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1982 | Buch

Analyse von Rechensystemen

Analytische Methoden zur Leistungsbewertung und Leistungsvorhersage

verfasst von: Dr.-Ing. Gunter Bolch, Dipl.-Inf. Ian Fuat Akyildiz

Verlag: Vieweg+Teubner Verlag

Buchreihe : Leitfäden der angewandten Mathematik und Mechanik LAMM

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Über dieses Buch

Die zunehmende Bedeutung der Leistungsbewertung von Rechensystemen auf der Basis von Warteschlangenmodellen und die Vielzahl der hier­ zu existierenden, zum Teil komplexen analytischen Methoden haben uns veranlaßt, dieses Buch zu schreiben. Es ist aus einer Vorlesung entstanden, die der eine der bei den Autoren seit 1976 an der Uni­ versität Erlangen-Nürnberg bzw. an der katholischen Universität von Rio de Janeiro gehalten hat und aus einem internen Arbeitsbe­ richt der bei den Autoren aus dem Jahre 1981. Das Ziel des Buches besteht darin, eine systematische Einführung in diese analytischen Methoden zu geben und dem Leser dazu einen leichten Einstieg zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, wurden alle Methoden an bewußt einfach gehaltenen Beispielen ausführlich erläutert. Wo Beweise und Herleitungen notwendig schienen, sind diese deutlich gekennzeichnet. Dadurch ist es möglich, sich zu­ nächst nur mit der reinen Anwendung der Methoden zu befassen und davon ausgehend später die Kenntnisse zu vertiefen, wofür auch das umfangreiche aktuelle Literaturverzeichnis dienen kann. Ebenso haben wir bei der exakten Analyse in Abschnitt 4.1 vorbereitend auf Abschnitt 4.2 einige einfache Verfahren eingeführt, obwohl diese als Spezialfall in der in Abschnitt 4.2 beschriebenen Metho­ de enthalten sind. Das Buch wendet sich besonders an Informatikstudenten höherer Se­ mester, aber auch an Fachleute aus der Industrie, die sich mit dem Entwurf und der Bewertung von Rechensystemen befassen. Es werden Grundkenntnisse in der Wahrscheinlichkeitstheorie und Informatik vorausgesetzt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einführung
Zusammenfassung
Die Rechner der ersten Generation standen jeweils nur einem Benutzer zur Verfügung, der gleichzeitig Operateur war und die einzelnen Verarbeitungsschritte selbst starten und überwachen mußte. Leistungsbewertung bestand im wesentlichen in der Bestimmung der Verarbeitungsgeschwindigkeiten der wenigen Systemkomponenten und, da die Anlagen noch unzuverlässig waren, in der Messung der mittleren Zeit zwischen dem Auftreten von Störungen.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
2. Spezifikation und Leistungsgrößen von Wartesystemen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden wir uns mit der Beschreibung und den Eigenschaften eines einzelnen Knotens (eines sogenannten Wartesystems) im Warteschlangennetz befassen und dabei Größen und Beziehungen einführen, die grundlegend für die weiteren Kapitel dieses Buches sind.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
3. Warteschlangenmodelle von Rechensystemen
Zusammenfassung
Warteschlangenmodelle wurden zum erstenmal Mitte der sechziger Jahre bei Time-Sharing-Systemen zur Leistungsanalyse von Rechensystemen eingesetzt. Seither wurden große Fortschritte zur Anwendung von Warteschlangenmodellen für die Leistungsanalyse von Rechensystemen erzielt. Diese Modelle eignen sich besonders, da sie die folgenden wichtigen Eigenschaften von Rechensystemen nachbilden können:
  • viele unabhängige Bedieneinheiten (CPU, Geräte)
  • die sequentielle Beanspruchung dieser Bedieneinheiten durch die Jobs
  • die gleichzeitige Beanspruchung verschiedener Bedieneinheiten durch verschiedene Jobs.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
4. Exakte Analyse
Zusammenfassung
Exakte Lösungen für die Leistungsgrößen von Warteschlangennetzen erhält man mit den in diesem Kapitel beschriebenen Methoden, der Mittelwertanalyse, dem „Local-Balance-Algorithmus“ und den Verfahren, welche Produktformlösungen ergeben.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
5. Numerische Analyse
Zusammenfassung
Will man Warteschlangennetze analysieren, welche die lokale Gleichgewichtsbedingung nicht erfüllen (z.B. Netze mit Knoten, die hyperexponentielle Bedienzeitverteilung haben und in denen die Aufträge nach der FCFS-Strategie abgearbeitet werden), und daher auch keine Produktformlösungen liefern, so kann man, ausgehend von den globalen Gleichgewichtsgleichungen Gl.(4.68), die in diesem Kapitel behandelten numerischen Verfahren zur Berechnung der Leistungsparameter anwenden. Die Lösung des Systems der globalen Gleichgewichtsgleichungen ist nicht gebunden an Voraussetzungen, wie sie z.B. für BCMP-Netzwerke gemacht werden müssen. Dadurch besitzen numerische Verfahren einen prinzipiell uneingeschränkten Anwendungsbereich. AuBer der Forderung nach der Endlichkeit des Zustandsraues unterliegen sie keinerlei Einschränkungen bzgl. der zu lösenden Modelle.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
6. Approximative Analyse
Zusammenfassung
Wie wir im Kapitel 4 gezeigt haben, können exakte Lösungen nur unter bestimmten Annahmen erhalten werden, die für heutige Rechensysteme häufig nicht realistisch genug sind. Für Modelle, in denen z.B. die Knoten hyperexponentielle Bedienzeitverteilung und FCFS oder Prioritätsstrategien haben oder Blockierung von Knoten aufgrund der Endlichkeit von Warteschlangen vorkommt oder die Parallelbearbeitung eines Auftrags in mehreren Knoten stattfindet, ist die exakte Analyse nicht anwendbar und die numerische Analyse sehr aufwendig.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
7. Operationelle Analyse
Zusammenfassung
Eine alternative Methode zur Analyse von Warteschlangennetzen und zur Errechnung der Leistungsparameter ist die operationelle Analyse, die von /BUZE 76/ eingeführt und von /DENN 77,78, ROOD 79/ weiterentwickelt wurde.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
8. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Nach einer kurzen Einleitung in die Theorie der Wartesysteme (Kapitel 2) und einer Übersicht über Warteschlangenmodelle (Kapitel 3) haben wir alle wichtigen analytischen Methoden zur Analyse des Leistungsverhaltens derartiger Systeme anhand dieser Modelle behandelt und mit einfachen Beispielen gezeigt, wie die Methoden anzuwenden sind.
Gunter Bolch, Ian Fuat Akyildiz
Backmatter
Metadaten
Titel
Analyse von Rechensystemen
verfasst von
Dr.-Ing. Gunter Bolch
Dipl.-Inf. Ian Fuat Akyildiz
Copyright-Jahr
1982
Verlag
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-322-94656-0
Print ISBN
978-3-519-02359-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-322-94656-0