軟件性能工程

SPE軟件(ruǎnjiàn)性能工程韓慶良共十九頁性能(xìngnéng)定義軟件系統(tǒng)或構件對于其及時性目標的符合程度(chéngdù)。性能是軟件產(chǎn)品的一種特征，原則上可以坐在計算機前手持秒表來測量。軟件性能的及時性包括響應性和可伸縮性。共十九頁響應(xiǎngyìng)性是系統(tǒng)實現(xiàn)其響應時間和吞吐量目標的能力?？梢允窍到y(tǒng)對事件的響應速度或是給定時間內處理的時間數(shù)量。響應性既含有客觀成分，也含有主觀成分，如不同條件下的用戶，對響應時間的感知可能不同，在確定(quèdìng)性能目標時，對感知響應性也應給予重視。共十九頁可伸縮性指系統(tǒng)(xìtǒng)在對其軟件功能的要求增加的情況下，能夠繼續(xù)實現(xiàn)響應時間或吞吐量目標的能力。共十九頁性能(xìngnéng)失敗的原因通常(tōngcháng)由于體系結構或設計問題造成。性能問題在開發(fā)過程的早期已經(jīng)引入，而大部分開發(fā)團隊直到集成測試或更晚的時候才予以考慮。共十九頁什么是軟件(ruǎnjiàn)性能工程是一種系統(tǒng)的、定量的方法(fāngfǎ)，用于構建能夠符合性能目標的軟件系統(tǒng)。是關于性能的一種工程，避免了性能驅動的開發(fā)和“后期修正”方法(fāngfǎ)的兩個極端。SPE通過模型預測評估軟件功能、硬件規(guī)模、質量結果和資源需求之間的平衡點。SPE是一種面向軟件的方法(fāngfǎ)，重點在于體系結構、設計和實現(xiàn)的選擇。使開發(fā)人員有能力選擇具有可接受性能特征的體系結構和設計方案，幫助他們進行資源需求控制。共十九頁SPE的工作(gōngzuò)過程分析軟件結構和設計建立(jiànlì)SPE模型對模型進行求解共十九頁SPE建模策略(cèlüè)簡單模型策略：從最簡單的可用模型開始，識別系統(tǒng)體系結構、設計或實現(xiàn)計劃中的問題。（適用于項目早期）最佳和最差情況策略：使用資源需求的最佳和最差情況評估策略為預期性能設定上下限，同時對評估中的不確定性進行管理。適應(shìyìng)精確策略：將模型中所表現(xiàn)的詳細情況與你掌握的軟件處理過程細節(jié)的知識相匹配。（在后期，應對模型進行擴展和精化）。共十九頁軟件(ruǎnjiàn)執(zhí)行模型在開發(fā)階段早期(zǎoqī)，對軟件設計和實現(xiàn)細節(jié)缺乏了解時，構建簡單的模型，以獲得軟件的基本性能特征。即軟件執(zhí)行模型，解析軟件執(zhí)行模型可以提供平均的和最佳最差的響應時間的靜態(tài)分析，特征化了目標軟件獨立的資源需求，摒棄了其他負載、多用戶或由于爭奪資源造成的延遲的影響。隨著對軟件設計和實現(xiàn)細節(jié)的了解越來越完整，逐步優(yōu)化軟件執(zhí)行模型。共十九頁軟件執(zhí)行(zhíxíng)模型用執(zhí)行圖表示軟件執(zhí)行模型。類似于UML中的活動圖。執(zhí)行圖表現(xiàn)路徑執(zhí)行頻率，而且只模擬那些對性能起關鍵作用的路徑。軟件執(zhí)行模型中應將和性能無關(wúguān)的細節(jié)排除在外。執(zhí)行圖主要包括基本節(jié)點、擴展節(jié)點、重復節(jié)點、情況節(jié)點（判斷節(jié)點）、并行執(zhí)行節(jié)點、分割節(jié)點。共十九頁模型(móxíng)求解對圖形進行考查并確定一個基本結構，結算結構時間用“計算節(jié)點”代替結構，整個(zhěnggè)的時間相加即所用的時間。