объектам, как задание. Объектные наборы, как и событийные, имеют последовательную организацию с упорядоченными во времени записями об объектах. Преобразование событийных наборов в объектные выполняется программами конвертирования, каждая из которых соответствует монитору определенного типа.

Оценка функционирования системы в большинстве случаев производится на основе некоторого подмножества хранимых в архиве измерительных данных, относящихся к определенным периодам работы системы или к определенным классам заданий. Селективная выборка данных из архива выполняется программными средствами выборки, которые затем формируют наборы данных об определенных классах объектов (временные интервалы, группы пользователей, продолжительность пребываний заданий в системе и др.). Сформированные наборы данных обрабатываются программами оценки системных характеристик, загрузки ресурсов, рабочей нагрузки и т. д. Результаты оценки представляются в виде выходных документов. Для оценки характеристик используются как специально разрабатываемые программы, так и пакеты программ общего применения, например программ статистического анализа.

7.5. МОДЕЛИ РАБОЧЕЙ И СИСТЕМНОЙ НАГРУЗКИ

Эффективность вычислительной системы существенно зависит от степени согласованности конфигурации и режима функционирования системы с нагрузкой, создаваемой прикладными задачами и операционной системой. Поэтому для решения задач системной и технической эксплуатации и при проектировании систем необходимо располагать сведениями о потребностях задач в ресурсах системы. Для получения этих сведений существует два способа:

1)анализ программ, в процессе которого оценивается потребность в памяти, процессорном времени и других ресурсах в расчете на одну реализацию каждой программы;

2)измерения процесса функционирования ЭВМ и обработки измерительных данных. Анализ программ с целью определения создаваемой ими нагрузки - достаточно

сложный процесс, требующий детальных сведений, во-первых, о структуре программы и. во-вторых, о распределении значений исходных величин, влияющих на порядок выполнения программы. Поэтому оценка нагрузки путем анализа программ производится только для специализированных систем, реализующих небольшое число относительно несложных программ.

Оценка нагрузки на основе измерительных данных - наиболее широко используемый способ анализа нагрузки систем общего назначения и проблемно-ориентированных. При этом проводятся измерения процесса функционирования ЭВМ в течение представительного промежутка времени, охватывающего выполнение I- 2 тыс. заданий. Полученные данные обрабатываются применительно к выбранной модели нагрузки, в результате чего

оцениваются параметры нагрузки, воспроизводимые моделью.

09

I0,99I

Рис. 7.17. Граф программы

Марковская модель программы. Для определения нагрузки, создаваемой программой в отношении устройств системы, используется марковская модель программы. Как правило, модель представляет собой граф, в вершинах которого, соответствующих операторам программы, отмечены объемы ресурсов, используемых при выполнении

оператора, а на дугах - вероятностных переходов к следующим операторам. Пример графа программы приведен на рис. 7.17. Вершины графа обозначены номерами 0, 1, К, К+1... Вершина 0 - начальная, а вершина К+1 - конечная. Если R1,...,RN - устройства вычислительной системы, то каждой из вершин k=1, ... , К ставится в соответствие вектор (31к,...,i9Nk), определяющий потребность оператора k в ресурсах устройств. Значения

i91kЗш могут задаваться в виде объемных характеристик ресурса (число процессорных

операций, вводимых и выводимых символов или записей, обращений к внешним запоминающим устройствам и т. д.) или в виде временных характеристик (время использования процессора, устройств ввода - вывода и других устройств системы). Если из оператора выходит единственная дуга, то переход по ней происходит с вероятностью i. Если из оператора k выходит несколько дуг (k,l),(k,m)(k,c;), то выбор направления перехода рассматривается как случайное событие, характеризуемое вероятностями исходов

pk,, pkm , pto , причем pk, + pkm + ... + 1>Ы= 1 . Вероятности определяются путем анализа

операторов переходов и циклов, влияющих на пути вычислительного процесса. Так, если вероятность выполнения условия в операторе перехода равна 0,25, то двум путям развития вычислительного процесса соответствуют вероятности 0,25 и 0,75. Если цикл повторяется в среднем 100 раз, то вероятность выхода из цикла равна 0,01, а возврата в начало цикла - 0,99.

На основе графа программы строится поглощающая марковская цепь, определяющая порядок выполнения программы. При этом операторам 1, ... , К. программы ставятся в соответствие невозвратные состояния sK марковской цепи, а конечной вершине графа (К+1) - поглощающее состояние s0. Расчетом характеристик поглощающей марковской цепи определяется среднее число попаданий процесса (n1,...,nK) в состояния sK и дисперсия

числа попаданий of,...,. На основе полученных значений и заданных (31к,...,5Nt)

потребностей операторов в ресурсах определяются средние значения потребности программы в ресурсах:

©n =1ХЛ, n = 1.....N

k=1

Значения ©1,..., © N характеризуют использование ресурсов в объемных или временных единицах при одной реализации программы. Если потребности операторов в ресурсах определены во временных единицах, то значение © = ©n характеризует среднее

время выполнения программы.

Марковская модель хорошо воспроизводит ресурсные свойства программ. Погрешности оценок связаны в первую очередь с ошибками в определении вероятностей переходов рц, обусловленными приближенностью априорных сведений о распределении значений исходных данных.

Оценка рабочей нагрузки по измерительным данным. Рабочая нагрузка вычислительных систем общего назначения оценивается на основе измерений процесса функционирования. Для оценки рабочей нагрузки выбирается учетная единица работ: при пакетной обработке - задание, а при оперативной - взаимодействие пользователя с системой, называемое транзакцией. На основе измерительных данных, полученных с помощью монитора, формируется объектный набор данных, каждая запись которого характеризует одну учетную единицу работы, например отдельное задание. В зависимости от типа монитора состав данных в записи может быть различным. Так, запись может содержать трассу процесса выполнения работы либо менее детальные сведения, соответствующие некоторой модели процесса. Эти данные используются для оценки рабочей нагрузки -определения ее состава и параметров.

Рис. 7.18. Модель центрального обслуживания

Для повышения достоверности оценки необходима обширная статистика - объемом 1-2 тыс. заданий. Чтобы описать рабочую нагрузку в компактной форме, следует, во-первых, процесс выполнения каждого задания характеризовать небольшим числом параметров и, во-вторых, множество заданий представлять ограниченным числом классов заданий, характеризуя свойства каждого класса среднестатистическим заданием. Для компактного описания процессов выполнения заданий наиболее широко используется модель центрального обслуживания.

P

Рис. 7.19. Распределение параметра заданий для неоднородной нагрузки

Модель центрального обслуживания. В модели центрального обслуживания процесс выполнения программы представляется поглощающей марковской цепью с множеством состояний s0,sN, где s0 - поглощающее состояние, аsN -

невозвратные состояния, соответствующие этапам выполнения процесса на устройствах R13...,RN (процессор и периферийные), причем состояние s1 отождествляется с этапом

процессорной обработки.

Матрица вероятностей переходов для марковской цепи

P

(7.13)

s

0

s

s

n