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架构 - 系统配置与性能评价

考点摘要

• 性能指标（★★）
• 阿姆达尔解决方案（★）
• 性能评价方法（★★）

系统性能概述

性能指标

硬件	计算机 时钟频率（主频）、运算速度与精度、内存的存储容量、存储器的存取周期、数据处理速率PDR、吞吐率、各种响应时间、各种利用率、RASIS特性、平均故障响应时间、兼容性、可扩充性、性能价格比
	路由器 设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、丢包率、时延、时延抖动、VPN支持能力、端口硬件队列数、基于Web的管理、网管类型等
	交换机 交换机类型、配置、支持的网络类型、最大ATM端口数、支持协议和标准等
	网络 设备级性能指标、网络级性能指标、应用级性能指标、用户级性能指标、吞吐量
软件	操作系统 系统的可靠性、系统的吞吐率（量）、系统响应时间、系统资源利用率、可移植性
	数据库管理系统 衡量数据库管理系统的主要性能指标包括数据库本身和管理系统两部分,有:数据库的大小、数据库中表的数量、单个表的大小、表中允许的记录(行)数量、单个记录(行)的大小、表上所允许的索引数量、数据库所允许的索引数量、最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数等
	Web服务器 最大并发连接数、响应延迟、吞吐量

主频和CPU时钟周期：

• 主频又称为CPU时钟频率，时钟周期是时钟频率的倒数。
• 如主频为1GHz，则说明1秒钟有1G个时钟周期，每个时钟周期为1ns。
• 主频 = 外频 * 倍频

总线周期：

• 也就是一个访存储器或IO端口操作所用的时间

指令周期：

• 取出并执行一条指令的时间，若干个机器周期组成

平均执行周期数：

• CPI表示每条计算机指令执行所需的时钟周期，有时简称为指令的平均周期数
• CPI平均执行周期数 = 执行程序所需要的时钟周期数 / 所执行的指令条数

MIPS指令平均运算执行速度：

• 每秒处理的百万级的机器语言指令数，主要用于衡量标量机性能

MFLOPS：

• 每秒百万个浮点操作，不能反映整体情况，只能反映浮点运算情况
• 主要用于衡量向量机性能

指令平均时钟数 ＝（指令条目数 × 指令时钟数）/ 总指令条目数

指令平均运算（执行）速度 ＝ 1/指令平均时钟数 × 时钟频率，注，单位MIPS

性能调整

数据库应用系统

造成性能不好的原因可能有数据库连接方式、系统应用架构、数据库设计、数据库管理、网络通信等，基于这些原因，可以采取修改应用模式、建立历史数据库、利用索引技术和分区技术等优化措施，需要调整的参数主要包括CPU和主存使用状况、数据库设计、查询语句性能、进程或线程状态、硬盘剩余空间、日志文件大小等；

Web应用系统

性能瓶颈可能有客户端程序、网关接口、数据库互连等，可以釆取的优化措施主要有改善应用程序的性能和数据库连接、进行流量管理与负载均衡、使用Web交换机和Web缓存等，需要调整的参数主要包括系统的可用性、响应时间、并发用户数，以及特定应用占用的系统资源等。

阿姆达尔解决方案

阿姆达尔其实就是为了解决局部性能优化的问题。如果提升每个部件的话，那么成本会相当的高。于是就提升部分的部件来加速系统的性能。它的定义是对系统某组件采用某种更快的执行方式，所获得的系统性能的改变程度，取决于该组件被使用的频率，或所占总执行时间的比例。

加速比：系统不进行优化和进行优化的比值。

加速比的计算公式如下：算的是时间，先找时间点，为了提高性能降低时间

R = 不使用改进组件完成整个任务的时间 / 使用改进组件完成整个任务的时间

加速比主要取决于两个因素：

• 在原有的系统上，能被改进的部分在总执行时间中所佔的比例。这个值称为改进比例，它总是小于1。
• 通过改进的执行方式所取得的性能的提高，即如果整个系统使用了改进的执行方式，那么系统的速度会有多少的提高，这个值等于在原来的条件下，系统的执行时间与使用改进组件后系统的执行时间之比。它总大于1。

性能评价方法

• 时钟频率法

  以时钟频率高低衡量速度，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快

• 指令执行速度法

  表示机器运算速度单位是MIPS。单位时间内能够处理指令的数量。

• 等效指令速度法

  通过各类指令在程序中所佔的比例进行计算得到的。特点是考虑了指令比例不同的问题，它也叫吉普森混合法。是通过各类指令在程序中所占的比例进行计算后得到的计算机运算速度。

• 数据处理速率法PDR

  用PDR值的方法来衡量机器性能，PDR值越大机器性能就越好。特点是综合考虑CPU和存储。

• 综合理论性能法

  首先算出处理部件每个计算单元的有效计算率，在按不同的字长加以调整，得出该计算单元的理论性能考虑每一个处理部件计算单元的有效计算率。而不光光只考虑CPU和存储这些的东西。 所有组成该处理部件的计算单元的理论性能之和即为CTP。使用每秒百万次理论运算MTOPS。

• 基准程序法

  把应用系统中用得最多最频繁的那部分核心程序作为评估计算机性能的标准程序，称为基准测试程序（benchmark）。基准程序法是目前一致承认的测试系统性能较好的方法。

• 经典评估方法性能评估方法

  主要是针对CPU（有时包括主存）的性能，但没有考虑诸如I/O结构、操作系统、编译程序的效率等对系统性能的影响，因此，难以准确评估计算机系统的实际性能。

基准测试：运行一个标准程序对多种计算机系统进行检查，以比较和评价他们的性能。

测试精确度排名：真实的程序 → 核心程序 → 小型基准程序 → 合成基准程序。

计算机系统的评估系统，主要分三种：

Dhrystone基准程序：它是一个综合性的整数基准测试程序，是为了测试编译器和CPU处理整数指令和控制功能的有效性，人为地选择一些典型指令综合起来形成的测试程序。

Linpack基准程序：它是国际上最流行的用于测试高性能计算机系统浮点性能的测试。

Whetstone基准程序：它是用Fortran语言编写的综合性测试程序，主要由执行浮点运算、功能调用、数组变址、条件转移和超越函数的程序组成。

SPEC基准程序：一种是测试计算机完成单项任务有多快，称为速度测试；另一种是测试计算机在一定时间内能完成多少项任务，称为吞吐率测试。

TPC基准程序：TPC（Transaction ProcessingCouncil，事务处理委员会）基准程序用以评测计算机在事务处理、数据库处理、企业管理与决策支持系统等方面的性能。该基准程序的评测结果用每秒完成的事务处理数TPC来表示。

• TPC-A基准程序规范用于评价在OLTP环境下的数据库和硬件的性能。
• TPC-B测试的是不包括网络的纯事务处理量，用于模拟企业计算环境。
• TPC-C测试的是联机订货系统（在线事务处理）。
• TPC-D、TPC-H和TPC-R测试的都是决策支持系统，其中TPC-R允许有附加的优化选项。
• TPC-E测试的是大型企业信息服务系统。
• TPC-W是基于Web应用的基准程序，用来测试一些通过Internet进行市场服务和销售的商业行为，所以TPC-W可以看作是一个服务器的测试标准。

Web服务器的性能评估：

• 在Web服务器的测试中，反映其性能的指标主要有:最大并发连接数、响应延迟和吞吐量等。
• 常见的Web服务器性能评测方法有基准性能测试、压力测试和可靠性测试。