システムの性能と信頼性の評価

要点と定義

システムの性能指標は、応答時間や処理件数などによって処理の速さや能力を評価するための尺度である。MIPSは1秒当たりに実行する命令数を百万単位で表す。命令ミックスがあるときは、命令ごとの実行時間を出現頻度で重み付けして平均実行時間を求める。システム全体の処理能力は、構成要素の能力と処理経路によって決まる。信頼性評価では、MTBF、MTTR、稼働率を用いる。MTBFは平均故障間隔、MTTRは平均修理時間であり、稼働率はMTBF/(MTBF+MTTR)で表す。直列システムは全要素の稼働が必要であり、並列システムは少なくとも一つの経路が稼働すればよい。並列処理の速度向上比は、逐次実行部分が残ると有限の上限に近づく。

適用条件と例

命令種別ごとの実行時間と出現頻度が与えられた場合は、頻度で重み付けした平均実行時間を求め、その逆数から1秒当たりの命令数を算出する。MIPSは1秒当たりの命令数を百万単位で表す。複数の処理段階があるシステムの処理件数は、各段階の能力を満たす必要があるため、サーバとネットワークの能力のうち小さい方が上限となる。独立に稼働する同一装置を直列に2台つないだ枝の稼働率は各稼働率の積であり、その枝を2本並列にすると、全体の稼働率は少なくとも一方の枝が稼働する確率となる。MTBFを平均故障間隔、MTTRを平均修理時間とすると、稼働率はMTBF/(MTBF+MTTR)で表せる。並列化できない処理の割合が残る場合、プロセッサ数の増加に伴う速度向上比には上限が生じる。密結合型では主記憶を共有するため、同時アクセスの競合が性能向上を妨げることがある。信頼性設計では、故障の予防、故障時の安全確保、機能を縮退した継続、故障時にも機能を保つ設計を区別する。エラーログは障害箇所の特定を助け、復旧時間の短縮に役立つ。

独立に稼働する装置の稼働率をxとすると、装置2台の直列枝の稼働率はx²である。その枝を2本並列にしたシステムでは、両方の枝が停止する確率を1から引き、全体の稼働率は1−(1−x²)²となる。この式とy=xとの大小関係は、xの範囲によって変わる。

密結合型では複数のプロセッサが主記憶を共有するため、同時アクセスが競合して待ち時間が生じる。この競合が、プロセッサ数に応じた性能向上を妨げる要因となる。

命令ミックスの平均実行時間は、命令種別ごとの実行時間にその出現頻度を掛けて合計する。提示された値では平均は25ナノ秒/命令となり、その逆数から1秒当たりの命令数を求めると40 MIPSとなる。