run_analysis_aux_workers/artifact.3

Analyse der aux-Worker-Konfiguration (aux=1–3)

Purpose

Vergleichsanalyse der Leistungswirkung verschiedener aux-Worker-Konfigurationen, um eine belastbare Standardkonfiguration für Log-Analyseprozesse festzulegen.

Problemstellung: Erhöhung der aux‑Worker‑Anzahl verbessert möglicherweise log‑basiertes I/O‑Verhalten, kann aber durch erhöhte Streuung und sinkende Effizienz saturieren. Ziel war, die optimale Anzahl von aux‑Workern zu bestimmen.

Ziele:

• Messung der Wirksamkeit zusätzlicher aux-Worker auf Hotspot‑Tail‑Latenzen
• Ermittlung von Varianz‑ und Bandbreitenänderungen bei Skalierung von aux‑Worker‑Anzahl
• Festlegung einer stabilen Betriebsregel auf Basis statistischer Schwellen

Kontext & Hintergrund

Drei Messläufe (#34, #36, #37) mit identischer Messmethodik, variierender aux‑Worker‑Anzahl (1, 2, 3).

Gruppierung:

• aux=1
• aux=2
• aux=3

Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:

• epoch_ms
• monotonic_ns
• tz_offset_minutes
• run_id
• step_id

Domänenkontext:

• Leistungsanalyse asynchroner Log-Verarbeitungs-Worker
• Bewertung von I/O-Lastverteilung und Timing-Streuung

Outlier-Definition:

• Methode: Interquartilsabstand (IQR)
• Beschreibung: Abweichungen jenseits des 1,5×IQR‑Bereichs gelten als Ausreißer im Latenzverhalten.
• Metrik: retry_tail_p99

Motivation:

• Reduktion der Latenzspitzen in near‑expiry‑unpinned Hotspots
• Vermeidung von Drift in band_width bei zunehmender Parallelität
• Entwicklung reproduzierbarer, regelbasierter Skalierungsentscheidungen

Methode / Spezifikation

Übersicht:

• Vergleichsanalyse über drei Runs mit variierender aux‑Worker‑Zahl
• Auswertung mittels Median und Interquartilsabstand (IQR)
• Trennung der Metriken nach Hotspot‑Tail, Rest‑Tail und band_width

Algorithmen / Verfahren:

• Erfassen der Log‑Metriken unter identischen Rahmenbedingungen
• Berechnen von Median und IQR pro Kennzahl und aux‑Worker‑Gruppe
• Vergleich von Δp99 zwischen Runs
• Bewertung der Unterschiede anhand der IQR‑Spanne (Signifikanzkriterium Δ > IQR/2)

Bootstrap-Übersicht

Verteilungsschätzung möglicher Stichprobenmedian‑Differenzen durch wiederholtes Resampling.

Zielgrößen:

• retry_tail_p99_Hotspot
• retry_tail_p99_Rest
• band_width

Resampling-Setup

• aux=1
• aux=2
• aux=3

Stichprobeneinheit: Run‑Fenster (Zeitintervallmessung)

Resampling-Schema:

• bootstrap resampling
• 1.000 Wiederholungen pro Gruppe

Konfidenzintervalle:

• Niveau: 0.95
• Typ: percentile-based
• Ableitung: empirische Quantile der bootstrapped Differenzen

Abgeleitete Effektgrößen

Risk Difference (Differenz der Raten):

• Definition: Differenz der relativen Häufigkeit hoher Latenzwerte zwischen Vergleichsgruppen.
• Bootstrap: Schätzung der CI der Differenz aus resampled Anteil hoher p99‑Werte.

Risk Ratio:

• Definition: Verhältnis der Wahrscheinlichkeit erhöhter Latenz bei höherer aux‑Zahl.
• Bootstrap: Resampling‑basierte Schätzung der Verteilungsverhältnisse.

C-State-Kontrolle

Ziel: Sicherstellen, dass beobachtete Unterschiede nicht durch CPU‑Stromsparmodi beeinflusst werden.

