6 Огляд методів оцінки

Робота за оцінкою завжди направлена на отримання відповідей на питання про продуктивність даної системи. Щоб зробити це, оцінювач повинен одержати інформацію про продуктивність. Звичайно ця інформація складається із значень індексів продуктивності системи при заданому робочому навантаженні і при певних значеннях параметрів системи. Іншими словами, це інформація, одержана в результаті аналізу продуктивності. Методи, за допомогою яких може бути одержана ця інформація, мають назву методів оцінки. Відомі методи можуть бути класифіковані різними способами. Найпоширеніша класифікація, яка і буде прийнята в цій роботі, вводиться нижче.

Інформація про продуктивність, необхідна для дослідження, може бути одержана як від самої системи (методи вимірювання), так і від моделі системи (методи моделювання).

Модель системи — це таке її уявлення, яке складається з певної кількості організованої інформації про неї і побудовано з метою її вивчення. Оскільки існує дуже багато питань про систему, які розумно задати, може бути сконструйований ряд різних моделей. Всі ці моделі представляють одну і ту ж систему, але або розглядають її з різних точок зору і мають різні цілі, або мають різний ступінь детальності.

Модель може розглядатися як система. Різні моделі деякої системи відповідають різним способам ділення її на компоненти і описи взаємодії між компонентами або з середовищем системи. Можливість і зручність представлення системи багатьма різними способами не повинні дивувати; адже знання світу засноване на уявних моделях «систем» навколо нас (які включають інших людей і нас самих), а науковий прогрес може розглядатися як створення нових, кращих моделей світу. Описи ПРОП-системи, що надані в розд. 2.1, можуть розглядатися як словесні і до деякої міри поверхневі моделі ряду реальних систем. Ми називатимемо ці моделі, які існують в думках оцінювачів, концептуальними моделями.

Концептуальні моделі обчислювальних систем грають фундаментальну роль в оцінці продуктивності таких систем. Вони складаються зі всієї інформації, яку має в своєму розпорядженні оцінювач про їх структуру і поведінку. Ця інформація необхідна, або принаймні дуже корисна на всіх етапах роботи за оцінкою. Чим глибше наше знання системи, тобто чим краща наша концептуальна модель цієї системи, тим легше і успішніше може бути здійснено дослідження. Фахівці з системи часто можуть відповісти на такі питання за оцінкою продуктивності, які зажадали б тривалої і дорогої роботи; таким чином, іноді зручна концептуальна модель — все, що потрібне для роботи. Отже, концептуальні моделі є основою методів вимірювання і двох типів методів моделювання: імітації і аналітичних методів.

Дуже поширений і зручний опис поведінки системи (не тільки обчислювальної системи) грунтується на концепціях стану н переходу між станами. Стан системи у момент t визначається як безліч значень параметрів системи, що цікавлять нас, у момент t. Будь-яка зміна цих значень може розглядатися як перехід до іншого стану. Очевидно, що для будь-якої даної системи існує нескінченна безліч таких описів.

Цей опис, мабуть, залежить від вибору параметрів системи, що цікавлять нас.

Якщо поведінка моделі в часі в основному відтворює поведінку системи згідно деяким умовам відповідності між різними аспектами моделі і системи (зокрема, між станами і переходами), маємо імітаційну модель. Імітаційна модель працює «точно так, як і сама система»; спостерігається її поведінка в часі під зовнішньою дією, яка представляє середовище системи, і вимірюються індекси продуктивності. Таким чином, існує концептуальна подібність між імітацією і вимірюванням. Важливим наслідком цієї подібності є те, що проблеми, що виникають при плануванні вимірювальних експериментів, ідентичні або вельми схожі на проблеми, які доводиться вирішувати для імітаційних експериментів. Рішення, справедливі для одного типу експерименту, часто можуть бути застосовані до іншого експерименту.

З математичної точки зору імітаційна модель може розглядатися як така, що складається з рівнянь, які розв'язуються шляхом дослідження еволюції їх рішень на деякому відрізку часу. Обчислювальні системи звичайно розглядаються як дискретні системи (з дискретними станами), які змінюють свої стани за допомогою наказаних дискретних переходів, званих подіями. Таким чином, їх імітаційні моделі включатимуть рівняння, що виражають логічні умови, при яких виникають ці переходи. Рішення рівнянь методом імітаційного моделювання означає визначення хронологічної послідовності подій, що виникають в даній системі, і визначення відповідної послідовності станів системи. Цей метод рішення є, очевидно, чисельним.

Коли рішення рівнянь, що становлять модель, одержано математичними методами, говорять, що використаний аналітичний метод і сконструйована аналітична модель. Термін аналітичний тут дещо дезорієнтує, оскільки за нашою класифікацією категорія аналітичних методів рішення також включає всі чисельні методи, окрім імітації. Проте за відсутністю більш відповідного терміну слідуватимемо традиції і будемо використовувати термін «аналітичний» для позначення цих моделей і методів.

