Avaliação de Desempenho Planejamento de Experimentos 2 Aula 3 Marcos José Santana Regina Helena Carlucci Santana Universidade de São Paulo Instituto de.

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1 Avaliação de Desempenho Planejamento de Experimentos 2 Aula 3 Marcos José Santana Regina Helena Carlucci Santana Universidade de São Paulo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação Departamento de Sistemas de Computação

2 Etapas a serem consideradas 1. Estudar o sistema e definir os objetivos 2. Determinar os serviços oferecidos pelo sistema 3. Selecionar métricas de avaliação 4. Determinar os parâmetros que afetam o desempenho do sistema 5. Determinar o nível de detalhamento da análise 6. Determinar a Técnica de Avaliação apropriada 7. Determinar a carga de trabalho característica 8. Realizar a avaliação e obter os resultados 9. Analisar e interpretar os resultados 10. Apresentar os resultados Planejamento de Experimento Análise dos Resultados Técnica de Avaliação Lembrando.....

3 Conteúdo 1.Planejamento de Experimentos –Motivação –Introdução à Avaliação de Desempenho –Etapas de um Experimento –Planejamento do Experimento Conceitos Básicos Carga de trabalho Modelos para Planejamento de ExperimentoModelos para Planejamento de Experimento 2.Análise de Resultados 3.Técnicas para Avaliação de Desempenho

4 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples Planejamento Fatorial completo Planejamento Fatorial parcial

5 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples –Iniciar com uma configuração inicial –Fixar todos os fatores e variar um fator por vez –Verificar que fator afeta o desempenho –Fácil de ser implementado –Não permite verificar a relação entre os fatores –Estatisticamente não eficiente

6 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples –Para um experimento com K fatores e n i níveis no fator i, tem-se: –Exemplo do servidor de arquivos

7 Fator 1 Microprocessador a ser utilizado 3 níveis: Pentium IV; Athlon XP; Pentium IV com Hyper Thread Fator 2 Quantidade de Memória 4 níveis: 512 M bytes; 1 G bytes; 2G bytes; 4G bytes Fator 3 Quantidade de Cache 3 níveis: 256 K bytes; 512 K bytes; 1 M bytes Fator 4 Número de Discos : 3 níveis: Dois; Três; Quatro Planejamento de Experimentos Exemplo do Servidor de arquivos – 4 fatores n= 1+(3-1)+(4-1)+(3-1)+(3-1) = 10

8 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples –Não recomendado –Muito utilizado

9 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples - Não recomendado – Porque? –Ex. Aquário

10 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples - Não recomendado – Porque? –Fatores: 1.Número de garrafas de cerveja: 10, 100, 1000 2.Espessura do vidro: 2mm, 5mm, 10mm 3.Quantidade de gelo: 0,5 kg, 1Kg, 10Kg –Variável de Resposta: Tempo necessário para diminuir a temperatura de cerveja em 30 graus

11 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples - Não recomendado – –1o. Experimento, fixo: Esp = 5mm; no. Garrafas = 10 gelo = 0,5 Kg -> Saída = 2 minutos gelo = 1 Kg -> Saída = 2 minutos gelo = 10Kg -> Saída = 2minutos – Mas.... 2o. Experimento, fixo: Esp = 5mm; no. Garrafas = 100 gelo = 0,5 Kg -> Saída = 30 minutos gelo = 1 Kg -> Saída = 20 minutos gelo = 10 Kg -> Saída = 20 minutos

12 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Simples - Não recomendado – Porque? –3o. Experimento, fixo: Esp = 5mm; no. Garrafas = 1000 gelo = 0,5 Kg -> Saída = XX minutos gelo = 1 Kg -> Saída = 3horas Gelo = 10Kg -> Saída = 1 hora

13 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Totalmente Fatorial –Utiliza todas as combinações considerando todos os fatores e todos os níveis –Para um experimento com K fatores e n i níveis no fator i, tem-se: –Para o exemplo da estação de trabalho tem-se: n = 3 (CPU)*4(memória)*3(cache)*3(no. discos) n= 108

14 Tipos de Planejamento de Experimentos Planejamento Totalmente Fatorial Vantagens Todos os fatores são avaliados Pode-se determinar o efeito de qualquer fator Interações entre fatores podem ser verificadas Desvantagens Grande número de experimentos Alto custo para avaliação

