Bernd Mohr

Distributed performance monitoring: methods, tools, and applications

A method for analyzing the functional behavior and the performance of programs in distributed systems is presented. We use hybrid monitoring, a technique which combines advantages of both software monitoring and hardware monitoring. The paper contains a description of a hardware monitor and a software package (ZM4/SIMPLE) which make our concepts available to programmers, assisting them in debugging and tuning of their code. A short survey of related monitor systems highlights the distinguishing features of our implementation. As an application of our monitoring and evaluation system, the analysis of a parallel ray tracing program running on the SUPRENUM multiprocessor is described. It is shown that monitoring and modeling both rely on a common abstraction of a systems dynamic behavior and therefore can be integrated to one comprehensive methodology. This methodology is supported by a set of tools. >

SIMPLE: a performance evaluation tool environment for parallel and distributed systems

This paper describes SIMPLE: a performance evaluation tool environment for parallel and distributed systems based on monitoring of concurrent interdependent activities. We emphasize the tool environment as a prerequisite for successful performance evaluation. All tools use the data access interface TDL/POET which can decode measured data of arbitrary structure, format and representation. This makes the evaluation independent of the monitor device(s) used and the system monitored. It also provides a problem-oriented way of accessing the data. Therefore it is very easy to adapt SIMPLE to any kind of measured data and to understand the evaluation results.

Performance Evaluation of Parallel Programs in Parallel and Distributed Systems

This paper deals with performance evaluation of parallel and distributed systems based on monitoring of concurrent interdependent activities. First a model is introduced for describing the dynamic behavior of computer systems in terms of events. Then, a distributed hardware/hybrid monitor system based on event driven monitoring and its tool environment SIMPLE are presented. We emphasize the tool environment as a prerequisite for successful performance evaluation. The tool environment for evaluating event traces, which integrates the data access interface TDL/POET and a set of evaluation tools for processing the data, makes evaluation independent of the monitor device(s) and the object system. It provides a problem oriented way of accessing event traces.

ZÄHLMONITOR 4: Ein Monitorsystem für das Hardware- und Hybrid-Monitoring von Multiprozessor- und Multicomputer-Systemen

Die Beobachtung (das Monitoring) der inneren Ablaufe in Multiprozessor- und Multicomputer-Systemen ist ein hervorragendes Werkzeug, um die Ursachen fur die extern festgestellte Gesamtleistung solcher Systeme zu analysieren und damit die Voraussetzungen fur eine Leistungsverbesserung zu schaffen. Im vorliegenden Papier wird ein Monitorsystem vorgestellt, das speziell fur (auch raumlich verteilte) Multiprozessor- und Multicomputer-Systeme entworfen wurde. Seine wesentlichen Eigenschaften sind die Kombination von verteilter und zentraler Instrumentierung des Objektsystems, die systemweite Ermittlung von Ereignisreihenfolgen und die quellbezogene Auswertung von Ereignisspuren. Neben dem globalen Konzept werden vertiefende Untersuchungen dargestellt, und es wird von ersten Meserfahrungen berichtet.

SIMPLE: a universal tool box for event trace analysis

The event trace analysis system SIMPLE allows the evaluation of arbitrarily formatted event traces. SIMPLE is designed as a software package which comprises independent tools that are all based on a new kind of event trace access: the trace format is described in a trace description language (TDL) and evaluation tools access the event trace through a standardized problem-oriented event trace interface (POET). The language TDL is designed for problem-oriented description of event traces. The POET library is a monitor-independent function interface which enables the user to access measured data stored in event trace files in a problem-oriented manner. In order to be able to access and decode differently structured measured data, POET uses the event trace description in TDL. The event trace access tool TDL/POET is designed in order to meet the following requirements: object system independence; monitor independence; and source reference.

Integrating Monitoring and Modeling to a Performance Evaluation Methodology

This paper presents a comprehensive methodology for monitoring and modeling parallel and distributed systems systematically. The integration of models, measurements, and evaluators to an efficient set of performance evaluation tools is described. Three typical tools are presented. One of them is the distributed hardware and hybrid monitor ZM4, another is the monitor independent and source related event trace interface POETITDL. Both were developed at the Universitat Erlangen-Nurnberg. As a modeling tool stochastic Petri-nets have been used. These tools have been used for analyzing the performance of multiprocessor and multicomputer systems. Here, they are applied in a case study for performance analysis and improvement of a communication subsystem prototype for B(roadband)-ISDN that was developed by IBM’s European Networking Center. The measurement results give some interesting hints concerning the prototype’s architecture which helped to improve the communication subsystem. Measuring the existing communication subsystem was accompanied by models for predicting the performance of modified ones.

Kausalität in Computersystemen

Um die Leistungsfahigkeit paralleler und verteilter Systeme wirklich nutzen zu konnen, mus man die komplizierten Interaktionen zwischen kooperierenden Prozessen verstehen. Dies erfordert unter anderem die Analyse von Kausalbeziehungen, welche ihrerseits den Rahmen fur die moglichen zeitlichen Reihenfolgen aller Ereignisse in einem parallelen und verteilten System bilden.

Leistungsbewertung mit Modellen

Die Bedeutung von Modellen fur die analytische Leistungsbewertung wurde bereits in der Einleitung kurz motiviert. Das zentrale Anliegen ist es dabei, Leistungsaussagen uber (noch) nicht existierende Systeme zu ermoglichen. Das vorliegende Kapitel legt den Schwerpunkt auf ablauforientierte Modellierungsverfahren, die uberwiegend von einem Leistungsbewertungsteam der Universitat Erlangen entwickelt wurden. Die Erlanger Informatik hat sich schon sehr fruh intensiv mit Multiprozessoren befast, und so erklart sich auch bei der Modellierung das vorrangige Interesse an parallelen Programmen und ihrem Ablaufgeschehen. Im Rahmen von Forschungsaktivitaten zum Thema Leistungsbewertung fiel daher die Wahl auf ablauforientierte Verfahren, die die Ablaufdynamik paralleler Programme derart reprasentieren, das sie sowohl Leistungsvorhersagen fur den kompletten Programmlauf auf einer gegebenen Rechnerkonfiguration als auch die Integration von Messung und Modellierung unterstutzen. Der Integrationsgedanke, in diesem Kapitel lediglich angerissen, wird in Kapitel 6 genauer ausgefuhrt.

Die Integration von Monitoring und Modellierung

Die Ablaufe in parallelen und verteilten Systemen sind im allgemeinen so kompliziert, das es sich dringend empfiehlt, die geeigneten potentiellen Ereignisse vor der Messung formal zu spezifizieren. Dieses Kapitel ist einer neuen, von Quick [Qui93] entwickelten Methode zur systematischen und damit auch effizienten Durchfuhrung des Bewertungsprozesses mit Monitoring gewidmet. Diese Methode beruht auf der systematischen Selektion potentieller Ereignisse. Zur formalen Definition potentieller Ereignisse werden ablauforientierte Modelle verwendet, zur Implementierung von Werkzeugen speziell die in Kapitel 5 behandelten stochastischen Graphmodelle.

Monitoring verteilter und paralleler Rechensysteme

Der Bedarf, von monolithischen Monitorsystemen wegzugehen, ergab sich aus der Entwicklung der zu beobachtenden Rechner: Einerseits entstanden diverse Parallelrechner mit zwar geringer raumlicher Ausdehnung, aber zum Teil stattlicher Anzahl von identischen Prozessoren. Andererseits wurden viele Anwendungen uber Netzwerke von eigenstandigen Computern realisiert. Daraus resultiert die Forderung, Prozessoren in einem weiteren raumlichen Bereich beobachten zu konnen. Wenn sie erfullt werden kann, erstreckt sich der Einsatzbereich eines Monitors auch auf verteilte Systeme, die aus lokalen Netzen (local area networks, LAN) beliebiger Art bestehen mit einer geographischen Ausdehnung von etwa einem Kilometer.