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Analisis del funcionamiento de los Sistemas Informaticos
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO
DE
SISTEMAS INFORMATICOS
Francisco Sanchis Marco
Catedrático de L y SI
Departamento OEI / UPM
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA:
TEMA 1:
Introducción al análisis y evaluación del funcionamiento de Sistemas Informáticos (SI). Análisis y Representación de la carga de un SI.
TEMA 2:
Modelos de carga. Estudio de la carga de nuevas aplicaciones.
TEMA 3:
Monitores y útiles de medida. Detección y análisis de cuellos de botella en los SI.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PARA REALIZAR EL ANÁLISIS DE CÓMO FUNCIONA UN SISTEMA INFORMÁTICO: SON POSIBLES DOS ENFOQUES QUE SON COMPLEMENTARIOS:
-1.-EL SISTEMA INFORMÁTICO ES CONSIDERADO COMO UN SISTEMA CON COMPONENTES (RECURSOS) QUE ACEPTA ENTRADAS, LAS PROCESA Y PRODUCE SALIDAS. EL PROCESO DE ANÁLISIS EXAMINA LA ADECUACIÓN DE LAS SALIDAS A LO QUE SON LAS ENTRADAS Y EL PROCESO.
-2.-EL SISTEMA INFORMÁTICO ES EL OBJETO DE ANÁLISIS: SE UTILIZAN LOS DATOS DEL FUNCIONAMIENTO DEL S.I. PARA COMPROBAR LA CORRECTA UTILIZACIÓN DEL MISMO, NO LA ADECUACIÓN ENTRE ENTRADAS Y SALIDAS, SI NO EL USO DE LOS RECURSOS: LA MEMORIA CENTRAL Y VIRTUAL, LOS DISCOS, LAS COMUNICACIONES, EL PROCESADOR CENTRAL, ETC,..
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
- EFECTIVIDAD - FIABILIDAD
- EFICIENCIA - DISPONIBILIDAD
- CONFIDENCIALIDAD - CONFORMIDAD
- PRIVACIDAD - INTEGRIDAD
- SEGURIDAD - …
SISTEMA
INFORMÁTICO
Características de funcionamiento
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
INTRODUCCIÓN AL
FUNCIONAMIENTO DE UN S.I.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EVALUAR EL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA INFORMÁTICO IMPLICA ANALIZAR Y CONTROLAR QUÉ
HACE, CÓMO LO HACE, Y CÓMO SE UTILIZAN LOS RECURSOS INFORMÁTICOS EN FUNCIÓN DE LAS
NECESIDADES
FASES O ETAPAS DEL ANÁLISIS:
1.- RECOGER DATOS DE CÓMO FUNCIONA EL S.I. partiendo de los ÚTILES informáticos que los recogen: monitores,FICHEROS DEL SISTEMA, etc..
2.- DEFINIR Y EVALUAR PARAMETROS DE UTILIZACIÓNdel SI en su funcionamiento.
3.- DETERMINAR LAS DESVIACIONES CON RESPECTO A LOS PARAMETROS de ‘FUNCIONAMIENTO CORRECTO’: ENCONTRAR LAS AREAS DEL S.I. A PROFUNDIZAR.
4.- RECOMENDAR SOLUCIONES Y PROPUESTAS DE MEJORA, SI PROCEDE.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PARA PODER REALIZAR UN ANÁLISIS DE ESTE TIPO ES PRECISO, antes que nada, SABER CÓMO SE EJECUTAN LOS PROGRAMAS EN UN S.I. para lo cual se necesita saber:
- QUE ES UN S.I.
- QUE SE ENTIENDE POR ARQUITECTURA Y CONFIGURACIÓN DE UN S.I.
- DEFINIR UNA ARQUITECTURA DE REFERENCIA, base para el estudio y análisis.
- CONOCER LAS INTERACCIONES FISICAS, LÓGICAS Y FUNCIONALES entre componentes del S.I.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SISTEMA INFORMÁTICO: es el conjunto de RECURSOS FÍSICOS Y
LÓGICOS QUE CONTRIBUYEN A LA EJECUCIÓN DE PROCESOS (programas)
Analizar el funcionamiento del Sistema Informático tiene como objetivo:
- analizar CÓMO SE EJECUTAN LOS PROGRAMAS (se da por supuesto que las salidas obtenidas y los procesos que realiza los realiza correctamente) EN FORMA DE SECUENCIA Y ENCADENAMIENTO DE OPERACIONES Y FUNCIONES.
- analizar CÓMO SE UTILIZAN LOS RECURSOS del S.I.
5
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CÓMO SE EJECUTAN LOS PROGRAMAS: hace referencia a las condiciones (u organización) asociadas a la ejecución de los mismos.
ARQUITECTURA y CONFIGURACIÓN
- Organización
- Relaciones
- Estructura
- Modo de funcionamiento
- Conjunto de recursos
- Articulación entre ellos
SISTEMA INFORMÁTICO
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
A OBJETOS DE ESTE CURSO SUPONDREMOS QUE NUESTRO S.I. DE REFERENCIA ESTA COMPUESTO DE TRES SUBSISTEMAS:
- SUBSISTEMA CENTRAL
- SUBSISTEMA DE ENTRADAS-SALIDAS, y
- SUBSISTEMA DE COMUNICACIONES
E iremos introduciendo los conceptos fundamentales de funcionamiento y de articulación entre los mismos para poder, ya en este mismo Tema, comenzar el análisis de S.I. (comenzando por casos sencillos y complicándolos poco a poco)
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROC. DE E-S
PROC. DE PERIFERIA PROC. DE COMMS.
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E - S
SUBSISTEMA DE COMMS.
U de C
Mmaq
Ante Memoria
MEMORIA
ARQUITECTURA DE REFERENCIA
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
COMPONENTES BÁSICOS DEL SUBSISTEMA CENTRAL
UNIDADES MAYORES: directamente unidas al Bus
Memoria Central
Procesador Central
Procesador de E/S
UNIDADES ‘COMUNES’
Bus
Reloj
Procesador de Servicio: Inicialización, Test y Mtto.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
BUS
MEMORIA CENTRAL
(unidades de memoria
PROC. DE E / S
PROC. DE E / S
ANTEMEMORIA
PROCESADOR CENTRAL
ESTRUCTURA BÁSICA DEL SUBSISTEMA CENTRAL
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROCESADOR CENTRAL:
- Responsable del proceso de datos, ejecución de instrucciones y de realizar las funciones básicas del sistema
- FUNCIONES: Gestión de procesos, de acontecimientos, de interrupciones y faltas, encaminamiento de programas canal, ..
- COMPOSICIÓN: Tres unidades menores:
- Antememoria
- Memoria de control
- Minimáquinas o unidades básicas de proceso
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
A y L
DeI
ACF
BUSBUS P
DIR M
Ante Memoria
Memoria Control
Proc. De Servicio
ESTRUCTURA BÁSICA DEL PROCESADOR CENTRAL
Minimáquinas
Bus del Subsistema Central
Bus interno del Procesador Central
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
MEMORIA CENTRAL:
Dos unidades menores:
- UNIDAD DE CONTROL DE LA MC: interfaz con el ‘bus’ y control de las operaciones sobre la MC
- Secuenciamiento accesos a la MC
- Reconfiguración de la MC
- Detección y corrección de errores
- ..
