Analyse de performance et simulation

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Analyse de performance et simulation

Mohsine Eleuldj

Département Génie Informatique, EMI

[email protected]

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Analyse de performance et simulations, M. Eleuldj, Département Génie Informatique, EMI, septembre 2014 2

Analyse de performance et simulation

Objectif

Introduction au critères de performance des systèmes Développement de simulateurs

Contenu

Conception des ordinateurs et performance Performance d’un système réparti

Fiabilité et tolérance aux pannes Simulation

Evaluation des connaissances

Contrôle (60%) à livre ouvert le 15 janvier 2015 Exposé (40%)

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Présentation des exposés

Nom Prénom Sujet date

ADDI Said

Fiabilité et performance des logiciels 25/12/14 AIT BENHA Anass

ALTIT Mustapha

Performance des systèmes d’exploitation 25/12/14

AZIZI Yasser

FARAJI Zineb

Performance des SGBD 25/12/14

HACHAMI Amal

HAMADA Naoufal

Performance des compilateurs 8/1/15 ISMAILI Khalid

KEBBOUA Hamza

Performance des réseaux informatiques 8/1/15 MOUSSAOUI El Mehdi

SAIH Rabia

Performance du Cloud Computing 8/1/15

SALHI Hamza

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Exposé et documents à remettre

Exposé :

20 pages en 20 minutes Simulation :

simulateur du sujet exposé Document sur support papier :

rapport d’une vingtaine de pages incluant le programme Documents sur support électronique :

rapport + présentation

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Chapitre I

Conception des ordinateurs et performance

1 Définition de la performance

2 Principes quantitatifs des la conception des ordinateurs 3 Rôle d’un concepteur d’ordinateurs

4 Critères de performance

5 Coût

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Définition de la performance

Performance = 1/T où T est le temps d’exécution Point de vue de l’utilisateur

exécution d’un programme en moins de temps (temps de réponse) Point de vue de l’administrateur

exécution de plus de programmes en une heure (débit de sortie) Quelques techniques d’augmentation du débit de sortie

temps partagé d’une ressource (processeur, DMA,…)

pipeline (Assemblage à la chaîne dans les usines Ford à partir de 1908) hiérarchie de la mémoire (Cache L1, L2, L3, RAM, Disque, …)

etc

….

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Temps partagé d’une ressource

Ui : Utilisateur i

A : Allocation en continu B : Allocation à temps partagé t1 : fin de U3 t2 : fin de U2 et U3

B A

U1 U2 U3

U1 U2 U3 U1 U2 U1 U1 U1

temps

t1 t2

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Technique du pipeline

E1 : exécution sans pipeline E2 : exécution avec pipeline Ci : Calcul du processus i E/Si : E/S du processus i

t1 : fin de E1 t2 : fin de E2

E/S C

C1

E/S1 E/S2 E/S3

temps t2

E1

C1 E/S1 C2 E/S2 C3 E/S3

temps t1

E2 C2 C3

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Technique de la mémoire virtuelle

La boucle du programme représente 5% des instructions et s’exécute 99,99%

du temps. Elle sera chargée dans la mémoire cache qui est très rapide.

RAM Cache

Processeur ¹

Boucle 1 million de fois 1200

2000 1300

Programme chargé en mémoire Mémoire virtuelle

Adresse

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Principes quantitatifs

de la conception des ordinateurs (1/2)

• Faire que les cas les plus fréquents soient les plus rapides (budget limité) Exemple : 95% d’additions et 5% de multiplications

 amélioration de l’additionneur

• Loi d’Amdhal : gain obtenu après une amélioration Accélération = Pa/Ps = Ts/Ta

où Pa et Ta : performance et temps avec l’amélioration Ps et Ts : performance et temps sans amélioration

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Principes quantitatifs

de la conception des ordinateurs (2/2)

• Localité des références : les programmes ont tendance à réutiliser les références et les données utilisées récemment

• Statistiques : 90% du temps du processeur est dépensé dans 10% des instructions d’un programme

• Types de localités de référence :

• temporelle : éléments accédés récemment

• spatiale : éléments d’adresses proches

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Exercice 1

Exercice 1: Trouver l’accélération sachant que le dispositif d’amélioration est 10 fois plus rapide que la machine originale et ne peut être utilisé que 40% du temps.

Exercice 2 : Soit un système composé d’un processeur et d’une unité d’E/S et ayant un coût C et une performance P. Considérons une amélioration telle que:

• Le processeur est 5 fois plus rapide pour 5 fois son prix

• Le processeur est utilisé 50% du temps

• Les E/S sont utilisées pendant 50% du temps

• Le coût du processeur est le 1/3 de la machine

a) Calculer le coût C’ et la performance P’ après l’amélioration.

b) Déduire le rapport coût/performance après l’amélioration.

c) Est ce que cette amélioration réduit-elle le rapport coût/performance ?

