Vorlesung WS04/05

(2 SWS Vorlesung,  Nr. 042731, 2 SWS Übung, Nr: 042732)

Kapazitätsplanung und Leistungsbewertung verteilter Systeme

Zeit:

            Montag:          08:15-10:00 GB V, R 420
            Donnerstag     14.15-16.00 GB IV, R 318

Veranstalter:

Peter Buchholz (Tel.: (0231) 755 4746, Email: peter.buchholz@udo.edu)
            Sprechstunde: Donnerstag 10:00-11.30 und n.V.     GB V R 406a

Inhalt:

In der heutigen Zeit sind vernetzte Computersysteme ein wichtiger Bestandteil praktisch aller Organisationen und dringen auch verstärkt in das tägliche Leben ein. Durch die verstärkte Abhängigkeit von verteilten Systemen erlangen die Aspekte der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des ganzen Systems oder einzelner Komponenten eine immer größere Bedeutung. Die immense Wachstums- und Änderungsdynamik bedingt, dass insbesondere auch die Planung von Rechnerinstallationen und Kommunikationssystemen 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 und die Systemzuverlässigkeit 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. Es wird eine kurze Einführung in die Funktionsweise 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. Darüber hinaus wird ein Vorgehensmodell zur Kapazitätsplanung entwickelt. Weiterhin beschäftigt sich die Vorlesung mit der Messung, Modellierung und Lastvorhersage in verteilten und parallelen Systemen.

In den vorlesungsbegleitenden Übungen werden die eingeführten Techniken an Hand einfacher Beispiele praktisch angewendet.

Kapitelgliederung

Folienkopien werden im Laufe des Semesters verfügbar gemacht.

1. Einführende Beispiele und Problemdefinitionen
1. Einführung
2. Einige Beispiele
3. Quantitative Maße in verteilten Systemen
4. Lebenszyklus komplexer Systeme
5. Ein Referenzmodell zur Kapazitätsplanung
2. Vom System zum Modell
1. Struktur des Umfelds
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. Ein Ansatz zur Kapazitätsplanung von Client-Server Systemen
1. Vorgehensmodelle
2. Charakterisierung der Last
3. Leistungsanalyse
4. Kostenanalyse
3. Techniken zur Leistungsanalyse
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
6. Allgemeine Ankunftsprozesse
2. Offene Warteschlangennetze
1. Einklassennetze
2. Mehrklassennetze
3. Geschlossene Warteschlangennetze
1. Einklassennetze
2. Mehrklassennetze
3. Lastabhängige Bediener
4. Stochastische Interpretation der Warteschlangenmodelle
5. Anwendungsbeispiele
6. Modellierung mit Markov-Prozessen
7. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
1. Grundlagen der Systemzuverlässigkeit
2. Zuverlässigkeit von Komponenten und Systemen
3. Zuverlässigkeit und Leistung
8. Erweiterte Analysetechniken
1. Flussäquivalente Aggregierung
2. Anwendungsbeispiele der Aggregierung
3. Approximative Analyse von Nichtproduktformnetzen
4. Simultane Ressourcenbelegung
5. Grenzen der Modellierung mit Warteschlangennetzen
4. Lastmodellierung and -analyse  (Folien )
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:

1. R. Jain. The Art of Computer Systems Performance Analysis. Wiley 1991.
2. D. A. Menasce, V. F. Almeida, L. W: Dowdy. Performance by Design. Prentice Hall 2004.
3. Ausführliche Literaturliste

Erwünschte Vorkenntnisse:

Wünschenswert, aber nicht zwingend vorausgesetzt sind Basiskenntnisse in Rechnernetzen und Modellierung/Simulation.