Системы обработки данных (стр. 5 )

Номинальная производительность характеризует только потенциальные возможности устройств, которые не могут быть использованы полностью. Этому препятствует влияние структуры связей между устройствами на их производительность, что проявляется в изменении скорости работы одних устройств при работе других. Так, из-за того, что процессор и каналы ввода – вывода подключены к общей оперативной памяти, увеличение скорости ввода – вывода приводит к уменьшению производительности процессора; суммарная производительность устройств ввода – вывода, подключенных к мультиплексному каналу, ограничена пропускной способностью канала, фактическая производительность накопителей, подключенных к блок-мультиплексному каналу, меньше их суммарного номинального быстродействия и т. д. Чтобы оценить влияние первой группы факторов – структуры системы на быстродействие устройств, используется специальная характеристика – комплексная производительность. Комплексная производительность оценивается набором быстродействий устройств , обеспечиваемых при совместной их работе, т. е. в составе комплекса технических средств. По вышеописанным причинам комплексная производительность ниже номинальной: . Способ оценки комплексной производительности до сих пор не определен. Один из подходов к ее оценке сводится к следующему. Некоторым образом определяется типовая смесь операций ввода, обращения к внешней памяти, обработки и вывода данных, на основе которой создается синтетическая искусственная программа, порождающая процесс с заданной смесью операций. Путем прогона синтетической программы и измерения времени ее выполнения оценивается комплексная производительность система.

 Показателем использования устройства в процессе работы системы является загрузка. Загрузка i-го устройства определяется отношением , где Ti – время, в течение которого устройство работало, и Т – продолжительность работы системы. В течение промежутка времени Т – ТI устройство простаивает. Очевидно, что загрузка . Если загрузка устройств 1,...,N равна   соответственно, то количество работы, выполняемой устройствами с быстродействием   за единицу времени, равно . Совокупность значений   характеризует производительность технических средств с учетом простоев, возникающих в процессе функционирования системы. Таким образом, оценка фактической производительности системы сводится к оценке загрузки устройств в конкретных условиях работы системы.

На загрузку устройств существенно влияет режим обработки задач, реализуемый управляющими программами операционной системы. Влияние операционной системы проявляется, например, в следующем. Организация системного ввода и вывода связана с использованием процессора и внешних запоминающих устройств для промежуточного хранения вводимых и выводимых наборов данных. В результате этого часть времени процессора, каналов ввода – вывода и внешних запоминающих устройств тратится на обслуживание ввода – вывода. Такая же ситуация возникает при организации в системе виртуальной памяти, режима разделения времени и обеспечения других вспомогательных функций.

Чтобы оценить влияние операционной системы на производительность технических средств СОД, используется специальная характеристика – системная производительность. Системная производительность определяется набором значений , в котором загрузка   определена при совместной работе комплекса технических средств под управлением операционной системы. Из-за вышеописанных факторов системная производительность ниже комплексной   и, следовательно, ниже номинальной. В настоящее время общепринятая методика оценки системной производительности отсутствует.

 Для СОД, находящихся в эксплуатации или разрабатываемых для конкретного применения, класс задач полностью определен, по крайней мере, статистически, т. е. определена рабочая нагрузка СОД. В таком случае производительность оценивается на рабочей нагрузке и называется системной производительностью или кратко – производительностью.

Производительность наиболее просто оценивается числом задач, решаемых системой за единицу времени: λ задач/ч. Эта оценка информативна только для конкретной области применения СОД и ни о чем не свидетельствует, если не определен класс решаемых задач. По этой причине она используется, когда анализируются варианты организации одной СОД, и не может применяться для сравнения СОД, работающих с различными наборами задач.

Рассмотрим способы определения производительности на рабочей нагрузке для систем, находящихся в эксплуатации.

Пусть за время Т система завершила обработку n задач (заданий). Тогда производительность системы за время Т составляет

  (1.2)

задач в единицу времени (например, в час).

Обычно задачи поступают на обработку в случайные моменты времени и время пребывания задач в системе зависит от состава смеси (числа и характеристик) задач, одновременно обрабатываемых системой. В результате этого число задач n, обработанных системой за время Т, – случайная величина и производительность λ в интервале Т оценивается с погрешностью, имеющей статистическую природу и зависящей от случайной величины nи ее дисперсии. С увеличением длительности интервала Т значение n возрастает и погрешность оценки λ стремится к нулю при .

Другой способ определения производительности λ через среднее значение интервала между моментами окончания обработки задач. В этом случае в течение времени Т регистрируются интервалы между моментами завершения обработки задач   (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Потоки задач на входе и выходе системы.

Среднее значение этого интервала

определяется интенсивностью выходного потока задач, и производительность системы

  (1.3)

Оценки производительности (1.2) и (1.3) совпадают, если начало и конец промежутка времени Т совпадают с моментами окончания обработки задач.

Рис. 1.12. Влияние интенсивности входного потока задач на производительность к время ответа.

Рассмотрим зависимость между двумя величинами: средним числом задач, поступающих в единицу времени на вход системы, – интенсивностью входного потока задач Λ – и средним числом задач, покидающих систему за единицу времени, – интенсивностью выходного потока задач λ. Зависимость представлена на рис. 1.12. В области   интенсивность выходного потока полностью определяется интенсивностью входного потока: . При   система из-за ограниченности ресурсов – числа и быстродействия устройств, а также емкости памяти – не может в течение единицы времени обслужить все поступившие на обработку задания и интенсивность выходного потока λ, достигнув предельного значения λ*, остается постоянной при любых значениях , причем . Значение λ* определяет максимальную производительность системы для заданного класса задач и является характеристикой самой системы, не зависящей от интенсивности входного потока задач. Таким образом, производительность системы – ограниченная сверху величина: . В области   все ресурсы системы вкакой-то степени недоиспользуются. В области   по крайней мере один ресурс загружен полностью. Остальные ресурсы могут быть недогружены из-за нехватки одного или одновременно нескольких ресурсов.

На производительность наиболее существенно влияют следующие параметры:

·  число и быстродействие устройств, емкость оперативной и внешней памяти, с увеличением которых производительность может возрастать, а также структура системы и пропускная способность связей между элементами системы;

·  режим обработки задач, определяющий порядок распределения ресурсов системы между задачами, поступающими на обработку;

·   рабочая нагрузка, в первую очередь объем вводимых, хранимых в памяти, выводимых данных и число процессорных операций, необходимых для решения задачи.