên tiến này, nó có thể sẽ hữu ích trong tương lai

2.2 Độ trễ Injecting

Phần thứ hai của hệ thống liên quan đến độ trễ Injecting vào hệ thống Điều này cho phép chúng ta kiểm tra giả thuyết về tâm lý liên quan đến phản ứng của người sử dụng để thay đổi thời gian đáp ứng của hệ thống Bởi vì độ trễ trong các phần khác nhau của hệ thống sẽ thể hiện theo những cách khác nhau, chúng ta cần phải có độ trễ Injecting ở những nơi khác nhau

2.2.1 Tầng ứng dụng

Để độ trễ Injecting ở mức ứng dụng, người ta phải đánh chặn và trì hoãn sự kiện đến từ người sử dụng hoặc trì hoãn việc hiển thị thông tin sẽ tới người sử dụng

Trong một nghiên cứu hiện tại [6], chúng tôi nhận thấy độ trễ đã được Injecting sử dụng các trang web tuỳ chỉnh với một chức năng chậm trễ viết bằng JavaScript Công việc này khi một thử nghiệm (như của Galletta) có toàn quyền kiểm soát tất cả các nội dung, nhưng nó không hoạt động khi chúng ta không kiểm soát các máy chủ cũng như các trang (như Google Calendar) Trong phần tiếp theo, chúng tôi thảo luận về giải pháp của chúng tôi về vấn đề này

6

2.2.2 Tầng mạng

Có rất nhiều cách để độ trễ Injecting ở cấp độ mạng, cả trong phần mềm và phần cứng Chúng tôi sẽ xem xét hai công cụ hiện có mà chúng ta đã quen thuộc với: NetEm [10] và công nghệ Linktropy 4500 [1] Cả hai làm việc trên cùng một nguyên tắc, bằng cách làm chậm hoặc hạn chế các gói dữ liệu mạng, độ trễ mạng

có thể được mô phỏng Sự khác biệt là trong việc thực hiện: NetEm là phần mềm, nhúng vào trong hạt nhân Linux, và Linktropy là một thiết bị phần cứng mà ngồi độc lập trong một rack

Với NetEm, cách tiêu chuẩn của độ trễ Injecting là một lệnh như thế này: “tc

trễ đi 100 ms để các thiết bị mạng eth0 Nhiều hơn các thiết lập phức tạp có sẵn, bao gồm giới thiệu gói tin bị mất, sao chép, và sắp xếp lại Tất cả những sự kiện được tạo ra bởi các bản phân phối thống kê tùy biến, cho phép cho các mô phỏng rất thực tế NetEm không có vấn đề với mô phỏng mới hơn các mạng vô tuyến dựa trên (UMTS, WiMAX, và những cái khác), nhưng công việc đang được triển khai đến địa chỉ này [4]

Các Linktropy 4500 về cơ bản gói gọn các chức năng của NetEm vào một thiết bị phần cứng với một giao diện người dùng đơn giản dựa trên web Một trong những công cụ này có thể làm việc để độ trễ Injecting, mặc dù NetEm có thể hữu ích hơn cho nhanh chóng và tự động thay đổi các thông số (ví dụ, giữa các trường hợp thử nghiệm), và ra các quyết định cho mỗi gói tin về làm thế nào để áp dụng cài đặt mô phỏng

7

3 Công cụ

Như đã đề cập trong phần trước, chúng ta bắt đầu với ý tưởng sử dụng các phần mềm hỗ trợ đa nền tảng cho việc lưu log Kinh nghiệm sử dụng các nền tảng web, chúng ta có thể sử dụng nền tảng Linux chạy X11 Nó cho phép chúng ta mềm dẻo trong việc log và thêm độ trễ

3.1 Bàn phím, chuột và tiêu đề log

Để log bàn phím và chuột, chúng ta giải quyết sử dụng Xnee với bản ghi mở rộng X Máy mục tiêu sử dụng Fedora 10 trên máy tính ThinkPad Một vấn đề quan trọng với việc sử dụng thiết lập này là, mặc định, Fedora vô hiệu hóa bản ghi mở rộng trong X11 Cần thiết biên dịch lại X Server để thiết lập chức năng Chỉ khi chúng ta kết thúc, Xnee làm việc hoàn hảo

Dưới đây là một ví dụ lưu vết log sử dụng công cụ Đầu ra được sinh ra bởi Xnee và một máy khách X đã được sửa đổi sử dụng xev tool Với các dòng, chúng

ta không bắt đầu với thời gian, trường thứ 8 là thời gian Bỏ qua các trường không được tài liệu hóa như dưới đây