Приклад 2.3. У прикладі 2.1 була використана украй проста імітаційна модель, одержана з концептуальної моделі діалогової ПРОП-системи. Значення двох індексів продуктивності t і Т обчислювалися за допомогою моделювання (олівцем на папері) обробки шести-командного робочого навантаження (рис. 2.6). Імітаційна модель, показана у вигляді блок-схеми на рис. 2.7, концептуально може трактуватися подібно до системи, яку вона замінює для цілей нашого дослідження. Це означає, що якщо ми забезпечимо цю модель відповідним представленням робочого навантаження, відповіді моделі відтворюватимуть відповіді реальної системи. Відповідна модель робочого навантаження тут складається з послідовності процесів, кожний з яких характеризується часом надходження і запитом на процесорний час. Відмітимемо, що відтворення поведінки системи залежатиме від точності моделей системи і робочого навантаження.

Аналітична модель цієї ж системи складається з набору математичних співвідношень, які можуть бути використані для обчислень (будь-яким методом, окрім імітації) значень наших індексів продуктивності по заданих значеннях параметрів системи і робочого навантаження.

Загальною проблемою всіх методів моделювання є проблема точності, тобто відповідності модельованій системі. Будь-яка аналітична або імітаційна модель повинна бути перевірена, перш ніж її можна буде використовувати для отримання інформації, потрібної для оцінки. Перевірка моделі часто важка, а іноді і неможлива. Вона може спиратися на попередні теоретичні результати або результати моделювання, але якщо модельована система існує, остаточне обгрунтування процедури вивіряння повинне бути емпіричним. Довіра до моделі може виходити з упевненості в її розумній концептуальній основі і з використання коректної процедури для її побудови. Проте немає кращого способу (можливо, ніякого іншого способу) підтвердження упевненості, ніж експеримент. Таким чином, у деякому розумінні, вимірювання є найбільш важливий метод оцінки, оскільки його потребують інші методи. Проте він не може бути використаний, якщо система не існує або недоступна, наприклад на початку проектування. У цих випадках, оскільки правильність моделі не може бути встановлена емпірично, наша віра в модель повинна грунтуватися на довірі до правильності її початкових концепцій і конструкції.

Рис. 2.7. Представлення імітаційної моделі у вигляді блок-схеми

Часто в роботі за оцінкою використовуються декілька методів оцінки. Відмінність характеристик різних методів призводить до того, що кожний з них може виявитися зручніше, ніж інші методи, залежно від різних типів проблем, що часто зустрічаються в одному і тому ж дослідженні. До того ж використання в роботі різних підходів, методів і прийомів дозволяє оцінювачу досягти кращого розуміння системи.

Типовими пристроями введення-виведення системи пакетної обробки (у тому числі і конфігурації ПРОП) є пристрої читання з магнітної стрічки і пристрої друку. Користувачі пред'являють свої завдання (програми і дані) оформленими на магнітній стрічці. Файли читаються пристроєм читання записів, і після перетворення кодів їх вміст переноситься в буферну область в основній пам'яті М через Р4. Коли буфер наповниться, його вміст переноситься на диск через Р3.

На диску завдання чекають своєї черги на завантаження в пам'ять. Як тільки завдання завантажене через Р3, воно може оброблятися центральним процесором P1. Під час виконання завдання буде вимагати інформацію, розташовану на магнітній стрічці або на диску. Операційна система, розташована в пам'яті М (хоча б частково), піклуватиметься про обміни. Завдання також генеруватиме вихідне повідомлення для користувача, яке накопичується на диску, а в кінці виконання завдання друкується, проходячи через Р3, М і Р4. Користувачі системи пакетної обробки повідомляють операційній системі свої запити ресурсів на мові управління завданнями за допомогою колоди карт завдання. У одному завданні, тобто в одній і тій же колоді, може задаватися послідовне виконання декількох кроків завдання. Крок завдання є етап виконання завдання, логічно відмінний від інших і явно специфікований пропозицією мови управління завданнями. Типові кроки завдання: компіляція, виконання програми, копіювання файлу з диска на барабан або, навпаки, друк вмісту файлу. Коли крок завдання закінчується, відведена йому область пам'яті звільняється, а наступний крок того ж завдання додається до списку кроків, що чекають завантаження в М.

Якщо всі процесори на рис. 2.2 насправді представляють один і той же фізичний процесор, скажімо Р*, то поєднання в часі неможливе. У той час коли Р* діє як Р4, він не може діяти як Р1, Р2 або Р3. У цьому випадку завдання виконуються строго послідовно; було б незручно починати виконання нового завдання, перш ніж завершиться попереднє. Таку організацію, в якій не допускається поєднання, слід було б назвати чисто однопрограмною.