DE19802364A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Prozessen auf einem Computersystem - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Prozessen auf einem Computersystem

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computersystem und ein Verfahren zur Steuerung von Prozessen auf einem Computersy­ stem, welches zur parallelen Ausführung von mehreren Prozessen ausgebildet ist.
Bei einem solchen Computersystem tritt häufig das Problem ei­ ner Blockierung einer knappen Ressource auf, wenn die mehreren auf die Ressource zugreifenden Prozesse deren Kapazität er­ schöpfen. Solche Blockierungen führen zu einem instabilen Sy­ stemzustand und können häufig unerwünschte Wiederanlauf- Maßnahmen erforderlich machen.
Zur Lösung dieses Problems ist möglich, die knappe Ressource zu vergrößern. Dasselbe Problem taucht dann jedoch bei einer anderen Ressource des Computersystems auf, die dann knapp ist. Es ist außerdem bekannt, alle auf die Ressource zugreifenden Prozesse konstant zu verzögern. Dies führt jedoch insgesamt zu einer Verzögerung der Prozeßverarbeitung und kann eine Bloc­ kierung der knappen Ressource auch nur bis zu einer bestimmten erhöhten Maximalauslastung verhindern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Computersy­ stem und ein Verfahren zur Steuerung von Prozessen auf dem Computersystem vorzuschlagen, bei dem eine Blockierung der knappen Ressource vermieden werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Computersystem mit einer er­ sten Einrichtung zur Berechnung der Kapazitätsauslastung C der Ressource, einer zweiten Einrichtung zur Bestimmung einer Last-Verantwortlichkeit eines auf die Ressource zugreifenden Prozesses und einer dritten Einrichtung zur Verzögerung der Ausführung des auf die Ressource zugreifenden Prozesses in Ab­ hängigkeit von der Kapazitätsauslastung C, der kritischen Ka­ pazitätsauslastung Ccrit der Ressource und der Last- Verantwortlichkeit LR des Prozesses.
Die Erfindung schlägt weiterhin das in Anspruch 11 definierte Verfahren zur Steuerung von Prozessen auf einem Computersystem vor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Ver­ fahren arbeiten adaptiv, d. h. abhängig vom aktuellen Nut­ zungsgrad der Ressource und der Last-Verantwortlichkeit eines Prozesses, so daß andere Prozesse, die die Ressource nur wenig beanspruchen, unbeeinflußt weiterlaufen können. So kann trotz hoher Auslastung der Ressource sichergestellt werden, daß für die Stabilität des System notwendige Prozesse weiterlaufen. Durch die spezifische Verzögerung jedes individuellen Prozes­ ses in Abhängigkeit von der aktuellen Kapazitätsauslastung, der kritischen Kapazitätsauslastung und der Last­ verantwortlichkeit des jeweiligen Prozesses können vom Benut­ zer des Computersystems gewünschte Randbedingungen implemen­ tiert werden. Beispielsweise ist es möglich, wie oben erwähnt, einzelne Prozesse mit hoher Priorität trotz überkritischer Auslastung nicht oder nur wenig zu verzögern. Die Verzögerung eines Prozesses kann mit der jeweiligen Last-Verantwortlich­ keit des Prozesses zunehmen. Prozesse, deren Last- Verantwortlichkeit unterhalb eines Grenzwertes liegen, können von der Verzögerung völlig unbeeinflußt bleiben. Wenn die Last der knappen Ressource unterhalb einer kritischen Auslastung liegt, können alle Prozesse ohne Verzögerung abgearbeitet wer­ den.
Die Ansprüche 2 bis 10 beschreiben vorteilhafte Weiterbildun­ gen des erfindungsgemäßen Computersystems und die Ansprüche 12 bis 20 solche des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Last-Verantwortlichkeit LR kann definiert werden als die Anzahl der bei der Ausführung eines Prozesses erforderlichen Zugriffe auf die knappe Ressource oder durch die von dem Pro­ zess beanspruchte Kapazität der Ressource oder durch eine Kom­ bination beider.