- MEMORIA CENTRAL propiamente dicha
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
B U S :
- dispositivo sobre el que se producen intercambios de información,garantizando su coherencia
- la lógica asociada a los intercambios vía bus se encuentra distribuida entre los componentes a él conectados
- el bus en realidad no es más que un conjunto de conexiones
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROCESADOR DE SERVICIO
FUNCIONES : Inicialización del sistema
Test y mantenimiento
Gestión de errores
ESTRUCTURA : Registro de desplazamiento conectado por un lado
al procesador y por otro a los registros, pudiendo :
- analizar el contenido de un registro
- inicializar un registro
- enviar valores a un registro
DESCONEXION del BUS de una unidad mayor, o alguna menor de la mayor
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROCESADOR CENTRAL
PROCESADOR DE E/S
PROCESADOR PERIFERIA
PROCESADOR PERIFERIA
Dispositivos periféricos
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Memoria viva
Memoria control
Proc. De E/S
Memoria viva
Memoria control
Proc. De Perif.
BUS
Interfaz Memoria
Dispositivos Periféricos
Procesadores de E/S y Procesadores de Periféricos
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA de E / S
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Memoria de Control
Memoria de L / E
Adaptadores 1 2 3 N
Dispositivos Periféricos
PROCESADOR DE PERIFÉRICOS
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROCESADOR CENTRAL
PROCESADOR de E/S
encaminamiento
PROCESADORES ESPECIALIZADOS
Disposit. Periféricos
Líneas. Comunicacs
Orden
Comando/Selección
Activación
Activación
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROC. DE E-S
PROC. DE PERIFERIA PROC. DE COMMS.
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E - S
SUBSISTEMA DE COMMS.
U de C
UAL
Ante Memoria
MEMORIA
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SISTEMA INFORMÁTICO
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E-S
SUBSISTEMA DE COMUNICACIONES
- Proc. Central
- MC y Virtual
- Bus
- Ante-memoria
- Mini-máquinas
- Proc. de E / S...
- Procesadores especializados
- Unidades de control
- Canales
- Dispositivos perif.
- ...
- Procesador de comunicaciones
- Módem, Líneas
- Puestos de trabajo
- ...
R E C U R S O S F I S I C O S
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES
EN UN S.I. EN LA
ARQUITECTURA DE REFERENCIA
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
I. de P R O C E S O P R O C E S Od e E - S
P R O C E S OCOMUNICACS.
Subsistema Central
Subsistema Central
Procesador de E-S
Procesador de periferia
Dispositivo periférico
Subsistema Central
Procesador de E-S
Procesador de comunicaciones
Modem
Línea
Puesto de trabajo
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJECUCION de OP. de E-S y de COMUNICACIONES:
Cuando al ejecutar una instrucción el Subsistema Central encuentra que esta supone una operación de lectura/escritura en la base de datos o el envío/recepción de un mensaje, la secuencia de operaciones es:
1.-Procesador Central ACTIVA Procesador de E-S
2.-Procesador de E-S ACTIVA PROCESADOR ESPECIALIZADO, y LIBERA EL SUBSISTEMA CENTRAL que pasa a atender a otro programa
3.-Procesador especializado se encarga de que se realice la operación solicitada: L/E en base de datos, o envío/recepción mensaje de comunicaciones
4.-Cuando termina la L/E o el envío/recepción el procesador especializado AVISA AL PROCESADOR DE E-S generando para ello una INTERRUPCIÓN
5.- El Subsistema Central esta en condiciones de atender al programa que solicitó la L/E ó el envío/recepción del mensaje.
1-2-5 : ACTIVO SUBSISTEMA CENTRAL, 3-4 : INACTIVO
3-4 : ACTIVOS SUBSISTEMAS ESPECIALIZADOS, 1-2-5 : INACTIVOS
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SOLAPAMIENTO:
Mientras un Subsistema atiende a un programa otro Subsistema atiende a otro
Sub.Central
Sub.de E-S : Canal 1
Prog. 1 Prog. 1
Prog. 1
Prog. 2
Prog. 2Sub.de E-S : Canal 2
Solapamiento
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SOLAPAMIENTO:
Mientras un Subsistema atiende a un programa otro Subsistema atiende a otro Por cada fin de E/S se genera una interrupción.
Sub.Central
Sub.de E-S : Canal 1
Prog. 1 INT. Prog. 1
Prog. 1
Prog. 2
Prog. 2Sub.de E-S : Canal 2
Solapamiento
INT
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Sub.Central
Sub.de E-S : Canal 1
Prog. 1 Prog. 1
Prog. 1
Prog. 2
Prog. 2Sub.de E-S : Canal 2
Solapamiento
D I D I D
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJECUCIÓN DE UN PROGRAMA:
EN MONOPROGRAMACIÓN: Es el único programa en el sistema.
EN MULTIPROGRAMACIÓN: Hay varios (o muchos) programas en el sistema, y compiten entre sí por los recursos (CPU, memoria, discos, etc.,..), que se asignan a uno u otro programa según criterios de prioridad que define el usuario (o administrador del sistema) o, en su defecto, los asigna el sistema operativo.
En este último caso la asignación de la CPU se hace por intervalos pequeños de tiempo (quantum) permitiendo así que todos los programas tengan la misma sin esperas excesivas. El módulo del sistema operativo que realiza esta asignación es el dispatcher.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ALGUNAS DEFINICIONES:
CARGA: Conjunto de instrucciones, datos, comandos y programas que se ejecutan en el sistema informático y que suponen consumo de recursos del mismo.
TIEMPO DE PROCESO: Tp. Es el tiempo que tarda en ejecutarse un programa cuando no hay esperas por recursos: Suma de los tiempos de CPU y de E/S
TIEMPO DE PRESENCIA: TP. Es el tiempo transcurrido desde que un programa es sometido al sistema para su ejecución hasta que termina la ejecución del mismo.
TIEMPO DE PRESENCIA PONDERADO: TPW. Es un cociente o ratio entre el tiempo que tarda un programa en multiprogramación divido por el tiempo que tarda en monoprogramación. Es siempre mayor o igual a 1.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO:
Dados tres programas A, B y C que tienen las características siguientes:
PROGRAMA TIEMPO PROCESO LLEGADA AL SI
A 30 u. de t. Instante 0
B 55 5
C 5 10
1.-El SI ejecuta los programas asignando los recursos en modo FIFO (primero en solicitar el recurso primero en recibirlo)
2.- Primero el más corto
3.- En multiprogramación con quantum infinitesimal.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO:Dados tres programas A, B y C que tienen las características siguientes:
PROGRAMA TIEMPO PROCESOA 15 u. de t.B 3C 8
Es un sistema multiprogramado con quantum de 4 u. de t.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
UTILIZACIÓN DE LOS RECURSOS DE UN S.I.:
-POR PARTE DEL S.I. (del S.O.)
-POR PARTE DEL USUARIO
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SISTEMA INFORMÁTICO
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E-S
SUBSISTEMA DE COMUNICACIONES
- Proc. Central
- MC y Virtual
- Bus
- Ante-memoria
- Mini-máquinas
- Proc. de E / S...
- Procesadores especializados
- Unidades de control
- Canales
- Dispositivos perif.
- ...
- Procesador de comunicaciones
- Módem, Líneas
- Puestos de trabajo
- ...
R E C U R S O S F I S I C O S
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROC. DE E-S
PROCESADORCENTRAL
PROC. DE PERIFERIA PROC. DE COMMS.
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E - S
SUBSISTEMA DE COMMS.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EL SUBSISTEMA CENTRAL (o sea la CPU) realiza dos tipos de instrucciones:
- Las propias del PROGRAMA DEL USUARIO
- Las propias del SISTEMA OPERATIVO, que no las escribe el usuario, pero que son precisas para que se puedan ejecutar los programas. Al conjunto de estas se las denomina SOBRECARGA (u OVERHEAD)
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO:
Los tres programas tienen una secuencia de operaciones que es la siguiente:
A: 5 u. de t. CPU B: 6 u. de t. CPU C: 8 u. de t. CPU
20 CANAL 25 CANAL 25 CANAL
4 CPU 4 CPU 2 CPU
30 CANAL 20 CANAL
2 CPU 4 CPU
Todos los procesos llegan al SI en t = 0, pero supondremos A > B > C (llegan al mismo tiempo, pero A un infinitésimo de tiempo antes, luego B y luego C), y la prioridad es FIFO.
1.- El sistema es multiprogramado sin sobrecarga del sistema operativo, con Q: 5 u. de t.
2.- Repetir el apartado anterior pero habiendo una sobrecarga debida al Dispatcher tal que D: 1 u. de t.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO:
Tres programas A, B y C tienen una secuencia de ejecución es la siguiente:
A B C
5 u. de t. CPU 5 u. de t. CPU 5 u. de t. CPU
20 CANAL 25 CANAL 20 CANAL
10 CPU 8 CPU 2 CPU
25 CANAL 20 CANAL
5 CPU 5 CPU
Todos los procesos llegan al SI en t = 0, pero supondremos que la llegada es: A > B > C (llegan al mismo tiempo, pero A un infinitésimo de tiempo antes, luego B y luego C), y la prioridad es FIFO.
1.-El sistema es multiprogramado con Q: 5 u. de t. y la sobrecarga del sistema operativo es I = D = 1 u. de t. (I: interrupciones, D: dispatcher)
2.- Repetir en el caso de que el canal sea el doble de rápido.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SISTEMA OPERATIVO: Software básico
Conjunto de algoritmos o programas que operan sobre estructuras de datos para:
- organizar y controlar el acceso y utilización de los recursos del S.I. permitiendo la ejecución de programas.
- facilitar la operatoria del SI
- facilitar la puesta a punto de programas.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Software básico:
- máquina virtual
- explotación en sala
- sistemas batch
- sistemas multiacceso
- tiempo real
- control de procesos
- sistemas de consulta de ficheros y b. de d.
- sistemas transaccionales
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Funciones del sistema operativo:
- Reducir y dominar la complejidad del S.I:
- Facilitar la operatoria de los S.I.
- Garantizar inversiones en material
MATERIAL SISTEMA OPERATIVOPROGRAMAS
DE APLICACIÓN
Cambiar con facilidad No tener que
cambiar
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
FUNCIONES BÁSICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS:
- Gestión de procesos: multiprogramación, asignación dde CPU,..
- Gestión de la MC
- Gestión de memorias secundarias
- Ejecución de comandos de E / S
- Gestión de la seguridad
- Control de la utilización de los recursos del SI
- Disponibilidad de programas de utilidad
- Lenguajes de control: JCL
- ..
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Funciones COMPLEMENTARIAS de los sistemas operativos:
- Seguridad
- Fiabilidad
- Compatibilidad
- Portabilidad
- Interoperabilidad
- ….
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
APLICACIÓN A APLICACIÓN A’
APLICACIÓN A APLICACIÓN A
SO UNO SO OTRO
UNIX A UNIX B
HW 1 HW 2
HW 1 HW 2
Migración
Porting
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CAPA 3
CAPA 2
CAPA 1
HARDWARE
P1-3 P2-3
P1-2 P2-2
P1-1 P2-1
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Programa CAPA 3 PRINT ‘TOTAL =‘, SUMA
Programa CAPA 2 Rutina CONVERTIR (valor numérico a carácter)
Programa CAPA 1 Rutina ESCRIBIR (cadena caracteres a pantalla)
ESCRIBIR (CADENA _1, PANTALLA)
CONVERTIR (SUMA, CADENA_2)
ESCRIBIR (CADENA_2, PANTALLA)
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
RUTINA ESCRIBIR (simplificada):
PARA cada carácter de la cadena
HACER leer el carácter en memoria
escribir el carácter en la interfaz
dar orden de envío
esperar interrupción
FIN
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PANTALLA
TECLADOMATERIAL
SIST.OPERATIVO
PROG.USUARIO
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ALGUNAS DEFINICIONES:
- Sistema Operativo
- Instrucción, programa, proceso, llamada al sistema, procesador
- Simultaneidad y paralelismo
- Recurso, estados de un proceso. Administrador de recursos
- Job
- Concurrencia
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ESTADOS DE UN PROCESO:
TRANSICIÓN DE ESTADOS
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
RECURSOS:
- Locales a un proceso
- Comunes: Con N puntos de acceso
Recurso critico: N = 1
PROCESOS INDEPENDIENTES: Solo utilizan recursos locales
PROCESOS PARALELOS con relación a un recurso: cuando lo usan simultáneamente.
PROCESOS EN EXCLUSION MUTUA: Si se trata de un recurso CRITICO.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ESTADOS DE UN PROCESO
ejecución
preparado espera
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ESTADOS DE UN PROCESO
ejecución
preparado espera
suspendido
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ADMINISTRADOR DE RECURSOS:
- Controlar los recursos del SI para que los diferentes procesos que los demandan los puedan utilizar:
- Conocer las disponibilidades de cada recurso
- Decidir, si se presenta el caso, qué proceso coge el recurso y en qué cantidad y durante cuanto tiempo
- Recuperar los recursos liberados por los procesos, bien sea por fin de tiempo, por fin de proceso o por otra causa.
TABLA DE RECURSOS DEL SISTEMA: Estructura de datos asociada
ALGORITMOS) DE ASIGNACIÓN
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EFICIENCIA DE LA ASIGNACIÓN: Algoritmo del BANQUERO
2
4(4)
2(1)
2(7)
TABLA de RECURSOS
A
B
C
Situación Inicial
1
4(4)
3(0)
2(7)
1 a B, fin de B
0
8(0)
2(7)
A
C
4 a A, fin de A
1
9(0)C
Significado: El proceso C tiene asignadas dos unid. del recurso y precisa otras 7 adicionales para completar el proceso.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EFICIENCIA DE LA ASIGNACIÓN: Algoritmo del BANQUERO
2
4(4)
2(1)
2(7)
TABLA DE RECURSOS
A
B
C
Situación Inicial
0
4(4)
3(0)
3(6)
1 a B, fin de B
3
4(4)
3(6)
A
C
1 a C
SITUACION DE
BLOQUEO
30
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
A
B1 B2 B3
C1 C2 C3
A
B
C
A1 A2
B1 B2
(a) proceso: secuencia de acciones
(b) tres procesos concurrentes
(c) dos procesos solapados e intercalados en parte
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
L1
C1
R1
L2
C2
R2
L1 : lectura datos proceso 1
C1 : cálculos proceso 1
R1 : resultados proceso 1
L1 precede a C1
C1 precede a R1
...
31
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
L1
C1
R1
L2
C2
R2
L3
L4
L5
C3
R3C4
L1 precede a C1 y L2
C1 precede a R1 y C2
...
