Prestazioni e affidabilità di Sistemi Introduzione. Analisi quantitativa: scopi

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1 Prestazioni e affidabilità di Sistemi Introduzione Analisi quantitativa (vs qualitativa) di sistemi - sistemi di elaborazione - sistemi di comunicazione - sistemi di traffico - sistemi di produzione Utenti e servizi offerti Qualità del servizio QoS - prestazioni - affidabilità - disponibilità - sicurezza di funzionamento... P1.1 Analisi quantitativa: scopi Progetto di sistemi Livello hw, mw, sw Analisi di componenti Tipi di sistemi: real-time, mobili, distribuiti,... Confronto e selezione fra sistemi obbiettivi ipotesi di carico Aggiornamento e sviluppo di sistemi Ampliamenti, sostituzioni Messa a punto (tuning) Definizione di parametri. Es.:scheduling, buffer allocation, context switching, cluster size for paging Analisi di sistemi Verifica e validazione di QoS di sistemi hw e sw P1.2 1

2 Prestazioni Esempi: - tempi di esecuzione - tempo di risposta - quantità di lavoro svolto in un dato tempo - banda passante - latenza - tempo di utilizzo Rapporto costo/prestazioni Analisi quantitativa delle prestazioni di - un intero sistema - un sottosistema - una componente - carico del sistema - livello di analisi P1.3 Indici di prestazione Analisi di un sistema in condizione - di equilibrio (stazionario) - di evoluzione (transiente) Indici di prestazione di un sistema: caratterizzazione quantitativa delle prestazioni di un sistema o di una sua componente Esempi di componenti o risorse hw: CPU, memoria principale, memoria cache, memoria secondaria, canali di comunicazione, linee di comunicazione, (velocità, capacità) sw: sistema operativo, applicazioni sw, interazione fra componenti, meccanismi di cooperazione, database lock, scheduling, algoritmi e protocolli di rete, architetture software Indici locali relativi ad una componente o risorsa del sistema globali relativi all intero sistema P1.4 2

3 Indici di prestazione locali: definizione Sistema formato da K risorse, denotate da 1,2, K Indici locali alla risorsa o componente k del sistema X k throughput no. medio di utenti serviti per unità di tempo dalla risorsa k U k utizzazione percentuale di tempo in cui la risorsa k è occupata t k tempo di risposta tempo complessivo speso da un utente nella risorsa k T k tempo medio di risposta, valor medio di t k n k numero di presenze, no. di utenti presenti nella risorsa k N k numero medio di presenze, valor medio di n k t k e n k per un sistema non-deterministico sono variabili casuali, caratterizzabili dai momenti e dalla funzione di distribuzione di probabilità P1.5 Indici di prestazione globali: definizione Indici globali all intero sistema X throughput no. medio di utenti serviti dal sistema per unità di tempo U utizzazione percentuale di tempo in cui il sistema è occupato t tempo di risposta tempo complessivo speso da un utente nel sistema T tempo medio di risposta, valor medio di t t(i,j) tempo di passaggio dalla risorsa i alla risorsa j: tempo che intercorre fra l'istante in cui un utente entra nella risorsa i e l'istante in cui entra per la prima volta nella risorsa j, 1 i,j K T(i,j) tempo medio di passaggio dalla risorsa i alla risorsa j: valor medio di t(i,j), 1 i,j K n numero di presenze, no. di utenti presenti nel sistema N numero medio di presenze, valor medio di n P1.6 3

4 Affidabilità Garanzia di funzionamento (dependability) attendibilità di un sistema, per poter usufruire dei servizi Attributi di garanzia di funzionamento: disponibilità (avaliability) garanzia di prontezza all uso affidabilità (reliability) garanzia di continuità di uso a funzionamento sicuro (safety) evitare conseguenze catastrofiche sull ambiente sicuro (security) prevenire accessi e/o gestione dell informazione non autorizzati Fallimento (failure) del sistema: se non aderisce più alla specifica Errore (error) parte dello stato del sistema che porta al fallimento Guasto (fault) causa di un errore P1.7 Metodi per la garanzia di funzionamento Metodi di prevenzione dei guasti(fault prevention) tolleranza ai guasti (fault tolrenace) eliminazione dei guasti (fault removal) previsione del guasto (fault forecasting) Procurement Validation Procurement: conseguimento della garanzia di funzionamento come dotare un sistema della capacità di fornire un servizio secondo una data specifica Validation: validazione della garanzia di funzionamento come raggiungere la fiducia nella capacità del sistema di fornire un servizio secondo una data specifica P1.8 4

