Beschreibung der Lehrveranstaltung

Kapazitätsplanung und Leistungsbewertung verteilter Systeme
Zeit und Ort (im WS 03/04):
Vorlesung: Montag 8.15-10.00 Uhr, GB IV R 112
Übung:

Kapazitätsplanung und Leistungsbewertung verteilter Systeme

Ziele:
In der heutigen Zeit sind vernetzte Computersysteme ein wichtiger Bestandteil praktisch aller Organisationen. Insbesondere das World Wide Web (WWW) erlangte in den letzten Jahren eine immense Bedeutung. So verdoppelt sich die Zahl der Web- Server momentan etwa alle sechs Monate und man geht davon aus, dass viele Anwendungen, wie digitale Bibliotheken, Verkauf über das Netz (electronic commerce), Video (on demand) und netzbasierte Aus- und Weiterbildung, erst am Anfang ihrer Entwicklung stehen. Immer mehr Firmen und auch Behörden sind auf den reibungslosen und schnellen Zugriff auf entfernte Ressourcen angewiesen. Damit erlangt der Aspekt der Leistungsfähigkeit von Komponenten verteilter Systeme eine immer größere Bedeutung. Die immense Wachstumsdynamik bedingt, dass insbesondere auch die Planung von Rechnerinstallationen zur Bereitstellung ausreichender Kapazitäten unter ständig wechselnden Rahmenbedingungen vorgenommen werden muss. Es zeigt sich, dass eine detaillierte Modellierung und simulative Analyse großer verteilter Systeme aus Komplexitäts- und Zeitgründen nicht durchführbar ist. Gefragt sind vielmehr einfache, schnell zu erstellende und schnell zu analysierende Modelle. Dabei sind insbesondere analytisch analysierbare Warteschlangennetze ein wichtiges Instrumentarium zur Modellierung und effizienten Analyse großer Systeme. Praktische Erfahrungen der letzten Jahre zeigen, dass sich mit relativ einfachen Modellen ausreichend genaue Aussagen über das aktuelle und zukünftige Leistungsverhalten verteilter Systeme gewinnen lassen und sich damit Grundlagen für die Planung zukünftiger Konfigurationen ergeben. Ziel der Vorlesung ist es, eine Einführung in das Gebiet der Kapazitätsplanung und Leistungsanalyse verteilter Systeme zu geben. Wir konzentrieren uns dabei insbesondere auf Client-Server-Systeme und speziell auf Web-Server. Es wird eine kurze Einführung in die Funktionsweise dieser Systeme gegeben, Leistungsanforderungen werden definiert und Ziele der Kapazitätsplanung herausgearbeitet. Auf Basis des Anwendungszenarios verteilter Systeme werden einfache Warteschlangennetze und deren Analyse eingeführt und zugehörige Analysewerkzeuge vorgestellt. Weiterhin beschäftigt sich die Vorlesung mit der Messung, Modellierung und Lastvorhersage in verteilten und parallelen Systemen.
Die Vorlesung richtet sich an Studentinnen und Studenten im Haupstudium.
 

 
Gliederung:
 
 Vorlesung  Zeitlicher Ablauf der Vorlesungen
1. Einführende Beispiele und Problemdefinitionen
2. Methodik der Kapazitätsplanung
3. Leistung von Client-Server-Systemen
4. Modellierung von Benutzerverhalten und Hardware
5.< Einfache Gesetze der Leistungsanalyse
6. Infrastruktur des WWW
7. Ein Vorgehensmodell zur Kapazitätsplanung
8. Einfache Wartesysteme
9.-10. Warteschlangennetze und Anwendungen
11. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
12. Erweiterte Analysetechniken und Grenzen
13. Benchmarks und Messung
14. Benchmarks und Messung
15. Lastvorhersage und Planung

 
Kapitelgliederung
Bei den zur Zeit verfügbaren Folien handelt es sich um eine alte Version, die im Laufe des Semesters noch überarbeitet und ergänzt wird!

  1. Einführende Beispiele und Problemdefinitionen (Folien PDF)
    1. Einführung
    2. Einige Beispiele
    3. Zeit als Basis quantitativer Analysen
    4. Ein Referenzmodell
  2. Client-Server Systeme (Folien PDF)
    1. Eine Einführung
      1. Netze und Protokolle
      2. Client-Server Systeme
    2. Modellierung des Benutzerverhaltens
    3. Leistungsanforderungen an Client Server Systeme
      1. Verzögerungszeiten in Kommunikationssystemen
      2. Bedienzeiten und -anforderungen
      3. Warteschlangen
      4. Regeln und Gesetzte zur Leistungsanalyse
      5. Leistungsmaße in Client-Server Systemen
    4. Web-Server und Intranet
      1. Kombination HTTP und TCP
      2. Transaktionen im WWW
      3. Infrastruktur des WWWs
      4. Web-Server
      5. Kapazitätsplanung
    5. Ein Ansatz zur Kapazitätsplanung von Client-Server Systemen
      1. Vorgehensmodelle
      2. Charakterisierung der Last
      3. Leistungsanalyse
      4. Kostenanalyse
  3. Techniken zur Leistungsanalyse (Folien PDF)
    1. Einfache Wartesysteme
      1. Das verkleidete M/M/1 System
      2. Ein Modell mit endlicher Pufferkapazität
      3. Lastabhängigkeit in Ankunft und Bedienung
      4. Weitere M/M/.. Systeme
      5. Nicht-Markovsche Bedienzeiten
    2. Offene Warteschlangennetze
      1. Einklassenentze
      2. Mehrklassennetze
    3. Geschlossene Warteschlangennetze
      1. Einklassennetze
      2. Mehrklassennetze
      3. Lastabhängige Bediener
    4. Stochastische Interpretation der Warteschlangenmodelle
    5. Anwendungsbeispiele
      1. Computersysteme
      2. Multiprozessorsysteme
      3. Rechnernetze
      4. Client-Server Systeme
      5. Web-Server
    6. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
      1. Grundlagen der Systemzuverlässigkeit
      2. Zuverlässigkeit von Komponenten und Systemen
      3. Zuverlässigkeit und Leistung
    7. Erweiterte Analysetechniken
      1. Flussäquivalente Aggregierung
      2. Anwendungsbeispiele der Aggregierung
      3. Approximative Anaylse von Nichtproduktformnetzen
      4. Simultane Ressourcenbelegung
      5. Grenzen der Modellierung mit Warteschlangennetzen
  4. Lastmodellierung and -analyse  (Folien PDF)
    1. Charakterisierung der Systemlast
      1. Erste Schritte
      2. Methodik der Lastcharakterisierung
    2. Benchmarks
      1. Struktur von Benchmarks
      2. Benchmarks of Komponentenebene
      3. Benchmarks auf Systemebene
    3. Messung
      1. Vorgehen bei der Leistungsmessung
      2. Monitore zur Datensammlung
      3. Parameterbestimmung
    4. Lastvorhersage
      1. Eine Strategie zur Lastvorhersage
      2. Vom Geschäftsprozess zu den Modellparametern
      3. Vorhersagetechniken
  5. Abschließende Bemerkungen

Literaturhinweise:
Für die Vorbereitung der Vorlesung wurden insbesondere die folgenden Bücher verwendet:
Erwünschte Vorkenntnisse: