Bài viết sưu tầm

HIỆU NĂNG VÀ SỰ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG

Giới thiệu

Để đánh giá các hệ thống máy tính, nhiều phương pháp khác nhau được đưa ra. Trong đó hiệu năng tốt (tốc độ xử lý cao) và khả năng chống lỗi (tính tin cậy cao) là rất quan trọng.

Phần 1:

1) Các chỉ số hiệu năng

+ Thời gian đáp ứng, thông lượng, và thời gian quay vòng được sử dụng để đánh giá hiệu năng.

+ Hỗn hợp lệnh và chỉ số benchmark được sử dụng làm các chỉ số hiệu năng.

Để đánh giá hiệu năng toàn diện của các hệ thống máy tính, bao gồm phần mềm và phần cứng, có thể sử dụng nhiều tiêu chí khác nhau như thời gian đáp ứng, thông lượng, và thời gian thay đổi. Các chỉ số để đánh giá hiệu năng, đặc biệt là phần cứng bao gồm hỗn hợp lệnh và chỉ số benchmark.

1.1) Các thuật ngữ liên quan đến đánh giá hiệu năng của các hệ thống máy tính

Để đánh giá hiệu năng của các hệ thống máy tinh, việc tính thời gian xử lý của các công việc và các chương trình là quan trọng.

Thời gian đáp ứng

Là lượng thời gian từ lúc hoàn thành quá trình nhập từ một đầu vào đến lúc bắt đầu quá trình xuất từ một đầu ra. Ví dụ, khi một yêu cầu xử lý sinh ra từ bàn phím máy tính, thời gian này là lượng thời gian cho đến kết quả được hiển thị trên khối hiện thị hoặc cho đến khi bắt đầu in ra. Đây cũng là yếu tố chính được sử dụng để đánh giá hiệu năng của một hệ thống trực tuyến.

Thông lượng (Khả năng xử lý)

Là số lượng công việc có thể được xử lý bởi một hệ thống máy tính trong một đơn vị thời gian nhất định, hoặc là số lượng thời gian để xử lý một công việc nào đó. Thời gian xử lý này bao gồm thời gian CPU dành riêng và thời gian đợi xử lý như chuẩn bị các thao tác vào ra và thời gian dọn dẹp.

Thời gian quay vòng (TAT)

Về mặt kỹ thuật, đây là lượng thời gian để tạo ra sự quay vòng của hệ thống. Trong xử lý theo khối, đây là lượng thời gian tồn tại từ sự xem xét của một chương trình tại cửa sổ đến khi đạt được các kết quả. Trong các hoạt động kinh doanh, đây là lượng thời gian từ khi một một khách hàng đưa ra một yêu cầu đặt hàng đến khi sản phẩm đặt hàng được chuyển tới khách hàng.

1.2) Hỗn hợp lệnh (Instruction Mix)

Hỗn hợp lệnh được sử dụng để so sánh hiệu năng phần cứng trong các hệ thống máy tính. Cho dù phần cứng tốt, nếu hiệu năng của hệ điều hành thấp thì hiệu năng của toàn bộ hệ thống cũng thấp. Một hỗn hợp lệnh dùng cho một chương trình mức độ trung bình để tính toán thời gian thực hiện lệnh trung bình trên một lệnh và giá trị MIPS, dựa trên tần xuất thực hiện của mỗi lệnh.

Sử dụng các điều kiện sau, chúng ta sẽ đưa ra một vài tính toán cụ thể giá trị MIPS

Đầu tiên, chúng ta tính thời gian thực hiện lệnh trung bình. Tốc độ thực hiện mỗi lệnh được biểu diễn theo đơn vị micro giây (10-6). Thời gian thực hiện lệnh trung bình là tổng thời gian (trên toàn bộ các lệnh) của tích số giữa thời gian thực hiện lệnh với tần số xuất hiện tương ứng.

Thời gian thực hiện lệnh trung bình   = 0.1 * 10-6 * 0.4 + 0.2 * 10-6 * 0.3+0.5 * 10-6 * 0.3

= (0.04 + 0.06 + 0.15) * 10-6

= 0.25 * 10-6 (giây/lệnh)

Số lệnh trung bình thực hiện trong một giây là nghịch đảo của thời gian thực hiện lệnh trung bình, tính như sau:

Số lệnh trung bình thực hiện trong một giây = 1 / (0.25 * 10-6)

= 4 * 106 (lệnh/giây)

= 4 (MIPS).

FLOPS được sử dụng như một chỉ số để tính hiệu năng của thao tác với các số chấm động.

1.3) Chỉ số Benchmark

Chỉ số benchmark được sử dụng để so sánh và đánh giá hiệu năng toàn diện của các máy tính, bao gồm phần cứng và hệ điều hành, bằng cách đo thời gian thực thi của chương trình chuẩn

2) Tính tin cậy

+ Các chỉ số tin cậy gồm RAS, RASIS, và đường cong bathtub

+ Các điểm cần lưu ý trong thiết kế tính tin cậy là khả năng chịu lỗi và khả năng mềm dẻo với lỗi.

