Habilidades profissionais em design de arquitetura de sistema · Engenharia de sistema e desempenho de sistema

Índice de artigos da série
1. Engenharia de sistemas
2. Desempenho do sistema

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1. Engenharia de sistemas

1.1. Conceito de engenharia de sistema

[Engenharia de Sistemas] é uma tecnologia de gestão organizacional.
[Engenharia de Sistemas] é um método científico que analisa e estuda os componentes do sistema, a estrutura organizacional, o fluxo de informações e o mecanismo de controle para melhor realizar o propósito do sistema.
[Engenharia de Sistemas] Partindo do todo, partindo do conceito do sistema, para alcançar a otimização geral .
[Engenharia de Sistemas] Use computadores como ferramentas para analisar a estrutura, os elementos, as informações e o feedback do sistema para alcançar o planejamento ideal, o design ideal, o gerenciamento ideal e o controle ideal.
[Engenharia de Sistemas] é um método moderno de tomada de decisão científica.

1.2. Método de engenharia de sistemas

A engenharia de sistemas é uma tecnologia de gerenciamento organizacional que utiliza métodos de sistemas para planejar, pesquisar, projetar, fabricar, testar e usar sistemas. É uma tecnologia em que as pessoas usam métodos científicos para resolver problemas complexos .

As características do método de engenharia de sistemas : integridade, abrangência, coordenação, cientificidade e praticidade .

Os métodos de engenharia de sistemas são divididos em : estrutura tridimensional de Hall, método Checkland, engenharia simultânea, método de integração abrangente e método de sistema WSR .

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1.2.1 Estrutura tridimensional de Hall

A estrutura tridimensional de Hall é uma metodologia de engenharia de sistemas proposta pelo especialista americano em engenharia de sistemas AD Hall e outros em 1969. Ela forma umaestrutura espacial tridimensional composta por dimensão de tempo, dimensão lógica e dimensão de conhecimento .

Dimensão temporal: dividida em 7 etapas temporais de planejamento, formulação de planos, desenvolvimento, produção, instalação, operação e atualização; dimensão lógica
: incluindo 7 etapas lógicas de esclarecimento de problemas, determinação de metas, síntese do sistema, análise do sistema, otimização, tomada de decisão e implementação ;
Dimensão do conhecimento: inclui conhecimentos e habilidades em engenharia, medicina, arquitetura, negócios, direito, gestão, ciências sociais, arte, etc.

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1.2.2 Método Checkland

O núcleo do método de Checkland não é a “otimização”, mas a “comparação” e a “exploração” . O processo de trabalho é dividido em sete etapas: compreensão do problema, definição básica, estabelecimento do modelo conceitual, comparação e exploração, seleção, desenho e implementação, avaliação e feedback .

1.2.3 Engenharia Simultânea

O método de engenharia simultânea é um método sistemático e tecnologia abrangente para processamento paralelo e integrado deprodutos e processos relacionados (incluindo processos de fabricação e processos de suporte) .O objetivo é melhorar a qualidade, reduzir custos, encurtar os ciclos de desenvolvimento de produtos e o tempo de lançamento do produto no mercado.

1.2.4 Método de integração abrangente

Qian Xuesen e outros propuseram que os sistemas podem ser divididos em duas categorias : sistemas simples e sistemas gigantes com base na natureza do sistema. Os princípios básicos gerais de sistemas gigantes complexos abertos são: holismo, interconectividade, ordem e dinâmica.As principais propriedades são abertura, complexidade, evolução e emergência, hierarquia e massividade.

1.2.5 Método do Sistema WSR

Método do Sistema WSR é a abreviatura de metodologia Física-Filosofia-Humanidade . O pensamento especulativo da filosofia tradicional chinesa é a unidade abrangente de múltiplos métodos e pertence ao pensamento sistemático oriental que integra de forma abrangente a análise qualitativa e quantitativa. O processo geral de trabalho pode ser entendido em sete etapas: compreensão das intenções, estabelecimento de metas, investigação e análise, construção de estratégias, seleção de planos, coordenação de relacionamentos e concretização de ideias.

1.3 Ciclo de vida da engenharia de sistemas

O objetivo de definir o ciclo de vida da engenharia de sistemas é estabelecer uma estrutura que atenda às necessidades das partes interessadas de maneira ordenada e eficiente.

Os estágios do ciclo de vida da engenharia de sistemas incluem pesquisa exploratória, estágio de conceito, estágio de desenvolvimento, estágio de produção, estágio de uso, estágio de suporte e estágio de descomissionamento.

Os métodos de ciclo de vida incluem: abordagem orientada a planos, desenvolvimento iterativo progressivo, desenvolvimento enxuto e desenvolvimento ágil.

1.4 Engenharia de sistemas baseada em modelos

Engenharia de Sistemas Baseada em Modelo (MBSE) , MBSE é uma aplicação formal de métodos de modelagem para que a modelagem suporte atividades como requisitos de sistema, análise, projeto, verificação e validação, e continue através de todos os estágios do ciclo de vida.

Os produtos incluem :
no estágio de análise de requisitos , são produzidos diagramas de demanda, diagramas de casos de uso e diagramas de pacotes;
no estágio de análise de funções e alocação , são produzidos diagramas de sequência, diagramas de atividades e diagramas de máquinas de estado;
no estágio de síntese de design , diagramas de definição de módulo , diagramas de blocos internos e diagramas paramétricos, etc.;

Os três pilares da engenharia de sistemas :
linguagens de modelagem, ferramentas de modelagem e ideias de modelagem.

