服務(wù)器硬件系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)
引言：
用戶在評(píng)價(jià)一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，常常要考慮很多因素，如價(jià)格、服務(wù)、應(yīng)用軟件、質(zhì)量、功能、升級(jí)能力、性能等，其它因素都較好把握，只有性能對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)難以準(zhǔn)確判斷，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)也是信息技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。當(dāng)前，一般將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分成客戶端桌面系統(tǒng)和服務(wù)器系統(tǒng)，對(duì)于PC、工作站等桌面系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)性能較為簡(jiǎn)單，查看它們的處理器主頻、內(nèi)存大小和總線帶寬、I/O總線帶寬、圖形卡的指標(biāo)，或運(yùn)行流行的WinBench等測(cè)試軟件，用戶就基本能判斷其性能是否滿足需要了。服務(wù)器系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)要復(fù)雜得多，而SMP、CC-NUMA、Cluster、MPP等體系結(jié)構(gòu)的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)就更加復(fù)雜了。
評(píng)價(jià)的基本方法
大部分服務(wù)器廠商都會(huì)提供基本的Benchmark數(shù)據(jù)，如SPECint95, SPECfp95, SPECWeb96, tpmC等，但是這些數(shù)據(jù)都是廠商用最好的系統(tǒng)、最佳配置，由專家精心優(yōu)化得到的，常常和用戶實(shí)際應(yīng)用的性能大相徑庭。作為一個(gè)普通用戶，如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)呢？下面介紹一些評(píng)價(jià)服務(wù)器性能的基本方法。
三階段評(píng)價(jià)一般，系統(tǒng)完整的性能評(píng)價(jià)應(yīng)分成三個(gè)階段，即基本性能參數(shù)、核心Benchmark、實(shí)際應(yīng)用。
基本性能參數(shù)測(cè)試是獲取計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和系統(tǒng)軟件的重要性能指標(biāo)，通過(guò)這些指標(biāo)結(jié)合應(yīng)用的特征可以大致評(píng)價(jià)出系統(tǒng)的總體性能。核心Benchmark測(cè)試是針對(duì)具體的應(yīng)用類以最常用的模式操作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)系統(tǒng)在這類應(yīng)用下的性能，能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出用戶可以得到的具體性能。實(shí)際應(yīng)用測(cè)試是在較真實(shí)的硬件配置和軟件環(huán)境下，用實(shí)際應(yīng)用或簡(jiǎn)化的、規(guī)?？s小的實(shí)際應(yīng)用評(píng)價(jià)系統(tǒng)的真實(shí)性能。三類測(cè)評(píng)是相輔相成的，性能評(píng)價(jià)不僅要獲取系統(tǒng)的性能指標(biāo)，更重要的是對(duì)性能表現(xiàn)能夠進(jìn)行解釋，從而優(yōu)化系統(tǒng)以使實(shí)際應(yīng)用獲得較好性能。
基本性能參數(shù)測(cè)試包括CPU、內(nèi)存、I/O、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、編譯器、數(shù)據(jù)庫(kù)的性能指標(biāo)。CPU性能指標(biāo)除主頻、運(yùn)算部件數(shù)、流水線長(zhǎng)度、定點(diǎn)性能、浮點(diǎn)性能外，要重視一、二級(jí)緩存的大小和帶寬?，F(xiàn)代體系結(jié)構(gòu)和編譯器都是針對(duì)應(yīng)用的數(shù)據(jù)局部性，努力提高cache命中率，二級(jí)cache性能尤其重要。標(biāo)準(zhǔn)Benchmark可以測(cè)出緩存操作（包括TLB）的延遲。在評(píng)測(cè)浮點(diǎn)性能時(shí)，尤其是RISC結(jié)構(gòu)和向量結(jié)構(gòu)，要關(guān)注應(yīng)用程序能否利用編譯器和優(yōu)化數(shù)學(xué)庫(kù)將浮點(diǎn)部件充滿。
- 內(nèi)存性能是至關(guān)重要而又常常被忽視的，性能指標(biāo)包括內(nèi)存總線數(shù)據(jù)寬度、存取頻率、不同數(shù)據(jù)模式下讀寫操作的延遲和帶寬。對(duì)于交叉開關(guān)類型的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，要弄清分別到CPU、存儲(chǔ)體、I/O總線的性能，計(jì)算密集型或I/O密集型應(yīng)用對(duì)此有不同的要求。另一個(gè)重要的方面是內(nèi)存性能的可擴(kuò)展性，即隨著處理器數(shù)目、內(nèi)存容量、I/O總線數(shù)目的增多，分配給每個(gè)部件的內(nèi)存性能應(yīng)保持基本恒定，如一個(gè)處理器內(nèi)存拷貝帶寬180MB/s，四個(gè)處理器同時(shí)進(jìn)行內(nèi)存拷貝每個(gè)都能獲得160MB/s帶寬。
- I/O性能指標(biāo)包括I/O總線數(shù)目和帶寬、磁盤通道的數(shù)目和帶寬、磁盤的性能（轉(zhuǎn)速、尋道時(shí)間、cache大小等），以及它們的連接方式。I/O性能非常依賴于硬件實(shí)現(xiàn)和文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)，硬件峰值指標(biāo)常常不能說(shuō)明具體性能，雖有Andrew、Bonnie測(cè)試，到目前為止尚缺乏很好的I/O密集型應(yīng)用性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是并行I/O方面。用戶要區(qū)分文件系統(tǒng)性能和I/O物理性能，文件系統(tǒng)性能受各種緩沖、延遲寫等策略的影響很大。
- 網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)中除服務(wù)器方的TCP、UDP點(diǎn)到點(diǎn)的帶寬和吞吐量外，還包括scatter（一對(duì)多）、gather（多對(duì)一）、bi-section（多對(duì)多）帶寬，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總的容量。對(duì)于有系統(tǒng)高速網(wǎng)絡(luò)的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘扛鼮橹匾?#p#page_title#e#
- 操作系統(tǒng)是所有軟件的基礎(chǔ)，它的性能評(píng)價(jià)不僅僅反映系統(tǒng)的性能，還有助于我們調(diào)整系統(tǒng)配置和參數(shù)，以使系統(tǒng)更適合于具體應(yīng)用。操作系統(tǒng)Benchmark能得到許多基本性能參數(shù)，而系統(tǒng)調(diào)用、中斷、進(jìn)程切換、線程調(diào)度開銷、存儲(chǔ)映射性能是十分依賴操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)特定應(yīng)用至關(guān)重要。文件系統(tǒng)雖是操作系統(tǒng)的一部分，但具有特殊的重要性，主要指標(biāo)包括讀寫帶寬、文件緩沖區(qū)性能、文件操作吞吐量。石油應(yīng)用十分依賴于文件讀帶寬，可用少量大文件、大數(shù)據(jù)塊讀取模式測(cè)得；Web應(yīng)用依賴緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)性能，可用Lmbench中文件性能評(píng)價(jià)測(cè)得；NFS文件服務(wù)器依賴于文件操作吞吐量，可用Andrew Benchmark測(cè)得。文件系統(tǒng)性能受應(yīng)用I/O模式、硬件配置影響很大，對(duì)評(píng)測(cè)結(jié)果要仔細(xì)分析。編譯器性能對(duì)計(jì)算類應(yīng)用最為重要，尤其是多條浮點(diǎn)流水線的系統(tǒng)，應(yīng)用的性能取決于編譯器能否很好地對(duì)應(yīng)用源程序進(jìn)行優(yōu)化。用戶評(píng)測(cè)時(shí)要選擇合適的應(yīng)用，以反映編譯器的各項(xiàng)優(yōu)化策略的能力，如循環(huán)交換、數(shù)據(jù)局部性、寄存器分配。好的編譯器相當(dāng)于給千里馬配了一副好鞍。數(shù)據(jù)庫(kù)性能指標(biāo)較復(fù)雜，簡(jiǎn)單的性能評(píng)價(jià)包括Create, Index, Join, Scan等基本操作的性能，但無(wú)法反映出應(yīng)用的真實(shí)性能。
系統(tǒng)性能參數(shù)需要專業(yè)知識(shí)分析，實(shí)際應(yīng)用測(cè)試受軟硬件條件限制，核心應(yīng)用測(cè)試是較現(xiàn)實(shí)的方式，它較能真實(shí)反映應(yīng)用的實(shí)際性能。廠商一般會(huì)提供SPECweb, TPC-C, TPC-D, Linpack值，可作為比較之用。要特別注意得到這些性能指標(biāo)時(shí)的軟硬件配置，如得到tpmC值時(shí)的服務(wù)器的處理器、內(nèi)存、磁盤控制器、磁盤配置、客戶端、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、中間件、用戶數(shù)等的配置，還要關(guān)注$/tpmC值，以判定這樣的構(gòu)成和成本是否滿足用戶的實(shí)際情況。不同的SPECweb測(cè)試表示不同的應(yīng)用模式，同時(shí)系統(tǒng)配置也至關(guān)重要。Linpack測(cè)試要注意問題的規(guī)模、內(nèi)存大小、編譯器、優(yōu)化數(shù)學(xué)庫(kù)或其它優(yōu)化手段。理想的方式是按用戶的實(shí)際情況讓廠商提供測(cè)試環(huán)境，用戶自行開發(fā)特定的核心應(yīng)用測(cè)試，如計(jì)算類應(yīng)用各行業(yè)都有典型的評(píng)測(cè)應(yīng)用，例如，氣象領(lǐng)域的MM5，石油領(lǐng)域的三維疊前深度偏移，數(shù)學(xué)領(lǐng)域的FFT、偏微分方程、特征值求解，化學(xué)領(lǐng)域的Guass98，生物領(lǐng)域的分子動(dòng)力學(xué)等。另外，要注意評(píng)測(cè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，包括處理器、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)、分布式系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)增加對(duì)Benchmark性能的影響。
實(shí)際應(yīng)用評(píng)測(cè)要求真實(shí)性，尤其是系統(tǒng)的配置，Benchmark的數(shù)據(jù)數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間可以縮小，但處理過(guò)程一定要真實(shí)，同時(shí)要有專業(yè)人員幫助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能，同樣，要關(guān)注系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)性能的穩(wěn)定性。
總結(jié)：
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)是非常復(fù)雜的，依賴于系統(tǒng)的多種因素和應(yīng)用的特征。一個(gè)認(rèn)真的銀行信息中心在購(gòu)買一臺(tái)大型服務(wù)器前，可能要求廠商按真實(shí)應(yīng)用進(jìn)行兩周不間斷的Benchmark測(cè)試和性能優(yōu)化。并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)更是一個(gè)重要的研究方向。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，有三點(diǎn)牢記在心，第一，系統(tǒng)性能要均衡，均衡也是一個(gè)好的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)努力的目標(biāo)；第二，要仔細(xì)分解實(shí)際應(yīng)用的性能因素，沒有適合所有應(yīng)用的系統(tǒng)，一個(gè)應(yīng)用也不可能在所有系統(tǒng)上都有好性能，抓住最重要的性能因素是至關(guān)重要的；第三，要作權(quán)衡與折衷，同時(shí)與價(jià)格、服務(wù)等其它因素一起折衷。
