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1 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Administradores y diseñadores ¿Cómo predecir.

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Presentación del tema: "1 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Administradores y diseñadores ¿Cómo predecir."— Transcripción de la presentación:

1 1 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Administradores y diseñadores ¿Cómo predecir la capacidad de un sistema informático? Aplicaciones del análisis operacional

2 2 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Contenido 1.Introducción 2. Algoritmos de resolución de redes de colas Tiempo de respuesta de una estación Análisis de redes abiertas Análisis de redes cerradas Herramienta solvenet 3. Límites optimistas del rendimiento Concepto de cuello de botella Ecuaciones para el tiempo de respuesta y la productividad 4. Técnicas de mejora Actualización de componentes Sintonización del sistema

3 3 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional 1. Introducción Limitaciones del análisis operacional

4 4 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Analisis operacional: limitaciones Aplicando únicamente análisis operacional no se puede obtener los índices siguientes: –Número medio de trabajos en una estación –Tiempo medio de respuesta de una estación Los algoritmos de resolución obtienen estos resultados en base a unas hipótesis de partida sobre: –La distribución del tiempo de servicio –La distribución del tiempo entre llegadas Índices de prestaciones Algoritmo Parámetros del modelo

5 5 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional 2. Algoritmos de resolución de redes de colas Hipótesis de partida Estimación del tiempo de respuesta en una estación Algoritmos para redes abiertas Algoritmo para redes cerradas

6 6 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Hipótesis de partida Son dos: –Si un trabajo está siendo atendido en una estación el tiempo que le queda antes de abandonar la misma es independiente del tiempo que ya lleva en servicio –En un sistema abierto el tiempo que queda hasta la próxima llegada es independiente del instante en que se produjo la llegada anterior Estas hipótesis se cumplen cuando las distribuciones del tiempo entre llegadas y el tiempo de servicio son exponenciales (memoryless property)

7 7 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Tiempo de respuesta de una estación En la estación hay N i trabajos y el tiempo de servicio es exponencial de media S i Cuando llega un trabajo a la estación: –Espera a que se procesen los N i trabajos –Luego, cumple su propio tiempo de servicio Tiempo de servicio Tiempo de espera Tiempo de respuesta No es una relación operacional

8 8 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Esquema de resolución Datos del modelo con K estaciones –Si la red es abierta Tasa de llegadas al sistema ( ) –Si la red es cerrada Número de trabajos en el sistema (N) Tiempo de reflexión de los usuarios (Z) –Por cada estación Razón de visita de cada estación (V i ) Tiempo de servicio de cada estación (S i ) R i, R X Algoritmo V i, S i o N, Z

9 9 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resolución de redes abiertas Sistemas abiertos (suponemos conocidos:,V i y S i ) Utilización de cada estación Tiempo de respuesta de cada estación Tiempo de respuesta del sistema

10 10 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Tiempo de respuesta en redes abiertas DispositivoViVi SiSi CPU90.01 DISCO40.02 DISCO40.02 Hay un valor máximo (capacidad del sistema)

11 11 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Productividad en redes abiertas DispositivoViVi SiSi CPU90.01 DISCO40.02 DISCO40.02 No aporta ninguna información, ya que X=

12 12 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resolución de redes cerradas Sistemas cerrados (suponemos conocidos: N, Z y V i,S i ) –Algoritmo del valor medio (MVA, mean value analysis) –Iterativo con n = 1,2,...,N Tiempo de respuesta de cada estación Tiempo de respuesta y productividad del sistema Actualización del número de trabajos en cada estación Inicialización de trabajos en las de estaciones

13 13 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Tiempo de respuesta en redes cerradas DispositivoViVi SiSi CPU DISCO50.02 DISCO40.03 El incremento es lineal Tiempo de reflexión2

14 14 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Productividad en redes cerradas DispositivoViVi SiSi CPU DISCO50.02 DISCO40.03 Capacidad máxima Tiempo de reflexión2

15 15 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resolución con solvenet Programa muy sencillo que aplica los dos algoritmos anteriores –Disponible el código fuente en lenguaje C –Los parámetros del modelo se indican en la línea de órdenes Usage: solvenet Usage: solvenet [0|1] [lambda| N Z] tcpu nio Sio1 Vio1...Sion Vion With no parameters, shows this message network: 0 (open) and 1 (closed) lambda: input rate (only for open networks) N: number of terminals (only for closed networks) Z: think time (only for closed networks) tcpu: service time of the CPU unit nio: number of I/O devices Sio: service time of I/O device i Vio: ratio visit or routing probability of I/O device i

