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diseño y evaluación de configuraciones
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APUNTES DE DISEO Y EVALUACION
DE CONFIGURACIONES
Asignatura Optativa de 3er Curso (2 cuatrimestre)Ingeniera Tcnica en Informtica de Sistemas
U.N.E.D
mayo 2003
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Prefacio
Estos apuntes son un resumen del libro Evaluacin y explotacin de sistemas informticos.
Puigianer, R.; Serrano, J. J. y Rubio, A., Ed. Sntesis. Madrid, 1995 libro recomendado para el
estudio de la asignatura optativa Diseo y Evaluacin de Configuraciones que se imparte en
el 3er Curso (2 Cuatrimestre) de la Ingeniera Tcnica en Informtica de Sistemas.
Indicar que la seccin 3.5 de estos apuntes tambin es materia de examen , a pesar de
que la reduccin de grafos de carga no se explica en el libro recomendado de la asignatura.
Esperamos que estos apuntes le sirvan de ayuda en el estudio de la asignatura, sin otro
particular reciba un afectuoso saludo.
El equipo docente de la asignatura
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INDICE
TEMA 1: INTRODUCCION
1.1 EVALUACION DEL RENDIMIENTO DE UN SISTEMA INFORMATICO.......................1
1.2 NECESIDAD DE LA EVALUACION DE LAS PRESTACIONES..................................1
1.3 MAGNITUDES QUE SE DEBEN MEDIR......................................................................2
1.3.1 Variables externas o perceptibles por el usuario..............................................31.3.2 Variables internas o del sistema.......................................................................31.3.3 Otras magnitudes relativas al comportamiento................................................4
1.4 MAGNITUDES QUE CARACTERIZAN LA CARGA......................................................5
1.4.1 Magnitudes que caracterizan cada componente de la carga...........................61.4.2 Magnitudes que caracterizan el conjunto de la carga. .....................................61.4.3 Magnitudes que caracterizan las cargas conversacionales ............................6
1.5 MAGNITUDES PARA CONTROLAR EL COMPORTAMIENTO ..................................6
1.6 SISTEMAS DE REFERENCIA......................................................................................8
1.6.1 Sistema por lotes o batch .................................................................................81.6.2 Sistema transaccional.......................................................................................91.6.3 Sistema interactivo o por demanda..................................................................9
1.7 TECNICAS DE EVALUACION DE UN SISTEMA INFORMATICO .............................10
TEMA 2: TECNICAS DE MEDIDA Y DE PRESENTACION DE LOS RESULTADOS
2.1 HERRAMIENTAS DE MEDIDA MONITORES............................................................13
2.1.1 Introduccin.....................................................................................................132.1.2 Caractersticas ................................................................................................14
2.2 CONCEPTOS DE MEDIDA........................................................................................15
2.2.1 Deteccin de acontecimientos........................................................................152.2.2 Muestreo .........................................................................................................16
2.3 ESTRUCTURA DEL MONITOR.................................................................................17
2.4 CLASIFICACION DE LOS MONITORES ...................................................................18
2.4.1 Monitores software ..........................................................................................20
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Indice
2.4.2 Monitores hardware.........................................................................................262.4.3 Monitores hbridos ...........................................................................................282.4.4 Comparacin entre monitores ........................................................................292.4.5 Monitores de ejecucin de programas ...........................................................322.4.6 Monitor de contabilidad ...................................................................................32
2.5 PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS...............................................................33
2.5.1 Tipos de variables ...........................................................................................332.5.2 Diagramas de Gantt........................................................................................332.5.3 Grficos de Kiviat............................................................................................37
2.6 MONITORES DE REDES DE AREA LOCAL (LAN) ..................................................41
2.6.1 Tipos de monitores de LAN ............................................................................41
TEMA 3: CARACTERIZACION DE LA CARGA
3.1 INTRODUCCION........................................................................................................45
3.2 REPRESENTATIVIDAD DE UN MODELO DE CARGA ............................................47
3.2.1 Representatividad a nivel fsico ......................................................................473.2.2 Representatividad a nivel virtual .....................................................................483.2.3 Representatividad a nivel funcional ................................................................493.2.4 Representatividad a nivel de comportamiento ...............................................50
3.3 CARGAS DE TEST O DE PRUEBA..........................................................................50
3.3.1 Cargas de test reales ......................................................................................513.3.2 Cargas de test sintticas o reducidas ............................................................523.3.3 Cargas de test artificiales ejecutables ............................................................533.3.4 Cargas de test artificiales no ejecutables .......................................................59
3.4 TECNICAS DE IMPLANTACION DE LOS MODELOS DE LA CARGA.....................60
3.4.1 Fase de especificacin ...................................................................................613.4.2 Fase de construccin......................................................................................613.4.3 Fase de validacin ..........................................................................................62
3.5 ESTIMACION DE LA CARGA DE NUEVAS APLICACIONES....................................63
3.5.1 Modelo de grafos para nuevas aplicaciones ..................................................633.5.2 Simplificacin de grafos de carga...................................................................64
TEMA 4: INTRODUCCION A LAS TECNICAS ANALITICAS: ANALISISOPERACIONAL
4.1 INTRODUCCION........................................................................................................71
4.2 ESTACION DE SERVICIO: VARIABLES OPERACIONALES ...................................72
4.2.1 Variables operacionales en una estacin de servicio ....................................73
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Indice
4.3 REDES DE COLAS....................................................................................................74
4.3.1 Redes cerradas...............................................................................................754.3.2 Redes abiertas (Sistema transaccional) ........................................................774.3.3 Redes mixtas ..................................................................................................774.3.4 Resumen comparativo....................................................................................784.3.5 Medidas operacionales en redes....................................................................78
4.4 LEYES OPERACIONALES ........................................................................................80
4.4.1 Ley del flujo de salida ......................................................................................804.4.2 Ley de la utilizacin .........................................................................................814.4.3 Ley del equilibrio del flujo de trabajos..............................................................814.4.4 Ley de Little .....................................................................................................824.4.5 Ley del flujo forzado.........................................................................................87
TEMA 5: ANALISIS DE LOS CUELLOS DE BOTELLA
5.1 INTRODUCCION........................................................................................................97
5.2 DETECCION Y ELIMINACION DE CUELLOS DE BOTELLA....................................98
5.3 ANALISIS DE LOS CUELLOS DE BOTELLA............................................................99
5.3.1 Carga transaccional ......................................................................................1005.3.2 Carga batch o conversacional ......................................................................102
TEMA 6: SELECCIN Y CONFIGURACION DE COMPUTADORES:BENCHMARKING
6.1 INTRODUCCION......................................................................................................119
6.2 DEFINICIONES Y NECESIDAD DE LOS BENCHMARKS......................................120
6.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL BENCHMARKING .........................................121
6.4 ERRORES COMUNES EN EL BENCHMARKING...................................................122
6.5 BENCHMARKING GAMES........................................................................................124
6.6 DESCRIPCION DE ALGUNOS BENCHMARKS......................................................125
6.6.1 Programas LINPACK....................................................................................1256.6.2 DHRYSTONE...............................................................................................1266.6.3 WHETSTONE...............................................................................................127
6.7 UNIDADES UTILIZADAS EN BENCHMARKING.......................................................128
6.8 UN EJEMPLO DE BENCHMARK: PCW ..................................................................129
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Indice
TEMA 7: MEJORA DE LAS PRESTACIONES DE UN SISTEMA: SINTONIZACION
7.1 INTRODUCCION......................................................................................................133
7.2 DEFINICION DE OBJETIVOS..................................................................................134
7.3 CARACTERIZACION DE LA CARGA.......................................................................136
7.4 SELECCION DE LA INSTRUMENTACION..............................................................136
7.4.1 Hardware .......................................................................................................1377.4.2 Software.........................................................................................................1407.4.3 Carga.............................................................................................................141
7.5 DISEO Y PLANIFICACIN DE LA SESIN DE MEDIDA......................................142
7.6 VALIDACION.............................................................................................................143
7.7 ESTUDIOS DE SINTONIZACION.............................................................................144
7.7.1 Equilibrar un sistema multiprogramado........................................................1447.7.2 Sintonizacin de un sistema interactivo........................................................152
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Tema 1
INTRODUCCION
1
1.1 EVALUACION DEL RENDIMIENTO DE UN SISTEMA
INFORMATICO
Se define evaluacin del rendimiento de un sistema informtico como la medida de
como un software determinado est utilizando el hardware con una determinada carga del
sistema. Por ejemplo, para un computador se entiende por carga del sistema a una
determinada combinacin de programas.
La mayor dificultad que tiene la evaluacin de las prestaciones de un sistema informtico
se atribuye al hecho de que la carga real de un sistema informtico cambia continuamente lo
que impide poder repetir la medida al no ser que se trabaje en un entorno controlado de
carga.
Todas las actividades que forman parte del estudio del comportamiento de un sistema
se denominan de evaluacin de sus prestaciones.