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
L1
C1
R1
L2
C2
R2
L3
L4
L5
C3
R3C4
JOBS L, C y R
32
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
L1
C1
R1
L2
C2
R2
L3
L4
L5
C3
R3C4
JOB 1 : L1, C1, R1
JOB 2 : L2, C2, R2...
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
HW
SIST.OPERATIVO
MAQ. EXTENDIDA
Proceso 1
Proceso 2Proceso 3
HW
SIST.OPERATIVO(Núcleo)
SIST.OPERATIVO(Func. Extendidas)
Proceso 1
Proceso 2
Proc. A del SO
33
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CAPA 3
CAPA 2
CAPA 1
HARDWARE
P1-3 P2-3
P1-2 P2-2
P1-1 P2-1
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO: Tres programas A, B y C tienen una secuencia de operaciones que es la siguiente:
A B C
4 u. de t. CPU 8 u. de t. CPU 2 u. de t. CPU
30 CANAL 26 CANAL 30 CANAL
6 CPU 2 CPU 6 CPU
26 CANAL 30 CANAL
2 CPU 4 CPU
Todos los procesos llegan al SI en t = 0, pero supondremos que la llegada es: A > B > C, y las prioridades FIFO.
El sistema es multiprogramado con Quantum 5 u. de t. y la sobrecarga del sistema operativo es I = D = 1 u. de t.
1.- Cronograma, Tp, TP, TPw, tasas utilización recursos, solapamiento, sobrecarga, y análisis del funcionamiento sistema informático.
2.- Repetir aptdo. 1 cambiando CPU o canal (justificándolo) por otro doble potente.
34
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PRESTACIONES de un SI:
- Índices de rendimiento
- Índices o ratios Prestaciones /Coste
- Evaluación:
- Medida
- Cálculo
- Estimación estadística
- Etapa del ciclo de vida del SI:
- Diseño
- Decisión
- Instalación
- Evaluación: Fases:
- Diagnóstico
- Terapia
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Configuración Carga del SI Objetivos de la evaluación
Índices y parámetros a
estudiar
Medida del SI
Análisis de datos e
interpretación
¿Bien?
Verificaciones Periódicas
Si
No Modificar modelo/config.
del SI
FASE DE DIAGNOSIS
FASE DE TERAPIA
35
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
-Concepto de Arquitectura en un SI
-Estructura
-Organización
-Realización
-Funcionamiento
-Compatibilidad = Mismo ‘Instruction Set’
-Gama o Familia
-Algunas arquitecturas:
-Bus único
-Multiprocesador
-Paralela y masivamente paralela: SISD; SIMD; MISD y MIMD
-Pipeline
-Tolerante a fallos
-…..
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Sistemas de Referencia:
- Monoprogramación batch
- Multiprogramación batch
- Multiprogramación interactiva
- Sistemas acoplados y dobles
- Sistemas en red: distribuidos y descentralizados
SI de Referencia:
- Subsistema Central
- Subsistema de E/S
- Subsistema de comunicaciones.
36
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
RED
RED LOCAL
SI ACOPLADO
SI DESCENTRALIZADO
SI CONVENCIONAL
S.I. EN RED
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO
(Rendimiento) DE UN S.I.
37
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PROC. DE E-S
PROC. DE PERIFERIA PROC. DE COMMS.
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E - S
SUBSISTEMA DE COMMS.
U de C
UAL
Ante Memoria
MEMORIA
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SISTEMA INFORMÁTICO
SUBSISTEMA CENTRAL
SUBSISTEMA DE E-S
SUBSISTEMA DE COMUNICACIONES
- Proc. Central
- MC y Virtual
- Bus
- Ante-memoria
- Mini-máquinas
- Proc. de E / S...
- Procesadores especializados
- Unidades de control
- Canales
- Dispositivos perif.
- ...
- Procesador de comunicaciones
- Módem, Líneas
- Puestos de trabajo
- ...
R E C U R S O S F I S I C O S
38
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Índices de rendimiento de SI : Según componentes del S.I.: físicas y lógicas
Según tipos de Usuarios
Diseñadores del SI
Administrador del SI
Usuarios finales
Evaluación del rendimiento: Características físicas del SI
Condiciones operativas y de Explotación
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Índices de Rendimiento:
- Internos: Nivel de uso de cada componente o recurso : no tienen visibilidad directa, si no derivada
- Utilización CPU
- Nivel multiprogramación
- Solapamiento de actividades
- Utilización de Canales
- Externos: Relacionados con el Rendimiento: se pueden apreciar directamente
- Tiempo de Presencia de un Programa
- Tiempo de respuesta de un Comando
- Productividad del S.I.
- ….
39
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
-Índices (I):
-Carga
-Tiempo de presencia
-Tiempo de presencia medio
-Tiempo de respuesta
-Productividad
-Capacidad de un recurso
-Disponibilidad: MTBF y MTTR
-Tasa de utilización de CPU
-Tasa de utilización canal
-Solapamiento
-Sobrecarga (Overhead)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Tasa de utilización de un recurso
Capacidad teórica
Capacidad práctica
CARGA
Saturación
40
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
-Índices (II):
-Factor de multiprogramación
-Tiempo de presencia ponderado
-Tiempo de respuesta
-Comandos ligeros
-Comandos pesados
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
OP.MAN L
CPU
I/O CPUI/O CPU……I/O CPU SAL.
. . .
INICIO PROCESO FIN
PROCESO
Tp : TIEMPO DE PROCESO
ENTORNO MONOPROGRAMACIÓN
41
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
L
ADM.REC.
CPU
ECPUI/O E
CPUCPUI/O E
CPUI/O E
CPUI/O E
CPUI/O E
COLASALIDA
SAL.
envío: Rcom.ejec.
fin ejec.
P
. . .
T. DE PRESENCIA EXTERNO
T. DE PRESENCIA : P - R
T. DE RESPUESTA
T. DE REACCIÓN
ENTORNO MULTIPROGRAMACIÓN
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
tiempos de espera debidos a
REC 1 REC 2 ...... REC n(CPU) (CH1) ..... .....
Proceso 1
“ 2
“ 3
.....
tw tw tw 1,1 1,2 1,n
tw
tw
2,1
3,1
.. ..
.. ..
tiempo deespera dePROCESO
tiempo deespera deRECURSO
Twait1,.
Twait
Twait
TwaitTwaitTwait
2,.
3,.
.,1 .,2 .,3 T wait
42
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ENTRADACOMANDO
EJECUC.COMANDO
SALIDARESPTA.
COMIENZARESPUESTA
TERMINARESPUESTA
ENTRADACOMANDO
TIEMPO DE REFLEXIÓN
TPO.DE
RESPTA.
