第七講-系統(tǒng)配置與性能評價.doc

1、精品文檔第七講 系統(tǒng)配置與性能評價系統(tǒng)可靠性：系統(tǒng)的故障模型、可靠性模型和組合模型等計算；計算公式、概念和評價標(biāo)準(zhǔn)性能評價方法軟件容錯系統(tǒng)可靠性的基本概念可靠度：系統(tǒng)的可靠度R(t) 是指在 t=0時系統(tǒng)正常的條件下，系統(tǒng)在時間區(qū)間0,t 內(nèi)能正常運(yùn)行的概率。可用度：系統(tǒng)的可靠度A(t) 是指系統(tǒng)在時刻t 可運(yùn)行的概率?？删S度：系統(tǒng)的可維度M(t) 是指系統(tǒng)失效后，在時間間隔t內(nèi)可被修復(fù)的概率。平均無故障時間（ MTTF）：可靠度為 R(t) 的系統(tǒng)的平均無故障時間（MTTF）定義為從 t=0 時到故障發(fā)生時系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行時間的期望值，則MTTFR(t )dt0如果 R(t )e t ，則 M

2、TTF=1/；為失效率，是指器件或系統(tǒng)在單位時間內(nèi)發(fā)生失效的預(yù)期次數(shù)，假設(shè)為常數(shù)。平均故障修復(fù)時間（MTTR）：可用度為 A(t)的系統(tǒng)的平均故障修復(fù)時間（MTTR）設(shè) A1(t) 是在風(fēng)險函數(shù) Z(t)=0且系統(tǒng)初始狀態(tài)為1 狀態(tài)的條件下A(t)的特殊情況，則MTTRA1 (t )dt 。0設(shè)修復(fù)率 (t)= ，是指單位時間內(nèi)可修復(fù)系統(tǒng)的平均次數(shù)，則MTTR=1/。平均故障間隔時間（MTBF）：對于可靠度服從指數(shù)分布的系統(tǒng)，從任一時刻t 0 到達(dá)故障的期望時間都是相等的，有MTBF=MTTR+MTTF。系統(tǒng)的可靠性計算常見的系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型有：串聯(lián)系統(tǒng)：設(shè)系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的可靠性分別為R1，

3、 R2， ， Rn，則系統(tǒng)的可靠性R=R1*R2* *Rn；串聯(lián)的子系統(tǒng)越多，系統(tǒng)的可靠性越低。如果系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的失效率分別為1， 2， ， n，則系統(tǒng)的失效率= 1+ 2+ + n 。并聯(lián)系統(tǒng)：設(shè)系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的可靠性分別為 R1， R2 ， ， Rn，則系統(tǒng)的可靠性 R=1-(1-R 1)*(1-R 2)* *(1-R n) ，并聯(lián)的子系統(tǒng)越多，系統(tǒng)的可靠性提高。如果所有的子系統(tǒng)的失效率為0，則系統(tǒng)的失效率為1；在并聯(lián)系統(tǒng)中只有一1n10j 1j個子系統(tǒng)是真正需要的，其余n-1 個子系統(tǒng)稱為冗余子系統(tǒng)。模冗余系統(tǒng)：m模冗余系統(tǒng)由 m個（ m=2n+1）相同的子系統(tǒng)和一個表決器組成，經(jīng)過

4、表決器表決后，m個子系統(tǒng)中占多數(shù)相同結(jié)果的輸出作為系統(tǒng)的輸出。在 m個子系統(tǒng)中， 只要有 n+1 個以上子系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)就能正常工作， 輸出正確結(jié)果。1 歡迎下載精品文檔m如果所有的子系統(tǒng)的可靠性為R，則 m模冗余系統(tǒng)的可靠性R 為 Rj iR0 )m i。C m R0 (10in 1性能評價方法時鐘頻率法： 計算機(jī)的時鐘頻率在一定程度上反映了機(jī)器速度；相同體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器，主頻越高，速度越快。由于體系結(jié)構(gòu)的不同、指令系統(tǒng)的不同、各指令使用的機(jī)器周期的不同，平均指令執(zhí)行速度僅僅是對各種指令執(zhí)行速度加權(quán)后的平均值，并不能完全反映實際程序執(zhí)行的速度。指令執(zhí)行速度法：表示機(jī)器運(yùn)算速度的單位是MI

