ارزیابی کارایی کامپیوترها

Computer Performance Evaluation

شماره درس: ۴۰۸۲۴ تعداد واحد: ۳
مقطع: کارشناسی ارشد نوع درس: نظری
پیش‌نیاز: – هم‌نیاز: –

اهداف درس

هدف این درس معرفی مفاهیم و روش‌های مطرح به کار گرفته شده در ارزیابی کارایی و اتکاپذیری1) سیستم‌های کامپیوتری و ارتباطی2) است. این مفاهیم و روش‌ها شامل تبیین اندازه‌ها و معیارها3) و روش‌های مختلف ارزیابی اعم از روش‌های اندازه‌گیری4)، مدل‌سازی تحلیلی5)، شبیه‌سازی کامپیوتری6) و روش‌های ترکیبی تحلیلی-شبیه‌سازی7) می‌باشد. کاربردهای ارزیابی کارایی و اتکا پذیری بسیارند که از آن جمله می‌توان به اعتبارسنجی سیستم8)، مقایسه انواع مختلف طراحی‌های یک سیستم، مقایسه دو و یا چند سیستم مرتبط، تعیین مقادیر بهینه پارامترهای یک سیستم9)، تعیین گلوگاه‌های یک سیستم10)، تبیین بار کاری اعمال شده در روی یک سیستم11)، تعیین تعداد و بزرگی مؤلفه‌های موجود در یک سیستم12) و پیش‌بینی کارایی و بار کاری در آینده13) اشاره کرد.

ریز مواد

  1. اندازه‌ها(measures) و روش‌های ارزیابی (evaluation techniques) (۱ جلسه)
    • معیارهای ارزیابی، روش‌های ارزیابی شامل روش‌های اندازه‌گیری، شبیه‌سازی کامپیوتری، روش‌های تحلیلی و ترکیبی، کاربردهای ارزیابی، تبیین بار کاری، محک‌زنی سیستم‌های کامپیوتری (benchmarking).
  2. روش‌های اندازه‌گیری (measurement techniques) (۱ جلسه)
    • رده‌بندی روش‌های اندازه‌گیری، بازرسی (monitoring) سخت‌افزاری، بازرسی نرم‌افزاری، بازرسی ترکیبی.
  3. طراحی تجربی و تحلیل داده‌ها (۴ جلسه)
    • روش‌های شبیه‌سازی، اصول تحلیل داده‌ها، تحلیل آماری، تحلیل بازگشتی (regression analysis) .
  4. مبانی مدل‌های صف (۴ جلسه)
    • ساختار و پارامترهای کارایی، مدل‌های باز و بسته، تحلیل رفتاری مدل‌های صف، تعاریف رفتاری اندازه‌های کارایی، جریان‌های اجباری و نسبت‌های ملاقات، خواص توزیع طول صف، قضیه لیتل، مقایسه تحلیل رفتاری و تصادفی، رده‌ها و زنجیره‌ها، ایستگاه‌های وابسته به بار، تحلیل شبکه‌های صف چند رده، تعیین رده‌ها و زنجیره‌ها، تحلیل رفتاری شبکه‌های صف چند زنجیره.
  5. تحلیل تصادفی مقدماتی (۹ جلسه)
    • فرایندهای تصادفی، رده‌بندی فرایندهای تصادفی، فرایندهای مارکوف، فرایندهای مستقل، زنجیره‌های مارکوف، رفتار دراز مدت زنجیره‌های مارکوف، توزیع حدّی و ایستا، رده‌بندی حالات و مفهوم اِرگودیک بودن (ergodicity) ، تحلیل زنجیره‌های کاهش ناپذیر (irreducible) ، مفهوم اِرگودیک بودن فرایندهای تصادفی عام، فرایندهای تولد و مرگ، تحلیل حالت پایداری مدل‌های M/M/، صف ساده M/M/1/SI/∞/∞، صف M/M/c/SI/∞/∞، صف ساده M/G/∞/SI/∞/∞، صف ساده M/M/c/SI/K/∞ ، سیستم‌های با جمعیت محدود، فرایند خروج در صف‌های M/M/c، توزیعات زمان پاسخ، سیستم‌های گروهی (batch) و روش مراحل (method of stages) ، تحلیل سیستم‌های گروهی، سرویس مرحله‌ای با زمان‌بندی FCFS، سرویس مرحله‌ای با زمان‌بندی PS.
  6. مدل‌سازی کارایی مبتنی بر شبکه‌های پتری (Petri nets) (۱ جلسه)
    • شبکه‌های پتری کلاسیک، شبکه‌های پتری زمانی، شبکه‌های پتری تصادفی (stochastic Petri nets) ، شبکه‌های پتری تصادفی تعمیم‌یافته، شبکه‌های فعالیت تصادفی (stochastic activity networks) .
  7. مدل‌های شبکه‌های صف ضرب‌پذیر (product-form queueing networks) (۴ جلسه)
    • تبیین راه حل ضرب‌پذیر، توازن محلی و راه حل ضرب‌پذیر، فرایندهای مارکوف برگشت‌پذیر (reversible) ، سیستم‌های صف شبه برگشت‌پذیر (quasi-reversible) ، مدل‌های شبکه صف باز، شرایط پایداری، شبکه‌های ضرب‌پذیر تک زنجیره‌ای، شبکه‌های ضرب‌پذیر چند زنجیره‌ای، مدل‌های شبکه صف بسته، شبکه‌های تک زنجیره‌ای، الگوریتم‌های brute-force، شبکه‌های چند زنجیره‌ای، شبکه‌های صف چند رده‌ای (multiclass) ، الگوریتم‌های مختلف برای شبکه‌های بسته، الگوریتم‌های دقیق، الگوریتم‌های تقریبی، کران‌های کارایی، شرایط حل ضرب‌پذیر.

ارزیابی

  • آزمون: آزمون‌های میان‌نیم‌سال و پایان‌نیم‌سال (۶۵ درصد نمره)
  • تمرین: انجام دو یا سه برنامه شبیه‌سازی کامپیوتری (۲۰ درصد نمره)
  • ارائه: گردآوری یک یا دو مقاله تحقیقی و ارائه شفاهی آن‌ها (۱۵ درصد نمره)

مراجع

  1. K. Kant. Introduction to Computer System Performance Evaluation. McGraw-Hill, 1992.
  2. M. Harchol-Batler. Performance Modeling and Design of Computer Systems. Cambridge University Press, 2013.
  3. B.R. Haverkort. Performance of Computer Communication Systems: A Model-Based Approach. Wiley, 2001.
  4. E.D. Lazowska, J. Zahorjan, G.S. Graham, and K.S. Sevcik. Quantitative System Performance. Prentice-Hall, 1984.
  5. F. Nain. Basic Elements of Queueing Theory. Lecture Notes, 1998.
  6. R. Jain. The Art of Computer System Performance Analysis. Wiley, 1991.
  7. J. Banks, J.S. Carson, B.L. Nelson, and D.M. Nicol. Discrete-Event Simulation. 5th edition, Prentice-Hall, 2009.
  8. G. Bolch, S. Greiner, H. de Meer, and K. Trivedi. Queueing Networks and Markov Chains. 2nd edition, Wiley, 2006.
  9. D.W. Stroock. An Introduction to Markov Processes. Springer-Verlag, 2005.
1)
performance and dependability evaluation
2)
computer and communication systems
3)
measures
4)
measurement
5)
analytic modeling
6)
computer simulation
7)
analytic-simulative
8)
system validation
9)
system tuning
10)
bottleneck identification
11)
workload characterization
12)
capacity planning
13)
forecasting