Anlisis de Rendimiento

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Análisis de Rendimiento

• Pontificia Universidad Católica de Chile
• Departamento de Ciencia de la Computación
• IIC3552 Sistemas Embebidos de Tiempo Real
• Gerardo León Pablo Straub

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Objetivo

• El objetivo de esta clase es entender la
  importancia del análisis de rendimiento, y
  conocer algunas técnicas para realizarlo
• En esta clase veremos
• Qué es y de donde viene el análisis de
  rendimiento
• Análisis de rendimientos en escenarios
• Análisis de rendimientos en sistemas

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De qué se trata

• Mirar al diseño en términos de rendimiento
• No pasar mucho tiempo aquí pues
• No hay información detallada
• Mayor parte de problemas de rendimiento debidos a
  malos diseños
• No se trata de arreglarlos en la codificación.
• La idea es ver donde poner esfuerzos de
  optimización

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De qué se trata

• Dos etapas principales
• Mirar cada caso de uso en términos de uso de
  recursos
• Mirar el sistema como un conjunto de recursos

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Algo de historia

• Inicialmente programadores con conocimiento del
  hardware
• Ahora no conocemos como esta implementado el
  sistem y por tanto qué es eficiente
• Algunos piensan que hay que ignorar rendimiento
• nuevos compiladores
• hardware más rápido
• sintonía luego de codificado para pequeños
  sistemas

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Algo de historia

• Por otra parte, algunas historias
• sistemas interactivos con largas respuestas
• sistemas batch que duran más de 8 horas
• pequeños sistemas que deben ser recodificados
  para sintonizarlos
• El análisis de rendimiento está comenzando a
  ganar adeptos

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Algo de historia

• Pero aun existen problemas
• herramientas caras y complicadas
• herramientas proveen información no entendible
  por desarrolladores
• modelos de rendimiento requieren información que
  los desarrolladores no pueden proveer
• Escepticismo de los desarrolladores

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Primera fase análisis de escenarios

• Desarrolar escenario de uso
• Modelo simple de sistema
• Pseudo operaciones
• Obtener números
• Recursos básicos y pseudo operaciones
• Caracterización de nodos básicos
• Cálculo final para escenario
• Análisis de pseudo operaciones
• Análisis de sensibilidad

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Desarrollar escenario de uso

• Usar notación del tipo diagrama de flujo

Nodo básico
Nodo repetición
Nodos identificación de estado
Nodo expandible
Nodo inicial
Control de flujo simple
Llamado a función
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Desarrollar escenario de uso

• La idea es llegar a nodos básicos.

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Modelo simple de sistema

• Análisis basado en uso de recursos
• Buses
• Discos
• Memoria
• CPU
• Identificar los distintos recursos de nuestro
  sistema.

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Pseudo operaciones

• Operaciones potencialmente optmizables
• Operaciones virtuales que son como los bloques de
  nuestro sistema
• En esta etapa
• Identificar las pseudo operaciones
• Caracterizarlas en términos de uso de recursos
• Ejemplos
• Context switch
• Operación I/O en el bus.

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Obtener números

• Recolectar algunos números
• Usar por ejemplo especificaciones de hardware y/o
  software
• Poner todos los necesarios aunque algunos se
  deriven de otros
• Ejemplos
• Instrucciones necesarias para context switch
• Velocidad CPU

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Recursos básicos y pseudo operaciones

• Cuantificar recursos en términos de tiempo
• Cuantificar pseudo operaciones en términos de uso
  de recursos.
• Pueden ser por ahora estimaciones gruesas
  refinadas luego.
• Ejemplos
• Intrucción de CPU -gt 16 ms.
• Context switch -gt 500 instrucciones

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Caracterización de nodos básicos

• Caracterizar nodos básicos en términos de uso de
  pseudo operaciones.
• Escoger un número fijo por cada pseudo operación.
• Usar por ahora estimaciones gruesas.

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Cálculo final para escenario

• Tomar información básica para obtener estimación
  optimista del tiempo necesario para procesar el
  escenario.
• Sumar el uso de recursos de cada nodo básico para
  nodos expandibles.
• Qué pasa con instrucciones como fork?
• Agregar las repeticiones.

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Análisis de pseudo operaciones

• Determinar frecuencia de uso de pseudo
  operaciones
• Candidatas a optimizaciones
• Para cada pseudo operación determinar
• Total uso en el sistema
• Total de cada recurso
• Tiempo
• Porcentaje tiempo del escenario
• Determinar porcentaje uso de la CPU

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Análisis de sensibilidad

• Determinar que tan sensitivo son los resultados
  de acuerdo a nuestros supuestos
• Hacer preguntas del tipo Qué pasa si?
• Qué pasa si ejecutar cada instrucción se demora
  el doble?
• Qué pasa si el context switch se demora el
  doble?
• Qué pasa si la velocidad de la CPU es el doble?
• Qué pasa si la velocidad del bus es la mitad?

