1. introduÇÃopessoal.utfpr.edu.br/betini/arquivos/pc1.pdf · de trabalho? • o que acontecerá...

1

6/2/2011 PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE - R.C.BETINI

1

SIMULAÇÃO DISCRETA

O PROBLEMA DE PLANEJAMENTO DE

CAPACIDADE


2

1. INTRODUÇÃO• O que acontecerá com o tempo de resposta do

mainframe quando a taxa de chegada de transações crescerem de 10 para 20 tr/s?

• O servidor de arquivos suportaria mais 15 estações de trabalho?

• O que acontecerá com o tempo de resposta das aplicações existentes quando as novas aplicações em desenvolvimento entrarem em operação daqui a 4 meses?

• Eu devo comprar um novo HD? Ou adicionar mais memória na estação de trabalho?


3

RESPOSTA

• Planejamento de Capacidade • Por exemplo:• Poderíamos propor um sistema com tempo

de resposta abaixo de 3,0 s e utilização da CPU abaixo de 60%.


4

OBJETIVO DO CURSO

• Mostrar que Planejamento de Capacidade pode ser resolvido de uma forma científica.

• Predizer a performance futura do sistema de computação em diferentes cenários e valores de parâmetros.

• Propor modelos analíticos.• Propor modelo dinâmico: simulação

discreta.


5

1.2 O PROBLEMA DO BANCO

IS SYSTEMFilial 1 Filial 2

Filial 3

OAS OAS

OAS (Office Automation System)

2 computadoresGrupo de discos

Mainframe 2: Aut. Escr (Batch)OAS

•Mainframe 1: On line

ATM1

ATM2ATM4ATM3

ATM8

ATM9

ATM10

ATM5

ATM7

ATM6

ATM = Automated Teller Machine


6

BANCO E FILIAIS

• Filiais: 09:00 as 15:00 hs• 24 caixas nas 3 filiais• Cada caixa

– Período de pico: Média de 20 clientes/hora – Restante do tempo: 12 clientes/hora

• Geração média de transações/cliente: 2 tr/cl• Período de Pico: 24 cx x 20 cl/hr/cx x 2 tr/cl = 960

tr/hr

2


7

ATM (Automated Teller Machine)

• Uso do ATM: 24 horas/dia• Período de pico ATM: 08:00~09:00; 15:00 ~21:00• No período de pico

– 1 ATM: 15 clientes/hora• Geração média de transações/cliente ATM: 1,2

transações/cliente• Carga no Período de Pico

– 10 ATMs x 15 cl/h/ATM x 1,2 tr/cl = 180 tr/h• Tráfego ATM durante horário de funcionamento

do Banco é igual a 50% do tráfego durante o horário de pico ATM.


8

MEDIDAS

• Tempo de resposta médio nos caixas das filiais no horário de pico: 1,22 s

• Tempo de resposta médio tolerado nos caixas: 3,5 s

• Tempo de resposta médio ATM no horário de pico: 1,04 S

• Tempo de resposta médio aceitável: 3,0 s


9

PLANO DE EXPANSÃO

• 1 filial a cada 2 meses durante 5 anos: total de 30 filiais

• 20 cidades no país• Uma cidade será escolhida para ter 1ATM a

cada 2 meses: 30 ATM em 60 meses (5 anos)


10

QUESTÕES

• Central IS suportara a expansão mantendo os tempos de respostas aceitáveis?

• Caso negativo. Quando o IS deverá sofrer upgrade?

• Qual upgrade representa a melhor opção de custo-performance?

• O sistema de processamento do Banco deve permanecer centralizado ou distribuído?


11

NATUREZA DO PROBLEMA

• Planejamento de Capacidade


12

1.3 ALGUMAS SITUAÇÕES DE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE

Vários conceitos

Sistemas bancários

Três casos

3


13

1.3.1 CASO 1: AUMENTANDO O NÚMERO DE TERMINAIS ATM

Sistema bancárioMainframe

ATM 1

ATM 2

ATM 100


14

DADOS ADICIONAIS• Situação atual:

– Mainframe suportando 100 ATMs– Com tempo de resposta médio de 2,5s por ATM.

• Próximo 6 meses: – Mainframe suportando 150 ATMs– Tempo de resposta médio deve ser menor ou igual a

3,5s• Nível de serviço desejado: limite de tolerância do

usuário. Ex. No ítem 1.2: 3,5s (CAIXA) e 3,0s (ATM).

• Sistema Saturado: Nível de serviço é violado.


15

MÉTRICAS DE NÍVEL DE SERVIÇO

• Tempo de resposta• Throughput: Número médio de jobs

executados/tempo– Exemplo 1.2: IS ser capaz de processar o

mínimo de 180 transações ATM/hora (pico)• O valor do nível de serviço desejado depende do

tipo de aplicação– Sistema de reserva de passagens (NS=4,0s).– Sistema de check in em aeroporto (NS<4,0s).


16

1.3.2 CASO 2: AUMENTO DO VOLUME DE TRANSAÇÕES

• Nem sempre podemos afirmar que um aumento na carga do sistema computadorizado ocorre devido ao aumento do número de terminais conectados a ele.

• Average Arrival Rate (Taxa média de chegada de transações): número médio de transações submetidas ao sistema pôr unidade de tempo.


17

APLICAÇÃO: PERSONAL BANKING• Clientes podem discar automaticamente ao Sistema IS.• Número de terminais conectados ao sistema varia com o tempo• Existe necessidade de caracterizar a carga chegando ao sistema

(average transaction arrival rate)

CPUDISCO 1

DISCO 2

USUÁRIOS

Transações de 2 tipos: Pergunta e AtualizaçãoTransações Pergunta: 70%/ Nível de serviço: 3,0 s

Transações de Atualização: 30%/ Nível de serviço: 10s


18

DEMANDA DE SERVIÇO MÉDIA

• Demanda Média de Serviço: É o tempo de serviço total médio (em segundos) gasto pôr tipo de transação em cada periférico analisado.

• Medidas feitas com monitores de software: Demanda média de serviço (em segundo) para o caso 2.

PERGUNTA ATUALIZAÇÃO

CPU 0,20 0,30DISCO 1 0,30 0,80DISCO 2 0,25 0,45

4


19

ATUALMENTE, CRESCIMENTO E QUESTÕES

• Atualmente: – 700 tr pergunta/h e 300 tr atualização/h– Tempo de resposta médio: 2,3 e 9,0s

• A taxa de transações pergunta é esperado crescer em 30%.

• O sistema suportara este crescimento sem violar os níveis de serviço estabelecidos?


20

DEFINIÇÕES

• Carga de Trabalho Global: É o conjunto de transações submetidas a um sistema (ex.: transações pergunta e atualizações).

• Componentes de Carga de Trabalho ou Classes de Usuário: compostas de transações ou jobs que possuem características similares.Ex. 2 componentes: transações pergunta e atualização.


21

DEFINIÇÕES• Caracterização de Carga de trabalho: processo

de dividir a carga de trabalho global em pequenos conjuntos com características similares porém com comportamento diferente em relação ao uso de recursos do sistema.

• No exemplo atual 2 cargas de trabalho: transação pergunta e atualização.

• Dois tipos de parâmetros para caracteriza-los:– Demanda de serviço médio em cada periférico– Intensidade de carga de trabalho (700 tr/h e 300

tr/h)6/2/2011 PLANEJAMENTO DE

CAPACIDADE - R.C.BETINI22

MOTIVAÇÃO PARA DIVIDIR UMA CARGA DE TRABALHO GLOBAL

• As cargas de trabalho são de natureza diferente(batch vs transações interativas, requisições de atualização vs. Pergunta).

• Alguém esta interessado em analisar a performance em tipos de transações ou jobs de naturezas diferentes. Ex.: tempo de resposta em transações de crédito.

• Quando existe uma expectativa de crescimento para uma carga de trabalho específica.


23

TIPOS DE CARGAS DE TRABALHO

• No problema do banco:– Transações de clientes on-line– Transações ATM– Sistema de suporte a decisão– Processamento de folha de pagamento e

prestações• Dependendo da proposta do estudo de

planejamento de capacidade, a carga de trabalho pode ser ainda mais refinada.


24

1.3.3 CASO 3: APLICAÇÕES NOVAS• Reconsidere a aplicação de banco pessoal

discutida em 1.3.2:– Existe uma aplicação nova no processo de ser

desenvolvida– Banco espera receber 1000 tr/dia no primeiro

mês de operação do serviço.– Taxa de crescimento de 10% ao mês durante os

3 meses seguintes, estabilizando em 1330 tr/dia– Tempo de resposta médio tolerado: 4,0 s– Esta aplicação ira compartilhar recursos de

computação com a carga de trabalho global existente.

5


25

QUESTÕES QUE SURGEM• O sistema será hábil a fornecer um tempo de

resposta médio para a nova aplicação dentro de um nível de serviço desejado?

• Sem violar os níveis de serviço das cargas de trabalho existentes ?

• Portanto a evolução da carga de trabalho pode ocorrer em 2 situações distintas:

• 1) Crescimento normal de aplicações existentes: caso 1 e 2. Demanda de serviço pode ser medida.

• 2) Implementação de aplicações novas: – Estimativas devem ser feitas.


26

1.4 CONCEITO DE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE

• Planejamento de capacidade é a determinação de um tempo no futuro onde a saturação do sistema devera ocorrer e a seleção da maneira mais econômica e eficiente de retardar a saturação do sistema o tanto quanto possível.

• A previsão deve levar em consideração: a evolução da carga de trabalho e níveis de serviço desejado.


27

PONTO DE SATURAÇÃO

• Quando o ponto de saturação é previsto, devemos responder as seguintes perguntas:– Porque a saturação esta ocorrendo?– Em qual parte do sistema (CPU, discos, filas de

memória) a transação ou job estará gastando a maior parte de seu tempo de execução?

– Quais são as alternativas mais eficazes em termos de custo e eficiência para evitar ou pelo menos retardar a saturação?


28

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1000 2000 3000 4000

ORIGINAL

DISCORÁPIDOACEITÁVEL

Representação Gráfica do Conceito de Planejamento de Capacidade -Sistema Computacional com e sem um Disco Rápido

Arrival rate (tph)

R (S)

Atualmente =>

Próximo 6 meses


29

VARIÁVEIS DE ENTRADA E SAÍDA DE UM PROCESSO DE PLANEJAMENTO DE

CAPACIDADE

Evolução de Carga de Trabalho Parâmetros do Sistema Níveis de Serviço Desejado

Planejamento de Capacidade

Pontos de Saturação Alternativas Custo-efetivas para evitar saturação


30

1.5 POR QUE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE É IMPORTANTE

• Insatisfação do usuário: níveis de serviço violados.• Imagem externa da companhia: ocasiona perda de

clientes. Ex: bancos, reserva de passagens.• Queda de produtividade: baixa performance do

sistema afeta o cronograma. Ex.: projetos via CAD/CAM

• Restrições de orçamento já aprovado: o planejamento não foi feito.

• Risco de perdas financeiras: decisões tomadas fora de tempo.

• Perda de controle do ambiente do sistema de informações (IS): a má performance provoca o uso de sistemas pessoais

6


31

1.6 ALGUNS ERROS COMUNS EM PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE

UTILIZAÇÃO DE CPUUTILIZAÇÃO

TOTAL DE

MÊS CARGA DETRABALHO

A

CARGA DETRABALHO

B

CARGA DETRABALHO

C

CPU

1 20 15 10 45

2 21 16 12 49

3 25 18 15 58

4 30 19 16 65

5 32 21 17 70

6 33 22 18 73

• Utilização de CPU (%) dos últimos 6 meses


32

DADOS• Carga de trabalho global: 3 cargas de

trabalho diferentes: A, B, C• Total de consumo de CPU usado por carga

de trabalho nos 6 meses passados.• A utilização de qualquer periférico é a

fração de tempo que o periférico esta ocupado.


33

QUESTÕES

• Quando realizar o upgrade do sistema atual?– Regressão linear para predizer os meses futuros

(Tabela seguinte)– Em 3 meses: upgrade de CPU é sugerido


34

PREVISÃO DE UTILIZAÇÃO DE CPU

UTILIZAÇÃO DE CPUUTILIZAÇÃO

TOTAL DE

MÊS CARGA DETRABALHO

A

CARGA DETRABALHO

B

CARGA DETRABALHO

C

CPU

7 37,1 23,6 20,3 81,0

8 40,0 25,0 21,9 86,9

9 43,0 26,5 23,5 93,0


35

ERROS COMETIDOS• Não foi levado em consideração a evolução de

carga de trabalho futura tendo em vista fatos econômicos (Veremos como no curso).

• Não foi levado em conta os níveis de serviço desejados para os 3 tipos de cargas.

• Regressão linear não é apropriada para prever utilização de CPU (estudaremos modelos para isto).

• A questão: Quando a máquina atual deverá ter upgrade é vaga.

• Em seu lugar: Considerando a expectativa de evolução da carga de trabalho, quando a máquina atual não será hábil a fornecer os níveis de serviços desejados?


36

CONCLUSÕES

• Baixa taxa de utilização de CPU não garante nível de serviço aceitável.

• Planejamento de capacidade não pode ser executado sem considerar:– Níveis de serviço– Evolução de carga de trabalho– Modelos de previsão de performance de

sistemas de computadores.

7


37

1.7 REANALISANDO O PROBLEMA DO BANCO

• Assumir que cada nova filial terá 8 caixas• Taxa de chegada média de cliente por filial durante o

período de pico é o mesmo• Cada filial gera 320 tr/h (8 cx x 20 cl/h/cx x 2 tr/cl)• Uma filial é aberta a cada 2 meses e gerará a cada mês:

160 (320/2) tr/h de aumento por mês• caixa = 960 + 160 x meses

• Cada ATM gera 18 tr/h.• Aumento de (18 tr/h/cidade x 1 cidade / 2 meses) = 9

tr/h/mês devido aos ATMs (1 ATM será instalado em uma das 20 cidades a cada 2 meses)

• ATM = 180 + 9x meses6/2/2011 PLANEJAMENTO DE

CAPACIDADE - R.C.BETINI38

TRANSAÇÕES ATM E CAIXA PARA AMBIENTES CENTRALIZADOS

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

CAIXAATMsNS CXNS ATMsR (S)

Meses a frente


39

ANÁLISE

• Nível de serviço para Caixa: violado em 21 meses(3,5 s)

• Nível de serviço ATM: violado antes de 25 meses (3,05 s)

• Portanto o atual IS não suportara a expansão do banco para 5 anos (60 meses)


40

SOLUÇÃO SUGERIDA

• Ao invés de usar uma solução centralizada– Um único sistema IS potente

• Usar uma solução distribuída– 3 sistemas IS regionais menores– Interconectados via rede– Esperado que 80% das transações sejam

atendidas em seus nós de origem.– O restante ira requerer processamento remoto.


41

SOLUÇÃO CENTRALIZADA

caixa

ATM

BATCH

RECURSO IS CENTRAL


42

SOLUÇÃO DISTRIBUÍDA

3

1 2

f1.cx f2.cx

f3.cx

f1.ATM f2.ATM

f3.ATM

8


43

DADOS• i

cx = taxa de chegada média de transações caixa• i = sistema IS i (i = 1, 2, 3)• fi = fração do tráfego total de caixa originado no

nó i.• O tráfego de caixa total é a soma do tráfego caixa

originado em cada nó regional (3i=1 i

cx )


44

DADOS• Assumir que transações não locais sejam

igualmente distribuídas entre os outros 2 nós. • Portanto cada nó i tem que processar suas

transações locais (0,8 x fi.cx) mais metade das transações não locais dos nós remanescentes.

• É esperado que 80% das transações locais serão hábeis de serem satisfeitas em seus sites de origem, enquanto que o remanescente requer processamento remoto.


45

DADOS• i

CX = 0,8 x fi x cx + ji 1/2 x 0,2 x fj x cx• = cx [0,8 fi + 0,1(1 - fi )]• = cx [0,7 fi + 0,1] , para ATMs teremos:• i

ATM = ATM [0,7 fi + 0,1]


46

DADOS• Usando modelos de previsão que serão discutidos

mais tarde, teremos o gráfico seguinte.• Para obter os dados nestas curvas , nós assumimos

que a máquina instalada em cada sistema IS regional é 80% tão rápida quanto a instalada no sistema IS centralizado.

• Também foi considerado que o tráfego total foi dividido entre 3 nós, isto é: – fi = f1 = f2 = f3 = 1/3


47

TRANSAÇÕES ATM E CAIXA PARA O ABIENTE DISTRIBUÍDO

00,5

1

1,52

2,53

3,5

4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

CAIXAATMsNS CXNS ATMs


48

CONCLUSÕES

• O sistema distribuído será apto a suportar a carga CAIXA e ATM nos próximos 60 meses

• Outras alternativas poderiam ser analisadas.

9


49

AVALIAÇÃO MÓDULO 11) Considere um sistema IS com o qual voce esta familiar. Descreva as cargas de

trabalho desta instalação. Os níveis de serviço estão especificados para estas cargas de trabalho? Quais são eles?

2) Seu gerente esta conduzindo um estudo de planejamento de capacidade somente usando monitores de software como ferramentas. Voce poderia confiar no resultado deste estudo? Por que?

3) O tempo de resposta médio num sistema on-line de reservas foi medido ser igual a 2,5 s e a utilização de CPU foi medido ser igual a 60%. O nível de serviço estabelecido para o tempo de resposta é de 3,0 s. O sistema esta saturado? Ele poderia estar saturado se o nível de serviço para o tempo de resposta fosse 2,0 s?

4) Considere a figura anterior. Qual é o nível de serviço para transações caixa que saturam o sistema em 40 meses?

5) Considere a tabela 1 do slide 18. Qual recurso é o gargalo para transações pergunta e atualização? Qual seria sua resposta se a demanda de serviço do disco 2 para transações pergunta fosse trocado para 0,5 s?

1. introduÇÃopessoal.utfpr.edu.br/betini/arquivos/pc1.pdf · de trabalho? • o que acontecerá...

Documents