1. INTRODUÇÃO SIMULAÇÃO DISCRETA OBJETIVO DO CURSO RESPOSTA BANCO E FILIAIS O PROBLEMA DE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE

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1 1. INTRODUÇÃO SIMULAÇÃO DISCRETA O PROBLEMA DE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE O que acontecerá com o tempo de resposta do mainframe quando a taxa de chegada de transações crescerem de 10 para 0 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 meses? Eu devo comprar um novo HD? Ou adicionar mais memória na estação de trabalho? 1 RESPOSTA OBJETIVO DO CURSO Planejamento de Capacidade Por exemplo: Poderíamos propor um sistema com tempo de resposta abaixo de,0 s e utilização da CPU abaixo de 60%. 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. ATM1 OAS 1. O PROBLEMA DO BANCO IS SYSTEM Filial 1 Filial ATM10 ATM9 ATM ATM8 ATM ATM computadores Grupo de discos Filial ATM = Automated Teller Machine Mainframe 1: On line Mainframe : Aut. Escr (Batch) OAS ATM7 ATM5 OAS ATM6 OAS (Office Automation System) BANCO E FILIAIS Filiais: 09:00 as 15:00 hs caixas nas filiais Cada caixa Período de pico: Média de 0 clientes/hora Restante do tempo: 1 clientes/hora Geração média de transações/cliente: tr/cl Período de Pico: cx x 0 cl/hr/cx x tr/cl = 960 tr/hr 5 6 1

2 ATM (Automated Teller Machine) Uso do ATM: horas/dia Período de pico ATM: 08:00~09:00; 15:00 ~1:00 No período de pico 1 ATM: 15 clientes/hora Geração média de transações/cliente ATM: 1, transações/cliente Carga no Período de Pico 10 ATMs x 15 cl/h/atm x 1, 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. 7 MEDIDAS Tempo de resposta médio nos caixas das filiais no horário de pico: 1, s Tempo de resposta médio tolerado nos caixas:,5 s Tempo de resposta médio ATM no horário de pico: 1,0 S Tempo de resposta médio aceitável:,0 s 8 PLANO DE EXPANSÃO QUESTÕES 1 filial a cada meses durante 5 anos: total de 0 filiais 0 cidades no país Uma cidade será escolhida para ter 1ATM a cada meses: 0 ATM em 60 meses (5 anos) 9 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? 10 NATUREZA DO PROBLEMA 1. ALGUMAS SITUAÇÕES DE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE Planejamento de Capacidade Três casos Vários conceitos Sistemas bancários 11 1

3 1..1 CASO 1: AUMENTANDO O NÚMERO DE TERMINAIS ATM Sistema bancário Mainframe ATM 1 ATM ATM 100 ADICIONAIS Situação atual: Mainframe suportando 100 ATMs Com tempo de resposta médio de,5s por ATM. Próximo 6 meses: Mainframe suportando 150 ATMs Tempo de resposta médio deve ser menor ou igual a,5s Nível de serviço desejado: limite de tolerância do usuário. Ex. No ítem 1.:,5s (CAIXA) e,0s (ATM). Sistema Saturado: Nível de serviço é violado. 1 1 MÉTRICAS DE NÍVEL DE SERVIÇO Tempo de resposta Throughput: Número médio de jobs executados/tempo Exemplo 1.: 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=,0s). Sistema de check in em aeroporto (NS<,0s). 1.. CASO : 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 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) USUÁRIOS CPU DISCO 1 DISCO Transações de tipos: Pergunta e Atualização Transações Pergunta: 70%/ Nível de serviço:,0 s Transações de Atualização: 0%/ Nível de serviço: 10s 17 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. PERGUNTA CPU 0,0 0,0 DISCO 1 0,0 0,80 DISCO 0,5 0,5 ATUALIZAÇÃO 18

4 ATUALMENTE, CRESCIMENTO E QUESTÕES Atualmente: 700 tr pergunta/h e 00 tr atualização/h Tempo de resposta médio:, e 9,0s A taxa de transações pergunta é esperado crescer em 0%. O sistema suportara este crescimento sem violar os níveis de serviço estabelecidos? 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. componentes: transações pergunta e atualização 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 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 00 tr/h) 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. 1 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. 1.. CASO : APLICAÇÕES NOVAS Reconsidere a aplicação de banco pessoal discutida em 1..: 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 meses seguintes, estabilizando em 10 tr/dia Tempo de resposta médio tolerado:,0 s Esta aplicação ira compartilhar recursos de computação com a carga de trabalho global existente.

