DE2453526A1 - Verfahren zur regulierung der belastung einer elektronischen datenverarbeitungsanlage - Google Patents

Description

Böblingen, 29. Oktober 1974

Anmelderin: International Business Machines ₍

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: PO 973 028

Verfahren zur Regulierung der Belastung einer !elektronischen p_a-.tenverarbeitungsanlacje

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Belastung einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sie bezieht sich insbesondere auf solche elektronischen Datenverarbeitungsanlagen, in denen Programme oder Benutzer zwischen dem' Realspeicher und Hilfsspeicher einer virtuellen Speicherstruktur ausgetauscht werden. Es ist somit ein Verfahren angesprochen ,bei deh.

Programme, die verschiedenen Benutzern zugeordnet sind, in einer solchen Weise ausgeführt werden, daß sie einer Datenverarbeitungsjanlage oder Installation vorgegebene Leistungsangaben ganz oder !angenähert erfüllen.

i -

IEs wurden bereits Datenverarbeitungsanlagen mit Zeitmultiplexbenutzung des virtuellen Speichers entwickelt, die eine große Anjzahl von Terminal-Benutzer bedienen, deren .individuelle Anforderungen als Funktion der Wichtigkeit der Benutzer und des Umfangs der Benutzung der Anlagenbetriebsmittel in einem weiten Bereich variieren. Diese Benutzer führen mit der Anlage einen Dialogverkehr und präsentieren die Terminaljobs mit sehr hoher Priorität. Gleichzeitig sind die Systeme in der Lage Jobs zu verarbeiten _f die einer niedrigeren Prioritätsstufe angehören, worunter beispielsweise die Stapelverarbeitung fällt. Beispiele für Systeme dieser Art sind die bekannten Systeme IBM TSS/360 und /370 0S/VS2 mit Zeitmultiplex.

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Bei Systemen dieser Art können alle Benutzer zufriedenstellend bedient werden, wenn die Anlagenbelastung relativ niedrig ist. Wenn jedoch die Belastung, der Anlage sehr stark anwächst, beispielsweise wenn viele Benutzer gleichzeitig versuchen einen Dia- : logverkehr mit der Anlage zu führen, dann entsteht das Problem, wie die Benutzung der Anlagenbetriebsmittel in adequater Weise zu j gestatten ist. Ein allgemeiner Trend bestand darin, die Hinter- ; grundjobs, d. h. das sind die Jobs mit niedriger Priorität zu Gun-i sten der Vordergrundjobs, d. h. der Jobs mit hoher Priorität zu | opfern. Für die Vordergrundjobs wurden bestimmten Benutzern ver- ! schiedene Zeitscheiben auf einer möglicher Rundumbasis zugeteilt, wodurch einem gegebenen Benutzer die Verwendung der Betriebsmittel nur während der ihm zugeteilten Zeitscheibe möglich war. Dieses | Problem bei einem ähnlichen System und seine Lösung ist in dem Aufsatz " A Policy-Driven Scheduler For ä Time-Sharing System" von A. J. Bernstein und G. C. Sharp, veröffentlicht in den Communications of the ACM, Februar 1971, Vol. 14, Nr. 2 beschrieben. Bei dieser Lösung ist der Umfang der Betriebsmittel, die das System einem Benutzer oder Dialog anbietet, eine Funktion des Alters dieses Dialogs. Das Gleiche geschieht ohne Rücksicht auf die gesamte augenblickliche Systembelastung.

Bei Anlagen der vorgenannten Art wird ein "Vertauschungs"-Mechanismus verwendet. Benutzer oder Transaktionen, die im Hauptspeicher residieren und gleichzeitig die individuellen Programme ausführen werden als "hineinvertauscht" und solche Transaktionen, die im Hilfsspeicher residieren aber für eine Ausführung bereitsehen, werden als "herausvertauscht" angesehen. Wenn beispielsweise ein herausvertauschter Benutzer eine Verzögerung feststellt, z. B. das Warten auf die Verfügbarkeit eines seriell wiederverwendbaren Betriebsmittels, dann kann dieser Benutzer herausgetauscht und ein anderer hineingebracht werden. In ähnlicher Weise muß ein Benutzer höherer Priorität, wenn ein herausgetauschter Benutzer eine höhere Priorität besitzt als ein solcher, der hineingetauscht wurde, anstelle desjenigen mit niedriger Priorität hereingetauscht werden.

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Vor diesem Hintergrund zeichnet sich die Aufgabe der Erfindung ab. Sie besteht darin, ein Verfahren für die Bestimmung der Verwendung ivon Anlagebetriebsmitteln anzugeben, das gestattet, individuellen !Benutzern vorgegebene Leistungsangaben zu gewähren.

Es gehört somit zur Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit anzuge- ;ben, wie bestimmt werden kann, welcher Benutzer herausgetauscht, so daß ein anderer hineingetauscht v/erden kann.

'Weiter zählt zur Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren, imit dessen Hilfe sowohl Hintergrund als auch Vordergrundbenutzer gleichzeitig Aufgaben ausführen können.und beide die vorgegebenen jLeistungsangaben gewährt bekommen.

■Es gehört auch mit zur Aufgabe der Erfindung, die Verarbeitungs-'geschwindigkeit der einzelnen Benutzer in Abhängigkeit von der 'Belastungsstufe des Systems sowie von dem Alter der Transaktion ieines Benutzers oder in Abhängigkeit von dem Betrag der bereits !zu Gunsten des Benutzers ausgeführten Arbeit ^u variieren. Gelöst jwird diese Aufgabe durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. ·-..·...

