計算機系統性能評價
正文
採用測量、模擬、分析等方法和工具，研究計算系統的生產率、利用率、回響特性等系統性能，以便選擇或設計具有較高性能價格比的計算機系統。性能代表系統的使用價值。性能評價技術研究使性能成為數量化的、能進行度量和評比的客觀指標，以及從系統本身或從系統模型獲取有關性能信息的方法。前者即測量技術，後者包括模擬技術和分析技術。性能評價通常是與成本分析綜合進行的，藉以獲得各種系統性能和性能價格比的定量值,從而指導新型計算機系統(如分布計算機系統)的設計和改進,以及指導計算機套用系統的設計和改進，包括選擇計算機類型、型號和確定系統配置等。
發展概況 計算機發展初期，人們用簡單的技術指標(如加法速度、存儲容量)描述計算機性能，用簡單的測量方法收集計算機運行信息。隨著計算機系統不斷更新，系統性能問題日趨複雜，逐步開展硬體和軟體監測工具的研究，套用機率論、排隊論建立系統分析模型的研究，以及套用數字模擬技術進行計算機系統模擬。60年代初，一些用於描述離散事件的模擬語言問世。從60年代中期起，開始研究計算機系統性能評價的概念、方法和工具，逐漸形成計算機科學技術的一個分支學科。
性能指標 系統性能指標有兩類：一是可用性（見計算機系統可靠性）；二是工作能力，即在正常工作狀態下系統所具有的能力。表征工作能力的性能指標很多，一般隨所評價的系統和目標而異，它們是系統性能評價的主要研究對象。
常用的工作能力指標有系統的生產率、利用率和回響特性。系統生產率指在單位時間內系統處理的信息量。系統或其某一部分的利用率，指在一個評價期間內它的實際使用時間所占的比率。系統回響特性用系統從輸入到產生回響之間的時間度量。
描述生產率的指標有指令執行速度、吞吐率等。若計算機有n類指令,第i類指令(i=1，2，…，n)在使用過程中的出現機率為pi,其平均執行時間為ti,則平均指令執行時間為
在一個評價期間內，計算機系統完成的所有工作負載，稱為吞吐量。單位時間內系統的吞吐量稱為吞吐率。工作負載的單位依不同的系統而異，如實時處理系統為事務，批處理系統為作業等。吞吐率單位則為每秒事務數或每秒作業數。研究和確定性能評價使用的工作負載是一項重要而困難的任務。
回響特性通常用回響時間、周轉時間等度量。回響時間指用戶輸入一個作業或事務結束至輸出開始之間的間隔時間。周轉時間指用戶開始輸入一個作業或事務至輸出結束之間的間隔時間。回響特性是實時處理和分時處理計算機系統的重要性能指標。
此外，還有一些描述計算機系統及其子系統的性能指標，如輸入輸出子系統數據傳輸率等。
測量技術 測量是最基本、最重要的系統性能評價手段。測試設備向被測設備輸入一組測試信息並收集被測設備的原始輸出，然後進行選擇、處理、記錄、分析和綜合，並且解釋其結果。上述這些功能一般是由被測的計算機系統和測量工具共同完成的，其中測量工具完成測量和選擇功能。
測量工具分硬體工具和軟體工具兩類。硬體測量工具附加到被測計算機系統內部去測量系統中出現的比較微觀的事件(如信號、狀態)。典型的硬體檢測器有定時器、序列檢測器、比較器等。例如，可用定時器測量某項活動的持續時間；用計數器記錄某一事件出現的次數；用序列檢測器檢測系統中是否出現某一序列(事件)等。
數據的採集、狀態的監視、暫存器內容的變化的檢測，也可以通過執行某些檢測程式來實現。這類檢測程式即軟體測量工具。例如，可按程式名或作業類收集主存儲器、輔助存儲器使用量、輸入卡片數、列印紙頁數、處理機使用時間等基本數據；或者從經濟的角度收集管理者需要的信息；或者收集諸如傳送某個檔案的若干個記錄的傳送時間等特殊信息；或者針對某個程式或特定的設備收集程式運行過程中的一些統計量，以及發現需要最佳化的應用程式段等。
硬體監測工具的監測精度和解析度高，對系統干擾少；軟體監測工具則靈活性和兼容性好，適用範圍廣。
模擬技術 在系統的設計、最佳化、驗證和改進（如功能升級）過程中，不可能或不便於採用測量方法和分析方法時，可以構造模擬模型來近似目標系統，進而了解目標系統的特性。
模擬模型包括系統模型和工作負載(環境)模型。工作負載又可分為用戶程式負載和系統程式負載，也可按時間劃分時、日、周或月工作負載等。系統模型和工作負載模型是相互聯繫和相互影響的，它們採用程式語言描述。科學計算用程式語言（如ALGOL，FORTRAN）沒有面向模擬的語法結構，用它建立模擬不夠方便。為系統模擬發展的通用模擬語言（如GPSS，simula）不僅能描述計算機系統，也能適用於一般系統模擬。為計算機系統模擬發展的專用模擬語言（如ECSS，CSS）,使用更方便，但套用範圍較窄。此外，還有計算機模擬程式包可供直接選用。
模擬模型建立後，需要檢驗它的合理性、準確度等，還要設計模擬試驗,對感興趣的輸出值進行統計分析、誤差分析等數據處理。
分析技術 分析技術可為計算機系統建立一種用數學方程式表示的模型，進而在給定輸入條件下通過計算獲得目標系統的性能特性。
計算機系統由一組有限的資源組成，系統中運行的所有進程共享這些資源必然出現排隊現象。因此可以套用排隊論來描述計算機系統中的這類現象。例如，可採用單佇列、單服務台的排隊系統來描述處理機的工作模型。通過求解排隊系統的參數獲得處理機性能指標，如服務台忙的程度對應處理機利用率，顧客等待服務的平均時間對應處理機回響時間，顧客在排隊系統中的平均逗留時間對應處理機周轉時間等。
計算機系統的分析模型一般是某種網狀的排隊系統，求解往往是困難的。有些複雜的計算機系統要建立它的分析模型就很困難。因此分析技術的套用是有局限性的。
計算機系統性能評價是一項重要工作，其最終目的是使計算機系統的設計、製造和使用形成有機的系統工程整體。