Die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit der Ressource kann je nach Typ, Aufgabe und Stabilität der Ressource gewählt werden. Vorteilhaft liegt die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit zwi­ schen 20% und 80% der maximalen Kapazität Cmax, insbesondere bei ungefähr 50% der maximalen Kapazität.
Vorzugsweise wird ein Prozess nicht verzögert, dessen Last- Verantwortlichkeit LR unterhalb eines festgelegten Wertes liegt. Dadurch können Prozesse unverzögert weiterlaufen, die nicht oder nur wenig zu der kritischen Last der Ressource bei­ tragen.
Liegt die tatsächliche aktuelle Kapazitätsauslastung C der Ressource unterhalb der kritischen Kapazitätsauslastung Ccrit, werden alle Prozesse unverzögert ausgeführt. So kann das Com­ putersystem mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten, wenn keine kritische Last vorliegt.
Die Verzögerung kann zwischen einer minimalen und einer maxi­ malen Verzögerungszeit variiert werden, wobei Minimal- und Ma­ ximalwert entsprechend den Eigenschaften und Anforderungen an die Ressource gewählt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsge­ mäßen Computersystems und
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung ist.
Im folgenden werden wesentliche Begriffe, die zur Beschreibung der Erfindung benötigt werden, definiert:
Computersystem
Mit Computersystem ist jedes Gerät zur elektronischen Daten­ verarbeitung gemeint, unabhängig davon, ob es sich um einen Vielzweck-Computer zur Ausführung von Anwendungsprogrammen oder um einen für eine Aufgabe maßgeschneiderten Computer han­ delt. Insbesondere sind auch Computersysteme zur Steuerung von Kommunikationsnetzwerken darunter zu verstehen.
Ressource
Unter Ressource oder Betriebsmittel sind die zur Erledigung eines Auftrages, z. b. einer Informationsübermittlung einsetz­ baren Komponenten (Hardware und Software) des Computersystems zu verstehen, etwa Speicher, Schnittstellen, Datenleitungen.
Prozess
Ein Prozess ist ein Satz von auf eine Ressource des Computer­ systems zugreifenden Instruktionen.
Laufen bei dem erfindungsgemäßen Computersystem mehrere Pro­ zesse P parallel ab, kann es zu einer hohen Belastung durch Zugriffe auf eine knappe Ressource R des Computersystems kom­ men. Eine erste Einrichtung 1 mißt die Kapazitätsauslastung C dieser Ressource R, etwa eines Speichers, wobei beispielsweise die Belegung der Speicherkapazität als Maß für die Auslastung dienen kann. Eine zweite Einrichtung 2 bestimmt für jeden auf die knappe Ressource R zugreifenden Prozess, in Fig. 1 schema­ tisch als P dargestellt, eine Last-Verantwortlichkeit LR, wel­ che ein Maß für die Verantwortlichkeit des Prozesses für die Kapazitätsauslastung C der knappen Ressource R ist. Eine drit­ te Einrichtung 3 verzögert dann die Ausführung des auf die Ressource zugreifenden Prozesses P um eine Zeitdauer in Abhän­ gigkeit von der aktuellen Kapazitätsauslastung C, der kriti­ schen Kapazitätsauslastung Ccrit der Ressource R und der Last- Verantwortlichkeit LR des Prozesses. Hat ein Prozess eine ge­ ringe Last-Verantwortlichkeit, so wird dieser nicht verzögert. Die dritte Einrichtung erzeugt erst dann eine Verzögerung von Prozessen, wenn die tatsächliche Kapazitätsauslastung C ober­ halb der kritischen Kapazitätsauslastung Ccrit liegt. Je nach momentaner Kapazitätsauslastung und Last-Verantwortlichkeit eines Prozesses kann dieser um eine Zeitdauer zwischen einer minimalen Verzögerung Dmin und einer maximalen Verzögerung Dmax verzögert werden.
