第四章 性能模型

第四章性能模型性能建模的概念性能模型的作用性能模型的需求信息性能模型的基本原理建立简单的性能模型第一节性能模型的概念一个引子（电子商务网站服务器的性能分析）以一个在线玩具销售商店的资源层的体系结构来分析。一、电子商务网站服务器的性能分析比如：网站提供多种功能：检索、浏览、注册、登陆、付款、放入购物车。简化用户的导航模式：访问主页，通过检索目录查找想要得物品。INTERNET主页服务器数据库服务器请求响应性能模型的分析：1、把服务器看成是一个黑箱。2、为了能够给出数据说明性能的利用和使用情况的指标。网站的管理者在高峰时间内检测站点，并且提供了测量数据。如下：数据类型值测量时间3600秒已经结束的客户会话数目35000个网络服务器的忙碌时间1200秒数据库服务器的忙碌时间2100秒3、公司的管理者知道这些数据仍然不是很满意。希望知道网站用户发生变化时候，网站的性能是否能够承受起？他们关系的问题也是大多数电子商务网站普遍关心的问题，也就是说这些问题是电子商务站点性能分析的一般性问题。4、这些问题是：（1）客户会话量增长了一倍，电子商务网站的站点性能将会怎样？（2）如果在网站上使用了分辨率更高的图片，网站的利用率会怎样？（3）如果目录检索中，商品货物增加了５０％，网站性能会怎样？二、性能模型的概念商务层客户行为层资源层建立性能模型进行分析性能模型的概念：性能模型就是表达了工作负载使用系统资源的方法，描述了决定系统性能的主要因素。性能模型概念的理解（1）性能模型被用来计算传统的性能度量标准如响应时间、吞吐量、利用率和平均队列长度，以及新的面向商务的性能度量标准。（2）分析的数据：这些模型使用由资源模型和工作负载模型提供的信息。（3）分析的方法：建立分析模型和仿真模型。分析模型是通过公式来来说明系统的不同部件之间的交互。举例：RTmin=RTT+请求时间min+站点处理时间+答复时间min分析模型是本章分析的主要方法。分析模型仿真模型仿真模型是通过运行仿真程序来模拟一个系统的真实性为。根据系统的真实情况建立模型，并且建立改变系统状态的类似事件。通过计算时间和系统相关条件的持续时间来测量性能。优点：通用性。缺点：价格昂贵，具体实施较为困难。三、性能模型的作用（1）电子商务环境下研究资源分配问题的一个基本工具。在服务器之间分布请求，提供有效地处理负载平衡的方案。分析缓存代理中的文件替换策略，和特定网络链路的带宽性能。（2）分析分布式应用程序的系统性能和评估网络的影响。可以通过回答假设性分析问题，而不是在生产环境中进行任何变化，来帮助发现性能问题。（3）可以用于预测目的，可以回答关于性能影响的假设性分析，这些问题是由于电子商务站点的组成部件、元素和工作负载的改变而引起的。性能模型有助于分析将来的贸易场景。四、怎样建立性能模型建模/预测范例的三个不同阶段：（1）系统建模（2）确认模型（3）使用模型来预测系统未来的性能建模/预测范例建立模型获得参数解答模型验证模型性能建模真实系统收集数据性能测量性能分析设计系统的性能确认模型修改模型性能预测简单问题的答复入口在线商店主页客户检索商品1.01.00.60.4CCCWSDBWS312456[0.05，m2][1，m1][0.95，m3][1，m4][1，m5]CCCWSDBWS312456[0.05，m2][1，m1][0.95，m3][1，m4][1，m5]两种访问路径：12312456对于网络服务器：0.05*1+0.95*2=1.95对于数据库服务器：0.95*1+0.05*0=0.95数据类型值测量时间3600秒已经结束的客户会话数目3500个网络服务器的忙碌时间1200秒数据库服务器的忙碌时间2100秒每个客户会话的检索次数2.5每次检索时访问网络服务器的次数1.95每次检索时访问数据库服务器的次数0.95五、性能模型的需求信息电子商务事务的定义来自客户的请求，执行电子商务站点能够提供功能的集合一个电子商务事务可使用的资源：付款服务器、支付网关、认证服务器、路由器、网络服务器、数据库服务器、处理器。