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Analyse de performance et simulations, M. Eleuldj, Département Génie Informatique, EMI, septembre 2014 1

Analyse de performance et simulation

Mohsine EleuldjDépartement Génie Informatique, EMI

[email protected]


Analyse de performance et simulation

Objectif Introduction au critères de performance des systèmesDéveloppement de simulateurs

ContenuConception des ordinateurs et performancePerformance d’un système répartiFiabilité et tolérance aux pannesSimulation

Evaluation des connaissancesContrôle (60%) à livre ouvert le 15 janvier 2015Exposé (40%)


Présentation des exposés

Nom Prénom Sujet dateADDI Said

Fiabilité et performance des logiciels 25/12/14AIT BENHA AnassALTIT Mustapha

Performance des systèmes d’exploitation 25/12/14AZIZI YasserFARAJI Zineb

Performance des SGBD 25/12/14HACHAMI AmalHAMADA Naoufal

Performance des compilateurs 8/1/15ISMAILI KhalidKEBBOUA Hamza

Performance des réseaux informatiques 8/1/15MOUSSAOUI El MehdiSAIH Rabia

Performance du Cloud Computing 8/1/15SALHI HamzaZELOUANI Hajar


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


Chapitre IConception des ordinateurs et performance

1 Définition de la performance2 Principes quantitatifs des la conception des ordinateurs3 Rôle d’un concepteur d’ordinateurs4 Critères de performance5 Coût


Définition de la performance

Performance = 1/T où T est le temps d’exécution

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

Point de vue de l’administrateurexécution de plus de programmes en une heure (débit de sortie)

Quelques techniques d’augmentation du débit de sortietemps 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….


Temps partagé d’une ressource

Ui : Utilisateur iA : Allocation en continu B : Allocation à temps partagét1 : fin de U3 t2 : fin de U2 et U3

B

AU1 U2 U3

U1 U2 U3 U1 U2 U1 U1 U1

tempst1 t2


Technique du pipeline

E1 : exécution sans pipeline E2 : exécution avec pipelineCi : Calcul du processus i E/Si : E/S du processus it1 : fin de E1 t2 : fin de E2

E/S

CC1

E/S1 E/S2 E/S3

tempst2

E1C1 E/S1 C2 E/S2 C3 E/S3

tempst1

E2 C2 C3


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

Processeur1

Boucle1 million de fois

1200

2000

1300

Programme chargé en mémoireMémoire virtuelle

Adresse


Principes quantitatifsde 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 améliorationAccélération = Pa/Ps = Ts/Ta

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


Principes quantitatifsde 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


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 ?


Loi empérique de Moore


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


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 ?


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


Performance du processeur

• Dans un processeur, les événements sont synchronisés horlogeExemple : fréquence = 2,5 GHz Cycle d’horloge = 1/fréquence = 0,4 ns

• temps processeur = n * cycle = n / fréquenceoù n : nombre de cycles d’horloges du programme

CPI = nombre de cycles pour un programme / nombre d’instructionsest 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)

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/LLNLUnited States

SequoiaIBM 1 572 864 17,17

4 RIKEN Advanced Institute for Computational Science, Japan

K computerFujitsu 705 024 10,51

5 DOE/SC/Argonne National Laboratory, United States

Mira - BlueGene/Q, IBM 786 432 8,58


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 programmesExemples : Whestone, Dhrystone,…


Fabrication des circuits intégrés

Architectures parallèles, M. Eleuldj, Département Génie Informatique, EMI, septembre 2014 21

Intel Core i7-3770K

Caractéristiques : fréquence = 3,4 GHz, technologie de fabrication = 22 nm et nombre de transistors = 1,4.


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$.

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