Có nhiều mức độ tin cậy được yêu cầu đối với hệ thống thông tin phụ thuộc vào mục đích sử dụng của hệ thống. Đôi khi phải chấp nhận các yếu tố về kinh tế để đạt được tính tin cậy cao. Trong một vài tình huống khác, không chỉ yếu tố tính tin cậy đối với các hoạt động của hệ thống mà các thông tin được điều khiển bởi hệ thống cũng cần phải đảm bảo tin cậy.

2.1) Các chỉ số tính tin cậy

Tính tin cậy là cấp độ trong đó hệ điều hành hoạt động ổn định. Trường hợp lý tưởng là hệ thống không bị lỗi, nhưng không có hệ thống nào mà không bị bất cứ một lỗi gì.

RAS/RASIS

Cả 2 thuật ngữ RAS và RASIS đều là viết tắt của những yếu tố giúp cho các hệ thống máy tính hoạt động trong một trạng thái ổn định. RAS là viết tắt 3 chữ cái đầu tiên của RASIS:

Đường cong Bathtub

Đường cong Bathtub được sử dụng để minh họa cho khái niệm vòng đời phần cứng. Phần cứng có thể bị lỗi trong thời gian đầu của quá trình vận hành do một số bộ phận bị hỏng hóc, nhưng xác suất xảy ra các lỗi khi đó sẽ giảm dần do việc sửa chữa và thay thế. Sau đó, do hao mòn và hỏng hóc của nhiều bộ phận, xác suất xảy ra lỗi lại gia tăng, và thậm chí vòng đời của nó sẽ kết thúc. Đường cong này được chỉ ra như dưới đây.

2.2) Các điểm lưu ý trong thiết kế tính tin cậy

Một hệ thống tin cậy cao có thể tiếp tục vận hành thậm chí ngay cả khi một vài phần của hệ thống bị lỗi, hệ thống như vậy được gọi là một hệ thống chịu lỗi (fault-tolerant). Các kỹ thuật phổ biến cho các cấu hình hệ thống tin cậy cao bao gồm kỹ thuật mềm dẻo với lỗi (fail-soft), chức năng cho phép hệ thống tiếp tục hoạt động của nó với hiệu năng thấp hơn hoặc ít chức năng hơn khi một lỗi xảy ra; và kỹ thuật an toàn với lỗi (fail-safe), chức năng cho phép hệ thống hoạt động an toàn bằng cách tránh các điều kiện rủi ro khi có một lỗi xảy ra.

Kỹ thuật mềm dẻo với lỗi (Fail-soft)

Đây là chức năng trong đó khi có một lỗi xảy ra, bộ phận bị lỗi được ngắt khỏi hệ thống và hệ thống tiếp tục hoạt động với một mức độ hiệu năng thấp hơn (fall back). Trong một hệ thống dự phòng, thông thường có 2 hệ thống cùng xử lý dữ liệu độc lập, nhưng nếu một hệ thống bị lỗi, cấu hình sẽ chuyển xử lý sang hệ thống còn lại và sẽ tiếp tục xử lý. Ngoài ra, khi một lỗi xảy ra trong hệ đa bộ xử lý, hệ thống tiếp tục các dịch vụ bằng cách ngắt bộ xử lý bị hỏng ra khỏi hệ thống. Đây cũng là một cấu hình hệ thống mềm dẻo với lỗi.

Kỹ thuật an toàn với lỗi (Fail-safe)

Đây là một chức năng trong đó khi có một lỗi xảy ra, hệ thống sẽ khóa các chức năng của nó trong một chế độ an toàn đã thiết lập để chuyển đến điều khiển khu vực ảnh hưởng của lỗi. Điều này cũng giống như là phương pháp tất cả các đèn báo của đường sắt đều bật đỏ khi có một tai nạn xảy ra. Trong các cấu hình hệ thống mà có 2 hệ thống so sánh các kết quả xử lý với nhau, như trong một hệ thống song hành, khi các kết quả so sánh khác nhau, hệ thống mà được xác định xảy ra lỗi sẽ bị ngắt trong khi hoạt động vẫn được tiếp tục.

Fool-proof

Thuật ngữ này là một phương pháp ngăn chặn một công dụng không định trước của một chương trình gây lỗi, đặc biệt khi nhiều người sử dụng cùng sử dụng một chương trình. Nếu một cá nhân đang sử dụng một chương trình cụ thể, cách mà chương trình thực hiện không gây ra vấn đề gì nhưng khi có nhiều người cùng sử dụng, chương trình được sử dụng như thế nào sẽ rất khó dự đoán.

Mời xem tiếp phần 2

Nguồn: Tài liệu ôn thi FE