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Loi empérique de Moore

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Rôle d’un concepteur d’ordinateurs (1/2)

• Objectifs : Réduction du rapport coût/performance

• Unités et leur organisation

• Jeu d’instructions (langage machine)

• Réalisation (circuit intégrés, boitier, refroidissement,…)

• Système d’exploitation

• compilateur

• Fonctionnalités nécessaires

• Spécification

• Performance

• Coût

• Compatibilité

• Fiabilité

• Tolérance aux pannes

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Rôle d’un concepteur d’ordinateurs (2/2)

• Equilibre entre le matériel et le logiciel

• Matériel : performance en augmentation et coût en réduction

• Logiciel : conception aisée et mise à jour plus simple

• Concevoir pour durer

• évolution technologique : matériel et logiciel

• taille des programmes augmente de 1,5 à 2 fois tous les ans

• une conception simple sera finalisée plus rapidement et profitera plus rapidement des progrès technologiques

• Questions (projection dan le futur) :

• Quelle capacité mémoire pour une vitesse du processeur donnée ?

• Combien d’E/S sont nécessaires ?

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Critères de performance

• Analogie avec les voitures : vitesse maximale, freinage, consommation (l/km), accélération (temps de passage de 0 à 100 km/h), prix,…

• Dans un ordinateur, le temps de réponse de réponse est composé de :

• Calcul du processeur

• Accès à la mémoire

• Accès au disque

• E/S (Transfert de ou vers les équipements périphériques)

• Système d’exploitation

• Attente d’une E/S (multiprogrammation)

• Attente d’autres exécutions (temps partagé)

• Etc

• Exemple : sous Unix la commande time retourne trois composantes : utilisateur + système + temps total

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Performance du processeur

• Dans un processeur, les événements sont synchronisés  horloge

Exemple : fréquence = 2,5 GHz  Cycle d’horloge = 1/fréquence = 0,4 ns

• temps processeur = n * cycle = n / fréquence

où n : nombre de cycles d’horloges du programme

CPI = nombre de cycles pour un programme / nombre d’instructions est appelé le nombre moyen de cycles par instruction

 temps processeur = nombre d’instructions * CPI * temps du cycle

• MIPS = nombre d’instructions / (temps d’exécution * 10⁶)

MFLOPS = nombre d’opérations en point flottants/(temps d’exécution * 10⁶) GFLOPS (giga=10⁹), TFLOPS (tera=10¹²) et PFLOPS (peta=10¹⁵)

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Architectures parallèles, M. Eleuldj, Département Génie Informatique, EMI, septembre 2014 18

Classement des superordinateurs (nov. 2014)

Référence : http://www.top500.org/lists/2014/11/

Rang Site Système Cores PFlops

1 National Super Computer Center in Guangzhou, China

Tianhe-2

NUDT 3 120 000 33,86

2 DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory, United States

Titan - Cray XK7

Cray Inc. 560 640 17,59

3 DOE/NNSA/LLNL United States

Sequoia

IBM 1 572 864 17,17

4 RIKEN Advanced Institute for Computational Science, Japan

K computer

Fujitsu 705 024 10,51

5 DOE/SC/Argonne National Laboratory, United States

Mira - BlueGene/Q,

IBM 786 432 8,58

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Programmes d’évaluation

• Programme réel : compilateur, traitement de texte, CAO,…

• Noyau : partie clef d’un programme réel

• Programme de test de performance (jouet)

10 à 100 lignes de code et produit un résultat connu d’avance par l’utilisateur

• Programme synthétique (benchmark)

noyaux étendus qui correspondent aux fréquences moyennes des opérations et opérandes d’un grand nombre de programmes

Exemples : Whestone, Dhrystone,…

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Fabrication des circuits intégrés

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Intel Core i7-3770K

Caractéristiques : fréquence = 3,4 GHz, technologie de fabrication = 22 nm et

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Coût

• Coût d’un circuit intégré =

(coût de fabrication + coût du test + coût de l’encapsulation) / rendement

• Coût de fabrication =

coût de la tranche/(circuit par tranche * rendement de circuit) En pratique le rendement de circuit  22,5%

• En 1990 le coût de

• Test des circuits  17$

• Encapsulation  0,25$

• Coût et prix : une modification du coût de 1000$ peut implique un changement du prix de 4000$.