ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Σχετικά έγγραφα
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Άσκηση Προσομοίωσης Στατιστικές Εξόδου Ουράς Μ/Μ/1 - Θεώρημα Burke Ανοικτά Δίκτυα Ουρών Μ/Μ/1 - Θεώρημα Jackson

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου, Αθήνα, Τηλ: , Fax: URL

Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου, Αθήνα, Τηλ: , Fax: URL

Θέμα 1 (20%) (α) Πότε είναι εργοδικό το παραπάνω σύστημα; Για πεπερασμένο c, το σύστημα είναι πάντα εργοδικό.

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Γραπτή Εξέταση στο Μάθημα "ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ" 6ο Εξάμηνο Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών Θέματα και Λύσεις. μ 1.

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Παράμετροι Συστημάτων Αναμονής Τύπος Little

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εισαγωγή

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Παράμετροι Συστημάτων Αναμονής Τύπος Little. Β. Μάγκλαρης, Σ. Παπαβασιλείου

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εισαγωγή (2/2) Επισκόπηση Γνώσεων Πιθανοτήτων (1/2)

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Μοντέλα Ουρών Markov και Εφαρμογές:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Μοντέλα Ουρών Markov και Εφαρμογές:

Γραπτή Εξέταση στο Μάθημα "ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ" 6ο Εξάμηνο Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών Θέματα και Λύσεις

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Ροή Δ - 6 ο εξάμηνο, κωδικός

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Επισκόπηση Γνώσεων Πιθανοτήτων (2/2) Διαδικασία Γεννήσεων Θανάτων Η Ουρά Μ/Μ/1

H επίδραση των ουρών στην κίνηση ενός δικτύου

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εκθετική Κατανομή, Στοχαστικές Ανελίξεις Διαδικασίες Απαρίθμησης, Κατανομή Poisson

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Δίκτυα Τηλεπικοινωνιών. και Μετάδοσης

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Διαδικασίες Birth-Death, Ουρές Markov:

Τεχνικές Εκτίμησης Υπολογιστικών Συστημάτων Ενότητα 4: Δίκτυα Συστημάτων Αναμονής

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Διαδικασίες Γεννήσεων - Θανάτων Εξισώσεις Ισορροπίας - Ουρές Μ/Μ/1, M/M/1/N Προσομοίωση Ουράς Μ/Μ/1/Ν

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Επισκόπηση Αναλυτικών Τεχνικών Θεωρίας Πιθανοτήτων για Εφαρμογή σε Ουρές Αναμονής M/G/1

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης Ενότητα 2: Θεμελιώδεις σχέσεις

Δίκτυα Κινητών και Προσωπικών Επικοινωνιών

Ονοματεπώνυμο: Ερώτημα: Σύνολο Μονάδες: Βαθμός:

Κινητές επικοινωνίες. Κεφάλαιο 3 Ένταση κίνησης σε δίκτυο

p k = (1- ρ) ρ k. E[N(t)] = ρ /(1- ρ).

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Δίκτυα Επικοινωνίας Υπολογιστών Ενότητα 5: Στοιχεία Θεωρίας Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης (Στοιχεία ΘΤΚ)

Δίκτυα Τηλεπικοινωνιών. και Μετάδοσης

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

Τεχνικές Εκτίμησης Υπολογιστικών Συστημάτων Ενότητα 3: Μοντέλα Θεωρίας Αναμονής

ΤΕΙ Κρήτης, Παράρτηµα Χανίων

Μοντέλα Αναμονής σε Δίκτυα Επικοινωνιών. Ανάλυση Ουρών. Λάζαρος Μεράκος Τμήμα Πληροφορικής &Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών

Μοντέλα Συστημάτων Αναμονής σε Δίκτυα Επικοινωνιών

ιαστασιοποίηση του Ασύρµατου Μέρους του ικτύου

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ. 2 η Γραπτή Εργασία ΠΛΗ 23 Ακαδημαϊκό Έτος (Τόμος Α, Κεφάλαια 1-3) Ημερομηνία Παράδοσης 27/01/2013.

