16、计算机系统的排队系统解析

计算机系统的排队系统解析

1. 引言

在之前对排队性能的分析中，往往只涉及单个排队中心。即便存在多个排队中心，顾客也仅会访问其中一个。这种单个排队中心仅能有效地代表计算机系统中的单个设备或组件，例如磁盘驱动器。然而，在实际的性能分析里，我们需要考量一系列设备或子系统之间的交互，之前的分析方法通常难以满足这一需求。

为了描述真实计算机系统的性能属性，我们需要一种分析排队系统的方法。这是因为计算工作负载的执行通常会涉及多个子系统，如 CPU、内存和 I/O 子系统。用排队论的术语来说，这意味着顾客会访问多个排队中心，并且可能多次访问每个中心。例如，一个请求可能先在 CPU 上处理一段时间，接着进行一些内存引用操作，再经过额外的 CPU 周期，然后进行 I/O 操作，依此类推。

由于工作负载的执行涉及多个队列，我们不清楚如何应用之前推导的方程。历史上，这也是排队论概念应用于计算机系统花费了约 50 年时间的部分原因。我们可以借助模拟技术来求解所需的排队系统，但这种方法编程耗时（无论是使用模拟语言还是图形界面），并且找到并验证稳态解也需要大量的实际时间。

有一种技术能够从之前的概念进行推广，以解决排队系统的问题。它基于一系列经过充分验证的关于队列行为的假设，即均值分析（Mean Value Analysis，MVA）。一旦掌握了这种算法，你就无需再深入研究，因为它已嵌入到 PDQ 中。

在后续内容中，你将学习如何将单个排队中心的特性扩展到包含顾客或请求在排队系统中的流动情况。这对于分析真实计算机系统至关重要，因为真实计算机涉及多个子系统。我们将从讨论请求流如何合并到单个队列以及如何在服务后拆分为多个流开始，接着探讨开放和封闭的串联与并联排队电路，其