【愚公系列】软考高级-架构设计师 038-性能指标

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🚀前言

性能指标是用来评估和衡量系统、组织、人员或产品等性能的一组标准。在不同的领域，性能指标可以涵盖多种不同的测量标准和方法。性能指标通常与目标和目的紧密相关，用于确定当前性能水平、设定性能目标、识别改进领域和跟踪进步情况。

以下是一些常见的性能指标类型：

1. 速度： 在计算机和网络领域，速度通常指处理器的时钟速度、数据传输速度或响应时间。
2. 吞吐量： 吞吐量是指在单位时间内系统能处理的数据量，例如，网络的吞吐量、数据库的事务吞吐量等。
3. 效率： 效率指标衡量了资源利用的有效性，如能源效率、代码执行的CPU和内存使用效率。
4. 容量： 容量是指系统或设备能够存储或处理的最大数据量。
5. 可靠性： 可靠性指标衡量系统、组件或产品在规定条件和规定时间内无故障运行的能力。
6. 可用性： 通常表示为系统在预期运行时间内实际可运行和可访问的时间比例。
7. 扩展性： 扩展性指标衡量系统增加资源时容量或性能增加的能力。
8. 延迟： 在网络领域，延迟指数据从一个点传输到另一个点所需的时间。
9. 成本效益： 成本效益指标衡量产出与投入的比例，用于确定投资的经济效益。
10. 客户满意度： 在服务和产品领域，客户满意度是衡量客户对产品或服务满意程度的指标。

性能指标的选择和定义应该与组织的战略目标相一致，能够提供对于达成这些目标的实际进度的反馈。在业务管理中，这些指标通常被称为关键绩效指标（KPIs）。

🚀一、性能指标

🔎1.计算机性能指标

计算机系统的性能指标是衡量其性能优劣的重要标准。

1. 时钟频率：指处理器的工作频率，通常以赫兹（Hz）为单位，决定了处理器的基本运算速度。
2. 运算速度：指计算机执行运算的速度，可以通过每秒执行的指令数（IPS）或浮点运算次数（FLOPS）来衡量。
3. 运算精度：指计算机处理数据时的精确度，通常与数据的位数有关，如32位、64位等。
4. 内存的存储容量：指计算机主存储器可以存储数据的最大量，通常以字节（Bytes）为单位。
5. 存储器的存取周期：指访问存储器所需的时间周期，它影响数据存取的速率。
6. 数据处理速率：指计算机处理数据的速率，可以用每秒处理的数据量来衡量，如每秒处理的位数（bps）。
7. PDR (Processing Data Rate) 吞吐率：指计算机在单位时间内处理数据的总量，反映了系统的数据处理能力。
8. 各种响应时间：包括系统响应用户操作的时间、处理请求的时间等，是衡量系统反应速度的指标。
9. 各种利用率：如CPU利用率、内存利用率等，这些指标反映了计算机资源的使用效率。
10. RASIS特性：
11. 可靠性 (Reliability)：指计算机长时间稳定运行不出错的能力。
12. 可用性 (Availability)：指计算机系统可供使用的时间比例。
13. 可维护性 (Serviceability)：指维护人员维护系统的便捷程度。
14. 完整性 (Integrity)：指系统数据的准确性和一致性。
15. 安全性 (Security)：指计算机系统防止非授权访问和数据损害的能力。
16. 平均故障响应时间：指从故障发生到故障响应完成的平均时间，反映了系统故障处理的效率。
17. 兼容性：指计算机系统与其他系统或软件的兼容程度。
18. 可扩充性：指计算机系统在性能或容量上可以扩展的能力。
19. 性能价格比：指计算机性能与其价格的比值，是衡量计算机性价比的重要指标。

了解这些性能指标有助于判断计算机系统的整体性能，并为购买决策提供依据。

🔎2.路由器性能指标

路由器的性能评价指标是用来衡量和描述其性能表现的关键因素。

1. 设备吞吐量：指整个路由器设备在单位时间内能够处理的数据量。
2. 端口吞吐量：指单个网络端口可以处理的最大数据传输速率。
3. 全双工线速转发能力：指能够在全双工模式下以接口的最大带宽转发数据的能力。
4. 背靠背帧数：指路由器能够在不丢失任何帧的情况下连续处理的最大帧数量。
5. 路由表能力：指路由器可以保存和处理的路由条目数量。
6. 背板能力：指路由器内部连接不同组件的高速数据通道的传输速率。
7. 丢包率：指数据通过路由器时丢失的数据包的比率。
8. 时延：指数据包通过路由器从输入端到输出端所需的时间。
9. 时延抖动：指时延的变化幅度，即时延不稳定性的度量。
10. VPN支持能力：指路由器支持虚拟私人网络功能的能力，包括不同VPN协议的支持程度。
11. 内部时钟精度：指路由器内部时钟的准确性，对于时间敏感的服务非常重要。
12. 队列管理机制：指路由器如何管理和优先处理不同类型的数据流。
13. 端口硬件队列数：指每个端口支持的硬件队列数量。
14. 分类业务带宽保证：指路由器能够为不同类型的服务流量提供带宽保障。
15. RSVP：是一种网络控制协议，用于保留网络资源。
16. IP DiffServ：指区分服务的能力，为数据包提供不同级别的服务质量。
17. CAR支持：指合理速率限制，即路由器能够限制数据流的速率。
18. 冗余：指路由器的备份机制，以保证设备故障时的连续运作。
19. 热插拔组件：指路由器支持在不关闭电源的情况下插拔组件。
20. 路由器冗余协议：如HSRP、VRRP等，确保在一个路由器失败时另一个路由器可以接管。
21. 网管：指路由器的网络管理能力，如对网络设备的监控和配置。
22. 基于web的管理：指通过Web界面管理路由器的能力。
23. 网管类型：指路由器支持的网络管理协议，如SNMP、CLI等。
24. 带外网管支持：指除了通过网络数据路径之外的管理接口，如串行端口。
25. 网管粒度：指网络管理的细致程度，如是否能够进行详细的流量分析和监控。
26. 计费能力/协议：指路由器对网络服务使用的计费和计费协议支持。
27. 分组语音支持方式：指路由器处理VoIP流量的能力。
28. 协议支持：指路由器支持的网络协议种类。
29. 语音压缩能力：指路由器压缩语音数据以节省带宽的能力。
30. 端口密度：指在给定的设备大小中，可以容纳多少网络端口。
31. 信令支持：指路由器对网络信令协议的支持，这对于实现复杂网络服务非常重要。

这些性能指标帮助用户和网络管理员评估路由器的整体性能，确保选用的设备能够满足特定网络需求和应用场景。

🔎3.交换机性能指标

交换机的性能评价指标是用来衡量和描述其性能特点的关键因素。以下是对这些性能指标的整理：

1. 交换机类型：指交换机的种类，如分层交换机、核心交换机、接入交换机等。
2. 配置：指交换机的硬件和软件配置选项。
3. 支持的网络类型：指交换机能够支持的网络标准，如以太网、ATM等。
4. 最大ATM端口数：指交换机支持的最大异步传输模式接口数量。
5. 最大SONET端口数：指交换机支持的最大同步光网络接口数量。
6. 最大FDDI端口数：指交换机支持的最大光纤分布式数据接口数量。
7. 背板吞吐量：指交换机内部数据传输能力的最大值。
8. 缓冲区大小：指交换机中用于存储数据的缓存大小。
9. 最大MAC地址表大小：指交换机能够存储的MAC地址的最大数量。
10. 最大电源数：指交换机支持的电源单元最大数量。
11. 支持协议和标准：指交换机能够支持的网络协议和标准。

• 路由信息协议 (RIP)：一种动态路由协议。
• RIP2：RIP的第二个版本，支持CIDR。
• 开放式最短路径优先第2版 (OSPFv2)：一种内部网关协议，用于互联网协议网络。
• 边界网关协议 (BGP)：一种用于在不同网络自治系统之间传播路由信息的协议。
• 无类域间路由 (CIDR)：一种用来分配IP地址和路由信息的方法。
• 互联网组管理协议 (IGMP)：用于建立和维护多播组成员资格的协议。
• 距离天量多播路由协议 (DVMRP)：多播路由选择协议之一。
• 开放式最短路径优先多播路由协议 (MOSPF)：OSPF的多播扩展。
• 协议无关的多播协议 (PIM)：一种用于多播路由的协议。
• 资源预留协议 (RSVP)：一种为网络通信流预留资源的传输层协议。

1. 802.1p优先级标记：一种用于以太网帧的服务质量 (QoS) 的机制。
2. 多队列：指交换机支持多个数据队列来管理不同优先级的数据流。
3. 路由：指交换机具备的基础路由能力。
4. 支持第3层交换：指交换机具备的网络层交换能力。
5. 支持多层 (4到7层）交换：指交换机可以处理传输层及以上层次的数据交换。
6. 支持多协议路由：指交换机能够处理多种路由协议。
7. 支持路由缓存：指交换机具有缓存路由信息的能力。
8. 可支持最大路由表数：指交换机可以存储的路由表的最大数量。
9. VLAN：指虚拟局域网，用于逻辑上分割物理网络。
10. 最大VLAN数量：指交换机可以配置的最大虚拟局域网数量。
11. 网管：指交换机的网络管理功能。
12. 支持网管类型：指交换机支持的网络管理协议类型。
13. 支持端口镜像：指交换机能够复制端口数据用于监控和分析。
14. QoS：指交换机的服务质量控制机制。
15. 支持基于策略的第2层交换：指交换机可以根据策略来执行数据层交换。
16. 每端口最大优先级队列数：指每个端口能够支持的最大优先级队列数量。
17. 支持基于策略的第3层交换：指交换机可以根据策略来执行网络层交换。
18. 支持基于策略的应用级 QoS：指交换机可以根据策略来执行应用层服务质量控制。
19. 支持最小/最大带宽分配：指交换机能够为通信流分配最小和最大带宽。
20. 冗余：指交换机提供的硬件和软件冗余功能。
21. 热交换组件：指交换机的组件（如管理卡，交换结构，接口模块，电源，冷却系统）能够热插拔。
22. 支持端口链路聚集协议：如IEEE 802.3ad (LACP)，用于在多个物理端口间聚合带宽。
23. 负载均衡：指交换机在多个连接或路径间分配网络流量，以优化资源使用和避免拥堵。

🔎4.网络评价性能指标

性能指标通常按照不同的层次来分类，这有助于评估和优化整个系统的性能。以下是根据设备级、网络级、应用级和用户级来整理的性能指标：

🦋4.1 设备级性能指标（Hardware Level）

这些指标通常关注单个网络设备的性能，如交换机、路由器或其他网络设备。

• 处理能力：设备处理数据的速率，通常以每秒可以处理的包数（pps）或每秒传输的位数（bps）来衡量。
• 存储能力：设备内存储数据的能力，包括RAM、NVRAM、闪存等的容量。
• 端口密度：设备上可用的端口数量。
• 吞吐量：设备能够成功传输数据的最大速率。
• 延迟：数据通过设备所需的时间。
• 错误率：数据传输过程中错误发生的比率。
• 可靠性：设备运行稳定性和出错的频率。
• 冗余：设备备用组件的能力，用于提供连续服务。
• 扩展性：设备可以升级或扩展功能的能力。

🦋4.2 网络级性能指标（Network Level）

网络级指标关注的是整个网络系统的性能。

• 带宽：网络中某一点或某一路径的数据传输能力。
• 吞吐量：整个网络传输数据的速率。
• 延迟：数据从源头到目的地所需的时间。
• 抖动：延迟的变化率或不稳定性。
• 丢包率：数据在传输过程中丢失的比率。
• 网络拓扑：网络中设备的物理或逻辑布局。
• 路由效率：网络中数据包选择路径的效率。
• 可靠性：网络持续正常工作的能力。
• 可用性：网络可供使用的程度或时间比率。
• 故障恢复时间：网络从故障中恢复正常工作所需的时间。

🦋4.3 应用级性能指标（Application Level）

这些指标衡量应用程序在网络上的表现。

• 响应时间：应用处理请求并返回结果所需的时间。
• 事务处理率：应用每秒可以处理的事务数。
• 并发用户数：应用可以同时支持的用户数量。
• 系统可用性：应用可访问和可用的时间比率。
• 错误率：应用产生错误或异常的频率。
• 资源利用率：应用使用系统资源（CPU、内存、磁盘IO等）的效率。
• 可扩展性：应用可以扩展以应对增加的负载。

🦋4.4 用户级性能指标（User Level）

用户级指标关注于最终用户体验的质量。

• 感知的响应时间：用户认为操作有反馈所需的时间。
• 系统可用性：用户可以访问系统的时间。
• 用户满意度：用户对系统性能的满意程度。
• 易用性：用户进行操作或访问服务的便捷程度。
• 错误频率：用户遇到错误或问题的频率。
• 完成任务的效率：用户完成特定任务所需的时间和资源。
• 访问性：用户无障碍访问应用或服务的能力。

这些性能指标是相互关联的。例如，设备级的高吞吐量和低延迟可以改善网络级的性能，进而提升应用级的响应时间和用户级的体验。在进行性能评估和优化时，通常需要综合考虑这些不同层级的指标。

🔎5.操作系统评价性能指标

系统性能的不同方面通常用不同的指标来衡量，这些指标反映了系统的整体性能和用户体验。下面是对您提到的几个关键指标：

🦋5.1 系统的可靠性（Reliability）

可靠性是衡量系统能够在给定的条件下，连续无故障运行的能力。它通常关注以下几个方面：

• 故障间隔时间（MTBF, Mean Time Between Failures）：系统或组件在故障之间正常运行的平均时间。
• 故障修复时间（MTTR, Mean Time To Repair）：系统或组件从故障中恢复并重新运行所需的平均时间。
• 冗余性：系统设计中包含的备份组件或路径，用于在主要组件失败时确保系统继续运行。
• 错误恢复能力：系统在出现错误时能够自恢复的能力。
• 可维护性：系统容易维护和修复的程度。

🦋5.2 系统的吞吐率（Throughput）

吞吐率是指系统在单位时间内成功处理的工作量。对于不同类型的系统，吞吐率可以有不同的含义：

• 网络吞吐量：网络能够传输数据的速率，通常以比特每秒（bps）来衡量。
• 数据库吞吐量：数据库系统每秒可以执行的事务数量。
• 服务器吞吐量：服务器处理请求的数量。

🦋5.3 系统响应时间（Response Time）

系统响应时间是指从用户提交请求到系统开始返回响应的时间。它通常包括以下几部分：

• 处理延迟：系统处理请求所需的时间。
• 网络延迟：数据在网络中传输所需的时间。
• IO延迟：数据读写操作所需的时间。

🦋5.4 系统资源利用率（Resource Utilization）

资源利用率是衡量系统中的计算资源（如CPU、内存、存储和网络）被工作负载使用的程度。一个优化良好的系统会尽可能高效地使用资源：

• CPU利用率：CPU执行非空闲进程时间的百分比。
• 内存利用率：系统内存使用的百分比。
• 存储IO利用率：磁盘读写操作的频率和效率。
• 网络利用率：网络带宽的使用情况。

🦋5.5 可移植性（Portability）

可移植性是指软件能够从一种环境（通常是特定的硬件或操作系统）移植到另一种环境并且能够正确运行的能力。它依赖于软件的以下特性：

• 依赖性管理：软件对特定系统库或环境的依赖。
• 编码标准：使用标准编程语言和API。
• 系统抽象：软件是否使用了标准化的系统调用和服务。
• 文档：良好的文档可以帮助理解和修改软件，以适应新环境。

这些指标共同定义了系统的整体性能和效率。系统架构师和开发人员会尽力优化这些指标，以提供更好的用户体验和系统稳定性。

🔎6.数据库管理系统性能指标

数据库性能和管理能力是评估和维护数据库健康度的关键方面。以下是对提到的各个指标的整理，分为数据库本身的特性和管理系统的能力两部分：

🦋6.1 数据库本身的特性

1. 数据库的大小：
   • 指整个数据库实例所占磁盘空间的总量，包括数据文件、索引文件和日志文件等。
2. 数据库中表的数量：
   • 数据库允许创建的表的总数。
3. 单个表的大小：
   • 一个表占用的存储空间总量，可能会受到文件系统限制或数据库本身的限制。
4. 表中允许的记录（行）数量：
   • 一个表中可以包含的最大行数，这可能由数据库管理系统的限制或数据类型的限制决定。
5. 单个记录（行）的大小：
   • 一行数据所能占用的最大空间，这通常受到数据库系统的约束，以及该行中各个字段数据类型和长度的限制。
6. 表上所允许的索引数量：
   • 一个表可以创建的索引总数，过多的索引可能会影响写操作的性能。
7. 数据库所允许的索引数量：
   • 整个数据库实例中可以创建的索引总数。

🦋6.2 管理系统的能力

1. 最大并发事务处理能力：
   • 数据库管理系统（DBMS）可以同时处理的事务数量，这关系到锁管理、事务隔离级别和系统资源。
2. 负载均衡能力：
   • 数据库系统分配请求和连接的能力，以优化性能和资源利用率。这可能涉及到读写分离、多个数据库实例之间的请求分配等。
3. 最大连接数：
   • 数据库可以同时支持的客户端连接总数。这通常由数据库配置参数定义，并受到系统资源（如内存和处理器）的限制。

管理系统需要有监控这些指标的工具，并根据性能监控结果进行调优。例如，DBA（数据库管理员）可能需要调整索引策略、优化查询、升级硬件资源或修改配置参数来应对性能瓶颈。同时，高可用性、灾难恢复和数据备份策略也是管理系统需要关注的部分以保证数据的安全和持续性。

🔎7.WEB服务器评价性能指标

当整理数据库的性能指标时，通常会考虑以下几个关键点：

🦋7.1 最大并发连接数（Max Concurrent Connections）

• 定义：数据库系统能够同时处理的客户端连接的最大数量。
• 影响因素：系统资源（如内存、CPU）、数据库配置、网络带宽和客户端服务器的处理能力。
• 重要性：决定了数据库能够服务多少个客户端，对于高流量的应用尤其重要。

🦋7.2 响应延迟（Response Latency）

• 定义：从客户端发送请求到收到响应的时间。
• 组成部分：
  • 网络延迟：数据在网络传输所花费的时间。
  • 服务器处理时间：数据库执行查询和返回结果所需的时间。
  • IO延迟：读写操作所需时间，包括磁盘IO和其他存储操作。
• 重要性：直接影响用户体验，快速响应对于在线交互式应用尤为关键。

🦋7.3 吞吐性能指标（Throughput Performance Metrics）

• 定义：在给定的时间段内，系统能够处理的事务或操作的数量。
• 指标类型：
  • 事务吞吐量（TPS, Transactions Per Second）：每秒可以处理的事务数。
  • 查询吞吐量：每秒可以执行的查询数。
  • 读/写操作吞吐量：读操作和写操作的数量，分别计量。
• 影响因素：系统架构、硬件性能、数据库优化、查询效率和并发控制。
• 重要性：衡量数据库处理高负载的能力，对于决策支持系统和在线事务处理系统（OLTP）等环境至关重要。