15 Planejamento Totalmente Fatorial Formas para minimizar custos 1. Reduzir o número de níveis de cada fator Altamente recomendada Selecionar dois níveis para cada fator a ser analisado – número de experimentos reduzido para 2 k Analisar os resultados e selecionar os fatores primários Analisar os fatores primários para um número maior de níveis

16 Planejamento Totalmente Fatorial Formas para minimizar custos 2. Reduzir o número de fatores Deve ser implementada com cuidado. Por exemplo, utilizando forma 1. Se não for utilizada uma metodologia adequada podem estar sendo desconsiderados fatores com grande influência para as variáveis de resposta

17 Planejamento Totalmente Fatorial Formas para minimizar custos 3. Utilização do método do Fatorial Parcial Parte dos experimentos são excluídos Podem ser eliminadas comparações em que se sabe, a interação não existe ou é insignificante Por exemplo, no servidor de arquivos tem-se 108 experimentos. Pode-se dizer que o número de discos não tem relacionamento com a quantidade de cache Mais rápido Obtém-se menos informações

18 Método Fatorial Pelo método fatorial pode-se ter k fatores com n i níveis para cada fator i Para valores elevados de K e n i o custo da avaliação pode tornar-se inviável, principalmente lembrando-se que diversas execuções de cada experimento devem ser consideradas. Forma recomendada: Selecionar poucos fatores e 2 níveis por fator. Para entender a abordagem utilizada para a análise inicia-se com 2 fatores contendo 2 níveis em cada um - 2 2

19 Projeto Fatorial 2 2 Análise através do modelo de regressão Considere um problema analisando dois fatores (A e B) Quatro experimentos são efetuados obtendo-se os valores y 1, y 2, y 3, y 4 Os quatro experimentos consideram a seguinte seqüência ExperimentoABy 1 y1y1 21 y2y2 3 1y3y3 411y4y4

20 Projeto Fatorial 2 2 Modelo para projeto 2 2 é dado por: y = q 0 + q A x A + q B x B + q AB x AB Substituindo-se as quatro observações no modelo, obtêm-se os valores de q 0, q A, q B, q AB q 0 = ¼ *(y 1 + y 2 + y 3 + y 4 ) q A = ¼ *(-y 1 + y 2 - y 3 + y 4 ) q B = ¼ *(-y 1 - y 2 + y 3 + y 4 ) q AB = ¼ *(y 1 - y 2 - y 3 + y 4 )

21 Projeto Fatorial 2 2 A partir dos valores de q 0, q A, q B, q AB pode-se determinar a soma dos quadrados A soma dos quadrados dará a variação total das variáveis de resposta e as variações devido a influência do fator A, do fator B e da interação entre A e B Soma dos Quadrados Total – ou

22 Projeto Fatorial 2 2 Soma dos Quadrados devido a influência do Fator A Soma dos Quadrados devido a influência do Fator B Soma dos Quadrados devido a interação entre os Fatores A e B Influência do Fator A = SSA / SST Influência do Fator B = SSB / SST Influência da interação entre os Fatores A e B = SSAB/SST

23 Projeto Fatorial 2 2 Interpretações possíveis a partir desses resultados: –Média da variável de resposta – q 0 –Qual a variação da variável de resposta devido ao fator A –Qual a variação da variável de resposta devido ao fator B –Qual a variação devido a interação entre os fatores A e B –De que fator a variável de resposta é mais dependente? –Algum dos fatores observados pode ser desprezado? –A interação entre os fatores observados é considerável?