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes jder Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung löst dadurch in vorteilhafter Weise die Regulierung der Belastung bei elektronischen Datenverarbeitungsanlagen, bei denen sowohl Terminal-Dialogverkehr als auch Stapelverarbeitung abgewickelt werden kann, wobei die den Benutzern zugesicherten Leiistungsangaben weitgehend eingehalten werden können. Dieses führt in sehr hohem Maße zu einer Verbesserung des Anlagedurchsatzes und zu einer Verringerung der steuerenden Eingriffe und Interventionen durch das Bedienungspersonal.

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[Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der !beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild der Datenstruktur und Über

wachungsfunktionen, die in der Anlage ausgeführt werden,

Fig. 2 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfah

rens , ι

Fig. 3 ein ausführliches, Blockdiagramm'zur Veranschau- ;

lichung des Adressenraumsteuerblocks,

Fig. 4 Eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung des Benut- ^!

zersteuerblocks,

JFig. 5 eine schematische Darstellung der Installations-

Leistungsspezifikation und

JFign. 6a-c graphische Darstellungen zur Veranschaulichung

der Nomenklatur und Konzepte, die zur Erläuterung der Erfindung in der Beschreibung verwendet werden.

Ein System, in dessen Rahmen die Erfindung verwendet wird, enthält einen Hauptspeicher, der aufgrund seiner virtuellen Speichertechnologie über einen Teil oder einen Umfang von virtuellen Adressen

10 (vdl Fig. 1) verfügt, der Daten oder Programme für solche Benutzer und Steuerprogramme verfügbar hält, die gleichzeitig Arbeiten in der Anlage ausführen lassen. Die Datenverarbeitungsanlage, kann beispielsweise ein IBM System/370 Modell 158 sein, das mit einem OS/VS2-Steuerprogramm betrieben wird. Einzelheiten dieser Datenverarbeitungsanlage sind in der Druckschrift "IBM System/370 Modell 158 Maintenance/Diagramm·s Manual", Form SY22-6912-1 und "0S/VS2 Planning Guide" Form Nr. GC28-O6OO-O beschrieben.

In dem gemeinsamen Hauptspeicherabschnitt 10 werden Reihen von SteuertabeIlen gespeichert, deren Zugreifbarkeit über eine Reihe indirekter Adressenangeben möglich ist. Um dieses zu erreichen, wird

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ein Zeiger 11 an einer realen Speicherstelle 16 abgelegt, der auf eine Kommunikationsvektortabelle CVT zeigt_r die eine Anzahl von Zeigern auf zusätzliche Tabellen enthält. Ein Zeiger 12 zeigt auf eine Adressraum-Vektortabelle ASVT, die ihrerseits eine Anzahl von Zeigern auf Adressraum-Steuerblöcke ASCB enthält, wobei für ,jeden Benutzer ein Zeiger 13 auf einen Adressraum-Steuerblock ; weist, wie Fig. 1 zeigt. Diese Adressraum-Steuerblöcke ASCB werden J dann erstellt, wenn sich ein Benutzer auf das System schaltet oder ■ ■wenn ein Stapeljob-Initiator gestartet wird und sie ihrerseits Zeiger 14 auf einen Benutz er--Steuerblock UCB enthalten, wobei es für !jeden Benutzer einen UCB gibt. Die ASCB¹S und UCB's werden noch im !einzelnen erläutert werden. Die UCB's sind zu Ketten in zwei Warjteschlangen angeordnet und zwar entsprechend einer doppelt gefädel- ;ten Kette, die in konventioneller Weise zusammengestellt wird, um jeweils eine Einangs- und Ausgangswarteschlange (Eing. Q, Ausg. Q) solcher Benutzer zu bilden, die in dem seitenteilbaren Hauptspeicher enthalten sind oder solche, die hinein- oder herausge-

tauscht werden. Ein Zeiger 16 von der Kornmunikationssektortabelle zeigt auf eine Betriebsmittelmanager- Steuertabelle RMCT, die Zeijger 17 und 18 enthält, die jeweils auf den Anfang der Eingangs-

■ *

und Ausgangswarteschlange zeigen. Das Systemsteuerprogramm ver- !fügt ferner über einen konventionellen Zuteiler 20, einen Ein/Ausjgang Supervisor (I/O-Supervisor) 21, einen Realspeichermanager 22 und einen Zeitgebersupervisor 23. Wie Fig. 1 weiterzeigt, stellen ,diese Einrichtungen Daten zur Verfügung, die Rechnerzeit darsteiler jdie ein Verbraucher benötigt; bezüglich der I/O-Zählung, die einen

^Benutzer betreffen; auch bezüglich der Seitenzählung oder wieviele .Seiten ein Benutzer in seinem Realspeicher zur Verfügung hat; und schließlich Daten bezüglich der Tageszeit. In dem gemeinsamen Hauptspeicher 10 befindet sich auch eine Installationsleisturigsspezifikation IPS, die von den Zeigern 24 aus der Kommunikationsvektortabelle erreicht werden kann.