比如：一个付款事务的执行路径可能激发对网络服务器、数据库服务器、认证服务器和付款服务器的多次访问。设Vi是一次事务中访问资源i的平均次数，Si是对资源的每次访问的平均服务时间。平均服务需求Di是资源i对这一事务的总的服务时间，从而我们可以计算得到Di是Vi和Si的乘积，有Di=Vi×Si（1）服务时间构成客户发送的请求，多长时间能够回复。1）服务器上的服务时间包含很多。系统内部几层架构之间的开销，后台数据库处理的时间。2）通信网络的服务时间客户机到站点的服务器上的通信时间。不同网络处理时间不同。3）服务时间和服务需求的计算3）服务时间和服务需求的计算每次检索时访问次数：VWS=1.95VDB=0.95检索总数：3500×2.5=87500服务需求：DWS=全部运行时间/检索总数=1200/87500=13.71msDDB=全部运行时间/检索总数=2100/87500=24ms数据类型值已经结束的客户会话数目3500每个客户会话的检索次数2.5网络服务器的忙碌时间1200秒数据库服务器的忙碌时间2100秒每次检索时访问网络服务器的次数VWS1.95每次检索时访问数据库服务器的次数VDB0.95VWS=1.95VDB=0.95检索总数：3500×2.5=87500DWS=全部运行时间/检索总数=1200/87500=13.71msDDB=全部运行时间/检索总数=2100/87500=24ms根据公式：Di=Vi×Si每次访问的服务时间Si=Di/ViSWS=D/V=13.71/1.95=7.03msSDB=D/V=24/0.95=25.26ms数据类型值已经结束的客户会话数目35000每个客户会话的检索次数2.5网络服务器的忙碌时间1200秒数据库服务器的忙碌时间2100秒每次检索时访问网络服务器的次数VWS1.95每次检索时访问数据库服务器的次数VDB0.95每次检索时网络服务器的服务需求DWS13.71每次检索时数据库服务器的服务需求DDB24每次检索访问网络服务器的服务时间SDB7.03每次检索访问数据库服务器的服务时间SDB25.26（2）队列、等待时间和响应时间Ri=Wi+Si响应时间=等待时间+服务时间Vi是一个电子商务事务对队列i的平均访问次数；Si是一个电子商务事务每次访问资源i时，资源i的平均服务时间；Wi是一个电子商务事务对队列i的平均等待时间；Ri是一个电子商务事务在队列i的平均响应时间；Xi是队列i的平均吞吐量，即为队列i的每个单元时间内平均结束的事务数目；X0是系统平均吞吐量，每个单元时间内平均结束的事务数目；六、性能模型的基本原理（1）利用率定律系统中资源i的利用率Ui就是资源忙碌的时间比率。BiUi=BiUi=0CXi=0BiXiUi=C=SiXiBiUi=Ui=SiXiBiUi=例4－7：在观测时间内，一个数据库服务器每秒执行45个检索事务。每个事务耗费19.0ms。在这段时间内，系统利用率是多少？数据库服务器利用率：Ui=Si×Xi=0.019×45=0.855=85.5%（2）强制流模型强制流模型就是单位时间内完成的吞吐量。Xi=Vi×X0平均吞吐量Xi每个结束的事务要平均通过队列Vi次每个单位时间结束X0个事务例4－8：观测站点1200S，得知期间执行事务4800个，已知一个事务访问WS5.2次，DB3.8次，数据库服务时间59ms，网络服务时间35ms。求，网络服务器和数据库服务器平均吞吐量是多少？解答：吞吐量X0=4800/1200=4个事务/秒VDB=3.8；VWS=5.2根据公式Xi=Vi×X0平均吞吐量XiXDB＝VDB×X0＝3.8×4＝15.2t/sXWS＝VWS×X0＝5.2×4＝20.8t/s（3）服务需求定律服务需求定律服务需求Di=Vi×Si根据强制流定律：Xi=Vi×X0Vi=Xi/X0根据利用率定律：Ui=Si×XiSi=Ui/Xi服务需求Di=Vi×Si=(Xi/X0)×(Ui/Xi)=Ui/X0服务需求Di=Vi×Si=Ui/X0例4－9：观测站点1200S，得知期间执行事务4800个，已知一个事务访问WS5.2次，DB3.8次，数据库服务时间59ms，网络服务时间35ms。