EJECUC.COMANDO
parte sistema parte usuario
Tiempo de una interacción o intercambio
PROCESOCOMANDOCOMPLETO
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TIEMPO DE PRESENCIA TP = P - R
TIEMPO DE PROCESO : Tp: Lo que tarda en ejecutarse un programa cuando es el único presente en el SI
TIEMPO DE PRESENCIA MEDIO TP m =
TIEMPO DE PRESENCIA PONDERADO TPw = TP
Tp
TIEMPO DE PRESENCIA PONDERADO MEDIO TPwm =
ΣΣΣΣ
ΣΣΣΣ
TPi
n
TPwi
n
43
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Tiempo de Respuesta
Hora del día
8h 12h 17h
Valores máximos
Valores mínimos
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TIEMPO DE PRESENCIA: TP = P – R
EN MONOPROGRAMACIÓN:
SUMA para todos los programas de la CARGA de
los tiempos de CPU y de TODOS LOS CANALES
Tmonoprogr = ΣΣΣΣ t i cpu + t i chjΣΣΣΣi j
Tiempo de CPU del programa i
Tiempo de servicio del canal j para el programa i
44
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TIEMPO DE PRESENCIA EN MULTIPROGRAMACION (I):
COMPARAR: ΣΣΣΣ t i cpu con el max ΣΣΣΣ t i chji j i
CASO 1 : ΣΣΣΣ t i cpu > max ΣΣΣΣi j i
t i chj
CPU
CH 1
CH 2
CH 3
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TIEMPO DE PRESENCIA EN MULTIPROGRAMACION (II):
COMPARAR: ΣΣΣΣ t i cpu con el max ΣΣΣΣ t i chji j i
CASO 2 : ΣΣΣΣ t i cpu < max ΣΣΣΣi j i
t i chj
CPU
CH 1
CH 2
CH 3
45
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO:
Un S.I. presenta los siguientes índices de rendimiento en la ejecución de una determinada carga:
Tasa de utilización CPU: 85%Sobrecarga 5 %Tasa de utilización canal: 30 %Solapamiento 15 %
La carga total se ha ejecutado en 250 unidades de tiempo.Se instala un canal con doble velocidad que el existente. Establecer los nuevos valores de dichos índices de rendimiento en las dos situaciones extremas.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU: 85 % X 250 = 212.5 u. de t.
CH 30 % X 250 = 75 u. de t.
CPU.CH: 15 % X 250 = 37.5 u. de t.
OV 5 % x 250 = 12. 5 u. de t.
VALORES ABSOLUTOS DE LOS INDICES
CANAL DOBLE DE RAPIDO
CASOS EXTREMOS:
Caso (a) : SOLAPAMIENTO NULO Tej = T cpu + T e/s = 212.5 + 37.5 = 250 u. de t.
Caso (b) : SOLAPAMIENTO COMPLETO: Tej = max (T cpu, Te/s) = max(212.5, 37.5) = 212.5 u. de t.
46
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
PRODUCTIVIDAD: Se refiere siempre a una carga
DEFINICIÓN: X = Np
Ttot
Np : Número de programas ejecutados
Ttot: Tiempo de presencia de la carga
EN MONOPROGRAMACION:
Np
TiΣΣΣΣ
X =
iΣΣΣΣ t i cpu + t i chjΣΣΣΣi j
EN MULTIPROGRAMACION:
CASO 1 : ΣΣΣΣ t i cpu > max ΣΣΣΣi j i
t i chjΣΣΣΣ t i cpu cuando i
CASO 2 : ΣΣΣΣ t i cpu < max ΣΣΣΣi j i
t i chjmax ΣΣΣΣj i
t i chj
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
FACTOR DE PRODUCTIVIDAD MULTI: F: Se refiere a una carga
F = T monoprogramación
T multiprogramación
HIPOTESIS : t I/O >>> t CPU
F =
ΣΣΣΣ t i cpu + t i chjΣΣΣΣi j
max ΣΣΣΣj i
t i chj
Si además los tiempos de servicios de todos los canales para cada proceso son iguales:
F = C * (Np * t)
(Np * t)= C
No confundir F con TPw (que se refiere a un programa), y es el
inverso de F (relativo a una carga)
47
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SENSIBILIDAD : La sensibilidad de la productividad a la variación de un factor o recurso es igual al ratio entre la variación de la productividad y la del factor.
Dos sistemas informáticos : A y B
Dos cargas : W1 y W2
XB(W2)
XA(W2)
XB(W1)
XA(W1)
XB(W2)
XB(W2)
XA(W2)
XA(W1)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
LEY DE AMDAHL: La mejora obtenida en el rendimiento de un SI al utilizar algún módulo o componente de ejecución más rápido esta limitada por la fracción de tiempo que se puede utilizar ese módulo o componente.
ACELERACION RDTO =
Rdto. con uso de la mejora
Rdto. sin uso de la mejora
Tiempo ejecuc. sin mejora
=Tiempo ejecuc. con mejora
= 1
(1 – Fracción mejorada) +Fracción mejorada
Aceleración mejora
48
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
LEY DE AMDAHL:
Fracción no mejorable: 1 - f Fracción mejorable: f
TIEMPO DE EJECUCION CON MEJORA
Fracción no mejorable = 1 – f (igual antes mejora)
Fracción mejorable =
1
Aceleración mejora
ACELERACION EFECTIVA = 1
( 1 - f ) + f / acelerac. mejora
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO :
¿Cuál es la aceleración global al incorporar una CPU doble de potente a un SI, pero utilizable sólo el 50 % del tiempo?
Fracción mejorada: 50 %
Aceleración mejora: 2
Aceleración global 1 / ((1 – 0.5) + 0.5 / 2 ) = 1 / 0.75 = 1.33
49
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO :
Se quiere mejorar la potencia de la CPU de un SI en un factor de 5 (sin afectar al rendimiento de las E / S) por un coste 5 veces superior.
Esta CPU se utiliza sólo el 50 % del tiempo y el otro 50 % esta esperando por E/S.
Si el coste de la CPUJ supone 1/3 del coste total del SI ¿Es interesante o no la mejora?
Aceleración: 1 / ((1 – 0.5) + 0.5 / 5 ) = 1 / 0.6 = 1.67
El nuevo SI costaría: 2/3 * C + 1/3 * 5*C = 2.33 C
Coste E/S Coste nueva CPU
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CONTROLES ASOCIADOS AL USO
DE LOS RECURSOS DEL S.I.
50
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CONTROLES de FUNCIONAMIENTO:
- Para describir cómo se utilizan los recursos de un Sistema Informático (SI) hay que DEFINIR UNA SERIE DE PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO.
- Para cada uno de los recursos del Sistema Informático existen un abanico de VALORES descriptivos de su funcionamiento que caen dentro de lo ACEPTABLE.
EJEMPLOS:
- Tasa de utilización de los recursos
- Tiempo de servicio de un dispositivo
- Tiempo de respuesta de una transacción
- Nivel de solapamiento entre subsistemas
- ....
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SESIÓN DE TRABAJO O DE MEDIDA:
Tiempo durante el cual se tienen datos del funcionamiento del Sistema Informático.
Durante una SESIÓN DE TRABAJO o de MEDIDA aceptaremos como hipótesis que siempre hay por lo menos un recurso activo (funcionando)
51
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJEMPLO:
Tasa CPU = 53 %
Tasa CANAL : 67 %CPU
CANAL
EJEMPLO:
Tasa CPU = 53 %
Tasa CANAL : 67 %CPU
CANAL
Funcionamiento SOLAPADO:
El S. Central trabaja para un programa y el de E-S para otro/s
Sistema Informático INACTIVO
Sesión de medida : 100 %
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TASA DE UTILIZACIÓN DE UN RECURSO: Es el cociente entre el tiempo que ha estado activo (funcionando) dicho recurso y la duración de la sesión de trabajo.
EJEMPLOS :
- Tasa de utilización de la CPU
- Tasa de utilización de la CPU por parte de los programas del usuario
- Id. Por parte de los programas del Sistema Operativo: Sobrecarga u Overhead
- Tasa de utilización de un canal (a nuestros efectos consideraremos un canal funcionando cuando lo ha estado el Subsistema de E-S afecto a dicho/dichos dispositivos)
52
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TASA DE ACTIVIDAD CPU:
Modo USUARIO
Modo SISTEMA (Kernel, Maestro, Supervisor, Sistema Operativo, etc..)
SOBRECARGA u OVERHEAD: Este valor no debiera superar el
10-12 % en el caso más desfavorable
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJEMPLO:
Tasa CPU : 53 %
Sobrecarga : 30 %, por lo que USUARIO : 23 %
El Subsistema Central esta activo el 53 % del tiempo, pero el 30 % lo es para funciones propias del Sistema Operativo:
- Interrupciones y Faltas
- Dispatcher y Planificador
- Gestión de la Memoria Virtual
- Etc...
Que constituye la dedicación primordial del Sistema Informático, siendo como es que deben ser LOS PROGRAMAS USUARIO. Es por tanto un caso de FUNCIONAMIENTO ANÓMALO que pone de relieve algún PROBLEMA:
Falta de memoria central,
Alto nivel de multiprogramación, etc,..
53
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CONTROL ASOCIADO AL USO DE LA MEMORIA CENTRAL:
- % de utilización de la MC
- Nivel medio de multiprogramación (ratio MC / Nivel)
- Memoria libre y actividad de la M. Virtual
- Capacidad remanente (no utilizada de la MC)
- Aumento / Disminución del nivel de uso de la MC
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJEMPLO:
Tamaño de la MC : 1.500 Unidades de MC
Nivel medio de utilización: 80 %
Nivel medio de multiprogramación: 40
Actividad de la Memoria Virtual: 10 Faltas de página-segmento / seg.
- Memoria utilizada : 0,8 * 1500 = 1200 U de MC
- Memoria utilizada / programa = 1200 / 40 = 300 U de MC / nivel multiprogramación
- 10 Faltas p-s / seg. Si cada Falta implica (p.ej..) 1.3 E/S = 13 E/S / seg debido a la memoria virtual. Si cada E/S supone 30 mseg. de actividad del canal da un total de 390 Mseg / seg de actividad del canal asociado a la M.Virtual: Valor alto Aumentar la MC asociada a cada programa, ó reducir nivel multiprogramación
54
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CONTROLES ASOCIADOS A LA MEMORIA VIRTUAL:
La actividad Memoria Virtual se deriva de un elevado uso de la MC asociado a un nivel de multiprogramación alto, que genera un flujo de segmentos de la MC a los dispositivos discos y viceversa
La actividad MV genera dos tipos de disfunciones:
- Uso de Subsistema Central : CPU para la gestión de las Faltas de páginas/segmentos
- Uso del Subsistema de E-S para el trasiego de los segmentos desde la Memoria Virtual (que es un fichero en disco) a la Memoria Central y/o de la MV a la MC
- AUMENTO DE LA SOBRECARGA
- AUMENTO DE LA ACTIVIDAD DEL CANAL
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Para ANALIZAR LA ACTIVIDAD MEMORIA VIRTUAL se precisan un conjunto de informaciones y datos :
- Mseg. de CPU por cada Falta de Página ó Segmento
- Número medio de operaciones de E/S que se generan por cada Falta de P ó S.
- Número total de Faltas de P ó S que se han producido en la sesión de medida, ó bien la frecuencia de dichas Faltas
Estos valores hay que ASOCIARLOS a:
- Nivel de multiprogramación
- Tamaño y utilización de la MC
- Utilización de la CPU
55
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
En una transparencia anterior se ha estudiado el caso de REPERCUSION DE LA ACTIVIDAD DE LA M. VIRTUAL ASOCIADO AL USO DEL SUBSISTEMA DE E-S., veamos ahora CÓMO AFECTA AL SUBSISTEMA CENTRAL:
Supongamos que cada Falta de P-S implica 1 mseg. de uso de la CPU:
En el mismo caso anterior se tendría:
- 10 F de P-S / seg implicaría 10 mseg. de CPU (Sobrecarga) cada segundo de la sesión de medida.
- Si la sesión ha sido de 4 horas sería: 4 * 3600 = 14400 seg.
En los que habría habido una sobrecarga por M.Virtual de
144 seg. en total (144.000 mseg de CPU dedicados a MV)
- Como la S de M es de 14400 seg. Y ha habido por MV una sobrecarga de 144 seg. Esta habría sido de:
144 / 14400 = 1 %
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CONTROLES ASOCIADOS AL SUBSISTEMA DE E-S:
Para analizar el funcionamiento del Subsistema de E-S son precisos una serie de datos e informaciones:
- Número total de E-S realizadas durante la sesión de trabajo
- Si posible su reparto entre E-S usuario y E-S sistema operativo, básicamente actividad de la Memoria Virtual.
- Tiempo de servicio de los dispositivos . Por simplificación nos limitaremos a los discos, refundiendo en el análisis tan solo alprocesador y al dispositivo, y denominando al conjunto CANAL.
- TASA DE ACTIVIDAD DEL CANAL
- DISTRIBUCIÓN EN USUARIO Y SOBRECARGA DE CANAL
56
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO:La ejecución de una determinada carga en un dia de trabajo estándar da los siguientes resultados:
Duración de la sesión de trabajo: 7500 segundos
CPU Activa 4800 seg.
SOBRECARGA 360 seg.
Nivel medio de multiprogramación 25
Tamaño de la MC 16500 U de M
Tasa media de utilización MC 92 %
Memoria Virtual: Segmentada
Faltas de segmento 24000
Cada F de S provoca 1.2 operaciones de E/S como promedio y consume 5 mseg. de CPU
Número total de E/S 200000
De ellas 187.500 lo han sido sobre disco
Una operación E/S disco 20 mseg.
SE PIDE:
Analizar el funcionamiento del SI sugiriendo mejoras en aquellos aspectos que lo requieran
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
• EJERCICIO
• Los datos relativos al funcionamiento de un SI durante un día estándar nos dan los siguientes resultados:
• Hora de inicio: 08 h 30 m
• Hora de finalización: 15 h 30 m
• CPU Usuario 15000 seg.
• Sobrecarga
– Dispatcher: frecuencia 10 veces/sg a razón de 2 msg. de CPU cada vez
– Interrupciones: tantas como E/S a razón de 2 msg. de CPU cada una
– Memoria virtual: segmentación 40.000 faltas de segmento
• (Cada falta de segmento requiere en promedio 5 msg. de CPU y 1.3 E/S)
– Otras causas, Scheduler, Gestión de recursos,… totalizan: 600 sg de CPU
• Tamaño de la memoria central: 40.000 U de M.
• Nivel de multiprogramación: 32
• Tasa de utilización de la MC. : 80 %
• Número de operaciones de E/S usuario realizadas: 750.000 (todas en disco, en un único canal)
• Una operación de E/S disco se realiza en 20 msg.
• Teniendo en cuenta que en todo momento el SI está activo en uno u otro de sus subsistemas, Se pide:
• Realizar un análisis relativo al funcionamiento del sistema informático sugiriendo mejoras en aquellos aspectos que lo requieran.
•
57
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
REPRESENTACIÓN Y ANÁLISIS
DE LA CARGA DE UN S.I.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
TÉCNICAS DE MEDIDA.
Monitores hw y sw
Fichero Accounting
Volumen de datos
Relaciones
Comparaciones
TABLAS Y DIAGRAMAS.
Hardware: CPU
Canales
Memorias y periféricos
Software Sistema
Aplicaciones
Carga
REPRESENTAR LA CARGA Y ANALIZARLA IMPLICA EL USO DE TÉCNICAS DE MEDIDA Y DE REPRESENTACIÓN:
58
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
1 5 10 12 14 16 18 20 22 24 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 40 60 80 100
Utilización
de CPU (%)
Utilización
de CPU (%)
Fracción del periodo de observación
(a)
t (h)
(b)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
10 20 30 40 50 60
% UTILIZACIÓN CPU
% tiempo de OBSERVACIÓN
59
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
15.30.20
15.30.50
15.31.20
15.31.50
15.32.20
15.32.50
15.33.20
15.33.50
15.34.20
15.34.50
15.35.20
15.35.50
15.36.20
15.36.50
15.37.20
15.37.50
15.38.20
15.38.50
15.39.20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Utilización global de CPU
Programas de usuario
Sobrecarga del SO
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
01
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Usuarios interactivos
Sobrecarga del SO
03
05
07
09
11
13
15
17
19
21
23
Usuarios batch
t (horas)
Utilización de CPU (%)
60
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
0
10
20
30
40
2 4 6 8 10
Utilización de
12 14 16 18 20 22 24
t (h)
50
60
70
80
90
100
Canal 1
Canal 3
Canal 2
canal (%)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
60 %CPU/Canal activo
75 %Algún Canal activ.
20 %Canal 3 activo
30 %Canal 2 activo
40 %Canal 1 activo
75 %CPU activa
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Intervalo de medida
61
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU activa
CPU sola
CPU y algún Canal
CPU activa por el Supervisor
Algún Canal activo
CPU inactiva
CPU activa por el usuario
CPU inactiva y
75 %
15 %
60 %50 %
25 %
75 %
15 %25 % algún Canal
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
41 %43 %Algún canal activo 84 %
11 %7 %Canales 1 y 2 activos
41 %43 %Canales 1 ó 2 activos
41 %42 %Canal 2 activo
11 %8 %Canal 1 activo
13 %3 %Ningún canal activo
CPU inactiva (54 %) y :CPU activa (46 %) y :
62
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Totales de canales
A
A/D
ACanal n
Totales de canales
……………
……………………………Canal 2
Totales de canales
0.0031.332.1127.250.003.1224.13100.00A/D128
0.1120.550.0822.590.460.6221.41100.00A/D127
0.0000.000.000.000.000.000.000.00A126
0.6821.161.1219.570.850.5818.1469.05A125
1.7232.3028.4518.730.003.5215.21100.00A124
0.2541.5410.2014.340.001.8412.50100.00A123Canal 1
Cola de la unidad de control (longitud media)
Longitud máxima
Longitud media
Tiempo de escritura (%)
Total
Reintentos debidos a errores de
E/S
Lectura/Escritura
Posicionamiento de cabezas
Disponibilidad (%)
Modelo de dispositivo
Dirección
del dispositivo
Cola del dispositivoUtilización
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
………………
………………
………………Dispositivo
2
……………C-C
……………B-B
……………A-A
……………B-C
37.90.038.3934322436A-C
33.043.023.7813213431A-BDispositivo
1
Tiempo total de
búsqueda (% de tiempo total)
Tiempo de error de E/S
(mseg)
Tiempo medio de búsqueda (mseg)
Tiempo total de
búsqueda (mseg)
Nº Total de búsquedas
entre parejas
Nombre del fichero
63
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
000-024
20 40 60 80 100
Cilindros
Número de búsquedas (%)
025-049
050-074
075-099
100-124
125-149
150-174
175-199
200-224
225-249
250-274
275-299
300-324
325-349
350-374
375-399
400-411
Dispositivo A000-009
20 40 60 80 100
Cilindros
Número de búsquedas (%)
010-019
020-029
030-039
040-049
050-059
060-069
070-079
080-099
100-109
110-119
120-129
130-139
140-149
150-159
160-169
170-179
Dispositivo B
180-189
190-199
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
15.30.20
15.30.50
15.31.20
15.31.50
15.32.20
15.32.50
15.33.20
15.33.50
15.34.20
15.34.50
15.35.20
15.35.50
15.36.20
15.36.50
15.37.20
15.37.50
15.38.20
15.38.50
15.39.20
0 10 20 30 40 505 15 25 35 45
XXX
XXXXXX
XXXXXX
XXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXXX
XXXXXXXX
XXXXXXXX
XXXXXX
Tasa de paginación (página/sg)
Actividad de
paginación global
XXXXXXXX
del gestor de TP
Actividad de
paginación global
Tiempo
64
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
0
10
20
30
40
2 4 6 8 10
Nº de pasadas
12 14 16 18 20 22 24
t (h)
Número de progr./hora (valor medio)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SOBRECARGA
………………
…………SE145……
………………
09.29.067 Mar. 0009.15.077 Mar. 000.400.21
08.38.226 Mar. 0008.23.556 Mar. 00PIP230.190.19
…………ZE142……
………………
14.54.238 Mar. 0014.23.468 Mar. 0012.205.56
09.08.548 Mar. 0009.08.228 Mar. 006.240.04
09.24.326 Mar. 0009.02.586 Mar. 00RET156.205.23
18.17.5410 Mar. 0018.05.4210 Mar. 000.570.19
12.32.5110 Mar. 0012.20.2510 Mar. 000.380.20
15.34.209 Mar. 0012.21.539 Mar. 00FER120.180.18AAAA1
finalInicial Programas Acumulativo
Ejec. módulo
Módulo
Fecha de la ejecuciónDemanda de tiempo de CPU
65
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
15
%
CANAL 3
OCUPADO
30
%
CANAL 2
OCUPADO
40
%
CANAL 1
OCUPADO
47
%
CPU OCUPA
DA
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
INTERVALO DE MEDIDA
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
65 %Algún canal ocupado
10 %CPU y canales libres
43 %CPU libre y algún canal ocupado
22 %CPU y algún canal ocupado
25 %CPU ocupada y canales libres
15 %Canal 3 ocupado
30 %Canal 2 ocupado
40 %Canal 1 ocupado
47 %CPU ocupada
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
66
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
00105C 3
0101015C 2
1010187C 1
515725CPU
C 3C 2C 1CPU%
MATRIZ DE SOLAPAMIENTOS
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SOCPU en
supervisor8USU
CPU
programas
usuario
7
CPU inactiva
Sólo canal
ocupado
CPU sólo
ocupada
Índices de rendimiento
malos
CPU6CHAlgún canal
ocupado5
CPU*CH4CPU*CHCPU y canal
ocupado3
CPU*CH2CPUCPU
ocupada1
abrev.Eje núm.abrev.Índices de rendimiento
buenosEje núm.