Μοντελοποίηση, Ανάλυση και Σχεδιασμός Στοχαστικών Συστημάτων

Κινητές Επικοινωνίες

Άσκηση 1. (σημειώστε πως 1KB = 2 10 bytes, 1Mbps = 10 6 bits/sec).

Δίκτυα Υπολογιστών. Δίκτυα υπολογιστών και το Διαδίκτυο Ο πυρήνας του δικτύου. Κ. Βασιλάκης

Άσκηση 1. Ερώτηση 1: ο αριθμός των συνδρομητών που θα εξυπηρετηθούν στη συγκεκριμένη τυχαία κυψέλη.

Ανάλυση Απόδοσης Πληροφοριακών Συστημάτων

Εργαστηριακή Άσκηση Το σύστημα αναμονής M/G/1

ΗΥ335 - Δίκτυα Υπολογιστών Χειμερινό εξάμηνο Φροντιστήριο Ασκήσεις στο TCP

How do loss and delay occur?

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems

Διαδικασίες Markov Υπενθύμιση

8 η ιάλεξη: σε δίκτυα δεδομένων

Προχωρημένα Θέματα Προγραμματισμού Δικτύων Ενότητα 13: QoS Policy, Παραδείγματα QoS, Επισκόπηση μαθήματος Φώτης Βαρζιώτης

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 6: Θεωρία Ουρών. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Κεφάλαιο 5: Τοπικά ίκτυα

Ο Π Ε Υ Ελάχιστα γραμμών Ο *maximin (A) Π Ε Υ * minimax (B)

Αρχές Δικτύων Επικοινωνιών. Επικοινωνίες Δεδομένων Μάθημα 4 ο

Άσκηση Διάλεξης 5. Router. Δεδομένα: Οι ζεύξεις ειναι τεχνολογίας ενσύρματου Ethernet των 10 Mbps και 100 Mbps αντίστοιχα.

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΔΙΚΤΥΩΝ

Μοντέλα Αναµονής. Μία Ουρά Αναµονής FIFO

ιαδίκτυα & Ενδοδίκτυα Η/Υ

ΗY335: Δίκτυα Υπολογιστών Χειμερινό Εξάμηνο Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κρήτης Διδάσκουσα: Μαρία Παπαδοπούλη 16 Νοεμβρίου 2013

που αντιστοιχεί στον τυχαίο αριθμό 0.6 δίνει ισχύ P Y Να βρεθεί η μεταβλητή k 2.

3.ΟΥΡΕΣ ΑΝΑΜΟΝΗΣ

ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ (INTERNETWORKING)

Δίκτυα Υπολογιστών. Δίκτυα υπολογιστών και το Διαδίκτυο Ο πυρήνας του δικτύου. Κ. Βασιλάκης

Ο στόχος του εργαστηρίου είναι να παρουσιάσει τις δύο βασικές καταστάσεις λειτουργίας ενός ασύρματου τοπικού δικτύου (ad hoc και υποδομής).

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

Χρησιμοποιείται για να δηλώσουμε τους διάφορους τύπους ουρών. A/B/C. Κατανομή εξυπηρετήσεων

ΔΙΚΤΥΑ (15-17) Π. Φουληράς

Τηλεπικοινωνιακά Ψηφιακά Δίκτυα Ενότητα 2: Θεωρία Κίνησης. Βαρουτάς Δημήτρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Θεωρία Τηλεπικοινωνιακής Κίνησης

Οι Διαδικτυακές ανάγκες μιας εταιρείας σε διευθύνσεις IPv4, έχουν ως εξής: Τμήμα Διοίκησης Προσωπικού & Οικονομικών Σύνολο απαιτούμενων διευθύνσεων

x y z d e f g h k = 0 a b c d e f g h k

ΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Ασκήσεις για το φυσικό στρώμα. λ από τον ρυθμό μετάδοσής της. Υποθέτοντας ότι ο κόμβος A

I/O: Λίγη θεωρία ουρών, RAID

ίκτυα ίκτυο υπολογιστών: Ένα σύνολο από υπολογιστικές συσκευές που συνδέονται µεταξύ τους για σκοπούς επικοινωνίας και χρήσης πόρων. Συνήθως, οι συσκε

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ INTERNET

... Αν ν = 16 εγκαταλείπει τις προσπάθειες μετάδοσης του πακέτου. Τοπολογία Διαύλου (BUS).

Αυτόνομα Συστήματα (ΑΣ)

ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Ασκήσεις για το φυσικό στρώμα

HY-335 : Δίκτυα Υπολογιστών

Transcript:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΜΟΝΗΣ Queuing Systems Εφαρμογές Θεωρήματος Jackson: (i) Δίκτυα Μεταγωγής Πακέτου (ii) Υπολογιστικά Μοντέλα Πολυεπεξεργασίας Βασίλης Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr 3/5/2017

ΑΝΟΙΚΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΕΚΘΕΤΙΚΩΝ ΟΥΡΩΝ (Επανάληψη) ΘΕΩΡΗΜΑ JACKSON Παραδοχές Ανοικτό δίκτυο δικτυακών κόμβων εξυπηρέτησης κορμού (ουρών αναμονής) Q i, i = 1,2,, με εκθετικούς ρυθμούς εξυπηρέτησης μ i Αφίξεις πελατών (πακέτων) από εξωτερικές πηγές (sources) άμεσα συνδεμένες στον δικτυακό κόμβο κορμού Q s προς εξωτερικούς προορισμούς (destinations) άμεσα συνδεμένους στον δικτυακό κόμβο κορμού Q d : Ανεξάρτητες ροές Poisson μέσου ρυθμού γ sd όπου s, d {1,2,, } Εσωτερική δρομολόγηση (routing) με τυχαίο τρόπο και πιθανότητα δρομολόγησης πελάτη από τον κόμβο κορμού (ουρά) Q i στον κόμβο Q j : r ij Έστω δ sd i = 1 αν πελάτες (πακέτα) της ροής (s, d) διακινούνται μέσα από τον κόμβο κορμού Q i ή αλλιώς δ sd i = 0. Τότε τον κόμβο εξυπηρέτησης Q i διαπερνούν ροές με συνολικό μέσο ρυθμό λ i = γ sd δ sd i Οι χρόνοι εξυπηρετήσεις πελατών όπως διαπερνούν το δίκτυο δεν διατηρούν την τιμή τους (έλλειψη μνήμης) αλλά αποκτούν χρόνο εξυπηρέτησης ανάλογα με την κατανομή του κάθε εξυπηρετητή (Kleinrock s Independence Assumption, επαληθευμένη με προσομοιώσεις σε δίκτυα με όχι απλοϊκή τοπολογία) d=1 s=1

ΑΝΟΙΚΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΕΚΘΕΤΙΚΩΝ ΟΥΡΩΝ (Επανάληψη) ΘΕΩΡΗΜΑ JACKSON Αποτέλεσμα Κατάσταση του δικτύου: Διάνυσμα n = (n 1, n 2,, n ) αριθμού πελατών n i στις ουρές (κόμβους κορμού) Q i Η Εργοδική Πιθανότητα των καταστάσεων n (αν υπάρχει) έχει μορφή γινομένου (product form) ανεξαρτήτων ουρών Μ/Μ/1 P n = P n 1, n 2,, n = P n 1 P n 2 P n P n i = 1 ρ i ρ i n i με ρ i = λ i μ i όπου λ i ο συνολικός μέσος ρυθμός (Poisson) των πελατών που διαπερνούν τον κόμβο κορμού (ουρά) Q i με ρυθμό εκθετικής εξυπηρέτησης μ i Ουρά (κόμβος κορμού) συμφόρησης: Η Q i με το μέγιστο ρ i Μέσος αριθμός πελατών (πακέτων) στο δίκτυο: E n = i=1 E n ι = i=1 ρ i 1 ρ i Μέση καθυστέρηση τυχαίου πακέτου από άκρο σε άκρο: E T = E(n) γ (τύπος Little) όπου γ ο συνολικός μέσος ρυθμός πελατών (Poisson) που εισέρχονται στο δίκτυο από εξωτερικές πηγές (network throughput) γ = s=1 d=1 γ sd Μέση καθυστέρηση τυχαίου πακέτου από κόμβο s σε κόμβο d: E T sd = δ sd i i 1 1 μ i 1 ρ i

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΔΙΚΤΥΟ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΠΑΚΕΤΟΥ (1/4) Θεωρούμε ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων (Internet Intranet) 4 κόμβων (routers) κορμού όπως στο σχήμα Όλες οι γραμμές κορμού (FDX) θεωρούνται χωρητικότητας C i = C = 10 Gbits/sec. Τα πακέτα έχουν μήκος L εκθετικά κατανεμημένο με μέση τιμή E L = 1000 bits (θεωρείστε εκθετική κατανομή) Μεταξύ κόμβων πηγής και προορισμού τα πακέτα προσφέρονται σε ροές Poisson με ίσους συνολικούς ρυθμούς r packets/sec (από άκρο σε άκρο μεταξύ κόμβων κορμού, σύνολο 3 4 ροές) Πακέτα από το Α στο C και αντίστροφα δρομολογούνται με τυχαία δρομολόγηση p, 1 p στους δύο ισότιμους δρόμους: (A B C) και (A B C). Θεωρούμε πως p = 0.5 Πακέτα μεταξύ κόμβων κορμού κατευθείαν συνδεδεμένων A B, A D, B D, B C, (D C) δρομολογούνται κατευθείαν (1) Ζητείται ο ρυθμός των 12 ροών r ώστε η γραμμή συμφόρησης (με τη μέγιστη χρησιμοποίηση) να είναι 50% (2) Με το r του (1) ζητείται η μέση καθυστέρηση από άκρο σε άκρο στο δίκτυο κορμού ενός τυχαίου πακέτου ΟΔΗΓΙΑ: Οι FDX γραμμές του δικτύου κορμού αναλύονται σε δύο ουρές με ροές πακέτων συνολικού μέσου ρυθμού λ i (προκύπτει από την δρομολόγηση πακέτων) και μέσου ρυθμού εκθετικής εξυπηρέτησης μ i = C i E(L). To ανοικτό δίκτυο ουρών (επόμενη διαφάνεια) αναλύεται σαν δίκτυο ανεξαρτήτων ουρών Μ/Μ/1 με το Θεώρημα του Jackson Α B D C Κόμβος Δικτύου Κορμού (Δρομολογητής Κορμού, Backbone Router, Packet Switch) Κόμβος Εισόδου (H/Y, Access Node, Customer Network - LAN)

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΔΙΚΤΥΟ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΠΑΚΕΤΟΥ (2/4)

Απάντηση στο Ερώτημα (1) Με πιθανότητα διαχωρισμού p = 0.5, oι ρυθμοί λ i (packets/sec) στις 10 ανεξάρτητες (Μ/Μ/1) ουρές Q 1, Q 2,, Q 10 (κατευθυντικές συνδέσεις/γραμμές μεταξύ κόμβων κορμού του δικτύου) είναι: λ 1 = r A,B + pr A,C = 1.5r, λ 2 = r B,A + pr C,A = 1.5r λ 3 = r B,C + pr A,C = 1.5r, λ 4 = r C,B + pr C,A = 1.5r λ 5 = r C,D + (1 p)r A,C = 1.5r, λ 6 = r D,C + (1 p)r C,A = 1.5r λ 7 = r D,A + (1 p)r C,A = 1.5r, λ 8 = r A,D + (1 p)r A,C = 1.5r λ 9 = r D,B = r, λ 10 = r B,D = r Οι ρυθμοί εξυπηρέτησης μ i (packets/sec) και οι εντάσεις φορτίου ρ i = λ i είναι: μ i = C E L ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 (3/4) = (10 10 9 ) 10 3 = 10 7 packets/sec ρ 1 = ρ 2 = = ρ 8 = 1.5r 10 7, ρ 9 = ρ 10 = r 10 7 Erlangs μ i (Erlangs) Οι γραμμές συμφόρησης είναι οι αμφίδρομες γραμμές διασύνδεσης μεταξύ των κόμβων A B, B C, C D, D A με ρ i = 1.5r 10 7 Erlangs Άρα για να έχουν οι γραμμές συμφόρησης ένταση φορτίου 0.5 Erlangs πρέπει οι ρυθμοί ροών πακέτων r να ικανοποιούν τη σχέση 1.5r 10 7 = 0.5 r = 10 7 /3 πακέτα/sec οπότε ρ 1 = = ρ 8 = 1 2 Erlangs (γραμμές συμφόρησης) και ρ 9 = ρ 10 = 1 3 Erlangs

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 (4/4) Απάντηση στο Ερώτημα (2) Το συνολικό προσφερόμενο φορτίο από άκρο σε άκρο γ είναι: γ = r A,B + r A,C + r A,D + r B,A + r B,C + r B,D + r C,A + r C,B + r C,D + r D,A + r D,B + r D,C γ = 12r = 4 10 7 packets/sec Ο μέσος αριθμός πακέτων στα συστήματα Q 1,, Q 10 δίνονται από E n i = ρ i (1 ρ i ): E n 1 = = E n 8 = 1, E n 9 = E n 10 = 0.5 packets 10 και E n = i=1 E n i = 8 1 + 2 0.5 = 9 packets Η μέση καθυστέρηση τυχαίου πακέτου από άκρο σε άκρο είναι από τον τύποι του Little: E T = E(n) γ = 9 (4 10 7 ) sec Η μέση καθυστέρηση τυχαίου πακέτου από το κόμβο Α στο κόμβο C δίνεται από: E T A,C = p E T A,B + E T B,C + 1 p E T A,D + E T D,C = p{1 μ 1 λ 1 + 1 μ 3 λ 3 } + 1 p { 1 μ 8 λ 8 + 1 (μ 6 λ 6 )} = 4 10 7 sec

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2: ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ (1/3) Θεωρείστε υπολογιστικό σύστημα που εξυπηρετεί κατά μέσο όρο γ εντολές/sec που υποβάλλονται σαν διαδικασία Poisson. Το σύστημα αποτελείται από μια CPU που εξυπηρετεί την εντολή επιμερισμένη σε τμήματα (quanta ή time-slices) και υποσύστημα I/O (δύο δίσκοι) που εξυπηρετεί επαναλαμβανόμενες ενδιάμεσες κλήσεις σχετικές με την εντολή (π.χ. για ανταλλαγή δεδομένων και αναζήτηση υποπρογραμμάτων), ενώ μεσολαβεί για την τελική έξοδο - απάντηση 8