求，网络服务器和数据库服务器的服务需求和利用率？解答：服务需求Di=Vi×SiDWS=VWS×SWS＝5.2×0.035=0.182SDDB=VDB×SDB＝3.8×0.059=0.224S利用率Ui=Di×X0吞吐量X0=4800/1200=4个事务/秒利用率UWS=DWS×X0＝0.182×4=0.728=72.8%利用率UDB=DDB×X0＝0.224×4=0.896=89.6%（4）Little定律Little定律是列队中物体的平均数量为进入速率与平均停留时间的乘积。定律内容：系统中的平均任务数=到达率×平均响应时间黑箱到达任务离开任务证明假定对一个系统测量时间：T0统计在此期间：完成的任务数目N每个任务的实际完成时间Ni，将这些时间求和得到TN平均任务数=平均响应时间=任务到达率=N0TTNTN0NTNN00TTNTNTLittle定律举例Little定律指出系统中物体的平均数量等于物体离开系统的平均速率和每个物体在系统中停留的平均时间的乘积。（并且如果物体离开和进入系统的总体出入流是平衡的，那么离开速率也就是进入速率。）Little定律举例假设你正在排队等待进入一个火爆的夜总会，你可以通过估计人们进入的速率来了解自己还要等待多长时间。依据Little定律，你可以推论：这个地方可以容纳约60人，每个人在里面逗留的时间大约是3小时，因此我们进入夜总会的速率大概是每小时20人。现在队伍中我们前面还有20人，这也就意味着我们需要等待大约一小时。Little定律举例PeterDenning简明扼要地将这条法则表述为队列中物体的平均数量为进入速率与平均停留时间的乘积。他将这条法则应用于他的酒窖：在我的地下室里有150箱酒，我每年喝掉25箱并买入25箱，那么每箱酒保存的时间是多长？Little定律告诉我，用150箱除以25箱/年，得到答案6年。Little定律举例用Little定律和流平衡的原理来证明多用户系统中的响应时间公式。假定平均思考时间为z的n个用户同时登录到响应时间为r的任意系统中。每个用户周期都由思考和等待系统响应两个阶段组成，因此整个元系统（包括用户和计算机系统）中的作业总数固定为n。如果切断系统输出到用户的路径，你就会发现元系统的平均负荷为n、平均响应时间为z+r而吞吐量为x（用每个时间单位处理的作业数来度量）。例4－11：一个基于网络的经纪公司运行一个3层的站点。应用服务器把网络服务器的商务功能转换成事务，并把事务提交到后端的主机上。1100万的客户使用这一网络贸易系统服务。在高峰时间里2万个使用者被同时记录到日志中。这个电子商务站点每小时处理360万个商务功能，那么在这最忙碌的时间里，每个电子商务功能的响应时间是多少？解答：平均响应时间＝平均用户数目/站点吞吐量＝20000/(3600000/3600)=20S简单问题的答复数据类型值测量时间3600秒已经结束的客户会话数目35000个网络服务器的忙碌时间1200秒数据库服务器的忙碌时间2100秒每个客户会话的检索次数2.5每次检索时访问网络服务器的次数1.95每次检索时访问数据库服务器的次数0.95问题1：客户会话数目增长一倍，预测站点性能如何？数据类型值已经结束的客户会话数目35000个每个客户会话的检索次数2.5次网络服务器的忙碌时间1200秒数据库服务器的忙碌时间2100秒每次检索时访问网络服务器的次数VWS1.95次每次检索时访问数据库服务器的次数VDB0.95次每次检索时网络服务器的服务需求DWS13.71ms每次检索时数据库服务器的服务需求DDB24ms每次检索访问网络服务器的服务时