24 Projeto Fatorial 2 2 Exemplo: Avaliação de duas redes de comunicação em uma máquina paralela com: 16 processadores Escalonamento aleatório Não existe problema de acesso a memória – interleaving de memória infinito Redes utilizam Chaveamento de circuito – conexão é estabelecida da fonte ao destino e pacotes são enviados (ex. telefone) Requisições não atendidas são bloqueadas

25 Fatores Considerados Duas formas de acesso a memória – Fator B Aleatório – probabilidade uniforme de referenciar cada posição de memória – Nível = -1 Matriz – simula uma multiplicação de matrizes – Nível = 1 Duas Redes de Interconexão – Fator A Omega – Nível = 1 Crossbar – Nível = -1

26 Tipos de Redes de Interconexão Consideradas

27 Resultados Obtidos Variáveis de Resposta –Throughput - T –Ciclos para transmissão - N –Tempo de Resposta – R FatoresVariáveis de Resposta A (rede)B(Acesso)TNR -1(C)-1(A)0,604131,655 1(O)-1 (A)0,792221,262 -1(C)1(M)0,422052,378 1(O)1 (M)0,471742,190

28 FatoresVariáveis de Resposta IA (rede)B(Acesso)ABTNR 1-1(C)-1(A)10,604131,655 11(O)-1 (A)0,792221,262 1-1(C)1(M)0,422052,378 11(O)1 (M)10,471742,190 ParâmetroMédia EstimadaVariação % TNRTNR q0q0 0,57253,51,871 qAqA 0,0595-0,5-0,14517,22010,9 qBqB -0,12571,00,41377,08087,8 q AB -0,034600,0515,801,3 SSA/SST=0.0595 2 /(0,0595 2 +0,1257 2 +0,0346 2 )

29 ParâmetroMédia EstimadaVariação % TNRTNR q0q0 0,57253,51,871 qAqA 0,0595-0,5-0,14517,22010,9 qBqB -0,12571,00,41377,08087,8 q AB -0,034600,0515,801,3 Média das variáveis de Resposta – q 0 Influência de cada fator Fator com maior influência Grau de interação entre os fatores

30 Projeto Fatorial 2 k Utilizado para avaliar experimentos com k fatores com 2 níveis cada Análise similar ao 2 2 Para k = 3........

31 Mais Um Exemplo... Avaliação de Desempenho do Gerenciador de Banco de Dados MySQL Trabalho desenvolvido por alunos do Curso de Bach em Ciências da Computação

32 Avaliação do MySQL Objetivo: verificar como o número de usuários executando comandos em paralelo e o tamanho do banco de dados influenciam no desempenho do sistema 2 Fatores: –Tamanho do Banco: 50.000, 100.000, 200.000 –Quantidade de usuários: 5, 10, 20 e 50 AMD Athlon 64 com 512 MBs de RAM

33 Avaliação do MySQL Procedimento Utilizado: –Configuração do servidor MySQL –Criação de um Banco de Dados –Programa para inserir nomes na tabela –Programa que realiza n consultas no banco –Programa que ativa k vezes a consulta

34 Avaliação do MySQL Variável de Saída – tempo para executar um conjunto de consultas dividido por n Para 5, 10 e 20 usuários – n = 20 Para 50 usuários – n = 5 Tem-se k usuários realizando consultas no banco de dados em paralelo

35 Avaliação do MySQL Alguns Resultados....

36 Avaliação do MySQL Alguns Resultados....

37 Avaliação do MySQL Alguns Resultados....

38 Avaliação do MySQL Alguns Resultados....

39 Avaliação do MySQL Alguns Resultados....

40 Avaliação do MySQL Alguns Resultados....

41 Planejamento de Experimento Planejamento de Experimentos designa toda uma área de estudos da Estatística que desenvolve técnicas de planejamento e análise de experimentos. Existe um grande número de técnicas, com vários níveis de sofisticação e uma grande quantidade de ferramentas visando oferecer as condições necessárias para o planejamento de experimentos. Essas técnicas cobrem todas as possibilidades, diversos fatores, diferentes quantidades de níveis, tratamento de replicações, etc. Importância dentro de Avaliação de Desempenho – saber como utilizar as técnicas/ferramentas e saber analisar os resultados

42 Erros Comuns em Experimentos Uso de apenas um fator por vez – essa opção simplifica a experimentação mas não permite verificar interações Execução de muitos experimentos – em um primeiro passo poucos fatores/níveis devem ser considerados. Com as conclusões iniciais, pode-se considerar outros fatores/níveis

43 Conteúdo 1.Planejamento de Experimentos –Motivação –Introdução à Avaliação de Desempenho –Etapas de um Experimento –Planejamento do Experimento Conceitos Básicos Carga de trabalho Modelos para Planejamento de Experimento 2.Análise de Resultados 3.Técnicas para Avaliação de Desempenho