Die Ablaufsteuerung läuft hier zu einen Modul, der mit "Arbeitsibelastungsmanager" bezeichnet wird und der die in Fig. 2 dargejsteilten Funktionen ausführt. Da die Ablaufsteuerung in Abhängig-

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|keit von dem verwendeten Datenverarbeitungssystem in unterschiedlichen Sprachen definiert sein kann, enthält das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm der Ablaufsteuerung keine ausführliche Code- j •liste - sie ist auch für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung! inicht erforderlich- Um die Belastungsmanagementfunktion zu starten ; joder abzurufen, können verschiedene Verfahren verwendet werden. So !kann beispielsweise diese Funktion beim Auftreten eines vorgegebeinen Ereignisses im System abgerufen werden, beispielsweise bei dem Aufschalten eines neuen Benutzers oder der Auswahl eines Stapeljobs. Ein anderes Verfahren kann beispielsweise darin bestehen, einfach den Prozeß periodisch in regulär wiederkommenden Intervallen abzurufen, wie beispielsweise alle eine oder zwei Sekunden, wobei eine solche Unterbrechung mit Hilfe des Zeitergebersupervisors erreicht werden kann. Bei der folgenden Erläuterung wird angenommen, daß viele der Verfahrensschritte aufgezeichnet werden können, mit Ausnahme solcher, die eine Abhängigkeit von einigen vorangehenden Schritten zeigen. Im allgemeinen erfordert der frühe Teil des Prozesses den Hauptschritt 30 für die Verarbeitung der Eingangswarteschlange EING. Q und den Hauptschritt 40 für die Verarbeitung der Ausgangswarteschlange AUSG. Q, die beide jeweils die Unterschritte 31 bis 37 und 41 bis 47 umfassen. Um die Eingangswarteschlange zu verarbeiten ist der erste Schritt 31 erforderlich, der einen Zugriff zu den ersten Benutzerdaten vornimmt. Während individuelle Datenstücke während der nachfolgenden Unterschritte abgerufen werden, erfordert der Schritt 31 das Aufsuchen der Adressen der Benutzersteuerblöcke am Kopf der Eingangswarteschlange mittels des Zeigers 17 und des zugeordneten Adreßraumsteuerblockes ASCB, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

Der nächste Schritt 32 dient zur Bestimmung der Leistungsgruppenperiode des zugeordneten Benutzers. Um diesen Schritt zu verstehen, sei zuerst die Struktur der Installationsleistungsspezifikation IPS betrachtet und wie der Zugriff zu der in dieser erhaltenen Information erfolgt. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, ist die IPS in

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η Datengruppen aufgeteilt, deren Zahl von Installation zu Installation variieren kann und unterschiedliche Leistungscharakteristiken für verschiedene Benutzer darstellt. Jeder Benutzer wird [hierbei einer der Datengruppen zugeordnet, wobei auch er als ein !Benutzer einer gegebenen Gruppe zugeteilt sein kann. Wenn sich ein Benutzer auf das System schaltet oder eine Jobsteuersprache JCL ;benötigt, muß der Benutzer die Leistungsgruppennummer identifizieren, der er zugeteilt ist, wobei diese Nummer dann in den Benut-Izersteuerblock UCB eingegeben wird, wie Fig. 4 zeigt. Diese Wum- , _;mer kann dann als Index für den Eingang in die IPS benutzt werden, |ura die Daten oder den Zugriff der Daten für diese Gruppe zu erhaljten. Wie Fig. 5 zeigt, enthält die IPS für jede Gruppe eine Identifizierung der Leistungsgruppennummer und der Konstanten A, B und· iC, die dazu verwendet werden, die Bedienungseinheiten in einer Weiise zu berechnen, die noch ausführlich erläutert werden wird. Fer-'ner werden eine oder mehrere Periodenzahlen errechnet, von denen jede einer anderen Leistungsangabe zugeordnet ist. Am Anfang/ wenn jdie Transaktionen beginnen, wird die Leistungsgruppenperiode 1 zujgeteilt, und diese Nummer kann, wenn die mit ihr verbundene Leistungsgruppe mehr als eine Periode besitzt, variieren, in Abhän- !gigkeit von einem vorgegebenen Faktor oder einem vorgegebenen 'Algorithmus. Der einfachste Algorithmus hängt entweder davon ab, jwieviele Bedienungseinheiten ein Benutzer akkumuliert hat oder jwie alt die Transaktion ist. Die Bedienungseinheiten werden, wie unten noch beschrieben wird, bestimmt. Das Alter wird von dem !akkumulierten Wert der CPU-Zeit bestimmt oder durch die Differenz

zwischen der laufenden Zeit und der Zeit, zu der eine Transaktion ursprünglich gestartet wurde. Die Verwendung unterschiedlicher Leistungsperioden gestattet dann verschiedene Leistungsangaben, die beispielsweise als Funktion der Zeit aufbewahrt werden.. Wenn beijspielsweise ein Benutzer nicht in der Lage ist, seinen Job innerihalb der ersten dreißig Minuten zu beenden, dann kann eine andere !Leistungsangabe verwendet werden, um die Bedienungsrate zu erhöhen. jln jedem Fall dient der Schritt 32 zur Bestimmung der Kriterien, jdie für einen bestimmten Benutzer aufgestellt worden sind, um zu !bestimmen in welcher Periode er sich befindet. Diese Periode wird

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dann in das Feld der Leistungsgruppenperiode des Benutzersteuerblocks eingegeben und dient zum Zugriff zu der gewünschten Leistungsangabe.