1.2 NECESIDAD DE LA EVALUACION DE LAS PRESTACIONES
La necesidad de evaluar las prestaciones de un sistema informtico ha surgido como
una consecuencia natural del aumento de la potencia y de la complejidad de los sistemas.
Esta evaluacin no es una tarea sencilla, ya que ha de tener en cuenta muchos y variados
aspectos del hardware, del software y de las aplicaciones que se han de llevar a cabo en el
sistema informtico.
La evaluacin de un sistema informtico sirve para:
Comprobar que el funcionamiento del sistema es el correcto. Deteccin y
eliminacin de los denominados cuellos de botella.
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TEMA 1: Introduccin
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Influir en las decisiones de diseo, implantacin, compra y modificacin de los
sistemas informticos. Es decir en todas las etapas de su ciclo de vida.
Comparar un cierto nmero de diseos alternativos del sistema (diseador de
sistemas).
Anlisis del sistema ms adecuado para ejecutar un determinado nmero de
aplicaciones (administrador de sistemas).
Planificacin de la capacidad, es decir, prediccin del comportamiento del
sistema con nuevas cargas.
Por lo tanto es necesario evaluar un sistema informtico cuando se quiere:
n Disear una mquina.
n Disear un sistema informtico.
n Seleccionar y configurar un sistema informtico.
n Planificar la capacidad de un sistema informtico.
n Sintonizar o ajustar un sistema informtico.
n Caracterizar y predecir la carga.
El comportamiento de un sistema es muy dependiente de la carga aplicada al mismo.
Debido al crecimiento vegetativo de la carga de un sistema informtico se produce una
disminucin de las prestaciones del mismo. Para evitar esta disminucin es necesario
ajustar o cambiar algunos de los parmetros del sistema operativo. En ciertos casos si el
sistema no se puede cambiar hay que intentar mejorar el comportamiento mediante la
modificacin de la carga (programas).
1.3 MAGNITUDES QUE SE DEBEN MEDIR
Para evaluar el comportamiento de un sistema es necesario disponer de una serie de
medidas cuantitativas o parmetros que:
1) Caracterizan el comportamiento tanto del hardware como del software del
computador.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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2) Hacen referencia a cmo el usuario (visin externa) y el responsable del
sistema (visin interna) ven su comportamiento.
Estas magnitudes o parmetros estn relacionadas con tres tipos de medidas
correspondientes a:
Consumo de tiempos.
Utilizacin de recursos o dispositivos.
Trabajo realizado por el sistema o componentes del mismo.
1.3.1 Variables externas o perceptibles por el usuario.
Productividad (Throughput), es la cantidad de trabajo til ejecutado por unidad de
tiempo1 (u.t.) en un entorno de carga determinado. Normalmente se mide en (trabajos/hora)
o en (transacciones/segundo).
Capacidad, es la mxima cantidad de trabajo til que se puede realizar por u.t. en un
entorno de carga determinado.
Tiempo de respuesta, es el tiempo transcurrido entre la entrega de un trabajo o una
transaccin al sistema y la recepcin del resultado o la respuesta.
1.3.2 Variables internas o del sistema
Factor de utilizacin de un componente, es el porcentaje de tiempo durante el cual un
componente del sistema informtico (CPU, dispositivo de E/S, canal, etc.) ha sido realmente
usado.
Solapamiento de componentes, es el porcentaje de tiempo durante el cual dos o ms
componentes del sistema han sido utilizados simultneamente.
Overhead, es el porcentaje de tiempo que los distintos dispositivos del sistema (CPU,
disco, memoria, etc) han sido utilizados en tareas del sistema no directamente imputables a
ninguno de los trabajos en curso.
1 Por unidad de tiempo u.t. se puede entender ms, ms, s u hora.
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TEMA 1: Introduccin
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Factor de carga de multiprogramacin, es la relacin entre el tiempo de respuesta de un
trabajo en un determinado entorno de multiprogramacin y su tiempo de respuesta en
monoprogramacin.
Factor de ganancia de multiprogramacin, es la relacin entre el tiempo total necesario
para ejecutar un conjunto de programas secuencialmente en monoprogramacin y en
multiprogramacin.
Frecuencia de fallo de pgina, es el nmero de fallos de pgina que se producen por
unidad de tiempo en un sistema de memoria virtual paginada.
Frecuencia de swapping, es el nmero de programas expulsados de memoria por unidad
de tiempo a causa de falta de espacio o con el fin de permitir su reorganizacin para
recuperar espacio en ella o para disminuir la paginacin.
1.3.3 Otras magnitudes relativas al comportamiento
Fiabilidad es una funcin del tiempo definida como la probabilidad que el sistema trabaje
correctamente a lo largo de un intervalo de tiempo dado. Se mide por la probabilidad de fallos
por unidad de tiempo, o por el tiempo medio entre fallos.
Disponibilidad, es una funcin del tiempo definida como la probabilidad que el sistema
est trabajando correctamente y por lo tanto se encuentre disponible para realizar sus
funciones en el instante considerado t.
Seguridad, es la probabilidad que el sistema est realizando correctamente sus
funciones o parado de forma tal que no perturbe el funcionamiento de otros sistemas ni
comprometa la seguridad de las personas relacionadas con l.
Performabilidad, es una funcin del tiempo definida como la probabilidad que las
prestaciones del sistema estn por encima de un cierto nivel en un instante determinado.
Mantenibilidad, es la probabilidad que un sistema averiado pueda ser reparado y devuelto
al estado operacional dentro de un periodo de tiempo determinado.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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1.4 MAGNITUDES QUE CARACTERIZAN LA CARGA
Se denomina carga de prueba a la carga usada en el estudio de las prestaciones de un
sistema informtico. Se distinguen dos tipos de carga:
Carga real, se observa en un sistema durante su funcionamiento normal. Su
principal inconveniente es que no permite repeticiones para eliminar los errores
de medicin, por lo que es difcilmente utilizable como carga de prueba.
Carga sinttica esta constituida por un conjunto de programas extrados o no
de la carga real del sistema informtico que la reproduce de forma compacta.
Puede utilizarse repetidamente y puede modificarse sin afectar a la
operatividad del sistema.
En muchos sistemas la evaluacin se suele realizar en un sistema distinto (pero
equivalente) al real, es decir, crendose dos sistemas paralelos.
1.4.1 Magnitudes que caracterizan cada componente de la carga.
Tiempo de CPU por trabajo, es el tiempo total de CPU necesario para ejecutar un trabajo
(programa, transaccin, etc) en un sistema determinado. Es una funcin directa del nmero
de instrucciones que se ejecutan para realizar ese trabajo, del volumen de datos procesados
y de la velocidad del procesador.
Nmero de operaciones de E/S por trabajo, es el nmero total de operaciones de E/S
que requiere la ejecucin de un trabajo.
Caractersticas de las operaciones de E/S por trabajo, hacen referencia al soporte (cinta,
disco, etc.) y, en el caso de discos, a la posicin que ocupa el archivo sobre el que se
efectan.
Prioridad, es la que el usuario asigna a cada uno de los trabajos que procesa el sistema.
Memoria, es la que requiere ocupar, para su ejecucin, un trabajo determinado. Puede
ser constante o variable.
Localidad de las referencias, es el tiempo en que todas las referencias hechas por un
trabajo permanecen dentro de una pgina (segmento) o conjunto de pginas (segmentos).
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TEMA 1: Introduccin
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1.4.2 Magnitudes que caracterizan el conjunto de la carga.
Tiempo entre llegadas, es el tiempo entre dos requerimientos sucesivos para un servicio
(ejecucin de un trabajo o transaccin) del sistema.
Frecuencia de llegada, es el nmero medio de llegadas de nuevas peticiones de
ejecucin que se producen por unidad de tiempo. Es la inversa del tiempo entre llegadas.
Distribucin de trabajos, define la proporcin existente entre las ejecuciones de los
distintos trabajos que constituyen la carga.
1.4.3 Magnitudes que caracterizan las cargas conversacionales
Tiempo de reflexin del usuario, es el tiempo que el usuario de un terminal de un sistema
interactivo necesita para generar una nueva peticin al sistema (tiempo de leer la respuesta
previa, de pensar en la nueva accin que se vaya a formar y de teclearla).
Nmero de usuarios simultneos, es el nmero de usuarios interactivos que trabajan
simultneamente sobre el sistema en un instante dado.
Intensidad del usuario, es la relacin entre el tiempo de respuesta de una peticin y el
tiempo de reflexin del usuario.
1.5 MAGNITUDES PARA CONTROLAR EL COMPORTAMIENTO
Algunas de las modificaciones que se pueden introducir en un sistema para mejorar su
comportamiento son:
n Ajuste de los parmetros del sistema operativo
Tamao del quantum, es la cantidad de tiempo de uso ininterrumpido de la
CPU que un sistema de tiempo compartido asigna a los diferentes trabajos.
