軟件性能工程

SPE軟件(ruǎnjiàn)性能工程韓慶良共十九頁(yè)性能(xìngnéng)定義軟件系統(tǒng)或構(gòu)件對(duì)于其及時(shí)性目標(biāo)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(jì)算機(jī)前手持秒表來測(cè)量。軟件性能的及時(shí)性包括響應(yīng)性和可伸縮性。共十九頁(yè)響應(yīng)(xiǎngyìng)性是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其響應(yīng)時(shí)間和吞吐量目標(biāo)的能力。可以是系統(tǒng)對(duì)事件的響應(yīng)速度或是給定時(shí)間內(nèi)處理的時(shí)間數(shù)量。響應(yīng)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(duì)響應(yīng)時(shí)間的感知可能不同，在確定(quèdìng)性能目標(biāo)時(shí)，對(duì)感知響應(yīng)性也應(yīng)給予重視。共十九頁(yè)可伸縮性指系統(tǒng)(xìtǒng)在對(duì)其軟件功能的要求增加的情況下，能夠繼續(xù)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間或吞吐量目標(biāo)的能力。共十九頁(yè)性能(xìngnéng)失敗的原因通常(tōngcháng)由于體系結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)直到集成測(cè)試或更晚的時(shí)候才予以考慮。共十九頁(yè)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(gòu)建能夠符合性能目標(biāo)的軟件系統(tǒng)。是關(guān)于性能的一種工程，避免了性能驅(qū)動(dòng)的開發(fā)和“后期修正”方法(fāngfǎ)的兩個(gè)極端。SPE通過模型預(yù)測(cè)評(píng)估軟件功能、硬件規(guī)模、質(zhì)量結(jié)果和資源需求之間的平衡點(diǎn)。SPE是一種面向軟件的方法(fāngfǎ)，重點(diǎn)在于體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和實(shí)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(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案，幫助他們進(jìn)行資源需求控制。共十九頁(yè)SPE的工作(gōngzuò)過程分析軟件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)建立(jiànlì)SPE模型對(duì)模型進(jìn)行求解共十九頁(yè)SPE建模策略(cèlüè)簡(jiǎn)單模型策略：從最簡(jiǎn)單的可用模型開始，識(shí)別系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)計(jì)劃中的問題。（適用于項(xiàng)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(píng)估策略為預(yù)期性能設(shè)定上下限，同時(shí)對(duì)評(píng)估中的不確定性進(jìn)行管理。適應(yīng)(shìyìng)精確策略：將模型中所表現(xiàn)的詳細(xì)情況與你掌握的軟件處理過程細(xì)節(jié)的知識(shí)相匹配。（在后期，應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行擴(kuò)展和精化）。共十九頁(yè)軟件(ruǎnjiàn)執(zhí)行模型在開發(fā)階段早期(zǎoqī)，對(duì)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)缺乏了解時(shí)，構(gòu)建簡(jiǎn)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(yīng)時(shí)間的靜態(tài)分析，特征化了目標(biāo)軟件獨(dú)立的資源需求，摒棄了其他負(fù)載、多用戶或由于爭(zhēng)奪資源造成的延遲的影響。隨著對(duì)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)細(xì)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(yè)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(dòng)圖。執(zhí)行圖表現(xiàn)路徑執(zhí)行頻率，而且只模擬那些對(duì)性能起關(guān)鍵作用的路徑。軟件執(zhí)行模型中應(yīng)將和性能無關(guān)(wúguān)的細(xì)節(jié)排除在外。執(zhí)行圖主要包括基本節(jié)點(diǎn)、擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)、重復(fù)節(jié)點(diǎn)、情況節(jié)點(diǎn)（判斷節(jié)點(diǎn)）、并行執(zhí)行節(jié)點(diǎn)、分割節(jié)點(diǎn)。共十九頁(yè)模型(móxíng)求解對(duì)圖形進(jìn)行考查并確定一個(gè)基本結(jié)構(gòu)，結(jié)算結(jié)構(gòu)時(shí)間用“計(jì)算節(jié)點(diǎn)”代替結(jié)構(gòu)，整個(gè)(zhěnggè)的時(shí)間相加即所用的時(shí)間。