5 Classificazione per Guasti natura accidentali intenzionali origine (cause) fisici causati dall uomo (confini) interni esterni (fase di creazione) di progetto operativi persistenza permanenti temporanei Un guasto è attivo se produce un errore Un errore è latente se non è stato riconosciuto, altrimenti è rilevato Un fallimento si verifica a causa di un errore che influenza un servizio ->fallimento->guasto->errore->fallimento->guasto-> Es.: errore sw è un guasto che può essere attivato; il guasto può produrre errore (es.dato errato) che influenza un servizio che causa un fallimento; un corto circuito in un c.i. è un fallimento che causa un guasto;... P1.9 Indici di affidabilità:sistema transiente Consideriamo il sistema in un intervallo di tempo [0,t] I(t) = 0 se il sistema non è funzionante all'istante t 1 se il sistema è funzionante all'istante O(t) quantità totale di tempo in cui il sistema è funzionante durante l'intervallo [0,t] t O(t) = I(τ) dτ 0 A(t) disponibilità (availability) percentuale di tempo in cui il sistema è operativo (funzionante) nell'intervallo di tempo (0,t) P1.10 5

6 Indici di affidabilità î τ se si verifica un fallimento del sistema in [0, τ] 1 se non si verifica alcun fallimento del sistema in [0, τ] τ [0,t] R(t) affidabilità (reliability) probabilità che il sistema rimanga funzionante almeno fino al tempo t R(t) = Prob [ î(t) = 1 ] L(t) tempo di vita del sistema tempo del primo fallimento del sistema, se questo avviene prima di t, uguale a t altrimenti Relazione fra tempo di vita e affidabilità t L(t) = î(τ) dτ 0 t E[L(t)] = R(τ) dτ 0 P1.11 Indici di affidabilità:sistema stazionario Sistema in condizioni di equilibrio A disponibilità stazionaria probabilità che il sistema sia operativo, ovvero A = lim t A(t) MTTF (Mean Time To Failure) tempo medio di fallimento: tempo medio che intercorre fra due fallimenti consecutivi del sistema MTTF = lim t E[L(t)] Significativo soltanto nell'analisi di sistemi riparabili P1.12 6

7 Performability Per sistemi tolleranti ai guasti, quindi in grado di fornire servizio con prestazioni degradate anche in presenza di guasti: valutazione combinata di prestazioni ed affidabilità del sistema Prestazioni + Affidabilità Performance + Reliability = Performability Durante un intervallo di tempo [0,t], ad ogni istante t il sistema è caratterizzato da un livello di operatività C(t) a cui corrisponde una specifica configurazione del sistema (es., in termini di componenti operative e non). Il sistema ad ogni livello di operatività fornisce determinate Prestazioni P(C(t)), valutabili utilizzando i modelli prestazionali. L'indice di performability Y(t) rappresenta le prestazioni cumulative durante l'intervallo di tempo [0,t] t Y(t) = P(C(τ)) dτ 0 P1.13 Per sistemi tolleranti ai guasti Performability stazionaria l'indice di performability stazionaria Y prestazioni medie pesate per la affidabilità Y = lim t Y(t) /t P1.14 7

8 Sistemi paralleli Per sistemi paralleli l indice di maggior rilevanza è il tempo di risposta o tempo di esecuzione Spesso si valuta il valor medio - speedup T(i) tempo di esecuzione di un job su un sistema con i processori - efficienza S(n) = T(1) / T(n) E(n) = S(n) / n Utilizzazione media degli n processori Senza I/O l efficienza di un solo processore è E(1)=1 Se l efficienza è unitaria la speed-up è lineare S(n)=n Solitamente S(n)<n, es. S(n)=log(n) P1.15 Sistemi paralleli Se f è la porzione inerentemente sequenziale della computazione allora S(n) 1 / [f +(1-f)/n] f = domanda di servizio della parte sequenziale domanda di servizio totale P1.16 8