5、PS（每秒百萬條指令） ，有峰值 MIPS、基準(zhǔn)程序 MIPS和以特定系統(tǒng)為基準(zhǔn)的MIPS。用來衡量計算機(jī)的科學(xué)計算速度，MFLOPS（每秒百萬次浮點運(yùn)算速度），有峰值 MFLOPS和以基準(zhǔn)程序測得的 MFLOPS；可用于比較和評價在同一系統(tǒng)上求解同一問題的不同算法的性能，已可用于在同一源程序、同一編譯器以及相同的優(yōu)化措施，在同樣運(yùn)行環(huán)境下以不同系統(tǒng)測試得到的浮點運(yùn)算速度；但沒有考慮運(yùn)算部件與存儲器、I/O 系統(tǒng)等速度之間相互協(xié)調(diào)等因素。等效指令速度法： 通過各類指令在程序中所占比例進(jìn)行計算得到。若各類指令的執(zhí)行時間為nt i ，則等效指令的執(zhí)行時間TWi ti ，n 為指令類型數(shù)； 由于沒有

6、考慮數(shù)據(jù)的長度、高速i 1緩存的命中率、 流水線的效率導(dǎo)致的不固定的指令執(zhí)行時間，采用等效指令速度法可能會偏離實際。數(shù)據(jù)處理速率法（ PDR）：采用計算 PDR值的方法來衡量機(jī)器性能，PDR值越大，機(jī)器性能越好； PDR與每條指令和每個操作數(shù)的平均位數(shù)以及每條指令的平均運(yùn)算速度有關(guān)；PDR值主要對 CPU和主存儲器的速度進(jìn)行衡量，允許并行處理和指令預(yù)取的功能，但不適合衡量機(jī)器的整體速度，沒有涉及高速緩存、多功能部件等技術(shù)對性能的影響。1991 年 9 月停止使用。綜合理論性能法 （ CTP）：美國政府為限制較高性能計算機(jī)出口所設(shè)置的運(yùn)算部件綜合性能估算方法。 CTP以每秒百萬次理論運(yùn)算MTOP

7、S表示， 1991 年 9 月 1 日啟用。 CTP的估算方法是首先計算出處理部件每個計算單元（如定點加法單元、定點乘法單元、浮點加法單元、 浮點乘法單元） 的有效計算率R，再按不同字長加以調(diào)整，得出該計算單元的理論性能TP，所有組成該處理部件的計算單元TP 的總和即為綜合理論性能 CTP?；鶞?zhǔn)程序法（ Benchmark）：Khrystone 基準(zhǔn)程序：綜合性的整數(shù)基準(zhǔn)測試程序，用C 語言編寫。Linpack 基準(zhǔn)程序： 主要操作是浮點加法和浮點乘法操作，結(jié)果用 MFLOPS表示，用 FORTRAN語言編寫。Whetstone 基準(zhǔn)程序：主要由執(zhí)行浮點運(yùn)算、功能調(diào)用、數(shù)組變址、條件轉(zhuǎn)移和超越

8、函數(shù)的程序組成，測試結(jié)果用Kwips 表示，用 FORTRAN語言編寫。SPEC基準(zhǔn)程序： SPEC CPU2000基準(zhǔn)程序可測試CPU、存儲器系統(tǒng)和編譯器的性能，測試結(jié)果以 SPECmark、 SPECint 和 SPECfp 來表示。TPC基準(zhǔn)程序：由 TPC開發(fā)的評價計算機(jī)事務(wù)處理性能的測試程序，用以評測計算機(jī)在事務(wù)處理、 數(shù)據(jù)庫處理、 企業(yè)管理與決策支持系統(tǒng)等方面的性能，評測結(jié)果用每秒完成的事務(wù)處理數(shù) TPC來表示。TPC-A：用于評價在聯(lián)機(jī)事務(wù)處理環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫和硬件的性能，不同系統(tǒng)之間用性能價格比進(jìn)行比較；TPC-B：測試不包括網(wǎng)絡(luò)的純事務(wù)處理量，用于模擬企業(yè)計算環(huán)境；。2 歡迎下