Starts with Meaning

0,2 Key down, 6th value is keycode given by xmodmap -pk

0,3 Key up, 6th value is keycode given by xmodmap -pk

0,4 Mouse down, 5th value is mouse button

0,5 Mouse up, 5th value is mouse button

0,6 Mouse motion: next two values are (x; y) position

[timestamp] Active window (given by hex value) or titlebar has changed

8

Trong các dòng với dấu “,”, số lượng đưa ra cột cuối cùng trong mili giây,

và hiển thị xung của server X Số này thì là điển hình số mili giây kể từ khi nhân được khởi chạy Kết quả từ Xnee Trong các dòng mà bắt đầu với dấu ngoặc, thời gian đầu tiên và sau nó là id của cửa sổ hiện hành và tiêu đề Kết quả này từ tool

đã thay đổi của chúng ta

Log dưới chỉ ra người sử dụng đang di chuyển từ cửa sổ terminal tới trình duyệt Firefox Người sử dụng nhập vào www.cmu.edu trong thanh địa chỉ, nhấn enter

và nhấn vào đường link Cuối cùng người sử dụng đóng tab Một vài thông số chuột

0,6,664,537,0,0,0,1041338

0,6,665,537,0,0,0,1041350

0,6,666,537,0,0,0,1041386

[1041667] 0x2c00007 agoode@localhost:˜/xnee-3.02

0,6,662,533,0,0,0,1041772

0,6,661,532,0,0,0,1041785

0,6,657,528,0,0,0,1041802

0,6,649,520,0,0,0,1041816

0,6,648,519,0,0,0,1041831

Mẫu chuột

0,6,667,347,0,0,0,1043375

0,6,679,347,0,0,0,1043392

0,6,701,349,0,0,0,1043407

Chuột thì di chuyển đến cửa sổ window,

[1043408] 0x4600121 Mozilla Firefox

9

0,6,711,351,0,0,0,1043423

0,6,729,355,0,0,0,1043440

0,6,737,357,0,0,0,1043449

0,6,743,359,0,0,0,1043462

0,6,744,359,0,0,0,1043527

Người sử dụng click để đưa firefox lên phía trước, mouse down, mouse up 0,4,0,0,1,0,0,1043552