2. Desempenho do sistema

2.1 Indicadores de desempenho do sistema (avaliação)

Os indicadores de avaliação de desempenho do sistema são uma integração de indicadores de desempenho de software e hardware . em:

(1) Os principais indicadores de desempenho para avaliação de computadores incluem frequência de clock (frequência principal), velocidade de operação, precisão de operação, taxa de processamento de dados (Taxa de Processamento de Dados, PDR), taxa de transferência, etc.
(2) Os principais indicadores de desempenho para avaliar roteadores incluem taxa de transferência do dispositivo, taxa de transferência da porta, capacidade de transmissão precisa de velocidade de linha full-duplex, capacidade de tabela de roteamento, capacidade de backplane, taxa de perda de pacotes, atraso, jitter de atraso, suporte de protocolo, etc. Os indicadores de desempenho usados para avaliar os switches incluem velocidade da porta, taxa de transferência do backplane, tamanho do buffer, tamanho da tabela de endereços MAC, etc.
(3) Os indicadores de desempenho da rede de avaliação incluem indicadores de desempenho de equipamentos, indicadores de desempenho em nível de rede, indicadores de desempenho em nível de aplicativo, indicadores de desempenho em nível de usuário e taxa de transferência .
(4) Os indicadores de desempenho para avaliar os sistemas operacionais incluem mudança de contexto do sistema, tempo de resposta do sistema, rendimento do sistema (volume), utilização de recursos do sistema, confiabilidade e portabilidade .
(5) Os principais indicadores de desempenho para medir o sistema de gerenciamento de banco de dados incluem capacidade máxima de processamento de transações simultâneas, capacidade de balanceamento de carga, número máximo de conexões, etc.
(6) Os principais indicadores de desempenho para avaliação de servidores Web incluem o número máximo de conexões simultâneas, atraso de resposta e taxa de transferência .

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2.2 Cálculo de desempenho

Cálculo de desempenho
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Frequência do clock e ciclo do clock da CPU:

A frequência principal também é chamada de frequência do clock da CPU, e o ciclo do clock é o inverso da frequência do clock.
Se a frequência principal for 1GHz, significa que há ciclos de clock de 1G em 1 segundo e cada ciclo de clock é de 1ns.
Frequência principal = FSB * Multiplicador
Ciclo do barramento:

Ou seja, o tempo que leva para acessar uma memória ou porta IO.
Ciclo de instrução:

O tempo para buscar e executar uma instrução é composto por vários ciclos de máquina.
O número médio de ciclos de execução:

CPI representa os ciclos de clock necessários para executar cada instrução do computador, às vezes chamado de número médio de ciclos de instruções. Número médio de
ciclos de execução do CPI = número de ciclos de clock necessários para executar o programa/número de instruções executadas.
Execução média de instruções do MIPS velocidade:

O número de milhões de instruções em linguagem de máquina processadas por segundo é usado principalmente para medir o desempenho escalar da máquina
MFLOPS:

Milhões de operações de ponto flutuante por segundo não podem refletir a situação geral, mas apenas as operações de ponto flutuante.
Usado principalmente para medir o desempenho da máquina vetorial

Número médio de clocks de instruções = (número de entradas de instruções × número de clocks de instruções)/número total de entradas de instruções
Velocidade média de operação (execução) de instruções = 1/número médio de clocks de instruções × frequência de clock, nota, unidade MIPS

2.3 Projeto de desempenho

2.3.1 Ajuste de desempenho

O ajuste de desempenho consiste em encontrar e eliminar gargalos.

Para sistemas de banco de dados :
O ajuste de desempenho inclui principalmente uso de CPU/memória, design otimizado de banco de dados, gerenciamento otimizado de banco de dados e status de processo/thread, E/S de disco rígido e espaço restante, tamanho do arquivo de log, etc.

Para sistemas de aplicativos :
O ajuste de desempenho inclui principalmente a disponibilidade do sistema de aplicativos, tempo de resposta, número de usuários simultâneos e uso de recursos do sistema de aplicativos específicos , etc.

2.3.2 Solução Amdahl

Lei de Amdahl: O grau de mudança no desempenho do sistema obtido pelo uso de um método de execução mais rápido para um determinado componente em um sistema de computador depende da proporção do tempo total de execução ocupado por este método.

Taxa de aceleração = tempo para concluir toda a tarefa ao usar componentes aprimorados / tempo para concluir a tarefa inteira quando não estiver usando componentes aprimorados

Novo tempo de execução = tempo de execução original X [(1 - taxa de melhoria) + taxa de melhoria / taxa de aceleração de melhoria]

Taxa de aceleração total = tempo de execução original / novo tempo de execução = 1 / [(1 - taxa de melhoria) + taxa de melhoria / taxa de aceleração de melhoria]

2.4 Avaliação de desempenho

(1) Programa de testes de referência

Na maioria dos casos, para testar o desempenho de um novo sistema, os usuários devem contar com programas de avaliação para avaliar o desempenho da máquina.

A definição de programa de benchmark (Benchmark) :
o programa principal que é usado com mais frequência em um aplicativo como um programa padrão para avaliar o desempenho do computador.

Quatro programas de avaliação estão listados abaixo, em ordem decrescente de precisão :
programa real, programa principal, programa de benchmark pequeno e programa de benchmark sintético .

Os programas de teste de benchmark incluem :
programa de teste de número inteiro Dhrystone, programa de teste de ponto flutuante Linpack, programa de teste de benchmark Whetsone, programa de teste de benchmark SPEC e programa de benchmark TPC .

(2) Avaliação de desempenho do servidor Web

Os métodos de avaliação de desempenho do servidor Web incluem :
testes de desempenho de benchmark, testes de estresse e testes de confiabilidade .

(3) Monitoramento do sistema

Os métodos de monitoramento do sistema geralmente incluem três métodos :
comandos integrados do sistema, revisão do log do sistema e tecnologia de visualização .