5 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 situações distintas: 1) Crescimento normal de aplicações existentes: caso 1 e. Demanda de serviço pode ser medida. ) Implementação de aplicações novas: Estimativas devem ser feitas. 1. 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. 5 6 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? Representação Gráfica do Conceito de Planejamento de Capacidade - Sistema Computacional com e sem um Disco Rápido R (S) 1 ORIGINAL DISCO RÁPIDO ACEITÁVEL 0 Atualmente => Arrival rate (tph) Próximo 6 meses 7 8 VARIÁVEIS DE ENTRADA E SAÍDA DE UM PROCESSO DE PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE Evolução de Carga de Trabalho Parâmetros do Sistema Níveis de Serviço Desejado Pontos de Saturação Planejamento de Capacidade Alternativas Custo-efetivas para evitar saturação 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 9 0 5

6 1.6 ALGUNS ERROS COMUNS EM PLANEJAMENTO DE CAPACIDADE Utilização de CPU (%) dos últimos 6 meses UTILIZAÇÃO DE CPU UTILIZAÇÃO TOTAL DE MÊS CARGA DE CARGA DE CARGA DE CPU TRABALHO TRABALHO TRABALHO A B C Carga de trabalho global: 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 QUESTÕES PREVISÃO DE UTILIZAÇÃO DE CPU Quando realizar o upgrade do sistema atual? Regressão linear para predizer os meses futuros (Tabela seguinte) Em meses: upgrade de CPU é sugerido UTILIZAÇÃO UTILIZAÇÃO DE CPU TOTAL DE MÊS CARGA DE CARGA DE CARGA DE CPU TRABALHO TRABALHO TRABALHO A B C 7 7,1,6 0, 81,0 8 0,0 5,0 1,9 86,9 9,0 6,5,5 9,0 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 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? 5 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. 6 6

7 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 0 tr/h (8 cx x 0 cl/h/cx x tr/cl) Uma filial é aberta a cada meses e gerará a cada mês: 160 (0/) tr/h de aumento por mês caixa = x meses Cada ATM gera 18 tr/h. Aumento de (18 tr/h/cidade x 1 cidade / meses) = 9 tr/h/mês devido aos ATMs (1 ATM será instalado em uma das 0 cidades a cada meses) ATM = x meses 7 TRANSAÇÕES ATM E CAIXA PARA AMBIENTES CENTRALIZADOS R (S) Meses a frente CAIXA ATMs NS CX NS ATMs 8 ANÁLISE Nível de serviço para Caixa: violado em 1 meses(,5 s) Nível de serviço ATM: violado antes de 5 meses (,05 s) Portanto o atual IS não suportara a expansão do banco para 5 anos (60 meses) SOLUÇÃO SUGERIDA Ao invés de usar uma solução centralizada Um único sistema IS potente Usar uma solução distribuída 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. 9 0 SOLUÇÃO CENTRALIZADA SOLUÇÃO DISTRIBUÍDA BATCH f 1. cx f. cx caixa 1 f 1. ATM f. ATM ATM RECURSO IS CENTRAL f. ATM f. cx 1 7

8 i cx = taxa de chegada média de transações caixa i = sistema IS i (i = 1,, ) f i = 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 ( i=1 i cx ) Assumir que transações não locais sejam igualmente distribuídas entre os outros nós. Portanto cada nó i tem que processar suas transações locais (0,8 x f i. 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. i CX = 0,8 x f i x cx + j i 1/ x 0, x f j x cx = cx [0,8 f i + 0,1(1 - f i )] = cx [0,7 f i + 0,1], para ATMs teremos: i ATM = ATM [0,7 f i + 0,1] 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 nós, isto é: f i = f 1 = f = f = 1/ 5 6 TRANSAÇÕES ATM E CAIXA PARA O ABIENTE DISTRIBUÍDO CONCLUSÕES,5,5 1,5 1 0, CAIXA ATMs NS CX NS ATMs O sistema distribuído será apto a suportar a carga CAIXA e ATM nos próximos 60 meses Outras alternativas poderiam ser analisadas

9 AVALIAÇÃO MÓDULO 1 1) 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? ) 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? ) O tempo de resposta médio num sistema on-line de reservas foi medido ser igual a,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,0 s. O sistema esta saturado? Ele poderia estar saturado se o nível de serviço para o tempo de resposta fosse,0 s? ) Considere a figura anterior. Qual é o nível de serviço para transações caixa que saturam o sistema em 0 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 para transações pergunta fosse trocado para 0,5 s? 9 9