限制（Constraints）：包括经济，功能，技术，地理等方面 图1. 包括环境、需求和限制的系统
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性能评价的步骤（2）
问题-需求分析
工作负载/系统参数 实验 （对实际系统进行测量） 模型 （工作量/系统行为） 通过数学或模拟方法 进行分析 验证
对测量值进行分析 验证
综合分析
图2. 性能评价方法
测量方案和测量手段是测量方法的关键
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性能评价方法 续1
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。
11性能评价方法 续1源自 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
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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。
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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：
Enviroment Required Qos
Workload
system
Actual Qos
Contrains 工作量（Workload）: 活动和服务的需求总和 -活动类型 -状态序列 -时间需求 -... 服务质量（Quality of Service,Qos）: 与用户需求相关 -定性参数：逻辑序列，死活性，优先级，... -定量参数：吞吐量，响应时间，... -...
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
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资源共享系统和实时系统
传输和处理系统
实时系统
举例 进程控制 制造系统 机器人 航空计算机系统… 主要的研究对象 进程交互的准确性 容错能力 主要的性能参数 安全性 活性 确定的时间模型 动作发生在明确的时间点或固定的时间范围 内 典型的处理模型 扩展的有限状态机（EFSM）、时间Petri网、 实时进程代数、时间自动机
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性能评价方法 续2
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
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性能评价方法 续3
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
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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
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。
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性能评价方法
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
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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
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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
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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。
计算机网络和计算 机系统的性能评价
林 闯
chlin@
清华大学计算机系
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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）：
资源共享系统
时间共享计算机，主机 客户-服务器系统 电话/数字通信系统 生产线
资源的合理使用 容错能力
吞吐量、利用率 丢失率、延迟 随机时间模型 由于竞争、数据出错、丢失现象的不确定性 以及服务策略是随机的，导致时间点或时间 间隔是随机的 排队网络、随机Petri网（SPN）、随机进程代 数（SPA）