Schritt 23 bestimmt oder errechnet die laufende Bedienungsrate. Die Bedienungsrate ist im allgemeinen ein Maß der Rate oder Geschwindigkeit, mit der ein Benutzer kürzlich die Anlagenbetriebsmittel wie Zentraleinheit (CPU)/die Ein-/Ausgabegeräte (I/O) und den Speicher benutzt hat. Die Bedienungsrate (Bedienungsgeschwindigkeit) kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden:

Bedienungseinheiten = A (CPU-Zeit) + B (Ein-/Ausgabe-Zählung) + C

(Hauptspeicherbelegungsmaß)

Bedienungsrate = B^i^selnhelten

Das Hauptspeicherbelegungsmaß kann bestimmt werden durch die Multiplikation der folgenden Faktoren: Seitenzählung, CPU-Zeit und Skalierungsfaktor, der diesem Maß das gleiche Gewicht, wie andere Betriebsmittel gibt. Die konstanten Faktoren A, B und C werden vorgesehen, um einer Installation (Anlagenkonfiguration) zu gestatten,! sich selbst auf eine Definition zuzuschneiden oder diese zu optimisieren, um ihre Erfordernisse besser zu erfüllen. Innerhalb der vorstehend genannten Formel berücksichtigen die Konstanten A, B und C, die unterschiedlichen Charakteristika für jeden Benutzer. So kann beispielsweise der eine Benutzer in hohem Maße Ein-/Ausgabebetriebsmittel benutzen, weshalb seine Konstante B, die der Ein-/Ausgabezählung zugeordnet ist, so eingestellt wird, daß sie dieses Verhalten reflektiert. Andere Benutzer, die einen großen Teil der CPU-Zeit in Anspruch nehmen oder die große Speicherbelegungszeiten benötigen, können auf entsprechende Bedienungsraten eingestellt werden, die dann so gestaltet sind, daß sie dem Benutzer entsprechend seiner Charakteristika die gewünschte Leistung zur Verfügung stellen.

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Wie bereits früher im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt wurde/ über-j v/acht das System seinen Betrieb und liefert die Daten, die in der vorstehend genannten Formel verwendet sind. Die CPU-Zeit, das ist die Zeit während der ein Benutzer tatsächlich Daten verarbeitet, wird in dem zugeordneten Adreßraumsteuerblock akkumuliert und dort von dem Zuteiler 20 gespeichert. In ähnlicher Weise wird die Ein-/ .Ausgabezählung eines Benutzers und die Seitenzählung, welch letz- !tere die Zahl der Seiten darstellt, die ein Benutzer im Realspei- j 'eher bewegt, auch in. dem zugeordneten Adreßraumsteuerblock gespei- ι chert. Jedesmal wenn der Belastungsmanager aufgerufen wird, wird ein Vergleich -zwischen der CPU--Zeit im Adreßraumsteuerblock und ider alten CPU-Zeit im Benutzersteuerblock vorgenommen. Die beiden Werte werden von einander subtrahiert, wodurch sich ein Zeitintervall ergibt. Dann wird die CPU-Zeit vom Adreßraumsteuerblock als die neue 'alte CPU-Zeit" für die Benutzung in der nächsten Rechnung gespeichert, die dann erfolgt, wenn der B'elastungsmanager !Wieder aufgerufen wird. Das Ergebnis dieser Rechnung ist eine zeichnerische Darstellung der Bedienungsrate oder laufenden Bediehungsrate eines Benutzers, der hineingetauscht wird. Dieser wird dann in ein entsprechendes Feld des Benutzersteuerblocks eingegeben.
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per nächste Schritt 34 dient zur Errechnung oder Bestimmung der ',normalisierten Stufe, wobei hier Stufe im Sinne von Pegel zu verjstehen ist. Dieses geschieht durch die Benutzung der Installa-'tionsleistungsspezifikation IPS. Wie Fig. 5 zeigt, bestimmt die JIPS für jede Leistungsgruppe eine oder mehrere Leistungsangaben in !Abhängigkeit von der Periode, der ein entsprechender Benutzer zugeordnet ist. Die Leistungsgruppenperiode, die bereits erläutert !wurde, wird als Suchargument verwendet, um entsprechende Lei-Istung sangabeη zu erhalten. Die Leistungsangabe ist als Tabelle !spezifiziert, deren erste Spalte die Bedienungsrate und deren zwei ite Spalte die normalisierten Stufen angeben, die zu jeder Bediejnungsrate gehören. Diese Tabelle bringt im wesentlichen die unabhängige Variable der Bedienungsrate in Beziehung zur abhängigen Variablen der normalisierten Stufe. Fig. 5 zeigt in der unteren'

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Ilinken Ecke eine Darstellung dieser Verhältnisse. Wenn die Bedienungsrate des vorhergehenden Schrittes verwendet wird, dann wird !die Leistungsangabe für die zugeordnete Periode angesteuert, und : !mit Hilfe von konventionellen linearen Interpolationstechniken iwird die entsprechende normalisierte Stufe errechnet, die einer : !gegebenen Bedienungsrate zugeordnet ist. Wenn sich beispielsweise herausteilt, daß die Bedienungsräte 150 Bedienungseinheiten je ■ Sekunde ist, dann ist die hierzu zugeordnete normalisierte Stufe j 3,5. Hier wieder gestatten die verschiedenen Bedienungsangaben ■, dem System, verschiedene Benutzer in verschiedener Weise zu bedie- \ nen und die unterschiedlichen Bedienungsraten, die in einer ein- j zigen Leistungsangabe gegeben sind, gestatten, daß der gleiche Benutzer in Abhängigkeit von der augenblicklichen Belastung des {Systems unterschiedlich behandelt wird. Die Leistungsangabe ist als eine monotone Funktion spezifiziert, die absinkende Werte der Bedienungsrate für ansteigende Belastungstufen aufweist. In vorteilhafter Weise kann eine maximale Anzahl von Belastungstufen vorgesehen sein, die dem System zugeordnet sind, beispielsweise 8, wobei jede Leitungsangabe die gewünschte Bedienungsrate in

orm von einer oder mehreren normalisierten Stufen spezifiziert. Die normalisierte Belastungstufe, die auf diese Weise bestimmt ist, wird dann in ein entsprechendes Feld des Benutzersteuerblockes eingegeben.