这些指标对于数据库管理员（DBA）在进行数据库性能监控、容量规划和系统调优时具有重要价值。通过监控这些指标，可以识别瓶颈、预测系统限制，并采取适当的措施（如升级硬件、优化查询、调整配置等）以确保数据库的稳定性和高效性。

🔎9.练习

1、对计算机评价的主要性能指标有时钟频率、()、运算精度和内存容量等。对数据库管理系统评价的 主要性能指标有()、数据库所允许的索引数量和最大并发实物处理能力等。

A.丢包率 B.端口吞吐量 C.可移植性 D.数据处理速率

A.MIPS B.支持协议和标准 C.最大连接数 D.时延抖动

对于填空题的解答和解析如下：

1. 对计算机评价的主要性能指标有时钟频率、D.数据处理速率、运算精度和内存容量等。

解析：

数据处理速率是衡量计算机处理数据的速度，它可以与时钟频率、运算精度和内存容量一起，共同描述计算机的性能。时钟频率指的是处理器的工作频率，运算精度涉及计算机处理数据的精确度，内存容量决定了计算机可以直接访问的数据量大小。数据处理速率通常与计算机的CPU性能、内存速度等因素有关。

1. 对数据库管理系统评价的主要性能指标有C.最大连接数、数据库所允许的索引数量和最大并发事务处理能力等。

解析：

最大连接数是指数据库管理系统能够同时处理的客户端连接的最大数量，这对于评估数据库的并发处理能力非常重要。数据库索引数量对于查询性能有显著影响，而最大并发事务处理能力涉及数据库处理事务的效率，这些都是评价一个数据库管理系统性能的关键指标。时延抖动主要与网络性能相关，丢包率和端口吞吐量也是网络性能指标，支持协议和标准更多地与系统的兼容性和互操作性相关，因此它们并不是数据库管理系统性能评价的直接指标。

2、为了优化系统的性能，有时需要对系统进行调整。对于不同的系统，其调整参数也不尽相同。例如，对于数据库系统，主要包括 CPU/内存使用状况、 ()、进程/线程使用状态、日志文件大小等。对于应用系统，主要包括应用系统的可用性、响应时间、（)、特定应用资源占用等

A.数据丢包率 B端口吞吐量 C数据处理速率 D查询语句性能

A.并发用户数 B.支持协议和标准 C最大连接数 D.时延抖动

对于填空题的解答和解析如下：

1. 为了优化系统的性能，有时需要对系统进行调整。对于数据库系统，主要包括 CPU/内存使用状况、D.查询语句性能、进程/线程使用状态、日志文件大小等。

解析：

查询语句性能是数据库系统调整中的关键参数之一。优化查询语句可以减少CPU和内存的使用，加快数据检索速度，提高整体数据库性能。进程/线程使用状态是操作系统层面上的优化，而日志文件大小的管理对于数据库的维护和性能分析也非常重要。

1. 对于应用系统，主要包括应用系统的可用性、响应时间、A.并发用户数、特定应用资源占用等。

解析：

对于应用系统来说，能够同时服务的并发用户数是一个重要的性能指标。它反映了应用能够承载的用户量，直接关系到系统的可伸缩性和稳定性。响应时间影响用户体验，特定应用资源占用则涉及到资源分配和优化，以保证系统的效率和效能。

在这两个填空题中，“数据丢包率”和“时延抖动”更多关联于网络系统的性能，而“支持协议和标准”虽然对于应用系统的互操作性很重要，但不是性能优化的直接考量因素。端口吞吐量可以视为网络性能的一个方面，而在这里我们讨论的是数据库和应用系统的性能，因此并不是最佳选项。最大连接数虽然是重要的指标，但在这个上下文中，“并发用户数”更直接反映了应用系统的性能。

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