9、載精品文檔TPC-C：測試聯(lián)機(jī)訂貨系統(tǒng)；TPC-D：測試決策支持系統(tǒng)；TPC-W：基于 Web商業(yè)的測試標(biāo)準(zhǔn)，可看作是服務(wù)器的測試標(biāo)準(zhǔn)。軟件容錯高質(zhì)量軟件的可靠性技術(shù)分為兩類：避錯技術(shù)， 在開發(fā)過程中不讓差錯潛入軟件的技術(shù)，是進(jìn)行質(zhì)量管理， 使軟件具有應(yīng)有質(zhì)量所必不可少的技術(shù)，軟件工程中先進(jìn)的軟件開發(fā)和管理技術(shù)，在管理中避開錯誤。容錯技術(shù)， 對某些無法避開的錯誤使其影響降到最小的技術(shù)，使錯誤發(fā)生時不影響系統(tǒng)的特性，主要采用冗余手段。冗余是指對所有實現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)定功能來說是多余的資源，包括硬件、軟件、 信息和時間，通過冗余資源的加入使系統(tǒng)的可靠性得到較大的提高。主要的冗余技術(shù)：結(jié)構(gòu)冗余、信息冗余、時

10、間冗余、冗余附加。故障的恢復(fù)策略有兩種：前向恢復(fù)： 使當(dāng)前計算繼續(xù)往下走，把系統(tǒng)恢復(fù)成連貫的正確狀態(tài)，彌補(bǔ)當(dāng)前狀態(tài)不連貫的情況；需要有錯誤的詳細(xì)說明。后向恢復(fù)：系統(tǒng)恢復(fù)到前一個正確狀態(tài)，然后繼續(xù)執(zhí)行；不適合于實時處理場合。軟件容錯的主要目的是提供足夠的冗余信息和算法程序，使系統(tǒng)在實際運(yùn)行時能夠及時發(fā)現(xiàn)程序設(shè)計的錯誤，采取彌補(bǔ)措施，來提高軟件的可靠性，保證整個計算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。軟件容錯技術(shù)主要有：恢復(fù)塊方法：動態(tài)屏蔽技術(shù)，采用后向恢復(fù)策略，提供具有相同功能的主塊和幾個后備塊，一個塊就是一個執(zhí)行完整的程序段。主塊首先投入運(yùn)行， 結(jié)束后進(jìn)行驗證測試， 如果不通過，系統(tǒng)把現(xiàn)場恢復(fù)后由后備塊執(zhí)行，以

11、此類推，直到耗盡所有后備塊，產(chǎn)生異常處理。設(shè)計恢復(fù)塊時， 要保證主塊和后備塊之間的獨(dú)立性，避免相關(guān)錯誤的產(chǎn)生，使兩者的共性錯誤降到最低。驗證測試程序完成故障檢測的功能，必須保證驗證測試程序的正確性。N版本程序設(shè)計：靜態(tài)故障屏蔽技術(shù)，采用前向恢復(fù)策略，用n 個具有相同功能的程序同時執(zhí)行，結(jié)果通過多數(shù)表決來決定。N 版本程序必須由不同的人使用不同的設(shè)計方法、不同的程序語言、 不同的開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)，以減少 N 版本程序在表決點上相關(guān)錯誤的概率；必須解決程序運(yùn)行的同步問題。 N 版本程序設(shè)計采用時間冗余，重復(fù)計算， 通過表決產(chǎn)生正確結(jié)果。防衛(wèi)式程序設(shè)計： 不采用任一種傳統(tǒng)的容錯技術(shù)，對于程序中存在錯誤或不一致性，通過在程序中包括錯誤檢查代碼和錯誤恢復(fù)代碼，一旦發(fā)生錯誤， 程序就能撤銷錯誤狀態(tài)，恢復(fù)到