Im Schritt 35 wird dann bestimmt, ob alle Benutzertransaktionen, so wie sie von den Benutzersteuerblöcken vorgelegt wurden, in der Eingangswarteschlange vollständig durchgeführt worden sind. Wenn dieses nicht der Fall ist, führt der Schritt 36 zu dem nächsten Benutzersteuerblock, so daß sich der berschriebene Prozeß wiederholen kann. Wenn alle Benutzersteuerblöcke in der Eingangswarteschlange verarbeitet wurden, dann speichert der Schritt 37 die Eingangswarteschlange auf einer noramlisierten Leistüngsstufe bei einem Benutzersteuerblock, der die niedrigste normalisierte Belastungstufe aufweist, wobei diese Speicherung am Kopf der Kette vorgenommen wird. Diese Neuordnung erfolgt durch eine Veränderung ier Zeiger in dem Benutzersteuerblock und zwar derjenigen Zeiger;

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'die auf den nächsten und den vorhergehenden Benutzerblock zeigen. Der Steuerblock am Kopf der Kette kann dadurch bezeichnet werden, idaß in den Zeiger, auch der vorhergehenden BenutzerSteuerblöcke, ■eine Null eingegeben wird. Ebenso kann der letzte Block in der !Kette dadurch angegeben werden, daß in den Zeiger auf den nächsten IBenutzersteuerblock eine Null eingegeben wird. Der Zeiger 17 muß iauch geändert werden, wenn sich ein neuer Benutzersteuerblock in !der Kette befindet.
i

'Als nächstes wird die Äusgangswarteschlange AUSG. Q in einer identischen Weise verarbeitet v/erden, mit Ausnahme des Schrittes 43, in dem die "vorweggenommene" Bedienungsrate errechnet wird. Fig. 6 dient der Erläuterung der hierfür erforderlich Vorgänge. Der ■Graph (a) ist beispielsweise die Darstellung der Zahl von Bedienungseinheiten (zuvor definiert) auf der Y-Achse über der Zeit jauf der X--Achse. Die Zeitskala beginnt mit der Zeit tO,der Zeit also, zu der ein Benutzer für eine Hineintauschung bereit ist, d. h. wenn er zuerst für eine Hineinvertauschung auswählbar ist. An äiesem Punkt wird mit fortschreitender Zeit der Benutzer in einen Hinaustauschungszustand übergehen, bis er zur Zeit t . hineingetauscht wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Benutzer damit, 'Bedienungseinheiten zu akkumulieren und zwar mit Hilfe der Anlagenbetriebsmittel von CPU-Zeit, Speicher oder Ein-/Ausgabegeräte. Im allgemeinen schreitet die Akkumulation entlang der Basis einer geraden Linie voran. Die Zeit t_n stellt die augenblickliche Zeit iar, zu der die augenblickliche Bedienungsrate zu errechnen ist. Dieses ist ganz einfach das Zeitintervall von t bis t_n, unterteil in die akkumulierten Bedienungseinheiten. Es stellt die Neigung der Linie für die augenblickliche Bedienungsrate für einen Benutzer dar_r der hineingetauscht wird. Wie gleich zu sehen·ist, steigt die laufende Bedienungsrate mit der Zeit an.

(Die graphische Darstellung in Fig. 6b illustriert das Problem,

wie ein herausgetauschter Benutzer in diesen Berechnungen dargeistellt werden kann. Die Koordinaten sind die gleichen, wie in Fig. 6a. Für einen herausgestauschten Benutzer existiert keine

