|
|
| 反映计算机系统负载和工作能力的常用指标主要有三类，具体如下。
|
|
|
|
|
| 时间是衡量计算机性能最主要和最为可靠的标准，系统响应能力根据各种响应时间进行衡量，它指计算机系统完成某一任务（程序）所花费的时间，比如访问磁盘、访问主存、输入／输出等待、操作系统开销，等等。
|
|
|
|
|
|
|
| 系统时间主要是指访问磁盘、访问主存和I/O等待的时间，因此衡量响应时间主要是衡量用户CPU时间。用户CPU时间取决于三个特征：时钟周期TC，指令平均时钟周期数CPI以及程序中总的指令数IN，用公式可以表示为：
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 其中n为指令的种类数量，CPIi是第i种指令的CPI，Ii是第i种指令使用的数量。
|
|
|
| 举个例子，A机执行的程序中有20%转移指令（2TC），转移指令都需要一条比较指令（1TC）配合，B机中转移指令已经包含了比较指令，但TC比A机慢15%。需要比较A机、B机哪个工作速度快。按照上述公式我们可以得出下面的计算结果：
|
|
|
| A机：TCPUA=INA×（0.2×2+0.2×1+0.6×1）×TCA=1.2 INA×TCA
|
|
|
| B机：TCPUB=0.8INA×（（0.2/0.8）×2+（1-0.2/0.8）×1）×1.15TCA=1.15 INA×TCA
|
|
|
| 从比较的结果来看，B机比A机工作速度要快，因此，不能仅按CPU的主频衡量系统性能。
|
|
|
|
|
| 吞吐率指标是系统生产力的度量标准，描述了在给定时间内系统处理的工作量。系统的吞吐率是指单位时间内的工作量。例如，处理器的吞吐率是按每秒处理多少百万条指令（MIPS或者MFLOPS）来度量的。对于在线事务处理系统，吞吐率的度量是每秒处理多少事务（Transaction per second, TPS）。对于通信网络，吞吐率是指每秒传输多少数据报文（PPS）或多少数据位（BPS）。
|
|
|
| 系统的额定能力是指理想状态下，系统可承受的最大可能吞吐率。一般，我们都不期望让系统达到额定能力，因为此时响应时间太短，输出的显示也太快，以至于用户无法感觉到系统已经发生了响应。能使用户高效工作的能力被称为可用能力。可用能力与额定能力之间的比例就称为系统的效率。
|
|
|
| 吞吐率指标与系统的负荷之间的关系如下图所示。最初，在系统的负荷较小时，吞吐率指标增长很快。到某个点时，吞吐率指标的增长率会降低。该点的吞吐率称为拐点能力。继续增加负荷，到某一点时，吞吐率会逐步降低，即此时系统出现超负荷现象。
|
|
|
|
|
|
|
| 吞吐率指标是要按照工作单位（即作业、任务、指令等）来定义的。还有，时间性指标与吞吐率指标之间存在相互依赖的关系，响应比较敏捷的系统通常具有较高的吞吐率。
|
|
|
| 下面介绍一下MIPS、MFLOPS、TPS等几个反映系统吞吐率的概念。
|
|
|
| ①每秒百万次指令（Million Instruction Per Second, MIPS）。
|
|
|
|
|
| MIPS=指令数/（执行时间×1 000 000）
|
|
|
| MIPS的大小和指令集有关，不同指令集的计算机间的MIPS不能做比较，因此在同一台计算机上的MIPS是变化的，因程序不同而变化。MIPS中，除包含运算指令外，还包含取数、存数、转移等指令。相对MIPS是指相对于参照机而言的MIPS，通常用VAX-11/780机处理能力为1MIPS。
|
|
|
| ②每秒百万次浮点运算（Million Instruction Per Second，MFLOPS）。
|
|
|
|
|
| MFLOPS=浮点指令数/（执行时间×1 000 000）
|
|
|