Si el quantum es demasiado grande se favorece a los trabajos con mucho
uso de la CPU, mientras que si es demasiado pequeo se puede introducir
un overhead importante debido a los continuos cambios de contexto de un
programa a otro cada vez que se agota el quantum.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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Prioridad interna, es el nivel inicial de prioridad interna que recibe un
programa en funcin de la prioridad externa asignada.
Factor de multiprogramacin, es el nmero mximo de trabajos que estn
simultneamente en memoria principal y, por lo tanto, que tienen opcin a
utilizar la CPU y los dems recursos activos del sistema. Cuanto mayor
sea este valor tanto mejor ser el aprovechamiento de todos los recursos
del sistema, aunque tambin aumentar el overhead.
Tamao de la particin de memoria, es la cantidad fija de memoria principal
asignada a una cola de trabajos.
Tamao de la ventana, es el intervalo de tiempo durante el cual el sistema
toma medidas para determinar el conjunto de trabajo de un programa en un
entorno de memoria virtual paginada que use esa poltica.
Mxima frecuencia de fallo de pgina, es el valor de la frecuencia de fallo
de pagina por encima del cual se produce un excesivo overhead. A partir de
este valor de frecuencia se efecta la suspensin o swapping de alguno de
los trabajos en curso.
Nmero mximo de usuarios simultneos
n Modificacin de las polticas de gestin del sistema operativo, como por ejemplo
cambiar las prioridades de las diferentes tipos de tareas.
n Equilibrado de la distribucin de cargas, se pretende utilizar de la forma ms
uniforme posible todos los dispositivos del sistema informtico. Cuando el uso de
los mismos est desequilibrado se deben disponer los cambios necesarios para
lograr el equilibrio deseado. Este tipo de correccin acostumbra, en muchos
casos, a proporcionar mejoras espectaculares en el comportamiento del sistema.
n Sustitucin o ampliacin de los componentes del sistema, cuando los mtodos
anteriores no funcionan se debe modificar la configuracin del sistema, bien sea
sustituyendo determinados elementos por otros de mayor capacidad o rapidez, o
bien sea por aumento del nmero de dispositivos que constituyen la configuracin
del sistema. Es importante darse cuenta de que la ampliacin de la configuracin
debe hacerse de tal forma que se despeje el posible cuello de botella que se pueda
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TEMA 1: Introduccin
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haber detectado, ya que de lo contrario el comportamiento conjunto del sistema
ampliado no variar de forma significativa.
n Modificacin de los programas, de tal forma que su ejecucin promedio requiera
de menos recursos. Esto se puede conseguir bien mediante recodificacin de los
caminos del programa recorridos con mayor asiduidad, o bien por un montaje que
agrupe en la misma pgina o segmento aquellos mdulos del programa que deben
coexistir en memoria para la ejecucin del programa, etc. Hay que destacar que
este mtodo provoca la modificacin de la carga del sistema, normalmente se
considera la carga como un dato del problema que no se puede modificar.
1.6 SISTEMAS DE REFERENCIA
Se distinguen tres tipos de sistemas de referencia o tipos de funcionamiento de un
sistema informtico a la hora del estudio de las prestaciones y su evaluacin:
n Sistema por lotes (batch).
n Sistema transaccional.
n Sistema interactivo o por demanda.
1.6.1 Sistema por lotes o batch
Bsicamente consiste en que el computador ejecuta una serie de programas que
previamente el responsable del sistema deja almacenados en memoria, es dicha persona
quin decide los trabajos que deben estar en ejecucin en cada instante. Por lo tanto la
planificacin interna del sistema operativo est ayudada por la externa humana.
Estos trabajos realizan ciclos de uso de la CPU y de los discos de forma continua hasta
que finalizan. Algunos ndices de las prestaciones de estos sistemas son los siguientes:
n Tiempo de respuesta (Turnaround time), es el tiempo que transcurre desde
que se lanza la ejecucin de un trabajo hasta que se termina.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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n Productividad medida en trabajos por u.t.
1.6.2 Sistema transaccional
Un sistema transaccional es aqul en que un conjunto de terminales remotos
conectados al sistema interaccionan con un conjunto determinado de programas, cada una
de las interacciones constituye lo que se denomina una transaccin. Ejemplos: el sistema
informtico de un banco, o de reserva de billetes o el que recibe medidas de un satlite.
En sistemas de este tipo, el sistema de planificacin interna del sistema operativo ha de
ser capaz de gestionar las peticiones que le llegan al sistema no estando ayudado en forma
alguna por la planificacin humana externa ya que desde cada terminal se tiene la sensacin
de ser el dueo absoluto del sistema y se tiene la posibilidad de lanzar cualquier transaccin
en cualquier instante.
Un sistema de este tipo queda definido por el flujo de transacciones que le llega, siendo
su ndice de prestaciones caracterstico el tiempo de respuesta tr
tr = tra + ten + tro
Donde:
tra es el tiempo de reaccin, que se define como el tiempo que transcurre
desde que la transaccin llega al sistema hasta que comienza su
ejecucin.
ten es el tiempo de ejecucin, que se define como el tiempo que transcurre
desde que el sistema comienza la ejecucin de la transaccin hasta que
termina.
tro es el tiempo de retorno, que se define como el tiempo que transcurre
desde que finaliza la ejecucin hasta que, eventualmente, se completa la
respuesta hacia el usuario.
1.6.3 Sistema interactivo o por demanda
Un sistema interactivo es aqul en que los usuarios acceden a l desde terminales
remotos teniendo acceso a la totalidad del sistema operativo. En estos sistemas, un usuario
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TEMA 1: Introduccin
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desde un terminal, da una orden al terminal que pasa a procesarse por el conjunto
CPU+discos y transcurrido un cierto tiempo produce una respuesta en el terminal. Se
trabajar de modo interactivo de acuerdo con el siguiente ciclo:
ORDENRESPUESTA ORDENRESPUESTA ORDENRESPUESTA....
En estos sistemas no existe planificacin humana que ayude a la planificacin del
sistema operativo, adems queda definido por los siguientes ndices:
n Nmero de usuarios que tiene conectados.
n Tiempo de reflexin de los usuarios, es el tiempo que transcurre desde que
el usuario recibe la respuesta y enva otra nueva orden.
Adems los ndices de prestaciones caractersticos son: el tiempo de respuesta y la
productividad, medida esta ltima en peticiones por u.t.
1.7 TECNICAS DE EVALUACION DE UN SISTEMA INFORMATICO
Se denominan tcnicas de evaluacin a los mtodos y herramientas que permiten
obtener los ndices de prestaciones de un sistema que est ejecutando una carga dada con
unos valores determinados de parmetros del sistema. Se distinguen tres tipos de tcnicas:
n Monitorizacin. Los monitores son unas herramientas de medicin que
permiten seguir el comportamiento de los principales elementos de un
sistema informtico cuando ste se haya sometido a una carga de trabajo
determinada. Estas herramientas hacen un seguimiento de lo que sucede
en el sistema, es lo que se denomina como monitorizacin.
n Modelado. Es la herramienta que hay que utilizar cuando se trata de evaluar
el comportamiento de un sistema en el que hay algn elemento que no est
instalado. El modelado se puede realizar de dos formas:
Mtodos analticos que proporcionan las teoras de colas. Se basan
en la resolucin mediante algoritmos aproximados de las
ecuaciones matemticas que representan el equilibrio existente en
los eventos que se producen en el sistema. Su principal
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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inconveniente es la limitacin para tratar determinadas estructuras
de colas que existen en los sistemas informticos.
Simulacin. Consiste en la construccin de un programa que
reproduce el comportamiento temporal del sistema, basndose en
sus estados y sus transiciones. Los resultados se obtienen por
extraccin de estadsticas del comportamiento simulado del
sistema. Requieren de ms tiempo de clculo y esfuerzo de puesta
a punto que los mtodos analticos.
La principal dificultad del modelado reside en la obtencin de datos lo
suficientemente precisos para ejecutar el modelo y obtener resultados con
un grado de aproximacin adecuado.
n Benchmarking. Se trata de un mtodo bastante frecuente de comparar
sistemas informticos frente a una carga caracterstica de una instalacin
concreta. La comparacin se realiza bsicamente a partir del tiempo de
ejecucin. Las principales dificultades que plantea este mtodo estn
relacionadas con la utilizacin de una carga que sea lo suficientemente
reducida para ser manejable y lo suficientemente extensa para ser
representativa.
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TEMA 1: Introduccin
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Tema 2 TECNICAS DE MEDIDA Y DEPRESENTACION DE LOS RESULTADOS
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2.1 HERRAMIENTAS DE MEDIDA MONITORES
Como se ha visto en el primer tema, una de las tareas ms importantes en el proceso
de evaluacin y/o diseo de un sistema informtico es la obtencin de datos que
representen al sistema (actual y futuro). Para ello se hace necesario el uso de
herramientas de medida denominadas monitores.