GRÁFICOS DE KIVIATT
67
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
20 %CPU y canal ocupado
60 %Canal ocupado
50 %CPU ocupada
100
80
60
40
20
CPU ocupada
CPU y Canal ocupado Canal ocupado
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
100 %CPU y canal ocupado
100 %Canal ocupado
100 %CPU ocupada
100
80
60
40
20
CPU ocupada
CPU y Canal ocupado Canal ocupado
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU
CPU * CH
CPU * CH
CPU * CH84 %
12 %
78 %77 %
13 %
90 %
6 %10 %
CPU
CH
PPB
SUP
77 %CPU en programas usuarios
13 %CPU en supervisor
12 %Sólo CPU ocupada
78 %CPU y canal ocupado
80 %Algún canal ocupado
90 %CPU ocupada
100
9
0
8
0
7
0
6
0
5
0
4
0
3
0
2
0
1
0
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
- ANALISIS DE LOS DATOS: KIVIATT - KENT
Es preciso agrupar los resultados de la Sesión de Medida a efectos de su ANALISIS
Aún cuando hay diferentes métodos de representación proponemos el de los GRAFICOS DE KIVIATT, y, en concreto, la versión de KENT:
1.- Dibujar un circulo y dividirlo en un número par de semiejes
2.- Asociar el valor 0 % al centro y 100 % a la circunferencia
3.- Asociar un parámetro de funcionamiento a cada semieje, de modo que los semiejes impares representen valores BUENOS (o sea, que un valor alto sea bueno), y los semiejes pares valores MALOS (o sea parámetros tales que deben tener valores lo más bajos posible) .
4.- El funcionamiento del S.I: es tanto mejor EQUILIBRADO cuanto más se parece el resultado a una ESTRELLA. El SI esta mejor DIMENSIONADO en cuanto más se situa en torno a la corona circular del 70-80%.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU
CPU.CH
CPU.CH
CPU.CH
CH
CPU
USU
SO
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU
CPU.CH
CPU.CH
CPU.CH
CH
CPU
USU
SO
70
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU (90 %)
CPU.CH
CPU.CH
CPU.CH
CH (35%)
CPU
USU (65%)
SO
(22%)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU (50 %)
CPU.CH
CPU.CH
CPU.CH
CH (80%)
CPU
USU (44%)
SO
(45%)
71
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
CPU
CPU.CH
CPU.CH
CPU.CH (61.9%)
CH (82.5%)
CPU
USU
SO
(60%)
(39.4%)
(20.6%)
(40%)
(55%)
(5%)
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
2N = num. de semiejes
N = semiejes ‘buenos’ (impares)
X i = medidos en %
X 2n+1 = X
COEFICIENTE DE MERRYL :
1
∑∑∑∑====
++++−−−− ∗∗∗∗++++====
n
i
iii xxxN
CM
121212 )100()(
2
1
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
Limitaciones del coef. de MERRYL:
•Considera por igual a todos los semiejes
•En los semiejes considera mejor los valores extremos: 100 y/o 0
•Un valor del CM = 50 no es el doble de bueno que uno de 25. la relación no es lineal: la utilidad de un SI no es una función lineal del CM
•Dos valores del CM iguales no suponen necesariamente que los dos SI sean igual de buenos (la causa es porque da igual valoración a todos los semiejes, lo cual es una simplificación muy fuerte)
•Cuando dos valores CM son muy próximos, el coeficiente de Merryl no puede discriminar los dos SI de manera significativa.
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
ejemplo
Determinar, aplicando el coeficiente de Merryl,
cual de los siguientes sistemas se considera
mejor:
3040307030403070B
604004004060100A
x8X7X6x5x4x3x2x1SI
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERICIO 1.-En un SI se realiza una sesión de medida (SM) entre las 8H a. a las 15 h. de un día de carga considerada normal.
En el mismo se pueden considerar tres entornos de utilización:
Entorno 1: producción batchEntorno 2: transaccionalEntorno 3: desarrollo y prueba de programas
La utilización de los recursos básicos por parte de cada entorno ha sido la siguiente:
Entorno 1: CPU usuario: 3.600 sg. a lo largo de la SM
Un millón de accesos a la base de datos
Entorno 2: La red tiene 300 puestos de trabajo (pt) transaccionales activos, como promedio, que a lo largo de
la SM han realizado 252.000 transacciones en total.
La transacción tipo que se ejecuta consume 20 msg. de CPU usuario y realiza 3 accesos a la
base de datos.
El tiempo de reflexión es de 22 sg.
Entorno 3: En el entorno de desarrollo trabajan 30 programadores en el desarrollo, puesta a punto y
mantenimiento de aplicaciones.
Cada programador consume como promedio 20 sg. de CPU a la hora, y realiza 20 E/S por minuto
a una base de datos de prueba (ubicada en el mismo canal que la base de datos real)
La sobrecarga asociada a la explotación de los tres entornos es la siguiente:
La gestión de interrupciones, así como la falta de segmentos y la de dispatcher consumen 1 msg.
de CPU cada una de ellas cada vez que se activan.
El dispatcher se activa 250 veces cada minuto.
Se producen 40 faltas de segmento por segundo, y cada FS provoca 1.2 operaciones de E/S.
El gestor de interrupciones se activa cada vez que finaliza una operación de E/S, sea ésta del tipo
que sea.
DATOS:El SI tiene un solo canal y cada operación de E/S sobre el mismo consume 5 msg.
En este ejercicio los p de t. de los programadores no han de considerarse al realizar el análisis transaccional
Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
SE PIDE:Dibujar el gráfico de Kiviatt-Kent y analizar el funcionamiento del SI y de cada uno de sus subsistemas: Central, E/S y Comunicaciones.Este SI prevé la siguiente evolución en 2 años:
Pasar a una red de 400 pt. transaccionales activos como promedio, ejecutando la misma transacción tipo.Llegar a lo 40 programadores, siendo la carga derivada de cada programador la misma que en el apartado anteriorLa carga batch se incrementa un 5%La sobrecarga pasa a ser:
300 activaciones del dispatcher por minuto, 50 FS por segundo, las interrupciones que procedan
Justificar, numéricamente, la adecuación o no del SI a estas futuras necesidades.
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Análisis del Funcionamiento de Sistemas Informáticos
EJERCICIO 2.-La utilización de un Sistema Informático (SI) da los siguientes valores:
Sesión de medida: de 9h a 15hLa red de puestos de trabajo es de 1000 p. de t. activosEl SI tiene un solo tipo de usuarios: transaccionales, y en la sesión de medida se han contabilizado 600.000 transacciones ejecutadas.Cada transacción tiene un tiempo medio de reflexión de 28 seg. Y su tiempo medio de respuesta es de 4 seg. Las operaciones realizadas por la CPU de tipo usuario por transacción consumen 20 mseg.En cada transacción se producen: 2 operaciones de E/S usuario, 2 faltas de segmento y 3 activaciones del dispatcher.Cada operación de E/S requiere para completarse 5 mseg. de canal.Cada falta de segmento consume 2 mseg. de CPU, y supone, como promedio 1.2 operaciones de E/S.Cada interrupción consume 1 mseg. de CPU. Se genera una interrupción por final de E/S sea esta del tipo que sea.El dispatcher consume 1 mseg. de CPU cada vez que se ejecuta.No hay problemas de memoria central.
Se pide:1.- Construir el gráfico de Kiviatt-Kent y analizar el funcionamiento global del SI y de cada uno de sussubsistemas: Central, Entradas/Salidas y Comunicaciones.2.- Se prevé un aumento de la utilización del SI para dentro de un año, en el que pasaran a efectuarse 800.000 transacciones en la sesión de medida (de 6 horas). ¿Esta preparado el SI para dicho aumento de carga?. ¿Y la red de puestos de trabajos? Justificar numéricamente las respuestas.