16 16 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resultados con solvenet (I) ******************************************************** * NAME * UTIL * CUST NB * RESPONSE * THRUPUT * ******************************************************** * * * * CPU * * * * * * * * * I/O 1 * * * * * * * * * I/O 2 * * * * * * * * ******************************************************** UiUi NiNi RiRi XiXi solvenet DispositivoViVi SiSi CPU90.01 DISCO40.02 DISCO

17 17 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resultados con solvenet (II) ******************************************************** * NAME * VISIT * SERVICE * DEMAND * CUST NQ * ******************************************************** * * * * CPU * * * * * * * * * I/O 1 * * * * * * * * * I/O 2 * * * * * * * * ******************************************************** ViVi SiSi DiDi QiQi solvenet

18 18 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional 3. Límites optimistas del rendimiento Concepto de cuello de botella Ecuaciones para R y X

19 19 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Limitaciones en el rendimiento Todo sistema presenta alguna limitación en su rendimiento –Causas: hardware, software, organización del sistema, etc. La localización del elemento limitador depende del sistema y de la carga –Puede haber uno o varios de estos elementos limitadores

20 20 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional ¿Qué es un cuello de botella? Un cuello de botella (bottleneck) es un elemento limitador del rendimiento del sistema Las prestaciones globales del sistema dependen del dispositivo cuello de botella –La única manera de mejorar las prestaciones de manera significativa es actuando sobre este dispositivo –El cuello de botella es el dispositivo con la mayor demanda de servicio (o utilización más alta)

21 21 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Aumento de la carga Saturación del sistema El sistema se satura cuando lo hace el cuello de botella –Es el primer dispositivo en saturarse Operación normal Sistema saturado El sistema alcanza su productividad máxima

22 22 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Aumento de la carga Sistema equilibrado (balanced system) Sistema en que todos los dispositivos tienen la misma demanda o utilización (la carga se absorbe equitativamente) Todos los dispositivos son cuellos de botella

23 23 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Límites optimistas del rendimiento Cota superior de la productividad (X) e inferior del tiempo de respuesta (R) –¿Cuál es la productividad máxima? –¿Cuál es el tiempo de respuesta mínimo? Campos de aplicación –Estudios preliminares: consideración de un gran número de configuraciones candidatas –Estimación de la mejora potencial de prestaciones que pueden reportar acciones sobre el sistema –Planificación de la capacidad (capacity planning)

24 24 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Localización de asíntotas Modelos abiertos Modelos cerrados

25 25 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Datos de partida Localización del cuello de botella (dispositivo b) –D b : demanda de servicio del dispositivo cuello de botella (la máxima del sistema) D: Demanda total de servicio Z: Tiempo de reflexión (sistemas interactivos)

26 26 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Límites optimistas: sistemas abiertos El valor máximo de la tasa de llegada será aquél que sature completamente el dispositivo cuello de botella Valor optimista de la productividad

27 27 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Límites optimistas: sistemas abiertos Valor optimista del tiempo de respuesta –Cuando =1/D b el número de trabajos en el sistema crece indefinidamente –El valor mínimo del tiempo de respuesta será el que experimente un trabajo a solas en el sistema

28 28 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resumen sistemas abiertos Tiempo de respuestaProductividad D 1/D b RX Límite optimista Resolución Límite optimista Resolución

29 29 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Ejemplo de sistema abierto Tiempo de respuesta mínimo –D = = 540 ms Productividad máxima – máx = 1/D b =1/240 = trabajos/ms = 4.2 trabajos/s Utilización máxima del disco A –U A = máx V A S A = U i con = trabajos/ms –U CPU = D CPU = 0.32 –U A = D A = 0.28 –U B = D B = 0.48 DispositivoViVi S i (ms) D i (ms) CPU DISCO A DISCO B830240

30 30 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resultados con solvenet ************************************ * SYSTEM VARIABLES * ************************************ * * * * WORKING CUSTOMERS * * * * * * RESPONSE TIME * * * MINIMUM RESPONSE TIME * * * * * * THROUGHPUT * * * MAXIMUM THROUGHPUT * * * * * ************************************ solvenet ************************************* * ASIMPTOTIC BOUNDS * ************************************* * * Ropt = * * Xopt = * * *************************************

