Seminar PikeOS Performanceanalyse und Optimierung

Dieses Einzelseminar vermittelt die messdatenbasierte Analyse und gezielte Optimierung von CPU-, Speicher-, Kommunikations- und I/O-Leistung in PikeOS-Systemen. Die Inhalte sind auf technische Umsetzbarkeit, nachvollziehbare Konfiguration und einen kontrollierten Betrieb ausgerichtet. Theorie, Demonstrationen und Laboraufgaben greifen unmittelbar ineinander.

Jeder Arbeitsschritt beginnt mit einer fachlichen Entscheidung, wird anschließend in CODEO oder am Zielsystem umgesetzt und endet mit einer prüfbaren Kontrolle. Dadurch entsteht kein reines Produktwissen, sondern ein belastbarer Arbeitsablauf für Entwicklung, Integration, Prüfung und Betrieb.

Inhaltsübersicht

1. Leistungsbaseline und Messdesign
2. Tracing, Ereignisse und Laufzeitanalyse
3. CPU- und Schedulinganalyse
4. Speicher-, Cache- und Kopiereffekte
5. I/O-, Interrupt- und Kommunikationsleistung
6. Systematische Optimierung

Zielgruppe

Performance-Ingenieure, Echtzeitentwickler, Systemintegratoren, Treiberentwickler und technische Architekten.

Voraussetzungen

PikeOS- und Trace-Grundkenntnisse sowie Verständnis von Scheduling, Speicherhierarchie und Gerätepfaden.

Lernziele

• Leistungsziele in messbare Metriken und Lastprofile übersetzen.
• CPU-, Speicher-, Cache-, Kommunikations- und I/O-Engpässe getrennt untersuchen.
• Trace- und Messdaten ohne vorschnelle Schlussfolgerung korrelieren.
• Optimierungen einzeln planen, messen und gegen Nebenwirkungen prüfen.
• Leistungsreserven und verbleibende Risiken nachvollziehbar dokumentieren.

Seminarinhalte

Leistungsbaseline und Messdesign

1. Schritt 1: Geschäfts- und Systemziele in Latenz-, Jitter-, Durchsatz- und Lastmetriken übersetzen.
2. Schritt 2: Messpunkte, Lastprofile und Störgrößen vor der Messung definieren.
3. Schritt 3: Warm-up, Wiederholungen und Zeitbasis konsistent festlegen.
4. Schritt 4: Eine unveränderte Baseline als Vergleichsstand sichern.

Tracing, Ereignisse und Laufzeitanalyse

1. Schritt 1: Messziel, Ereignisklassen und notwendige Zeitauflösung festlegen.
2. Schritt 2: Trace-Erfassung mit begrenztem Einfluss auf das Zielsystem konfigurieren.
3. Schritt 3: Zeitachsen, Zustandswechsel und Kommunikationsereignisse korrelieren.
4. Schritt 4: Aus Messdaten eine belastbare Ursache-Wirkungs-Kette ableiten.

CPU- und Schedulinganalyse

1. Schritt 1: CPU-Zeit pro Partition und Ausführungskontext erfassen.
2. Schritt 2: Laufzeitspitzen, Blockierungen und unnötige Aktivierungen bestimmen.
3. Schritt 3: Zeitfenster und Prioritäten gegen die gemessene Last prüfen.
4. Schritt 4: Änderungen einzeln vornehmen und gegen die Baseline vergleichen.

Speicher-, Cache- und Kopiereffekte

1. Schritt 1: Arbeitsmengen, Speicherzugriffsmuster und Kopierpfade erfassen.
2. Schritt 2: Cache- und Speicherinterferenz durch kontrollierte Lasten sichtbar machen.
3. Schritt 3: Puffergrößen und Datenlokalität auf unnötige Bewegung untersuchen.
4. Schritt 4: Optimierung auf Integrität und Isolation gegenprüfen.

I/O-, Interrupt- und Kommunikationsleistung

1. Schritt 1: Gerätepfad vom Ereignis bis zur Anwendung zeitlich zerlegen.
2. Schritt 2: Interruptlast, Queuefüllstände und Pufferengpässe messen.
3. Schritt 3: Virtuelle und direkte Gerätepfade unter identischer Last vergleichen.
4. Schritt 4: Durchsatzverbesserungen ohne unkontrollierte Burst- oder Wartezeiten umsetzen.

Systematische Optimierung

1. Schritt 1: Engpass anhand von Messdaten statt Vermutung priorisieren.
2. Schritt 2: Eine Änderung mit erwarteter Wirkung und Rückfalloption planen.
3. Schritt 3: Nachmessung unter identischen Bedingungen durchführen.
4. Schritt 4: Verbesserung, Nebenwirkung und verbleibende Reserve dokumentieren.

Praxisübungen

• Messbaseline mit Latenz, Jitter, Durchsatz und CPU-Last erstellen.
• Engpass durch Trace, Queuefüllstände und Ressourcenmessung lokalisieren.
• Eine CPU-, Speicher- oder I/O-Optimierung kontrolliert umsetzen.
• Nachmessung unter identischen Bedingungen durchführen und Wirkung bewerten.

Arbeitsweise

Kurze Fachblöcke werden unmittelbar durch Demonstrationen und geführte Übungen ergänzt. Konfigurationen, Quelltexte, Prüfprotokolle und Checklisten werden in einer konsistenten Laborumgebung geführt. Fehlerbilder werden nicht nur behoben, sondern systematisch eingegrenzt und dokumentiert.