2.1.1 Introduccin
Un monitor es una herramienta utilizada para observar la actividad de un sistema
informtico mientras es utilizado por los usuarios y para cuantificar los resultados de dicha
observacin.
En general, los monitores observan el comportamiento del sistema, recogen datos
estadsticos de la ejecucin de los programas, analizan los datos recogidos y presentan los
resultados.
Se define monitorizacin como el seguimiento de la actividad realizada por un sistema
informtico. Se ha de tener en cuenta, que en informtica, puesto que no es posible repetir
las mismas condiciones de carga en los mismos instantes el resultado de una medicin ser
distinto unas veces de otras, es decir, no se da la repetibilidad de la medida.
La informacin aportada por el monitor puede ser til para:
El usuario y el administrador, ya que les permite conocer toda una serie de
caractersticas del sistema (capacidad, posibilidad de ampliacin,
planificacin, etc.).
El propio sistema, para la realizacin de la adaptacin dinmica de la carga.
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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2.1.2 Caractersticas
Se distinguen dos tipos de monitores:
n Monitores software pueden ser programas o conjuntos de instrucciones
(sondas software), capaces ambos de detectar acontecimientos y estados
del sistema.
n Monitores hardware son dispositivos electrnicos que deben conectarse a
puntos especficos del sistema (mediante sondas electrnicas) para
detectar seales que caracterizan los fenmenos que deben observarse.
La calidad de un monitor viene determinada por las siguientes caractersticas:
Sobrecarga o interferencia. La energa del sistema consumida por el
instrumento de medida debe ser tan poca como sea posible de forma que
la perturbacin introducida por el instrumento no altere los resultados de la
observacin. Los monitores hardware presentan este peligro en sus puntos
de conexin, para evitarlo utilizan sondas electrnicas de muy alta
impedancia. Por otro lado los monitores software aumentan la carga del
sistema y alteran por consiguiente su comportamiento, por lo que se debe
tratar de minimizar al mximo este efecto.
Precisin. Es el error que puede afectar al valor de los datos recogidos.
Estos errores son debidos a diferentes causas: la interferencia del propio
monitor, una incorrecta instalacin o utilizacin, el nmero de dgitos para
representar la medicin, etc.
Resolucin. Es la capacidad de la herramienta de separar dos
acontecimientos consecutivos en el tiempo. Tambin se define como la
mxima frecuencia a la que se pueden detectar y registrar correctamente
los datos.
Ambito o dominio de medida, hace referencia al tipo de acontecimientos
que puede detectar, es decir, a las caractersticas que puede observar y
medir.
Anchura de entrada. Es el nmero mximo de bits que el monitor puede
extraer en paralelo y procesar cuando se produce un acontecimiento.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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Capacidad de reduccin de datos. Es la capacidad que puede tener el
monitor de analizar, procesar y empaquetar datos durante la monitorizacin
para un mejor tratamiento y compresin de los mismos y para reducir el
espacio necesario para almacenar los resultados.
Compatibilidad. El hardware y el software de monitorizacin debe ser
fcilmente adaptable a cualquier entorno y requerimiento de la aplicacin.
Coste (adquisicin, instalacin, mantenimiento, formacin y operacin).
Facilidad de instalacin y de utilizacin
2.2 CONCEPTOS DE MEDIDA
La mesurabilidad de un sistema informtico se puede definir como una funcin de la
informacin que se puede obtener con un monitor y del coste de las mediciones. La
mesurabilidad de un sistema puede variar entre dos extremos, el primero la posibilidad de
poder medir cada componente individual del sistema con el nivel de detalle deseado y el
segundo la total inaccesibilidad del sistema.
Un acontecimiento es un cambio del estado del sistema, una forma de recoger datos de
determinadas actividades del sistema es capturar todos los acontecimientos asociados a los
cambios de estado y registrarlos en el mismo orden en que se producen. En este caso la
medicin (observacin) se efecta por deteccin de acontecimientos.
Otra tcnica de medicin que interfiere menos en el comportamiento del sistema es la
del muestreo, que consiste en interrumpir el sistema a intervalos regulares o aleatorios para
detectar el estado de algunos de sus componentes.
2.2.1 Deteccin de acontecimientos
Se define el estado de un sistema informtico como el establecido por los valores de
todas sus memorias, normalmente se restringe el estado a un conjunto limitado de
memorias del sistema.
Por otra parte se ha definido un acontecimiento como un cambio de estado del sistema.
En general se distinguen dos tipos de acontecimientos:
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Acontecimiento software, si el acontecimiento est asociado con una
funcin de un programa. Ejemplo: un programa inicia una operacin de E/S.
Acontecimiento hardware, consiste en la aparicin de una o ms seales
en los circuitos de un componente del sistema y es independiente del
programa que se est ejecutando en ese momento. Ejemplo: los
movimientos del brazo de un disco. Muchos acontecimientos hardware
llevan asociados un acontecimiento software.
La tcnica de deteccin de acontecimientos se basa en la intercepcin y registro de
todos los acontecimientos de tipos determinados. Por lo tanto est tcnica slo se deber
utilizar si es necesario conocer la secuencia de estos acontecimientos o el nmero de veces
que se han producido en un intervalo determinado.
El principio de deteccin de acontecimientos software es el de insertar un cdigo
suplementario (traps) en lugares determinados del sistema operativo. Es decir se trata de
interrupciones controladas por programa.
Cuando se produce un acontecimiento que debe detectarse, este cdigo transferir el
control a la rutina de tratamiento, que almacenar sus datos significativos, junto con el
instante de aparicin, en un rea tampn, para posteriormente grabarlos en disco y devolver
el control al sistema operativo. El conjunto de todos los datos registrados de esta forma se
denomina una traza de acontecimientos.
En sistemas conducidos por interrupciones, la direccin de la rutina de tratamiento de
una interrupcin determinada debe sustituirse por la direccin de inicio de la rutina de
medicin. De esta forma, cada vez que se produce una interrupcin, est se detecta y se
leen los contenidos de determinadas posiciones de memoria o tablas. Estos datos, junto con
el instante de aparicin, se registrarn en cinta o disco antes de devolver el control al sistema
operativo para el tratamiento de la interrupcin.
2.2.2 Muestreo
El muestreo es una tcnica estadstica que consiste en examinar una parte de la
poblacin denominada muestra. A partir de ella, es posible estimar con un grado de precisin
elevado, algunos de los parmetros estadsticos que caracterizan a la poblacin.
Esta tcnica presenta las siguientes ventajas:
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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Produce un volumen de datos mucho ms pequeo que la tcnica de
deteccin de acontecimientos, por lo que se reduce y simplifica el anlisis
de los datos.
El proceso de recogida de datos perturba menos al sistema
El muestreo puede usarse con dos objetivos distintos:
1) Evaluar las fracciones de un intervalo de tiempo dado que cada
componente del sistema ha permanecido en distintos estados. Se ha de
tener en cuenta la precisin de los resultados viene determinada por el
tamao de la muestra. Adems, se supone que la carga es estacionaria
durante largos periodos de tiempo.
2) Seguir la evolucin de un sistema y predecir su comportamiento futuro.
2.3 ESTRUCTURA DEL MONITOR
En la Figura 2.1 se representa el esquema conceptual del monitor de un sistema
informtico.
Sistema informtico
Interfaz deinstrumentacin
Selector o filtro
Procesador
Registrador
Analizador
Figura 2.1: Esquema conceptual del monitor de un sistema informtico
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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En dicho esquema se distinguen los siguientes elementos:
Interfaz de instrumentacin, implementa la conexin entre el monitor y el
sistema, permite acceder a los puntos del sistema que contienen
informacin relevante para la monitorizacin.
Selector o filtro, permite realizar una captura selectiva de las actividades
sondeadas de acuerdo con los diferentes intereses del usuario. Adems
genera variables indirectas a partir de las variables medidas.
Procesador tiene como misin realizar las comprobaciones de los
elementos del sistema que van a ser analizados o medidos.
Registrador el resultado de las comprobaciones se graba en un medio de
almacenamiento para poder ser analizado e interpretado y as obtener los
resultados deseados.
Analizador se encarga de analizar los datos almacenados.
Algunas veces la fase de anlisis se realiza en paralelo con la deteccin y captura de
eventos, en ese caso se tiene un sistema de medida en tiempo real.
2.4 CLASIFICACION DE LOS MONITORES
Los monitores se pueden clasificar atendiendo a tres aspectos: forma de implantacin,
mecanismo de activacin y forma de mostrar los resultados:
Segn su implantacin se clasifican en:
n Monitores software que son programas o ampliaciones del sistema
operativo que acceden al estado del sistema, informando al usuario sobre
dicho estado.
n Monitores hardware, son dispositivos electrnicos que se conectan a
determinados puntos del sistema, donde se encargan de detectar
determinados niveles o seales elctricas que caracterizan la evolucin del
sistema.
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n Monitores hbridos, son una combinacin de las dos tcnicas anteriores,
intentando combinar las ventajas de una y otra.