Fig. 2 zeigt schematisch die von der dritten Einrichtung er­ zeugte Verzögerung eines Prozesses P mit einer Last- Verantwortlichkeit IHR = 0 in Abhängigkeit von der aktuellen Kapazität C der Ressource R. Unterhalb der kritischen Kapazi­ tät Ccrit wird der Prozess nicht verzögert, bei Erreichen die­ ser kritischen Kapazität tritt eine Verzögerung von Dmin ein, die bei zunehmender Kapazitätsauslastung bis auf den Maximal­ wert Dmax zunimmt.
Durch die Verzögerung bestimmter, auf die knappe Ressource zu­ greifender Prozesse unter Last, die besonders zur Auslastung der Ressource beitragen, können die Kapazitätsengpässe besei­ tigt werden und eine Blockierung der Ressource und damit des gesamten Computersystems vermieden werden (ähnlich wie eine Geschwindigkeitsbeschränkung auf einer Autobahn zur Verringe­ rung der Stauwahrscheinlichkeit führen kann) . Die Stabilität des Systems wird dadurch verbessert, und einzelne Prozesse, die nicht oder nicht wesentlich zur Kapazitätsauslastung des Computersystems beitragen, können unverzögert oder nur unwe­ sentlich verzögert weiterarbeiten.
Im folgenden wird ein Versuchsbeispiel der Erfindung unter Be­ zugnahme auf den Anhang erläutert.
Die Verzögerung eines auf die knappe Ressource R, im Versuchs­ fall eines Speichers mit einer Kapazität von 64 kByte, zugrei­ fenden Prozesses war durch die folgende Formel gegeben:
wobei die maximale Verzögerung Dmax=15s, die minimale Verzöge­ rung Dmin=0,5s und die Konstante K=0,1s war.
Es wurden weiterhin folgende Werte gewählt:
Ccrit = 50% Cmax, (hier: Ccrit = 32 kByte)
Dmin = 0,5s
Dmax = 15s
K=0,1s.
Das erfindungsgemäße Computersystem wurde unter den angegebe­ nen Einstellungen mehrere Wochen lang getestet. Es traten kei­ ne Blockierungen des Systems aufgrund eines Überlaufs des Speichers, d. h. der knappen Ressource R, auf. In dem als An­ hang beigefügten Computerausdruck bedeutet Process den Namen eines auf die Ressource zugreifenden Prozesses, Time den Zeit­ punkt, zu dem der Prozess die Ressource belegt, Count die Last-Verantwortlichkeit eines Prozesses, wenn C größer als Ccrit ist, im vorliegenden Fall die Anzahl der Schreibvorgänge des Prozesses, Size die Kapazitätsauslastung (Belegung) C des Speichers, wobei Ccrit gleich 32 KByte ist, und Delay die durch die dritte Einrichtung des Computersystems hervorgerufene Ver­ zögerung des Prozesses.
Steigt die Kapazitätsauslastung über die kritische Kapazitäts­ auslastung an, wie z. B. zum Zeitpunkt 06:46:12,47, so tritt eine Verzögerung eines Prozesses ein, die um so größer ist, je stärker der Prozess zur Auslastung der knappen Ressource bei­ trägt. Fällt die Kapazitätsauslastung wieder unter die kriti­ sche Grenze, wie z. B. zum Zeitpunkt 06:4:23,21, nimmt die Verzögerung der Prozesse exponentiell mit der Zeit ab.
Während des gesamten Systemlaufes ist kein Überlaufen des Speichers und damit keine Blockierung des Computersystems auf­ getreten.

Claims (20)

1. Computersystem zur parallelen Ausführung von mehreren Pro­ zessen, mit einer knappen Ressource R, auf welche die aus zu­ führenden Prozesse zugreifen, aufweisend
eine erste Einrichtung (1) zur Berechnung einer Kapazitätsaus­ lastung C der Ressource R,
eine zweite Einrichtung (2) zur Bestimmung einer Last- Verantwortlichkeit LR eines auf die Ressource R zugreifenden Prozesses,
eine dritte Einrichtung (3) zur Verzögerung eines auf die Res­ source R zugreifenden Prozesses in Abhängigkeit von der Kapa­ zitätsauslastung C, einer kritischen Kapazitätsauslastung Ccrit der Ressource R und der Last-Verantwortlichkeit LR des Prozes­ ses.
2. Computersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (2) die Last-Verantwortlichkeit LR in Abhängigkeit von der Zahl der durchgeführten Zugriffe eines Prozesses auf die Ressource R berechnet.
3. Computersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (2) die Last-Abhängigkeit LR eines Prozesses in Abhängigkeit von der durch den Prozess bean­ spruchten Kapazität der Ressource R bestimmt.
4. Computersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (2) die Last-Abhängigkeit LR eines Prozesses bei einer Kapazitätsauslastung C größer als die kri­ tische Kapazitätsauslastung C erhöht und bei einer Kapazitäts­ auslastung C kleiner als die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit absenkt.
5. Computersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit im Bereich zwi­ schen 20% und 80% einer maximalen Kapazität Cmax der Ressource R gewählt ist.
6. Computersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit zu 50% der maxima­ len Kapazitätsauslastung Cmax der Ressource R gewählt ist.
7. Computersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (3) einen Prozess nicht verzögert, dessen Last-Verantwortlichkeit LR unterhalb eines festgelegten Wertes liegt.
8. Computersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (3) Prozesse nicht verzögert, wenn die aktuelle Kapazitätsauslastung C kleiner ist als die kriti­ sche Kapazitätsauslastung Ccrit.
9. Computersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (3) einem Prozess eine Verzögerung auferlegt, die nach der folgenden Formel berechnet wird:
wobei Dmax eine maximale und Dmin eine minimale Verzögerung und K ein wählbarer konstanter Faktor ist.
10. Computersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Verzögerung Dmax=15s, die minimale Verzögerung Dmin=0,5s und die Konstante K=0,1s ist.
11. Verfahren zur Steuerung von Prozessen auf einem Computer­ system zur parallelen Ausführung von mehreren Prozessen, mit einer knappen Ressource R, auf welche die Prozesse zugreifen, aufweisend:
  • - Berechnung einer Kapazitätsauslastung C der Ressource R,
  • - Bestimmung einer Last-Verantwortlichkeit LR eines auf die Ressource R zugreifenden Prozesses,
  • - Verzögerung der Ausführung des auf die Ressource R zugrei­ fenden Prozesses in Abhängigkeit von der Kapazitätsausla­ stung C, der kritischen Kapazitätsauslastung Ccrit der Res­ source R und der Last-Verantwortlichkeit LR des Prozesses.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Last-Verantwortlichkeit LR eines Prozesses in Abhän­ gigkeit von der Anzahl der Zugriffe bestimmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Last-Verantwortlichkeit LR eines Prozesses in Abhän­ gigkeit von der für die Ausführung des Prozesses erforderli­ chen Kapazität der Ressource R bestimmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Last-Abhängigkeit LR eines Prozesses bei einer Ka­ pazitätsauslastung C größer als die kritische Kapazitätsausla­ stung Ccrit erhöht und bei einer Kapazitätsauslastung C kleiner als die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit abgesenkt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit zu 20% bis 80% der maximalen Kapazitätsauslastung Cmax der Ressource R gewählt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Kapazitätsauslastung Ccrit zu 50% der maxima­ len Kapazitätsauslastung Cmax der Ressource R gewählt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozess nicht verzögert wird, dessen Last- Verantwortlichkeit LR kleiner als ein festgelegter Wert ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß Prozesse nicht verzögert werden, wenn die Kapazitätsausla­ stung C der Ressource R kleiner ist als die kritische Kapazi­ tätsauslastung Ccrit.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung gemäß der folgenden Formel berechnet wird:
wobei Dmax eine maximale, Dmin eine minimale Verzögerung und K ein wählbarer konstanter Faktor ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Verzögerung Dmax=15s, die minimale Verzögerung Dmin=0,5s und die Konstante K=0,1s ist.
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