| 1MFLOPS约等于3MIPS。MIPS只适宜于评估标量机，不能用于评估向量机，而MFLOPS则比较适用于衡量向量机的性能。但是MFLOPS仅仅只能用来衡量机器浮点操作的性能，而不能体现机器的整体性能。例如编译程序，不管机器的性能有多好，它的MFLOPS不会太高。MFLOPS是基于操作而非指令的，所以它可以用来比较两种不同的机器。例如100%的浮点加要远快于100%的浮点除。单个程序的MFLOPS值并不能反映机器的性能。
|
|
|
| ③位每秒（Bits per second, BPS）。
|
|
|
| 计算机网络信号传输速率一般以每秒传送数据位（Bit）来度量，简写为BPS。更大的单位包括KBPS （Kilo bits per second）和MBPS （Million bits per second）。
|
|
|
| ④数据报文每秒（Packets per second，PPS）。
|
|
|
| 通信设备（例如路由器）的吞吐量通常由单位时间内能够转发的数据报文数量表示，简写为PPS。更大的单位包括KPPS （Kilo packets per second）和MPPS （Million packets per second）。
|
|
|
| ⑤事务每秒（Transaction per second，TPS）。
|
|
|
|
|
| （3）资源利用率（Utilization Ratio）。
|
|
|
| 资源利用率指标以系统资源处于忙状态的时间为度量标准。系统资源是计算机系统中能分配给某项任务的任何设施，包含系统中的任何硬件、软件和数据资源。例如，CPU的利用率指标应是CPU忙的时间总量t除以运行时间总量T。系统资源未被利用的时间片段被称为空闲时间。对于一个平衡的系统而言，系统空闲与忙的时间片均匀地分布在整个运行时间内，因此系统资源既不会太忙也不会太闲。
|
|
|
|
|
|
|
| 系统可靠性通常反映系统处理用户工作的可用性或处理过程失败或错误的概率。系统可用的那部分时间被称为正常运行时间，系统不可用的时间被称为停机故障时间。平均故障间隔时间MTBF （Mean Time Between Failure）是系统在相邻两次故障之间工作时间的数学期望。通常我们更要关注两次故障之间工作时间的分布特征。有时，MTBF相对较短，但分布图上可能显示出在个别情况下，相邻故障之间的时间会较长，此时的代价会很大。
|
|
|
|
|
| 系统失效后在规定时间内可被修复到规定运行水平的能力。可维护性用系统发生一次失败后，系统返回正常状态所需的时间来度量，它包含诊断、失效定位、失效校正等时间。一般用相邻两次故障间工作时间的数学期望，即平均修复时间（Mean Time Between Failure, MTTR）来表示。
|
|
|
|
|
| 系统的软硬件的扩充能力，可提高系统性能，如扩展槽允许增加插件板到系统上，又如操作系统支持增加处理器、内存及其他资源，等等。
|
|
|
|
|
| 可维修系统在某时刻能提供有效使用的程度。主要包括使用方便程度以及系统的稳定程度等。有时也指系统实际可用时间与计划提供使用时间的比例。
|
|
|
|
|
| 系统电能消耗量。世界环保组织已制定了计算机及相关设备的一些功耗限额。
|
|
|
|
|
| 系统现有的硬件或软件与另一个系统或多种系统的硬件和软件的兼容能力和经过整合进行共同工作的能力。
|
|
|
|
|
| 程序和数据等信息的安全程度，如数据不被破坏和不被非法修改等。
|
|
|
|
|
| 确保系统内信息和数据不被非法人员存取，在系统内设置的保密措施，如使用保密锁、保密码等，使个人或组织有保护和使用他们的数据的专门权利。
|
|
|
|
|
| 系统对环境的适应能力，即外界环境改变时系统为保持正常工作的进行调节的能力。
|
|
|
| 以上列出的系统性能指标中，系统的可靠性、可维护性、可用性和功耗都有定量指标，兼容性、安全性、保密性和可扩展性属于定性指标。
|
|
|
| 由于性能度量指标的重要程度与具体系统的用户的需求有关，例如军用、商用或者民用的系统之间均会有不同的权重顺序。可以按照具体需求分级别和顺序设置性能评价指标。
|
|
|