Segn su mecanismo de activacin se clasifican en:
n Monitores de eventos o acontecimientos son aquellos que se activan por la
aparicin de ciertos eventos. Si el evento se da con frecuencia la
sobrecarga que se produce es elevada.
n Monitores de muestreo, son aquellos que se activan a intervalos de tiempo
fijos o aleatorios mediante interrupciones de reloj. La frecuencia de
muestreo viene determinada por la frecuencia del estado que se desea
analizar y por la resolucin que se desee conseguir.
Segn su forma de mostrar los resultados se clasifican en:
n Monitores en tiempo real que constan de un mdulo analizador que
procesa los datos a medida que los recibe.
n Monitores batch, que primero recogen la totalidad de la informacin para
posteriormente analizarla.
Las tres clasificaciones pueden utilizarse de manera conjunta, as pues, un monitor
puede clasificarse como software, conducido por muestreo y con anlisis en batch de los
resultados.
Aunque hay que indicar que la clasificacin de los monitores segn su implantacin es la
ms habitual. En la Tabla 2.1 se muestra cmo realizan cada una de las funciones los
monitores software, hardware e hbrido.
Funcin Monitor software Monitor Hardware Monitor HbridoInstrumentacin Traps
InterceptacinMuestreo
SondasConexin permanente
TrapsSondas
Selector Programa ProgramaLgica
ProgramaLgica
Procesador Programa LgicaPrograma
LgicaPrograma
Registrador MemoriaDisco
ContadorMemoriaDisco
ContadorMemoriaDisco
Analizador Programa Programa Programa
Tabla 2.1: Forma de realizacin de las funciones segn el tipo de monitor
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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2.4.1 Monitores software
Son los ms adecuados para monitorizar los sistemas operativos, las redes y las bases
de datos, as como las aplicaciones que las utilizan.
Cada activacin del monitor implica la ejecucin de varias instrucciones por parte de la
CPU del sistema que est analizando, lo que puede provocar una gran sobrecarga en el
sistema si la causa de la activacin se produce con gran frecuencia.
La aportacin de cdigo que necesitan los monitores software se puede realizar de tres
formas distintas:
1) Por adicin de un nuevo programa, es el ms fcil de utilizar y de eliminar
cuando ya no se necesite. Adems se garantiza la integridad del sistema
operativo y del propio programa que se va a medir.
2) Por modificacin del software que se va a medir, se basa en la utilizacin
de sondas software, que son conjuntos de instrucciones insertadas en
puntos clave del programa que debe observarse. Cada sonda debe
detectar la llegada del flujo de control al punto crtico donde est situada,
con lo que se puede determinar el nmero de veces y los instantes que se
pasa por ese lugar, a la vez que el contenido de ciertas variables cuando se
est ejecutando esa zona de cdigo.
3) Por modificacin del sistema operativo, se utiliza cuando determinadas
variables que se deben medir slo estn disponibles para el sistema
operativo, como pueden ser relojes de tiempo real, estado de colas del
planificador, etc.
Puesto que el monitor software necesita recursos del sistema (consume tiempo de
CPU, ocupa memoria y realiza operaciones de E/S), se debe vigilar el cumplimiento de los
siguientes requerimientos:
La extraccin de datos del sistema debe realizarse de forma cualitativa y
cuantitativa.
Las modificaciones del sistema operativo deben ser las mnimas posibles.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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La alteracin de las caractersticas y de las prestaciones de la carga no
debe ser apreciable.
Se debe llegar a un compromiso entre la precisin de las medidas y la interferencia que
stas pueden ocasionar en el sistema, ya que en general si se necesita una gran precisin
en los resultados, se tendrn que realizar un gran nmero de observaciones, lo que
provocar una sobrecarga del sistema que har que las medidas obtenidas no sean fiables.
Por el contrario un nmero de medidas reducido pueden no llegar a ser fiables.
Una caracterstica deseable en un monitor es la posibilidad de ser
habilitado/deshabilitado segn convenga, de tal forma que se evite sobrecargar al sistema
cuando no se utilice.
En general la prioridad del monitor debe ser superior a la de los acontecimientos que
debe observar.
Puesto que para el funcionamiento de un monitor software se requiere la ejecucin de
instrucciones del propio cdigo del sistema analizado, el monitor no podr detectar
acontecimientos que se produzcan por debajo del tiempo de ejecucin de una instruccin ni
acceder a acontecimientos que no se reflejen en alguna posicin de memoria del sistema
que sea accesible por la ejecucin de una instruccin.
La mayora de los monitores estn escritos en lenguajes de programacin de bajo nivel,
tales como ensamblador o C, para mantener al mnimo la sobrecarga. En general es
conveniente que el monitor software y el sistema operativo estn escritos en el mismo
lenguaje de programacin.
2.4.1.1 Monitores software conducidos por acontecimientos
Existen dos tipos de instrumentacin en los monitores conducidos por acontecimientos
o eventos:
Por Traps o segmentos de cdigo que se insertan en determinadas partes
del programa. Cuando el flujo de control llega a ellos, se ejecutan,
realizando determinadas acciones encaminadas a sealar la aparicin de
ese evento y a extraer la informacin que lleva asociada.
Por interceptacin de las interrupciones, que desvan el tratamiento de la
interrupcin, redireccionando dicho tratamiento a una zona de cdigo donde
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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se halla el monitor, el cual contabiliza el tipo de interrupcin y recopila la
informacin asociada al acontecimiento que ha provocado la interrupcin.
2.4.1.2 Monitores software de muestreo
Un monitor de muestreo interfiere mucho menos en el funcionamiento del sistema que
un monitor conducido por eventos. En este tipo de monitores es posible variar la frecuencia
de muestreo y el nmero de variables que hay que medir en cada instante de muestreo.
El procedimiento de extraccin de datos utiliza un reloj interno que provoca una
interrupcin del sistema a intervalos regulares de tiempo para extraer los datos del estado del
mismo.
En ocasiones los datos se recogen a intervalos aleatorios aunque con una longitud
media fija. En general se debe evitar un sincronismo entre muestreo y eventos que impida al
monitor detectar todos los estados del sistema.
El programa de extraccin de datos debe ser el de mayor prioridad y se debe ejecutar
con las interrupciones inhibidas. En consecuencia, dicho programa debe ser muy rpido
(poca demanda de CPU), con el fin de no interferir en las prestaciones del sistema.
Los datos que se deben tomar son de dos tipos:
Acerca de las actividades suspendidas cuando se provoc el disparo del
temporizador.
Acerca de las actividades en progreso, como el estado de los canales,
contenido de ciertas reas de memoria, etc.
Los datos recolectados se deben almacenar de la forma ms compacta posible,
generalmente se subdividen en grupos temporales, formando los que se denominan
registros lgicos, que son un conjunto de datos recogidos durante un determinado periodo de
tiempo.
Ejemplo 2.1: Se desea conocer el estado de la CPU y del canal de un determinado sistema
informtico cada 333 ms, suponiendo un periodo de extraccin de 8 horas (un da), (a) Cul sera el
nmero de muestras recogidas durante el periodo de extraccin?. (b) Por otra parte si se consideran
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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registros lgicos de 5 minutos Cuantos registros se necesitaran para almacenar la informacin
recogida en el periodo de extraccin y cuantas muestras tendra cada registro lgico?
Solucin:
(a) El periodo de extraccin es Te=8 horas= 860601000 ms=2.88105 ms. Puesto que el periodo de
muestreo es de T=333 ms, el nmero de muestras recogidas durante el periodo de extraccin Ne sera:
86486333
1088.2 5 ===T
TN ee muestras
(b) El nmero de registros lgicos R necesarios es:
96)(5
)/(60)(8 ===minutos
horaminutoshorasTT
RR
e registros lgicos
El nmero de muestras NR de cada registro lgico es:
900)/(333
)(1000605 ===muestrams
msTT
N RR muestras
Un monitor software debe ser capaz de dar una duracin de los fenmenos observados,
es decir, de dar medidas temporales. Esto lo puede realizar una herramienta software de dos
formas:
1) Por muestreo. Que da medidas estadsticas en cuanto a tiempos medios
de utilizacin de recursos, a partir de los cuales se pueden realizar
medidas indirectas de otro fenmenos.
2) Realizando medidas directas. Con este mtodo se puede dar la duracin
exacta de los fenmenos, as como la traza de acontecimientos del
sistema, presenta el inconveniente de ser ms difcil de implantar.
Ambos tipos de monitores software necesitan de un reloj en el sistema. Una forma muy
usual de realizar este reloj es utilizar una posicin de la memoria principal o un registro
interno del procesador como un contador binario que es incrementado (o decrementado) por
un dispositivo hardware capaz de generar pulsos a intervalos regulares (generalmente un
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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cristal de cuarzo). La frecuencia de este reloj da la resolucin del sistema, es decir, la
mnima cantidad de tiempo medible por l.
