模型的性能指标；评价.pptVIP

计算机网络和计算机系统的性能评价 林 闯 chlin@tsinghua.edu.cn 清华大学计算机系 性能评价的基本概念和发展 性能评价（PE）即研究和优化系统各部件之间的动态行为，包括实时系统行为的测量和模型，性能方案的确定，以及保证一定服务质量(QoS)设计准则的发展。 PE的发展（近百年历史）： 传统地，PE只是用在通信系统中，它用于确保系统的传输和开关特性，保证一定的服务质量。 二战期间，对稀有资源的分配问题。 六十年代，开始在计算机和计算机通信领域建立PE技术，并发现了许多基本的结论和方法。 PE已经成功地用于以下二个领域： 通信网络QoS的度量 处理机系统和内存结构的有效性设计 性能评价的步骤（1） PE的研究对象是模型、分析以及系统结构和动态行为的最佳综合 一个系统： 性能评价的步骤（2） 资源共享系统和实时系统 系统性能评价概述 系统性能评价研究的目的 选择：在众多的系统(方案)中选择一个最适合需要的系统(方案), 即在一定的价格范围内选择性能最好的系统, 达到较好的性能/价格比； 改进：对已有系统的性能缺陷和瓶颈进行改进和提高其运行效率； 设计：对未来设计的系统进行性能预测, 在性能成本方面实现最佳设计或配置。 性能参数 可靠性或可利用性； 系统能正常工作的时间，其指标可以是能够持续工作的时间长度，如平均无故障时间, 也可以是在一段时间内, 能正常工作的时间所占的百分比。 处理能力或效率 吞吐率：系统在单位时间内能处理正常作业的个数。 响应的时间：系统得到输入到给出输出之间的时间。 利用率：在给定的时间区间中，各种部件(包括硬设备和软系统)被使用的时间与整个时间之比。 性能参数 丢失率(或阻塞率)：信息传输(用户呼叫)丢失量与信息传输(用户呼叫)总量之比。 不同的系统对性能指标的描述有所不同例如局域网络常用的性能评估指标 信道传输速率 信道吞吐量和容量 信道利用率 传输延迟 信息丢失率 响应时间 决定性能的因素 决定性能的因素 系统的配置 系统资源：软件、硬件的成分、数量、能力 系统结构 处理和调度策略 系统负载 工作方式：交互方式、批处理方式 性能评价的主要任务 研究系统配置、系统负载、性能指标之间的相互关系。 测量方法 测量：通过一定的测量设备或一定的测量程序直接从系统测得各项性能指标或与之密切相关的量； 运算：求出相应的性能指标。 优缺点 最直接、最基本的方法，其它方法也要依赖于测量的量 适用于已经存在并运行的系统、比较费时间 测量方案和测量手段是测量方法的关键 模型方法 抽象：建立一个适当的模型； 以状态为基础 以事件为基础 假定：经典概率分布； 确定：模型的性能指标； 评价：分析系统模型。 优缺点 参数的确定依赖于对系统的测量结果或对参数的估价 可对已有系统的性能评价，也可对尚未存在系统(系统设计)的性能预测 工作量小，费用少 模型方法包括模拟方法和分析方法： 模拟方法：用程序动态地模拟系统及其负载。 描述：模拟语言建立系统模型； 执行：事件或时间驱动系统模型； 统计分析：性能参数。 优缺点 详细地刻划系统 较精确的性能指标 费时、费用较高 分析方法：用数学模型工具的理论与方法描述性能与系统、负载之间的关系。 (Stochastic Process Algebras)随机过程代数 (Stochastic Petri Nets)随机Petri网 (Queueing Theory)排队论 优缺点 模型进行简化和假设 刻划系统的详细程度较低 与实际性能指标有差距 理论基础强、刻划各种因素之间的关系 省时费用也较低 性能评价问题和研究方向 性能评价问题和研究方向 性能评价问题 系统的庞大、复杂化和系统性能模型描述的复杂性 系统模型分布非典型性 状态空间的爆炸问题和求解的不易实现 系统状态空间无界 误差和有解理论 模型的描述、求解和计算机辅助工具 研究方向 近似求解技术和方法 分解、压缩技术和方法 层次模型和分层分析 性能界限求解技术 测试、试验和新理论抽象和数学基础 * * 传输和处理系统 实时系统 资源共享系统 举例 ? ? 进程控制 ? 时间共享计算机，主机 制造系统 客户-服务器系统 机器人 电话/数字通信系统 航空计算机系统… 生产线 主要的研究对象 ? ? 进程交互的准确性 ? 资源的合理使用 容错能力 容错能力 主要的性能参数 ? ? 安全性 ? 吞吐量、利用率 活性 丢失率、延迟 确定的时间模型 随机时间模型 ? 动作发生在明确的时间点或固定的时间范围内 ? 由于竞争、数据出