順序結(jié)構(gòu)的時(shí)間即所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間的和；循環(huán)結(jié)構(gòu)的時(shí)間即節(jié)點(diǎn)時(shí)間乘以循環(huán)次數(shù)；情況節(jié)點(diǎn)的時(shí)間的最佳情況即最長(zhǎng)路徑的時(shí)間，最差情況即所有路徑的時(shí)間的和。分析過程：對(duì)于每個(gè)基本節(jié)點(diǎn)，定義每種軟件資源服務(wù)請(qǐng)求量的最佳和最差情況值。然后計(jì)算該模型的全部計(jì)算資源，再計(jì)算最佳情況和最差情況下的流逝時(shí)間的估計(jì)值。共十九頁(yè)系統(tǒng)(xìtǒng)執(zhí)行模型軟件執(zhí)行模型提供(tígōng)對(duì)軟件平均的、最佳和最差的情況下的響應(yīng)時(shí)間的靜態(tài)分析。描述了軟件獨(dú)立的資源需求特征，而沒有考慮其他負(fù)載或多用戶情況，它們因爭(zhēng)用資源而導(dǎo)致延遲。通過解析軟件執(zhí)行模型揭示出的問題應(yīng)當(dāng)在繼續(xù)構(gòu)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(gè)動(dòng)態(tài)模型，它描述軟件系統(tǒng)在引入其他負(fù)載和多用戶這些會(huì)引起資源征用的因素后的性能特征。共十九頁(yè)系統(tǒng)(xìtǒng)執(zhí)行模型系統(tǒng)執(zhí)行模型將關(guān)鍵的計(jì)算機(jī)資源表示為隊(duì)列和服務(wù)器。服務(wù)器表示環(huán)境的組成部件，提供軟件某種服務(wù)。隊(duì)列表示等待服務(wù)的作業(yè)。服務(wù)器的重要性能度量標(biāo)準(zhǔn)是：駐留(zhùliú)時(shí)間、利用率、吞吐量、隊(duì)列長(zhǎng)度。共十九頁(yè)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(guān)鍵性能場(chǎng)景、性能目標(biāo)、運(yùn)行環(huán)境、軟件資源需求、計(jì)算機(jī)資源需求。共十九頁(yè)性能(xìngnéng)遍歷為獲得必要的信息來構(gòu)建性能模型，由一名成員引導(dǎo)參與者，審查系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)的細(xì)節(jié)。進(jìn)行性能遍歷的時(shí)機(jī)：確立系統(tǒng)功能的總體觀念時(shí)進(jìn)行第一次性能遍歷；使用性能風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)來確定性能遍歷的頻率。成功進(jìn)行性能遍歷的提示：精通SPE、管理會(huì)議、確定什么(shénme)最先發(fā)生、對(duì)某些主體進(jìn)行專門交流等等。共十九頁(yè)軟件(ruǎnjiàn)測(cè)量測(cè)量為SPE模型提供輸入數(shù)據(jù)，驗(yàn)證并確認(rèn)模型，確定性能目標(biāo)是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并且監(jiān)控系統(tǒng)(xìtǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)的性能。共十九頁(yè)要測(cè)量(cèliáng)的數(shù)據(jù)工作量負(fù)載數(shù)據(jù)：每種負(fù)載的請(qǐng)求數(shù)量、請(qǐng)求速率以及請(qǐng)求模式。數(shù)據(jù)特征：數(shù)據(jù)總量以及每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的大小。執(zhí)行特征：路徑特征（測(cè)量每個(gè)重要路徑的執(zhí)行次數(shù)以便計(jì)算循環(huán)反復(fù)的次數(shù)和條件路徑的執(zhí)行概率）、軟件資源使用（測(cè)量請(qǐng)求次數(shù)和平均持續(xù)時(shí)間）、處理開銷（測(cè)量軟件資源請(qǐng)求各種關(guān)鍵計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源提供服務(wù)的總量）。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用：包括(bāokuò)場(chǎng)景響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、關(guān)鍵計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源使用、資源利用率、資源吞吐量、資源隊(duì)列長(zhǎng)度。共十九頁(yè)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(nèi)部事件記錄器共十九頁(yè)內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)SPE軟件性能工程。是一種系統(tǒng)的、定量的方法，用于構(gòu)建能夠符合性能目標(biāo)的軟件系統(tǒng)。SPE是一種面向軟件的方法，重點(diǎn)在于體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的選