0,5,0,0,1,0,0,1043625

0,6,743,359,0,0,0,1043764

0,6,743,358,0,0,0,1043789

0,6,741,357,0,0,0,1043802

0,6,735,349,0,0,0,1043813

0,6,719,327,0,0,0,1043833

0,6,709,307,0,0,0,1043847

thông số chuột

0,6,615,157,0,0,0,1044800

0,6,615,155,0,0,0,1044830

0,6,614,155,0,0,0,1044845

0,6,614,154,0,0,0,1044858

Người sử dụng click thanh địa chỉ

0,4,0,0,1,0,0,1045009

0,6,614,155,0,0,0,1045039

0,5,0,0,1,0,0,1045097

10

0,6,614,154,0,0,0,1045147

0,6,614,153,0,0,0,1045275

Vàgõ vào www.cmu.edu và nhấn enter

0,2,0,0,0,25,0,1045693

0,3,0,0,0,25,0,1045757

0,2,0,0,0,25,0,1045851

0,3,0,0,0,25,0,1045907

0,2,0,0,0,25,0,1046010

0,3,0,0,0,25,0,1046089

0,2,0,0,0,60,0,1046146

0,3,0,0,0,60,0,1046295

0,2,0,0,0,54,0,1046296

0,2,0,0,0,58,0,1046391

0,3,0,0,0,54,0,1046429

0,3,0,0,0,58,0,1046488

0,2,0,0,0,30,0,1046540

0,3,0,0,0,30,0,1046619

0,2,0,0,0,60,0,1046755

0,3,0,0,0,60,0,1046843

0,2,0,0,0,26,0,1046879

0,2,0,0,0,40,0,1046935

0,3,0,0,0,26,0,1047014

0,2,0,0,0,30,0,1047038

11

0,3,0,0,0,40,0,1047076

0,3,0,0,0,30,0,1047148

0,2,0,0,0,36,0,1047229

0,3,0,0,0,36,0,1047317

[1047911] 0x4600121 Carnegie Mellon University - Mozilla Firefox

0,6,614,154,0,0,0,1048341

0,6,613,154,0,0,0,1048450

0,6,613,155,0,0,0,1048529

0,6,612,155,0,0,0,1049238

0,6,611,155,0,0,0,1049263

0,6,610,155,0,0,0,1049265

0,6,608,156,0,0,0,1049282

0,6,600,156,0,0,0,1049292

0,6,597,156,0,0,0,1049309

0,6,594,156,0,0,0,1049323

Thông số chuột

0,6,473,684,0,0,0,1056114

0,6,474,683,0,0,0,1056154

0,6,475,683,0,0,0,1056177

0,6,475,682,0,0,0,1056188

0,6,476,681,0,0,0,1056203

0,6,476,680,0,0,0,1056218

0,6,477,680,0,0,0,1056231

12

0,6,476,680,0,0,0,1056890

0,6,475,680,0,0,0,1057088

0,6,474,680,0,0,0,1057226

Click vào một link

0,4,0,0,1,0,0,1057903

0,5,0,0,1,0,0,1057984

0,6,474,681,0,0,0,1057995

[1058634] 0x4600121 Alice 3 Software - Carnegie Mellon University - Mozilla

0,6,474,680,0,0,0,1060027

0,6,475,679,0,0,0,1060057

0,6,477,671,0,0,0,1060089

0,6,478,669,0,0,0,1060103

0,6,480,657,0,0,0,1060116

0,6,484,647,0,0,0,1060130

0,6,488,623,0,0,0,1060143

0,6,490,607,0,0,0,1060158

0,6,490,593,0,0,0,1060175

0,6,494,563,0,0,0,1060186

Thông số chuột

0,6,362,249,0,0,0,1061363

0,6,362,250,0,0,0,1061375

0,6,363,251,0,0,0,1061575

13

0,6,363,252,0,0,0,1061596

0,6,364,253,0,0,0,1061615

0,6,364,254,0,0,0,1061703

0,6,364,255,0,0,0,1061871

Click vào đóng cửa sổ

0,4,0,0,1,0,0,1061962

0,6,365,255,0,0,0,1061972

0,5,0,0,1,0,0,1062037

[1062195] 0x4600121 Mozilla Firefox

0,6,365,256,0,0,0,1062659

0,6,367,256,0,0,0,1062671

0,6,369,257,0,0,0,1062684

Đó là các log ra mà chúng ta có thể đọc và phân tích nó

3.2 Trễ tầng ứng dụng và lưu log

Để tạo độ trễ trong ứng dụng web, chúng ta thực hiện đơn giản dùng javascript Greasemonkey framework ĐOạn mã được trèn vào trong trang web khi load trong trình duyệt và chạy bất kể khi nào phím được bấm hoặc chuột được click Lý thuyết, với cơ chế này, tất cả các xự kiện có thể được làm trễ trong các người sử dụng tới ứng dụng web Nhưng không may, javascript không cung cấp cách nào để đồng bộ thực thi Cách làm khác có, nhưng thường thất bại Mặc dù

cơ chế này làm thỉnh thoảng làm việc, nó thường làm đơ trình duyệt, làm mất sự tương tác với người sử dụng Một cơ chế khác có thể tìm được nếu tầng ứng dụng trễ là được yêu cầu

14

Đoạn script Greasemonkey cũng có thể log lại các sự kiện bị delay khi kết nối tới log server chạy trên máy local Bởi vì Greasemonkey không thể truy cập file hệ thống, log phải thực hiện thông qua GM_xmlhttpRequest Một log server đơn giản viết trên Python để nắng nghe sự kiện logs

3.3 Delay mạng

Giới thiệu về trễ mạng, chúng ta sử dụng NetEm, chạy trên máy local Với thiết lập này, chúng ta có thể nhanh chóng thay đổi tham số độ trễ thường xuyên khi cần thiết, và có thể chọn lọc các gói trễ và các thứ khác

3.4 log network

Để log gói, chúng ta sử dụng wireshark, mô tả trong 2.1.4

4 Hợp chuẩn

Chúng tôi đã không làm bất kỳ loại phân tích về độ trễ Để đo độ trễ, chúng tôi thực hiện kiểm chứng thực với sự giúp đỡ của một micro đặc biệt, một máy quay phim, và phần mềm được gọi là ELAN [12]

4.1 Thiết lập thử nghiệm

Để xác minh chất lượng của từng logger, chúng tôi quyết định để đo các âm thanh của tổ hợp phím với một micro nhạy cảm và sau đó tương quan với các dạng sóng đầu ra của logger Máy tính xách tay là một máy ThinkPadT61 Micro

là một loại cốc hút, đặc biệt là một Peterson Signalflex SF20 Guitar Tuner đón micro (xem Hình 1) Micro được đặt trên trackpad của máy tính xách tay, cung cấp tín hiệu tốt từ các âm thanh bấm phím và click chuột (xem hình 2) Một máy quay video được đặt trên một chân máy và nhằm vào máy tính xách tay Microphone kết nối với máy quay video thông qua một dây