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jakkumulierte Bedienung zwischen den Zeitpunkten t und t . Es bejsteht daher das Problem, eine aussagefähige Darstellung zu finden, die der errechneten Bedienungsrate für einen Benutzer, der tatsächlich hineingetauscht wurde, äquivalent ist. Dieses Problem kanrj auf folgende Weise gelöst werden: Es wird angenommen, daß der Benutzer zur laufenden Zeit hereingetauscht wird und für ein projektiertes Zeitintervall im Hauptspeicher Arbeiten ausführt. Es wird ^! eine Linie 90 angenommen, die eine Neigung hat, die der Absorp- j tionsrate entspricht und deren Länge gebildet wird von der pro- ; ijektierten Eingangsvertauschzeit. Die Abstandslinie 90 erstreckt ; sich längs der Y-Koordinate und erstellt die antizipierten Bedie- ', nungsraten der Transaktion, die während des nächsten "In-Kern" In- j tervalls empfangen werden. Die Absorptionsrate erhält man von dem j Benutzersteuerblock und sie ist folgendermaßen determiniert. Wenn ! ein Benutzer zum ersten Mal in das System eintritt und noch nicht ! jhineinvertauscht wurde, dann wird eine Absorptionsrate angenommen, [ ie für diesen Benutzer charakteristisch ist, so daß nachdem der enutzer einige Zeit des Realspeichers verbraucht, d. h. der also hineinvertauscht wurde_f dann die Absorptionsrate gemessen wird, als sei die akkumulierte Bedienung dividiert worden durch die Zeit-j differenz t_Q - t_si· Das Zeitintervall, das die Differenz zwischen der projezierten Bedienungszeit und der augenblicklichen Zeit t ist, wird dann in der nachfolgenden Weise erstellt: Ein Minimumeitintervall wird für das System eingestellt, da die Zeit oder der minimale Betrag der Zeit aller Benutzer im Realspeicher für die erste Vertauschungszeitscheibe bleiben muß. Dieser Zeitbetrag entspricht dem Betrag, den eine triviale Terminal-Transaktion erhält. Danach kann die Länge dieses Zeitintervalls vergrößert werden und zwar vorzugsweise durch Multiplikation des früheren Zeitintervalls, so daß sich jedesmal ein Zuwachs von 25 Prozent ergibt. Dieses Intervall ist die Zeitscheibe und wird als ein Feld in dem Benutzersteuerblock verwendet. Die "vorweggenommene" Bedienungsrate ist dann die Anzahl der oben festgelegten Bedienungseinheiten, geteilt durch die projizierte Bedienungszeit, die die Summe der laufenden Zeit t_c und der Zeitscheibe ist. Diese Rate fällt als Funktion der Zeit.

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Als nächstes wird, unter Verwendung des Wertes der "vorweggenommenen" Bedienungsrate, die normalisierte Stufe dann im Schritt 44 gewonnen, der der gleiche ist wie Schritt 34. Nachdem alle Benutze-rsteuerblöcke in der Ausgangswarteschlange aufgebaut wurden, wird die Ausgangswarteschlange in einer Weise neu geordnet, die bereits im Zusammenhang mit Schritt 37 beschrieben wurde, in dem der Benutzersteuerblock am Kopf der Warteschlange die höchste normalisierte Stufe haben wird. Im Schritt 50 wird dann determiniert, ob die normalisierte Stufe des Kopfes der Ausgangswarteschlange ;größer ist als die normalisierte Stufe des Kopfes der Eingangswarteschlange. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Nichtvertauschungsentscheidung getroffen, wodurch die Belastungsmanagementfunktion beendet wird. Im anderen Falle werden dann im Schritt ;52 die Benutzer vertauscht, entsprechend den Köpfen der Warte- . schlangen, wobei der Kopf der.Eingangswarteschlange herausverjtauscht und der Kopf der Ausgangswarteschlange hereinvertauscht iwird. Im Schritt 53 werden dann die Warteschlangen vor Beendigung der Belastungsfunktion neu geordnet.

•Die Frage, welcher Benutzer hineinvertauscht und welcher herausverjtauscht wird, kann anhand der Fig. 6c erläutert werden. Diese ist jeine graphische Darstellung der normalisierten Stufe über der Zeit, !und zeigt die Beziehung zwischen den Benutzern A und B, die hineinjvertauscht wurden und den Benutzern C und D, die herausgetauscht wurden. Für die hineinvertauschen Benutzer A und B fällt die nor-

pausierte Belastungsstufe als Funktion der Zeit ab. Für die hin-

jausgetauschten Benutzer dagegen steigt die normalisierte Stufe als !Funktion der Zeit an. Betrachtet man den Zeitpunkt t als die !augenblickliche Zeit/ zu der die Belastungsmanagerfunktion aufge-'rufen wurde, darin ist in dieser Situation zu sehen, daß die norraalisierte Stufe des höchsten hinausvertauschten Benutzers C kleiner iist, als die des niedrigsten hineingetauschten Benutzers B. Es wire Üaher auch keine Entscheidung getroffen, diese Benutzer zu ver- !tauschen. Zu einem späteren Zeitpunkt t. jedoch, wenn die Manageimentfunktion wieder durchgeführt wird, ist die normalisierte Stufe Ides Benutzers C größer als diejenige des Benutzers B. Daher sind

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zu diesem Zeitpunkt diese beiden Benutzer Kandidaten für eine Vertauschung. Die Systembelastungstufe ist definiert als "Halbweg" Oder "Koinzidenz". Zu einer gegebenen Zeit zwischen der maximalen normalisierten Stufe eines herausgetauschten Benutzers und der minimalen normalisierten Stufe eines hineingetauschten Benutzers. Die Systembelastungsstufe ist für das Maß der Belastung des Systems indikativ.

Der Entscheidungsprozeß des Belastungsmanagers kann mit Hilfe von Symbolen zusammengefaßt dargestellt werden. Diese Symbole mögen folgende Bedeutung haben:

X = [X-, Y₂,..., X] möge die Gruppe von Transaktionen sein, die sich augenblicklich im Hauptspeicher befinden und daher !Kandidaten für ein Herausvertauschen sind.

Y = [Y_n, Y₀,..., Y ] möge die Gruppe von Transaktionen

JL Δ ItI ι

sein, die augenblicklich für eine Vertauschung in den Hauptspei- i eher auswählbar sind. j

SR. möge die laufende Bedienungsrate der Transaktion xi sein. j

ASR , möge die vorweggenommene Bedienungsrate der Transaktion yk sein.

PO. sei das Polynom der Leistungsabgabe, die im Augenblick der Transaktion j zugeordnet ist.