Muchas veces existen relojes paralelos que se inicializan cuando se arranca un proceso,
salvando el estado de estos relojes cuando el proceso se suspende y recargndolo cuando
ste se carga de nuevo. Cuando el proceso concluye, en este reloj se tiene el tiempo de
ejecucin del mismo. Lgicamente, el manejo de estos relojes corre a cargo del sistema
operativo. Existen algunas causas que hacen que este mtodo no sea del todo exacto:
n Existe un retardo variable entre el comienzo y el final de la actividad y el
arranque y la parada del reloj lgico asociado.
n El sistema operativo puede no ser totalmente honesto en cuanto a la
adjudicacin de los tiempos, y as el tiempo de tratamiento de determinadas
interrupciones es cargado al proceso que tiene la CPU en ese momento.
n El acceso al reloj es normalmente una tarea del supervisor, y el tiempo de
entrada de ste es aleatorio, cargando este tiempo al reloj lgico del
proceso.
Otro elemento importante en la precisin de las medidas directas es la resolucin del
reloj. Si la resolucin es demasiado pequea (el tiempo entre dos ticks es demasiado
grande), es posible que el reloj no sea adecuado para la medida de la duracin de
determinadas actividades, o bien que los resultados no tengan la precisin necesaria.
De manera general (ver Figura 2.2) se consulta el valor del reloj cuando comienza la
actividad (instante Ti), se supone que el valor en ese instante es Ta, y que T es la duracin
del intervalo entre dos ticks del reloj. Si la actividad termina en Tf y se consulta el reloj en ese
momento, ste contendr el valor Tb.
Ta
Ti Tf
Tb
Figura 2.2
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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La duracin real de la actividad es:
Treal = Tf -Ti
Mientras que el valor medido es de:
Tmedido = Tb -Ta
El error en la medida se obtiene de la siguiente forma:
Error = Treal -Tmedido= (Tf -Ti)-(Tb -Ta)= (Tf - Tb) - (Ti - Ta)
Tanto (Tf - Tb) como (Ti - Ta) pueden variar entre 0 y T, por lo que el error podr variar
entre -T y T, o lo que es lo mismo:
0 |Error| T
Es decir, el error depende de T, por lo que la resolucin debe ser grande para que el
error cometido en las medidas sea pequeo. Un aumento de la resolucin producir tambin
un aumento de la sobrecarga.
Ejemplo 2.2: A partir del diagrama temporal que se muestra en la Figura 2.3 deducir el tiempo real y
el tiempo medido de duracin de las tareas W1, W2 y W3. El tiempo transcurrido entre dos ticks de reloj
consecutivos es s.
t0 t1 t2 t3 t4
t0 t1 t2 t3
W1 W2 W3
Real
Relojs s s s
Figura 2.3
Solucin:
W1, tiene una duracin real de Tr1=t1-t0, mientras que su duracin desde el punto de vista de la medida
que se realiza es Tm1=t1-t0=s.
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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W2, tiene una duracin real de Tr2=t2-t1, mientras que su duracin desde el punto de vista de la medida
que se realiza es Tm2=t1-t1=0.
W3, tiene una duracin real de Tr3=t3-t2, mientras que su duracin desde el punto de vista de la medida
que se realiza es Tm2=t3-t1=2s.
2.4.2 Monitores hardware
Son dispositivos para medir las prestaciones de sistemas informticos que se conectan
al hardware del sistema que se va a monitorizar por medio de sondas electrnicas, que son
elementos capaces de detectar eventos de tipo elctrico.
Un monitor hardware podr reconocer todos aquellos acontecimientos que se reflejen en
puntos fijos del sistema.
Su principal caracterstica es que son externos al sistema que van a medir, lo que
implica:
n No utilizan recursos del sistema que van a monitorizar.
n No producen interferencias con ste.
n Son muy rpidos.
Sus principales desventajas:
Son ms difciles de instalar.
Existen magnitudes a las que no se puede acceder.
Requieren para su operacin y anlisis de resultados de personalespecializado.
Puede interactuar a nivel elctrico con el sistema que se va a monitorizar,provocando perturbaciones que resulten en un funcionamiento anmalo del
sistema monitorizado.
En la Figura 2.4 se representa el esquema ms simple de un monitor hardware.
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Contadores AlmacenamientoMdulo lgico
Reloj
Figura 2.4: Esquema simple de un monitor hardware
En este esquema, los mdulos lgicos se encargan de filtrar las seales, de forma que
slo se obtengan disparos cuando se produce una determinada combinacin de las seales
de entrada, lo que es equivalente a decir que se est produciendo un determinado evento.
Los contadores se encargan de registrar el nmero de veces que se produce un
determinado fenmeno. Mientras que la parte de almacenamiento tiene la misin de
memorizar de forma permanente el valor de los contadores. Por otro lado el reloj se encarga
de dar la seal de sincronismo con la que se deben capturar los eventos.
Ejemplo 2.3: Una realizacin muy simple del esquema anterior de un monitor hardware se puede ver
en la Figura 2.5. Con este monitor se pretende determinar el tiempo de utilizacin de un determinado
recurso.
Reloj
Biestable
Contador
Reloj
Biestable
Contador
Figura 2.5
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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Este tiempo de utilizacin de un determinado recurso se caracteriza por un nivel alto en la salida de un
biestable. La salida del biestable es interceptada por las sondas, las cuales llevan el nivel lgico de
salida al mdulo lgico, que en este ejemplo es una puerta AND, cuya otra entrada est conectada a la
seal de reloj del monitor. De esta forma la salida del mdulo lgico ser un tren de pulsos si la entrada
est a un nivel alto.
La salida de la puerta AND se lleva a un contador para que registre el nmero de pulsos recibidos. En
otro contador se tiene directamente la seal de reloj.
La salida del monitor son las cuentas de los contadores, ya que la razn entre stas da directamente el
tanto por ciento de ocupacin del dispositivo, que es lo que se pretenda conocer
Actualmente una tendencia muy extendida es sustituir la mayor parte de los mdulos de
que consta un monitor hardware por un microprocesador, ya que se puede encargar de
realizar las operaciones de filtrado, cuenta y memorizacin. Los contadores son ahora
actualizados y almacenados por el propio microprocesador, que, adems, puede interpretar
los resultados y visualizarlos. Por otra parte los contadores puede tambin ser sustituidos
por una memoria RAM.
La ventaja de utilizar un microprocesador es evidente ya que los mdulos lgicos, que en
un principio eran cableados, pasan a ser programados. Su principal inconveniente es que la
frecuencia de muestreo se ralentiza, con lo que se est perdiendo una de las principales
ventajas de los monitores software, su rapidez.
2.4.3 Monitores hbridos
Los monitores hbridos (ver Figura 2.6) son una mezcla de los monitores software y
hardware que tratan de aunar las ventajas de ambos monitores y evitar sus inconvenientes.
Estos monitores aaden al sistema operativo una parte muy pequea de cdigo que enva
informacin al monitor hardware que est observando de forma continua la ejecucin del
procesador principal.
La parte de cdigo que se aade puede consistir en la ejecucin de una instruccin de
entrada/salida a la que se aade una palabra de 16 32 bits que hace referencia al suceso
que se desea monitorizar.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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CPU Memoria E/S
Sistema
Captador de eventos
Base detiempos
CPU Memoria E/S
Figura 2.6: Monitor Hbrido
La parte de hardware de un monitor hbrido es un sistema con microprocesador con una
base de tiempos que cada vez que la parte software enva una informacin aade el tiempo
en que tiene lugar la captura. El tiempo y la informacin que se captura son almacenados y
procesados por el procesador del monitor. Finalmente toda la informacin monitorizada se
representa al final por pantalla en forma de tablas o grficos, adems de almacenarse en un
archivo.
Al reducirse generalmente la parte software a la ejecucin de una instruccin de E/S, y al
procesarse y almacenarse en otro computador, se elimina una parte de la sobrecarga que
tena un monitor software.
Los monitores hbridos son los ms usados en el diseo de nuevas arquitecturas de
computadores, y vienen integrados en algunos computadores modernos. Tambin son muy
usados en el estudio del comportamiento de prototipos de nuevas mquinas.
2.4.4 Comparacin entre monitores
En general dado un problema de monitorizacin, la eleccin del tipo de monitor que se
debe utilizar no es difcil de resolver ya que normalmente slo uno de ellos es el adecuado.
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
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Las principales caractersticas de un monitor que se deben de considerar a la hora de
seleccionarlo son:
n Dominio de medicin: El monitor hardware slo es capaz de seguir el
comportamiento de acontecimientos que se reflejen en posiciones fijas de
memoria o provoquen transferencias de control a direcciones fijas o la
ejecucin de instrucciones determinadas. Por otro lado, el monitor software
puede seguir los acontecimientos que se reflejen en posiciones de
memoria susceptibles de ser ledas por la ejecucin de una instruccin.
n Resolucin: Los monitores hardware tienen una capacidad para resolver
acontecimientos a frecuencias elevadas (de 10 a 50 MHz), se trata de una
magnitud absoluta determinada por la velocidad de las sondas y la lgica
del monitor. En el caso de un monitor software la mxima frecuencia de
entrada del monitor software viene fijada por la mxima frecuencia de
ejecucin de instrucciones. Se trata por tanto de una magnitud relativa.