31 31 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Límites optimistas: sistemas cerrados Sistema sin dispositivos saturados –Valor optimista del tiempo de respuesta Los trabajos siempre encuentran los dispositivos sin ocupar –Valor optimista de la productividad Se puede obtener a partir del valor optimista del tiempo de respuesta

32 32 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Límites optimistas: sistemas cerrados Sistema con el dispositivo cuello de botella saturado –Valor optimista de la productividad –Valor optimista del tiempo de respuesta Se puede obtener a partir del valor optimista de X

33 33 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resumen sistemas cerrados Tiempo de respuesta Productividad N D 1/D b N D b N-Z N/(D+Z) N* R X Límite optimista MVA Límite optimista MVA

34 34 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Punto teórico de saturación Propiedades del punto teórico de saturación N* –Se consigue la productividad teórica máxima –No se puede mejorar el tiempo de respuesta mínimo porque a partir de este valor se empiezan a formar colas de espera en al menos el dispositivo cuello de botella –Se suele expresar como un número entero

35 35 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Ejemplo de sistema cerrado Tiempo de respuesta mínimo –D = = 12 s Productividad máxima –X máx = 1/D b =1/5 = 0.2 trabajos/s Punto teórico de saturación –N* = (D+Z)/ D b = 6 trabajos Asíntotas Máximo número de trabajos que permiten que R opt 100 s –5N– N 23.6 DispositivoViVi S i (s) D i (s) CPU515 DISCO A224 DISCO B21.53 Tiempo de reflexión18 s

36 36 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Resultados con solvenet ************************************ * SYSTEM VARIABLES * ************************************ * * * * WORKING CUSTOMERS * * * THINKING CUSTOMERS * * * ALL CUSTOMERS * 8* * SATURATION POINT * 6* * * * * RESPONSE TIME * * * MINIMUM RESPONSE TIME * * * * * * THROUGHPUT * * * MAXIMUM THROUGHPUT * * * * * ************************************ solvenet ************************************* * ASIMPTOTIC BOUNDS * ************************************* * * Ropt = max {12.00, 5.00*N-18.00} * * Xopt = min {N/30.00, 0.20} * * *************************************

37 37 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional 4. Técnicas de mejora Actualización de componentes Sintonización del sistema

38 38 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Técnicas para mejorar las prestaciones Para mejorar las prestaciones de manera significativa hay que actuar sobre el cuello de botella del sistema –Actualización y sintonización

39 39 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Actualización o reposición (upgrading) Reemplazar dispositivos por otros más rápidos –Procesador, memoria, placa base, disco Añadir dispositivos para poder realizar más tareas en paralelo –Ejemplo: biprocesadores, matrices de discos (RAID) Algunos problemas –Compatibilidad de los nuevos elementos con los existentes –Facilidad del sistema para dejarse actualizar

40 40 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Sintonización o ajuste (tuning) Tratan de optimizar el funcionamiento de todos los componentes (hardware y software) –Componentes hardware –Sistema operativo –Aplicación Muchos ajustes se hacen en el sistema operativo –Políticas de gestión de procesos y memoria virtual –Distribución de la información entre discos Algunos problemas –Hay que conocer muy bien el sistema operativo y el funcionamiento de los componentes hardware –Posible alteración de la fiabilidad

41 41 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Ejemplo: servidor web DispositivoViVi S i (s)D i (s) CPU DISCO A DISCO B

42 42 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Actualización: CPU doble rápida DispositivoViVi S i (s)D i (s) CPU DISCO A DISCO B La CPU se mantiene como cuello de botella pero con menor demanda

43 43 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Actualización: discos doble rápidos DispositivoViVi S i (s)D i (s) CPU DISCO A DISCO B La CPU se mantiene como cuello de botella pero con la misma demanda

44 44 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Ejemplo: servidor de ficheros DispositivoViVi S i (s)D i (s) CPU DISCO A DISCO B Tiempo de reflexión4 s

45 45 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Rendimiento del sistema original Los valores óptimos de ambos índices están determinados por el cuello de botella (CPU)

46 46 Evaluación y modelado del rendimiento de los sistemas informáticos: Aplicaciones del análisis operacional Actualización: CPU doble rápida


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