7.3. Оценивание эффективности использования ресурсов эвм

Оценивание ресурсной эффективности состоит в измерении количественных субхарактеристик и их атрибутов (табл.4.2): временной эффективности (метрик поведения ПС во времени); используемости ресурсов ЭВМ комплексом программ.

При этом предполагается, что в контракте, ТЗ или спецификации требований зафиксированы и утверждены требуемые значения атрибутов стандартизированных субхарактеристик.

При подготовке ТЗ и спецификаций требований на ПС также следует согласовывать с заказчиком модель и характеристики внешней среды, в которой будет применяться комплекс программ, динамики приема и передачи данных (п.7.1.3). Эти условия следует детализировать до уровня, позволяющего однозначно определять требуемые значения интенсивностей решения задач:

• в среднем нормальном режиме работы ПС с наибольшим качеством функциональной пригодности;

• в режиме предельной загрузки, реализующемся с определенной вероятностью и с допустимым снижением функциональной пригодности и некоторых характеристик качества;

• в режиме кратковременной аварийной перегрузки, способной критически отражаться на функциональной пригодности, надежности и безопасности применения ПС.

Для измерения атрибутов временной эффективности необходимы инструментальные средства, встроенные в операционную систему или в соответствующее прикладное ПС. Эти средства должны в динамике реального функционирования программ регистрировать:

• загрузку вычислительной системы;

• значения интенсивности потоков данных от внешних абонентов;

• длительность исполнения заданий;

• характеристики функционирования устройств ввода/вывода;

• время ожидания результатов (отклика) на задания пользователей;

• заполнение памяти обмена с внешними абонентами в различных режимах применения комплекса программ и т.п.

Значения этих характеристик зависят не только от свойств и функций ПС, но и от особенностей архитектуры и операционной системы ЭВМ.

Потребность в ресурсах памяти и производительности ЭВМ в процессе решения задач может значительно изменяться в зависимости от их свойств, а также от потока, состава и объема исходных данных. Степень использования памяти и производительности ЭВМ в некоторых пределах не влияет на качество решения функциональных задач комплексом программ.

При излишне высокой интенсивности поступления исходных данных может нарушаться временной баланс между длительностью решения полной совокупности задач ПС в реальном масштабе времени и производительностью ЭВМ при решении этих задач. Также возможно нарушение баланса между имеющейся в ЭВМ памятью и памятью, необходимой для хранения всей поступившей и обрабатываемой информацией. Для выявления подобных ситуаций и определения характеристик ПС в условиях недостаточности ресурсов ЭВМ проводятся испытания при допустимо высокой интенсивности поступления исходных данных.

При использовании комплексом программ производительности и память реализующей ЭВМ менее чем на 50%, разработчик может практически не учитывать эти ограничения. Поэтому закономерным является стремление разработчиков программ применять, особенно для систем реального времени, ЭВМ с предельным использованием технических характеристик. Опыт создания ПС реального времени показывает, что практически невозможно использовать производительность объектной ЭВМ более чем на 95%, и почти всегда целесообразно ограничиваться на уровне 90%. Подобная зависимость обусловлена сложностью оптимального распределения в динамике ограниченных ресурсов ЭВМ (особенно производительности) по многим функциональным задачам, необходимостью проектирования программ с учетом этих ограничений и неоднократными переделками программ для соблюдения всех ресурсных ограничений.

Наиболее сложным является оценивание эффективности использования ресурсов производительности ЭВМ в реальном времени. При этом должна быть определена зависимость качества решения задач от интенсивности поступающей информации различных типов. Основная задача испытаний состоит в определении вероятностей, с которыми будет нарушаться соответствие между потребностями в производительности для решения всей требуемой совокупности задач и реальными возможностями ЭВМ. Если эта вероятность невелика и можно считать допустимым эпизодическое снижение качества за счет получающихся задержек и пропусков в обработке сообщений или заданий, то делается вывод о соответствии производительности ЭВМ функциям данного ПС.

Для оценивания использования ресурсов производительности должны быть измерены:

• реальные значения интенсивностей поступающих исходных данных и заданий на вызов функциональных программ, а также распределения вероятностей этих интенсивностей для различных источников и типов сообщений;

• длительности автономного решения отдельно каждой из функциональных задач, обрабатывающей исходные данные или включаемой внешними заданиями;

• загрузка ЭВМ в нормальном режиме поступления сообщений и заданий, а также вероятность перегрузки заданиями различных типов и распределения длительностей перегрузки в реальных условиях;

• влияние пропуска в обработке заданий или сообщений каждого типа и снижения темпа решения определенных задач на функциональную пригодность и другие характеристики качества ПС.

Перечисленные задачи могут быть решены экспериментально в процессе тестирования завершенной информационной системы, однако при этом велик риск, что производительность ЭВМ окажется недостаточной для решения заданной совокупности задач в реальном времени.

Для корректного оценивания предельной пропускной способности информационной системы с данным ПС необходимо измерять следующие характеристики функциональных групп программ:

• экстремальные значения длительностей их исполнения и маршруты, на которых эти значения достигаются;

• среднее значение длительности исполнения каждой функциональной группы программ на всем возможном множестве маршрутов ПС и его дисперсию;

• распределение вероятностей, значений длительности исполнения функциональных групп программ.

В общем случае для оценивания длительностей исполнения и определения качества функционирования программ в зависимости от загрузки, необходимо задавать вероятность каждой комбинации тестовых данных и измерять соответствующую ей длительность. Однако для сложных групп программ весьма трудно определить вероятность каждой комбинации исходных данных. Поэтому на практике ограничиваются некоторыми средними или наиболее вероятными значениями тестовых данных, а также одним или несколькими сочетаниями исходных данных, при которых ожидаются предельные значения потоков заданий и длительностей исполнения программ. Влияние таких ситуаций перегрузки по производительности может быть ослаблено применением приоритетных дисциплин оперативной диспетчеризации исполнения заданий на решение функциональных задач. В зависимости от характеристики потоков заданий и предполагаемых длительностей их реализации могут распределяться приоритеты на их решение.

По результатам испытаний могут быть решены перечисленные задачи оценивания ресурсной эффективности ПС. Это позволяет анализировать факторы, определяющие необходимую пропускную способность ЭВМ, и разрабатывать меры для приведения ее в соответствие с потребностями.