Ahora bien el monitor software es capaz de parar el sistema aunque ello
produzca una distorsin de las medidas.
n Anchura de entrada. Un monitor software slo puede detectar los
acontecimientos secuencialmente. Sin embargo, es capaz de parar el
sistema hasta extraer toda la informacin necesaria. En este sentido la
anchura de entrada es, tericamente ilimitada. El monitor hardware permite
la deteccin de acontecimientos en paralelo, pero su anchura est limitada
por el nmero de sondas disponibles.
n Interferencia, el monitor hardware prcticamente no introduce ninguna
perturbacin en el sistema observado, mientras que el monitor software
provoca una perturbacin que puede ser apreciable, ya que utiliza los
propios recursos del sistema.
n Facilidad de uso, un monitor hardware requiere un buen conocimiento del
hardware del sistema y, por tanto, un mayor grado de especializacin que
el monitor software, que de hecho es una extensin del sistema operativo
utilizado.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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n Coste. Los monitores hardware son ms caros que los software tanto de
instalacin como de funcionamiento.
n Cantidad de datos. En general si la cantidad de datos que se espera
obtener es muy elevada, lo apropiado es utilizar un monitor hardware que
incorpore almacenamiento secundario, para evitar la sobrecarga del
sistema.
n Consumo de recursos. Los monitores software consumen recursos del
sistema que deberan estar disponibles para los usuarios. Por contra los
monitores hardware consumen muy pocos recursos, siendo incluso
invisibles al sistema.
n Portabilidad. Los monitores hardware suelen disearse para realizar
medidas sobre diferentes sistemas, es decir son portables. Por el contrario,
los monitores software se desarrollan para un hardware y software
particular, luego no son portables.
n Mal funcionamiento. En caso de un mal funcionamiento del sistema, el
monitor hardware sigue tomando medidas del sistema, mientras que un
monitor software puede no funcionar correctamente.
En la Tabla 2.2 se muestra de forma resumida la comparacin entre los diferentes tipos
de monitores.
Caracterstica Monitor hardware Monitor Software Monitor HbridoDominio Bajo nivel (Fijo) Lgico TodosResolucin Alta (Fija) Baja (variable) AltaAnchura Finita Infinita InfinitaInterferencia Baja Alta MediaCoste Alto Bajo AltoReduccin No Si No/SiPortabilidad Si No No
Tabla 2.2: Tabla resumen de las caractersticas de los diferentes tipos de monitores
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2.4.5 Monitores de ejecucin de programas
Estos monitores proporcionan informacin de un programa durante su ejecucin y sirven
para saber:
Donde pasa un programa su tiempo de ejecucin.
Cuntas veces se ejecuta una lnea de cdigo del programa.
Cuntas veces se llama a un procedimiento y desde donde.
A cuantos archivos accede un programa y durante cuanto tiempo.
En definitiva proporcionan Informacin de suma importancia para optimizar y mejorar el
comportamiento y tiempo de ejecucin de un programa.
2.4.6 Monitor de contabilidad
El objetivo de un monitor de contabilidad es obtener el consumo de recursos del sistema
que realiza cada usuario. Este tipo de monitores permiten las siguientes operaciones:
Monitorizar la utilizacin del espacio de disco para usuarios individuales,como nmero de escrituras y lecturas, nmeros de bytes escritos y ledos,
etc.
Registrar datos de sesiones y su duracin.
Generar resmenes de informes y archivos que pueden ser utilizados paraanalizar el trabajo del sistema y el consumo de recursos de cada usuario.
Para realizar estas operaciones, el monitor de contabilidad proporciona una serie de
rdenes que permiten crear datos, borrarlos, visualizarlos, mezclarlos, resumirlos y crear
informes.
Los monitores de contabilidad tambin registran la informacin referente a condiciones
anormales, como violaciones de seguridad, terminacin anormal de trabajos, errores en
dispositivos, rearranques del sistema, etc.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
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La unidad de trabajo de un monitor de contabilidad es el programa y la informacin
registrada se realiza para cada usuario y para programa ejecutado.
2.5 PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS
2.5.1 Tipos de variables
Las variables pueden ser de dos tipos:
n Variables cualitativas o categricas. Se definen como un conjunto de
subclases mutuamente exclusivas que se expresan normalmente con
palabras. Pueden ser de dos tipos:
Ordenadas, como por ejemplo el tipo de computador
(supercomputador, minicomputador, microcomputador,...).
No Ordenadas, como por ejemplo los tipos de carga (cientfica, de
ingeniera, de educacin,...).
n Variables cuantitativas. Sus distintos niveles se expresan numricamente.
Pueden ser de dos tipos:
Discretas. Pueden adoptar un nmero finito o infinito de valores,
pero en todo caso ser numerable. Por ejemplo: El nmero de
procesadores de un sistema informtico, el tamao del bloque de
datos.
Continuas. Pueden adoptar un nmero infinito y no contable de
valores diferentes, como el tiempo de respuesta de un trabajo en un
sistema.
2.5.2 Diagramas de Gantt
Para una utilizacin adecuada de todos los recursos del sistema, la carga debe constar
de una mezcla de trabajos que haga uso de ellos y que exista solapamiento en su utilizacin.
Los diagramas de Gantt permiten representar este solapamiento en la utilizacin de los
recursos, Generalmente este tipo de diagramas se utiliza para mostrar la duracin relativa de
cualquier condicin booleana (que puede tomar los valores verdadero o falso). Ejemplos de
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
34
tales condiciones booleanas son la utilizacin de un recurso o el solapamiento en la
utilizacin de dos recursos (CPU y Canal).
Los diagramas de Gantt se suelen utilizar para observar como varan las utilizaciones de
los recursos a medida que evoluciona la carga en el sistema.
Ejemplo 2.4: Discutir las caractersticas del sistema informtico que presenta el diagrama de Gantt
de la Figura 2.7.
CPU
Canal E/S
Red
20 % 40 % 60 % 80 %0 % 100 %
10 10 5 15
Utilizacin
Figura 2.7
Solucin:
A partir de este diagrama de Gantt se observa que la CPU estuvo ocupada durante el 60% del intervalo
de observacin, el canal durante un 40% y la red durante un 60 %.
Tambin se puede deducir el solapamiento en la actividad de los distintos recursos: la CPU y el canal
estuvieron ocupados simultneamente durante un 20 % de la sesin. La CPU y la red durante un 40 % ;
el canal y la red durante un 15 %.
Adems se observa que el sistema estuvo desocupado durante un 5%.
Ejemplo 2.5: Para un sistema con cuatro recursos: CPU, dos canales de E/S y un enlace de red,
etiquetados como A, B, C y D respectivamente se ha observado el % de tiempo de utilizacin de los
recursos. En la Tabla 2.3 se representa dicha utilizacin con un 1 y con un 0 la no utilizacin de los
mismos. Construir el diagrama de Gantt asociado al sistema.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
35
A B C D Tiempo utilizado (%)0 0 0 0 5 i00 0 0 1 5 i10 0 1 0 0 i20 0 1 1 5 i30 1 0 0 10 i40 1 0 1 5 i50 1 1 0 10 i60 1 1 1 5 i71 0 0 0 10 i81 0 0 1 5 i91 0 1 0 0 i101 0 1 1 5 i111 1 0 0 10 i121 1 0 1 10 i131 1 1 0 5 i141 1 1 1 10 i15
Tabla 2.3
Solucin
La forma de construir el diagrama de Gantt es la siguiente:
1) Se dedica una lnea horizontal a cada uno de los cuatro recursos A, B, C y D.
2) La lnea horizontal asociada al recurso A se divide en dos partes, una asignada a la utilizacin del
recurso A y otra a su no utilizacin A .
3) La lnea horizontal asociada al recurso B se divide en cuatro partes: BBBB .