NL_xi = Ρ0_χ± (SR_xi) sei die normalisierte Stufe für die Transaktion yk.

NL , = PO , (ASR ,) sei die normalisierte Stufe für die Transaktion yk.

U = MIN von [NL ., NL „,..., NL ] V = MAX von [NLy₁, NL ₂,..., NL_ym],

dann ist RV . = v~NL . ein Wert für die Vertauschungsempfehlung der Transaktion xi.

RV , = NL,-u ist dagegen der Wert für die Vertauschungsempfehlung VK yic

für die Transaktion yk.

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Der Belastungsmanager versucht gleichzeitig zwei Bedingungen zu erfüllen:

!Erstens den Hauptspeicher voll zu verwenden, d. h. stets irgendjeine fertige Transaktion hineinzutauschen, wenn der Hauptspeicher verfügbar ist.

!zweitens Vertauschungsentschexdungen der Art vorzunehmen, daß die Ivertauschungsscheibe der Bedienungsrate jeder Transaktion ihre !zugeordnete Leistungsangabe bezüglich der gleichen normalisierten Stufe aufzeichnet. Während der Verweilzeit einer Transaktion im Hauptspeicher, wird ihre normalisierte Stufe normal in dem gleichen Maße absinken, wie ihre Vertauschungsscheiben-Dienstrate anisteigt. Während der Zeit, in der eine fertige Transaktion auf ihr !Hineintauschen wartet, wird ihre normalisierte Stufe in dem Maße

!normalerweise ansteigen, wie ihre vorweggenommene Vertauschungsscheiben-Bedienungsrate absinkt. Die variable normalisierte Stufe äient daher als Maß für einen Vergleich der relativen Positionen von Transaktionen. Die "In den Kern" Transaktion bezüglich der !niedrigsten normalisierten Stufe und die "Außerkern"-Transaktion !bezüglich der höchsten normalisierten Stufe bestimmt die laufende Systembelastung, (die definiert ist als der Halbweg zwischen diesen beiden Werten) .■

Es wird bezüglich einer gegebenen Installation erwartet, daß mit der ersten Definition der IPS mittels eines bestimmten Platzes von Werten, die Erfahrung zeigen kann, daß Änderungen vorgenommen werden sollten, um die endgültige Feineinstellung der Anlage in Übereinstimmung mit der Optimierung der laufenden Gruppe von Benutzer oder der Änderungen der Anlagenbenutzung vorzunehmen. Der besondere Algorithmus des Belastungsmanager könnte vorzugsweise, obwohl er ja bei manchen Installationen alleine schon verwendet !werden könnte, mit anderen Algorithmen kombiniert werden, um eine !Optimierung des Anlagendurchsatzes, unabhängig von den Benutzern, !zu erreichen. Als Beispiel eines solchen Algorithmus kann beispielsweise der Ein-ZAusgabegeräte-Belastungsausgleichlogarithmus

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j dienen, der in dem US-PS 3 702 006 beschrieben ist. Es kann aber :auch wünschenswert sein, mehr als eine IPS zur Verfugung zu haben_f

Ί die in der Gestalt eines Datensatzes, der von dem Gerätebediener verändert werden· könnte, erstellt werden kann. Dieses würde dann die Veränderung der Leistungskennlinie einer Installation beispielsweise zwischen verschiedenen Verschiebungen einer beliebigen Operation einer Datenverarbeitungsinstallation erlauben, oder dieses Verfahren könnte auch dazu verwendet werden, Änderungen der Gestalt herbeizuführen, daß die Leistungskennlinien an verschiedenen Tagen unterschiedlich sind. Dort wo mehr als eine IPS vorgesehen wird, besteht der erste Schritt darin, die aktive ,IPS in die Anlage zu laden.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE " j

   Verfahren zur Regulierung der Belastung einer elektroni- j sehen Datenverarbeitungsanlage mit Einrichtungen zur Verarbeitung von interaktiven Terminal- und Stapeljobs, virtuellem Speicher und einer Einrichtung zur Vertauschung der für eine Verarbeitung bereitstehenden Jobs zwischen Haupt- und HilfsSpeicher, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

   a) Speicherung einer auf die Anlage bezogenen -Leistungsspezifikation (IPS; Fig. 1), die mehrere verschiedene Gruppen bezeichnet und für

   •jede Gruppe eine andere Leistungsangabe enthält,

   b) Zuteilung einer Gruppe für -jeden eingehenden Job,

   c) Eingabe eines für die Ausführung bereiten Jobs in den Hauptspeicher,

   d) Überwachung der Benutzung der Anlagenbetriebsmittel für jeden Job und Gewinnung von Daten zur Angabe dieses Benutzungsumfangs,

   e) Bestimmung der Periodizität der Datenrate, mit der ein Job die Anlagenbetriebsmittel verwendet,

   f) Abschätzung mittels der im vorhergenden Schritt bestimmten Periodizität derjenigen Rate, mit der jeder Job im HilfsSpeicher wahrscheinlich die Anlagenbetriebsmittel verwenden wird und

   g) Bestimmung, welche Jobs in und aus dem Hauptspeicher getauscht werden sollen, aus Faktoren,

   __ ■

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   die von den genannten Raten und Leistungsangaben abhängig sind.