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Segunda fase análisis del sistema

• Dos objetivos
• Tener un feeling de que el sistema logrará los
  requerimientos de rendimiento
• Determinar si hay cambios de hardware que
  ayudarían antes de que este este listo
• En particular este análisis ayudará a
• Determinar donde se esta usando el tiempo
• Determinar qué factores afectarán más el
  rendimiento
• Determinar cuellos de botella
• Calcular máximo throughput

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Segunda fase análisis del sistema

• Se usan números calculados en análisis de
  escenarios
• Se hacen supuestos de cuanto suceden los distinos
  escenarios
• Basado en modelos de redes de colas
• Usado en inicialmente en mainframes
• trabajos proceso requerido para responder a un
  evento (escenario)
• servidores recursos compartidos
• throughput eventos que pueden ser procesados por
  segundo.

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Segunda fase análisis del sistema

• Podremos obtener
• Tiempo de residencia tiempo promedio que un
  trabajo pasa esperando y usando un servidor
• Utilización porcentaje de uso de un servidor
• Throughput tasa promedio en que los eventos son
  servidos.
• Largo de cola número promedio de trabajos en
  un servidor

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Segunda fase análisis del sistema

• Necesitaremos lo siguiente
• Tasas de llegada cada cuanto llega un evento?
• Requerimientos de servicio cuanto de cada
  recurso se requiere? (viene de la fase anterior)
• Algunas simplificaciones
• Modelo abierto tasa de eventos no depende de
  tiempo de respuesta.
• Uso de recursos no varia mucho en la vida de un
  trabajo
• Recursos modelados como colas FIFO

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Segunda fase análisis del sistema

• Las etapas de esta fase son
• Análisis del modelo del sistema
• Cálculo del tiempo promedio de servicio
• Cálculo de utilización de recursos
• Cálculo del throughput de un job mix
• Cálculo de tiempos transcurridos
• Análisis de sensibilidad
• Conclusiones

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Análisis del modelo del sistema

• Dibujar el sistema
• Representar los distintos recursos
• Cada recurso modelado como una cola
• Ejecución de un escenario es modelado como
  visitas a recursos
• Dibujar lineas entre recursos que representen el
  orden de visitas
• Si un trabajo visita un recurso ocupado,
  espera en línea.
• En general, un trabajo siempre visita la CPU
  antes de otro recurso.

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Cálculo del tiempo promedio de servicio

• Cálcular número de visitas a cada recurso (V)
• Separadamente por cada categoria de trabajo
• Usar datos del análisis de escenarios
• Determinar tiempo de servicio por cada visita
• Determinar tiempo promedio de servicio (S)

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Cálculo de utilización de recursos

• Calcular por categoría de trabajo
• Necesitamos número de veces por segundo que
  ocurre un evento (X0)
• Calcular por cada recurso
• Thoughput (X) X0 V
• Utilización (U) X S
• Tiempo residencia (RT) S / (1 - U)
• Largo promedio de cola (N) X RT
• Calcular para el sistema
• Numero promedio de trabajos suma de N.
• Tiempo respuesta del sistema N / X0

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Cálculo de utilización de recursos

• Calcular recurso cuello de botella
• El más usado
• (V S) es mayor
• Calcular máximo throughput
• El mismo del cuello de botella
• 1 / (V S)

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Cálculo del throughput de un job mix

• Hasta ahora hemos visto cada categoría de trabajo
  de forma separada.
• Considerar la razón de cada categoría de trabajo
  para obtener un throughput general.
• Número promedio de trabajo es suma de número
  promedio de trabajos
• Tasa de llegada es suma de tasas de llegada
• Utilización de cada recurso suma de utilizaciones
  del recurso
• Máximo throughput es el inverso de la máxima
  utilización.

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Análisis de sensibilidad

• Hacer algo similar a lo hecho en el análisis de
  escenarios
• Observar sensibilidad en
• número promedio de trabajos en el sistema
• respuesta del sistema
• máximo throughput

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Conclusiones

• Mirar los números y obtener ciertas conclusiones
• El sistema alcanzará sus requerimientos?
• Qué parámetros afectan más el rendimiento?
• Se debe cambiar software, hardware?
• Etc.