順序結構的時間即所有節(jié)點的時間的和；循環(huán)結構的時間即節(jié)點時間乘以循環(huán)次數(shù)；情況節(jié)點的時間的最佳情況即最長路徑的時間，最差情況即所有路徑的時間的和。分析過程：對于每個基本節(jié)點，定義每種軟件資源服務請求量的最佳和最差情況值。然后計算該模型的全部計算資源，再計算最佳情況和最差情況下的流逝時間的估計值。共十九頁系統(tǒng)(xìtǒng)執(zhí)行模型軟件執(zhí)行模型提供(tígōng)對軟件平均的、最佳和最差的情況下的響應時間的靜態(tài)分析。描述了軟件獨立的資源需求特征，而沒有考慮其他負載或多用戶情況，它們因爭用資源而導致延遲。通過解析軟件執(zhí)行模型揭示出的問題應當在繼續(xù)構建和求解系統(tǒng)執(zhí)行模型之前解決。系統(tǒng)執(zhí)行模型是一個動態(tài)模型，它描述軟件系統(tǒng)在引入其他負載和多用戶這些會引起資源征用的因素后的性能特征。共十九頁系統(tǒng)(xìtǒng)執(zhí)行模型系統(tǒng)執(zhí)行模型將關鍵的計算機資源表示為隊列和服務器。服務器表示環(huán)境的組成部件，提供軟件某種服務。隊列表示等待服務的作業(yè)。服務器的重要性能度量標準是：駐留(zhùliú)時間、利用率、吞吐量、隊列長度。共十九頁數(shù)據(jù)(shùjù)采集在SPE建模中需要必要(bìyào)的數(shù)據(jù)，來建立和求解軟件與系統(tǒng)性能模型。包括關鍵性能場景、性能目標、運行環(huán)境、軟件資源需求、計算機資源需求。共十九頁性能(xìngnéng)遍歷為獲得必要的信息來構建性能模型，由一名成員引導參與者，審查系統(tǒng)體系結構、設計或實現(xiàn)的細節(jié)。進行性能遍歷的時機：確立系統(tǒng)功能的總體觀念時進行第一次性能遍歷；使用性能風險等級來確定性能遍歷的頻率。成功進行性能遍歷的提示：精通SPE、管理會議、確定什么(shénme)最先發(fā)生、對某些主體進行專門交流等等。共十九頁軟件(ruǎnjiàn)測量測量為SPE模型提供輸入數(shù)據(jù)，驗證并確認模型，確定性能目標是否已經(jīng)實現(xiàn)，并且監(jiān)控系統(tǒng)(xìtǒng)在整個生命周期內的性能。共十九頁要測量(cèliáng)的數(shù)據(jù)工作量負載數(shù)據(jù)：每種負載的請求數(shù)量、請求速率以及請求模式。數(shù)據(jù)特征：數(shù)據(jù)總量以及每個數(shù)據(jù)項的大小。執(zhí)行特征：路徑特征（測量每個重要路徑的執(zhí)行次數(shù)以便計算循環(huán)反復的次數(shù)和條件路徑的執(zhí)行概率）、軟件資源使用（測量請求次數(shù)和平均持續(xù)時間）、處理開銷（測量軟件資源請求各種關鍵計算機系統(tǒng)資源提供服務的總量）。計算機系統(tǒng)的使用：包括(bāokuò)場景響應時間、吞吐量、關鍵計算機系統(tǒng)資源使用、資源利用率、資源吞吐量、資源隊列長度。共十九頁數(shù)據(jù)采集(cǎijí)工具系統(tǒng)(xìtǒng)監(jiān)視器（如UNIX的sar）程序監(jiān)視器系統(tǒng)事件記錄器外部程序事件記錄器內部事件記錄器共十九頁內容(nèiróng)總結SPE軟件性能工程。是一種系統(tǒng)的、定量的方法，用于構建能夠符合性能目標的軟件系統(tǒng)。SPE是一種面向軟件的方法，重點在于體系結構、設計和實現(xiàn)的選