4) La lnea horizontal asociada al recurso C se divide en ocho partes:
CCCCCCCC
5) La lnea horizontal asociada al recurso D se divide en 16 partes:
DDDDDDDDDDDDDDDD
6) Para cada una de los recursos se asigna a cada parte en el diagrama de Gantt el porcentaje de
tiempo de utilizacin o de no utilizacin de acuerdo con lo indicado en la Tabla. (Ver Figura 2.8)
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
36
Par el recurso A, hay dos partes: AA la suma de los porcentajes de utilizacin y de no utilizacin es:
)()( 7654321015141312111098 iiiiiiiiAiiiiiiiiA ++++++++++++++
)5105105055()105101050510( ++++++++++++++ AA
)45()55( AA
En el caso del recurso B, hay cuatro partes: BBBB , la suma de los porcentajes para cada una de
las cuatro partes es:
)()()()( 3210765415141312111098 iiiiBiiiiBiiiiBiiiiB ++++++++++++
)5055()510510()1051010()50510( ++++++++++++ BBBB
)15()30()35()20( BBBB
En el caso del recurso C, hay ocho partes CCCCCCCC , la suma de los porcentajes para
cada una es:
)()()()()()()()( 1032765413121514111098 iiCiiCiiCiiCiiCiiCiiCiiC ++++++++
)55()50()510()510()1010()105()50()510( ++++++++ CCCCCCCC
)10()5()15()15()20()15()5()15( CCCCCCCC
Finalmente, en el caso del recurso D, hay 16 partes, la suma de los porcentajes para cada una es:
)()()()()()()()()()()()()()()()( 0132675412131514101198 iDiDiDiDiDiDiDiDiDiDiDiDiDiDiDiD
)5()5()5()0()10()5()5()10()10()10()10()5()0()5()5()10( DDDDDDDDDDDDDDDD
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Diseo y evaluacin de configuraciones
37
A
B
C
D
)55(A )45(A
)20(B )35(B )30(B )15(B
)15(C )5(C )15(C )20(C )15(C )15(C )5(C )10(C
)10(D )5(D )5(D )0(D )5(D )10(D)10(D
)10(D )10(D )5(D)5(D
)10(D )0(D )5(D)5(D
)5(D)10(D )5(D)5(D
)0(D )5(D )10(D)10(D
)10(D )10(D )5(D)5(D
)10(D )0(D )5(D)5(D
)5(D
Figura 2.8
7) Con los resultados obtenidos se procede a unir en el diagrama de Gantt las partes de utilizacin de
cada recurso (Ver Figura 2.9).
A
B
C
20 % 40 % 60 % 80 %0 % 100 %
Utilizacin
D
55
35 30
15 5 5
5 5 5 5 5 10 10
15
5
Figura 2.9
2.5.3 Grficos de Kiviat
Se trata de un grfico circular en cuyos ejes radiales se representan diferentes ndices
de prestaciones. Las intersecciones entre los radios y la circunferencia representan los
valores mximos que pueden alcanzar las variables representadas en los mismos.
Aunque en principio, el nmero de ejes que puede tener un grfico de este tipo es
arbitrario y depende de los datos que se van a representar, se suelen seguir unos convenios
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
38
de representacin. El ms popular de ellos es el conocido como la versin de Kent. Basado
en las siguientes convenciones:
1) Se selecciona un nmero par de variables que hay que estudiar,
frecuentemente ocho, la mitad de ellas deben ser buenos ndices de
prestaciones (a mayor valor, mejores prestaciones) y la otra mitad malos
(mejores prestaciones a menor valor de los mismos).
2) Se divide el crculo en tantos sectores como variables hay que representar.
3) Se numeran los semiejes secuencialmente, normalmente en sentido
horario, comenzando por el semieje vertical superior.
4) Se asocian los buenos ndices de prestaciones a los semiejes impares y
los malos a los pares.
De acuerdo con esta convencin, en un sistema ideal todos los ndices buenos tendran
valores altos y los malos valores muy bajos, por lo que el grfico de Kiviat tendra forma de
estrellla.
Los grficos de Kiviat se utilizan para realizar un reconocimiento visual de un sistema.
Ejemplo 2.6: Construccin de un grfico de Kiviat, segn la versin de Kent para una instalacin
informtica de gestin normal.
Se consideran la siguiente asignacin de ndices de prestaciones:
1) CPU ocupada o activa (CPU ). Este ndice es bueno en el sentido de que se est utilizando el
recurso y no se desperdicia.
2) Slo CPU ocupada ( CHCPU * ). Es preferible que estn simultneamente ocupados cuantos ms
recursos mejor para que exista un elevado paralelismo en la utilizacin de los mismos. Por ello este
ndice no es bueno porque indica que no existe solapamiento con los canales y por lo tanto su valor
debe ser bajo.
3) Solapamiento de CPU y Canal.( CHCPU* ) Se trata de un ndice bueno que interesa que tenga un
valor alto.
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Diseo y evaluacin de configuraciones
39
4) Slo canal ocupado sin solape en la CPU. ( CHCPU * ) Indice malo interesa que su valor sea bajo.
5) Cualquier Canal ocupado.(CH ) Se trata de un ndice bueno que interesa que tenga un valor alto.
6) CPU en estado de espera. (CPU ) Indice malo interesa que su valor sea bajo, ya que se est
malgastando el recurso.
7) CPU en estado usuario o atendiendo a programas de usuario.( usuarioCPU ) Se trata de un ndice
bueno que interesa que tenga un valor alto.
8) CPU en estado supervisor. ( ervisorCPU sup ) Indice malo interesa que su valor sea bajo, ya que se
est ejecutando cdigo del sistema operativo Este ndice representa el overhead del sistema operativo.
El grfico de Kiviat para una instalacin de gestin normal se representa en la Figura 2.10
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
Figura 2.10
Con el conjunto de ndices enunciado en el apartado anterior se han identificado una serie de formas
tpicas correspondientes a determinadas situaciones (ver Tabla 2.4)
-
TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
40
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
(A) Estrella de Kiviat. Corresponde a una situacinideal
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
(B) Vela de barco. Corresponde a sistemaslimitados por la CPU, es decir sistemas conmucha demanda de CPU y relativamente pocautilizacin de los canales.
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
(C) Cua o iceberg, corresponde a sistemaslimitados (mal dimensionados) por la E/S. Poseenuna elevada utilizacin de los recursos de E/S ybaja de la CPU.
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
(D) Flecha de E/S. Sistemas limitados por laE/S que adems tienen una elevada utilizacin dela CPU
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
CPUocupada
Slo CPU
CPUy cualquier canal
Al menos un canalactivo sin solape
con la CPUAl menos uncanal activo
CPU en espera
CPUusuario
CPUsupervisor
(E) Thashing. Sistema saturado por la paginacin.
Tabla 2.4
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Diseo y evaluacin de configuraciones
41
2.6 MONITORES DE REDES DE AREA LOCAL (LAN)
La organizacin OSI define cinco dominios de administracin de una red de rea local
(LAN):
1) Manejo de fallos. Hace referencia al esfuerzo para minimizar el tiempo
medio requerido para detectar y reparar un problema en la red.
2) Administracin de cuentas. Se lleva a cabo mediante un tipo de monitor
conocido como monitor de contabilidad, que informa de los recursos
utilizados por los usuarios del sistema con el fin entre otras cosas, de
proceder a la facturacin de estos consumos.
3) Manejo de configuraciones. Hace referencia al esfuerzo para definir y
monitorizar las configuraciones fsica y lgica de la red.
4) Manejo de las prestaciones. Hace referencia al esfuerzo para mejorar las
prestaciones de la red y detectar prestaciones degradadas por coleccin y
anlisis de estadsticas de la red, y modificacin de los parmetros
apropiados de la red.
5) Manejo del control de acceso.
2.6.1 Tipos de monitores de LAN
En general se pueden considerar tres tipos de monitores de LANs: centralizados,
distribuidos e hbridos.
2.6.1.1 Monitores centralizados
Los monitores centralizados (ver Figura 2.11) son simples, baratos y dan toda la
informacin deseada. Es el tipo de monitor ms usual en las redes de difusin (broadcast).
Existen dos tipos:
n Monitor de prueba que inyecta paquetes a la red a intervalos especficos y
puede grabar parmetros de la red para cada paquete inyectado, tales
como retraso en la adquisicin del canal y nmero de colisiones. Se trata
de un monitor activo que produce una sobrecarga en la red.
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TEMA 2: Tcnicas de medida y de presentacin de los resultados
42
n Monitor espa, es un nodo especial dedicado a la monitorizacin de la red
de modo pasivo, por lo que no introduce ninguna sobrecarga. Este monitor
debe ser capaz de procesar los paquetes a medida que los ve pasar, por lo
que este monitor debe estar equipado con suficiente potencia de progreso y
espacio de almacenamiento.
NODO NODO NODO
MONITOR
Figura 2.11: Monitor Centralizado
2.6.1.2 Monitores Distribuidos
Con los monitores distribuidos (ver Figura 2.12) se tiene informacin de todos los nodos
de la red. Cada nodo captura datos y peridicamente transmite esta informacin al
analizador central. Dicho analizador central slo analiza los datos recibidos desde los
monitores distribuidos, puesto que ste no monitoriza la red.
NODO NODO NODO
NODO
MONITOR MONITOR MONITOR
MONITOR
Figura 2.12: Monitor Distribuido
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Diseo y evaluacin de configuraciones
43
Los monitores distribuidos presentan ciertos inconvenientes:
Existe una gran sobrecarga de comunicacin cuando se envan grandescantidades de datos a la estacin central, a no ser que se utilice un canal
dedicado para pasar la informacin recogida por los nodos.
Cada nodo debe de enviar datos sobre la red al analizador central, lo queintroduce interferencias.
El utilizar la red a medir