Vorgehen:

• Fixieren der CPU‑C‑States während der Läufe
• Überwachung über Trace‑Metadata
• Dokumentation des setup_fingerprint zur Vergleichbarkeit

Input / Output

Input-Anforderungen

Hardware:

• Mehrkern‑CPU mit mindestens 4 Kernen
• Stabile I/O‑Speicherumgebung

Software:

• eigener Logger mit Sanity‑Header
• Telemetrie mit setup_fingerprint
• Statistikmodul zur Median/IQR‑Analyse

Konfiguration:

• aux‑Worker‑Zahl parametrierbar (1–3)
• identische Fensterung und Messperiode je Run

Erwartete Rohdaten

Felder pro Run:

• epoch_ms
• monotonic_ns
• tz_offset_minutes
• run_id
• step_id
• retry_tail_p99
• band_width

Formatbeispiele:

• 1705123145,512312233122,60,36,12,0.015,3.5e+06

Trace-Daten:

• Format: CSV oder JSON‑Logdateien mit fixem Header
• Hinweis: setup_fingerprint dient zur Absicherung parametergleicher Läufe

Analyse-Ausgaben

Pro Gruppe / pro Governor:

• Median
• IQR
• p99
• Drift‑Indikator (relative Varianz)

Vergleichsausgaben:

• aux=1 vs aux=2

  • Δ: deutliche Verbesserung von Hotspot‑p99
  • CI(Δ): positiv außerhalb IQR
  • RR: unter 1
  • CI(RR): eng, stabil

• aux=2 vs aux=3

  • Δ: gering, innerhalb IQR
  • CI(Δ): überlappt Null
  • RR: ≈1
  • CI(RR): breit, unsicher

• C-State-Korrelation: keine signifikanten Korrelationen beobachtet

• Trace-Muster: leicht erhöhte band_width‑Varianz bei aux=3

Workflow / Nutzung

Analyse-Workflow:

• Parameterwahl (aux‑Worker‑Anzahl setzen)
• Run‑Durchführung mit identischen Bedingungen
• Log‑Erfassung und Sanity‑Header‑Validierung
• Statistische Auswertung (Median/IQR, Bootstrap optional)
• Sättigungskriterium prüfen (Δ < IQR/2)
• Default‑Entscheidung aktualisieren

Trace-Template-Anforderungen

Ziel: Vergleichbare Runs ohne Tuning‑Artefakte erzeugen.

Erforderliche Tags & Metadaten:

• setup_fingerprint
• run_id
• aux_worker
• time_window_id

trace-cmd-Setup:

• fixierte CPU‑C‑States
• identische Logger‑Konfiguration
• synchronisierte Startbedingungen

Run-Design für Contributors:

• jeweils 1 Parameteränderung pro Run
• mindestens 3 Wiederholungen für Medianstabilität

Interpretation & erwartete Ergebnisse

Kernbefunde:

• aux=1 → aux=2 führt zu klar verbessertem Hotspot‑Tail (p99‑Verringerung außerhalb IQR)
• aux=2 → aux=3 zeigt keine signifikante Verbesserung, jedoch erhöhte Varianz in band_width
• Sättigungseffekt ab aux≥3 erkennbar

Implikationen für Experimente:

• aux=2 als stabiler Default sinnvoll
• weiteres Hochskalieren ohne strukturellen Vorteil
• Fokus künftig auf Steuerungsalgorithmik statt Worker‑Zahl

Planungsziel:

• Ziel: Definieren reproduzierbarer Entscheidungsregeln für Worker‑Skalierung.
• Vorgehen:
  • Vergleich ΔHotspot‑P99 gegen IQR/2‑Schwelle
  • Zusätzliche Driftbewertung von band_width in Frühfenstern

Limitationen & Fallstricke

Datenbezogene Limitationen:

• nur drei Runs, begrenzte Stichprobentiefe
• keine externe Replikation auf anderer Hardware

Bootstrap-spezifische Limitationen:

• Verteilungsschätzungen sensitiv für kleine Stichproben
• breite CI erschwert sichere Interpretation bei Δ≈0

Kausalität & Generalisierbarkeit:

• Resultate gelten nur für identische Logger‑ und I/O‑Profile
• keine direkte Generalisierung auf andere Task‑Typen

Praktische Fallstricke:

• unentdeckte Seiteneffekte bei paralleler Instrumentierung
• Verwechslung von Drift und Messrauschen bei kurzen Runs

Nächste Schritte & Erweiterungen

Geplante Experimente:

• Analyse alternativer Scheduling‑Strategien für aux‑Worker
• Erweiterung durch präzisere Latenz‑Vorhersagemodelle

Analyseziele:

• Quantifizierung der band_width‑Driftursachen
• Messung der Trade‑offs zwischen Parallelität und Stabilität

Regression & Modellierung:

• Aufbau eines Regressionsmodells für aux‑Worker‑Effekte auf Latenzmetriken

Community-Beiträge:

• Bereitstellung der setup_fingerprint‑Methodik als offenes Vergleichsinstrument für ähnliche Experimente