   2. ■ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

   Schritte a)und g) die folgenden Unterschritte enthalten: ;

   al) Bezeichnung jeder Leistungsangabe als Funk- j tion der Anlagenbetriebsmittel-Benutzungsrate i in Bezug auf die normalisierte Stufe, '

   gl) Bestimmung der normalisierten Stufe jedes '. Jobs durch Verwendung der nach Schritt e) und ; f) gewonnen Raten, als Argumente 'für das Su- I

   chen der genannten Leistungsangaben zur Ge- |

   i winnung der zugeordneten normalisierten Stufen]

   und j

   g2) Vergleich der normalisierten Stufen aller

   Jobs, um zu bestimmen, welcher Job herausgetauscht werden soll.

   Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
   Schritt g2) folgende weitere Schritte enthält;

   g2a) Bestimmung desjenigen hineingetauschten Jobs, der die niedrigste normalisierte Stufe aufweist,

   g2b) Bestimmung, welcher hinausgetauschte Job

   über die höchste normalisierte Stufe verfügt,

   g2c) Vergleich der normalisierten Stufen, die den
   in den Schritten g2a) und g2b) bestimmten
   Jobs zugeordnet sind,

   g2d) Vertauschen der genannten Jobs, wenn die nor-

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   malisierte Stufe des herausgetauschten Jobs eine höchste normalisierte Stufe hat; die die normalisierte Stufe des hineingetauschten Jobs, der die niedrigste normalisierte Stufe besitzt, überschreitet.

   Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die normalisierten Stufen eine Vergleichsskala mit beliebig ansteigenden Zahlen besitzt und die zugeordneten Raten als Funktion von Werten spezifiziert werden, die in dem gleichen Maße abfallen, wie die normalisierten Stufen ansteigen.

   |5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der j Schritt a) folgenden Unterschritt aufweist:

   ; al) Bestimmung für jede Gruppe eine oder mehrere

   I Perioden, die den genannten Leistungsangaben

   ¹ zugeordnet sind und daß das Verfahren auch

   die weiteren Stufen umfaßt:

   j h) Bestimmung der Leistungsgruppenperiode, in

   j der sich jeder Job befindet und

   I i) die Verwendung dieser Periode des Schrittes

   ί h) zur Bestimmung der zugeordneten Leistungs

   gruppenangabe für eine Verwendung für einen Schritt g).

   6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsgruppenperioden in Übereinstimmung mit der Anzahl der akkumulierten Bedienungseinheiten definiert sind und der Schritt h) die Bestimmung der Anzahl der Bedienungseinheiten, die für jeden Job aufaddiert wurden beinhaltet.

   7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Leistungsgruppenperioden in Übereinstimmung mit

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   der Zahl der von einem Job vollständig durchgeführten Verarbeitungsschritte definiert ist und außerdem der Schritt . h) die Bestimmung umfaßt, wie viele Verarbeitungsschritte jeder Job vollständig durchgeführt hat.

   Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß noch folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:

   h) Erzeugung einer ersten Kette von Benutzer™ steuerblöcken, von denen jeder einem hineingetauschten Job zugeordnet ist,

   i) Erzeugen einer zweiten Kette von Benutzersteuerblöcken, wobei jedem herausgetauschten Job ein solcher Steuerblock zugeordnet ist,

   I j) Eingabe der normalisierten Stufen gemäß Schritt

   gl) in die genannten Blöcke und ,

   k) Ordnen der Kette in Übereinstimmung mit den j ansteigenden und abfallenden Werten der dort eingegebenen normalisierten Stufen.

   9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt f) noch beinhaltet, eine Abschätzung der Absorptionsrate, mit der ein Job wahrscheinlich die Betriebsmittel benutzen wird, zur Zeit, wenn der Schritt f) zum ersten Mal verwendet wird und j

   Bestimmen der aktuellen Absorptionsrate, mit der ein derartiger Job die Betriebsmittel benutzt, nachdem ein solcher Job mindestens einmal hineingetauscht wurde.

   10. Verfahren nach Anspruch 1, zur Bestimmung, welche Jobs aus einer Anzahl von Jobs, die für die Ausführung bereitstehen oder die gerade mit einer Ausführung beschäftigt und austauschbar zwischen den Zuständen des Hinein- und Heraustau-

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   schens sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensshchritte

   kontinuierliches Sammeln von Daten bezüglich des Umfangs, mit dem ein Job Anlage]
   hineingetauscht wurde,

   mit dem ein Job Anlagenbetriebsmittel benutzt hat, als er J

   Bestimmen einer Periodizität der laufenden Bedienungsrate für jeden hineingetauschten Job,

   Abschätzen der Periodizität der vorweggenommenen Betriebs- : rate jedes herausgetauschten Jobs,

   j in Beziehung setzen der laufenden und vorweggenommenen Be-

   ! dienungsraten zu einer gemeinsamen Vergleichskala, mit dem

   ; Ziel, normalisierte Stufen zu gewinnen, die derartigen Rateiji

   I entsprechen und

   ; Identifizierung der Jobs, die Kandidaten für eine Vertäu-¹ schungsind, auf der Basis der normalisierten Stufen.

   j -

   111. Verfahren nach Anspruch IO, dadurch gekennzeichnet, daß die i Vergleichskala in ihrem Wert ansteigt, je länger der Job : herausgetauscht ist und die in ihrem Wert absinkt, je länj ger der Job hineingetauscht ist und wobei der genannte Iden-■ tifxzierungsschritt darin besteht, einen herausgetauschten

   Job zu identifizieren, der eine normalisierte Stufe hat, die i größer ist als die Stufe eines hinexngetauschten Jobs.

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