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2: ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ (2/3) Κάθε εντολή εξυπηρετείται από την CPU του συστήματος, επιμερισμένη σε N CPU τμήματα (quanta ή time-slices) την εξυπηρέτηση των οποίων ακολουθεί κλήση I/O (ενδιάμεση ή τελική). Το υποσύστημα εξυπηρέτησης CPU αναπαρίσταται σαν ουρά αναμονής Q 1 με εκθετική εξυπηρέτηση ρυθμού μ 1 quanta/sec Η τυχαία μεταβλητή N CPU έχει μέσο όρο E N CPU quanta και αναπαρίσταται σαν ανάδραση στο υποσύστημα CPU με τυχαία πιθανότητα p 1,1 2 3 E N CPU = 1 p 1,1 + 2p 1,1 1 p 1,1 + 3p 1,1 1 p 1,1 + 4p 1,1 1 p 1,1 + = 1 (1 p 1,1 ) ή p 1,1 = E N CPU 1 E N CPU Την επεξεργασία των τμημάτων N CPU μιας εντολής ακολουθεί κλήση I/O. Το υποσύστημα I/O αποτελείται από δύο συστήματα εξυπηρέτησης τα οποία αναπαρίστανται σαν ουρές αναμονής Q 2 και Q 3 με εκθετική εξυπηρέτηση ρυθμών μ 2 και μ 3 κλήσεις/sec. Η επιλογή Q 2 ή Q 3 γίνεται τυχαία με πιθανότητες p 1,2 και p 1,3 αντίστοιχα, p 1,1 + p 1,2 + p 1,3 = 1 Θεωρούμε πως κάθε εντολή παράγει κατά μέσο όρο E N I/O κλήσεις οι οποίες είτε επανέρχονται στο υποσύστημα CPU με πιθανότητες p 2,1 = p 3,1 ή ολοκληρώνεται με πιθανότητα 1 p 2,1 = 1 p 3,1 p 2,1 = p 3,1 = E N I/O 1 E N I/O Με E N CPU = 5 quanta, μ 1 = 10 quanta/sec, E N I/O = 3 κλήσεις, μ 2 = 5 κλήσεις/sec, μ 3 = 3 κλήσεις/sec και αριθμό κλήσεων προς το Q 2 διπλάσιων κατά μέσο όρο από το Q 3, ζητείται ο μέγιστος ρυθμός γ max εντολών/sec που οδηγεί το σύστημα σε κορεσμό. Για γ = γ max 2 υπολογίστε τον μέσο χρόνο εξυπηρέτησης μιας τυχαίας εντολής

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2: ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ (3/3) Με τις παραδοχές του Θεωρήματος Jackson έχω το ανοικτό δίκτυο ανεξαρτήτων ουρών //1 Q 1, Q 2, Q 3 με μέσους ρυθμούς εισόδου: λ 1 = γ + p 1,1 λ 1 + p 2,1 λ 2 + λ 3, λ 2 = p 1,2 λ 1, λ 3 = p 1,3 λ 1 Για τα p 1,1, p 2,1 και p 3,1 ισχύουν p 1,1 = E N CPU 1 E N CPU και p 2,1 = p 3,1 = E N I/O 1 E N I/O, άρα p 1,1 = 4 5, p 2,1 = p 3,1 = 2 3, p 1,1 + p 1,2 + p 1,3 = 1 και p 1,2 = 2p 1,3 άρα p 1,3 = 1 15, p 1,2 = 2 15 λ 2 = 2λ 1 15, λ 3 = λ 1 15, λ 1 = γ + 4λ 1 5 + 2λ 1 (3 5) άρα λ 1 = 15γ, λ 2 = 2γ, λ 3 = γ Για ρυθμούς εξυπηρέτησης μ i (πελάτες/sec) η χρησιμοποίηση ρ i = λ i μ i < 1 Erlang είναι: ρ 1 = (15 10)γ, ρ 2 = (2 5)γ, ρ 3 = 0.5γ Το στοιχείο συμφόρησης που οδηγεί το σύστημα σε κορεσμό είναι το Q 1 για ρ 1 = 1.5γ max = 1 και άρα: γ max = 2 3 εντολές/sec Για γ = γ max 2 = 1 3 εντολές/sec έχουμε: ρ 1 = 1 2 Erlang, ρ 2 = 1 2 Erlang, ρ 3 = 1 2 Erlang και E n i = ρ i (1 ρ i ) E n 1 = 1, E n 2 = 4 26, E n 3 = 5 25 E n = E n 1 + E n 2 + E n 3 = 1.35 εντολές Μέση Απόκριση / Εντολή (Average Response Time) από τον τύπο του Little: E T = E(n) γ = 4.05 sec