производительность ниже номинальной: V* < V1,...,VN < VN . 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/ T, где Ti - время, в течение

которого устройство работало, и Т - продолжительность работы системы. В течение промежутка времени Т - Tj устройство простаивает. Очевидно, что загрузка pi < 1. Если

загрузка устройств 1,...,N равнасоответственно, то количество работы,

выполняемой устройствами с быстродействием V1,...,VN за единицу времени, равно

p1V1,...,pNVN . Совокупность значенийхарактеризует 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 значенийVN , в котором загрузкаpN

определена при совместной работе комплекса технических средств под управлением операционной системы. Из-за вышеописанных факторов системная производительность ниже комплексной

(p1V1 < Vj*,...,pNVN < VN) и, следовательно, ниже номинальной(p1V1 < V1v..,pNVN < VN). 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: X 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

Л = n / T(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 X в интервале Т оценивается с погрешностью, имеющей статистическую природу и зависящей от случайной величины n и ее дисперсии. С увеличением длительности интервала Т значение n возрастает и погрешность оценки X стремится к нулю при T - с .

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

SSSS SSSSS

123 456 789

Рис. 1.11. Потоки задач на входе и выходе системы. Среднее значение этого интервала

1

n w

определяется интенсивностью выходного потока задач, и производительность системы

Я = 1/т(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 Л - и средним числом задач, покидающих систему за единицу времени, - интенсивностью выходного потока задач X. Зависимость представлена на рис. 1.12. В области 0 <Л<Л* интенсивность выходного потока полностью определяется интенсивностью входного потока: Л = Л. При Л > Л* 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 X, достигнув предельного значения X*, остается постоянной при любых значениях Л > Л*, причем Л* = Л. Значение X* 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: 0 < Л < ЛЛ. В области 0 < Л < Л все ресурсы системы в какой-то степени недоиспользуются. В области Л > Л 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:

1)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;

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

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

Оценка производительности в виде числа задач, решаемых системой за единицу времени, имеет смысл только для конкретной задачи, работающей с заданным множеством задач. Чтобы сравнивать производительность различных систем, обрабатывающих различные классы задач, производительность на рабочей нагрузке определяют объемом вычислительной работы, выполняемой системой за единицу времени. Такую оценку представляют набором значений P1v..,PN, составляющие которого определяют объем

обработки, ввода и вывода данных в единицу времени. Например, P1 - число процессорных операций в секунду, Р2 - число вводимых за секунду символов. Как и при оценке производительности X числом задач в единицу времени, производительность системы в объеме работ P1,...,PN характеризуется предельным значением P1*,...,PN*, достигаемым при насыщении системы.

Оценки производительности X и P1,... , PN связаны следующим образом. Пусть 01,...,0N - сложность вычислений, характеризуемая средним числом операций типа 1,...,N выполняемых при решении одной задачи, причем значения 01,...,0N включают в себя все операции, в том числе относящиеся к системным процессам. Тогда

Pn =Л0 n,n = 1,..., N(1.4)

Л = Pn / 0 n(1.5)

Различия в оценках X, получаемых для различных индексов n, свидетельствует о погрешностях в измерении Pn и 0n. Таким образом, оценки производительности X и P1,...,PN

однозначно связаны через характеристика 01,... , 0 N задач.