Windows 2000 - поговорим о производительности

Здесь будут приводиться данные о методике тестирования различных параметров производительности Windows 2000; статистические данные, полученные в результате выполнения промышленных тестов (benchmark) на серверах IBM Netfinity, которые позволяют судить о характеристиках производительности Windows 2000 в оптимизированной вычислительной среде, и, наконец, показано, каким образом использовать встроенный в операционную систему Windows 2000 набор средств мониторинга производительности для выявления и устранения узких мест.

Эту и последующие статьи следует рассматривать главным образом как руководство для конфигурирования и настройки операционной системы Microsoft Windows 2000 с целью достижения оптимальной производительности с точки зрения:

• клиента;
• сетевой работы;
• файлового сервера;
• Web-сервера.

Ниже приведено краткое описание общих положений, которые относятся ко всем статьям цикла.

Тесты производительности

При подготовке материала использовались промышленные тесты и инструменты для определения характеристик производительности Windows 2000. Большинство тестов дают некоторую специфическую рабочую нагрузку или же имитируют определенную информационную среду (Information Technology environment). Хотя тесты разрабатывались с учетом реальных рабочих нагрузок, совершенно невозможно в рамках какого-то одного теста провести имитацию рабочих нагрузок во всех возможных вариантах. Вместе с тем, результаты подобных тестов в течение долгого времени использовались для описания и сравнения характеристик производительности конкурирующих систем. Результаты проведения тестовых прогонов служат одним из многочисленных критериев, которые учитывают IT-специалисты при выборе подходящей вычислительной платформы.

Различные инструментальные пакеты, упоминаемые в данной статье, такие, как WebLoad и WebBench, могут использоваться для тестирования индивидуальных рабочих нагрузок. Поскольку сами тесты могут быть сконфигурированы с учетом специфики выбранной среды или определенного вычислительного трафика, эти инструментальные пакеты позволяют заказчикам сымитировать и протестировать характеристики производительности своих вычислительных сред с большей точностью.

Настройка параметров производительности

Принято считать, что Windows 2000 является самонастраивающейся операционной системой. Это означает, что в большинстве случаев Windows 2000 автоматически адаптируется к текущей вычислительной среде для достижения оптимальной производительности. При этом предполагается, что аппаратная часть системы сконфигурирована правильно. Например, если она развертывается в качестве Web-сервера, то службы, присутствующие, но не используемые системой, переводятся в состояние, в котором они почти не расходуют ресурсы процессора и памяти. Однако производительность Windows 2000, как и любой другой операционной системы, зависит от многих внешних факторов, таких, как аппаратура, драйверы устройств, приложения, рабочая нагрузка, характеристики сети и т. д. Кроме того, существует целый ряд принципов настройки системы, знание которых поможет добиться достижения оптимальной производительности Windows 2000 при работе в определенных условиях.

Аппаратная часть

Для достижения максимальной производительности чрезвычайно важно правильно сконфигурировать компоненты аппаратного обеспечения. Если в состав аппаратуры входит не оптимизированный с точки зрения операционной системы компонент, это, без сомнения, пагубно отразится на производительности всей системы. Например, использование видеоадаптера с небрежно написанным видеодрайвером может отрицательно сказаться на производительности и/или результатах тестирования. То же справедливо и для других критичных компонентов, например для сетевых адаптеров (иногда именуемых сетевыми интерфейсными платами, NIC) и RAID-контроллеров, установленных на сервере. В каждом разделе содержится основная информация по конфигурации аппаратной части применительно к рассматриваемому сценарию тестирования. Очень важно убедиться в том, что все ключевые компоненты системы (видео, дисковая подсистема, RAID-контроллеры, сетевые адаптеры и т. д.) были оптимизированы для использования в среде Windows 2000.

Результаты замеров производительности

Результаты замеров производительности представлены в виде диаграмм. В ходе тестирования использовались две аппаратные конфигурации:

• минимальная рекомендуемая конфигурация (уровень малого бизнеса): один процессор, 256 Мбайт физической памяти, сеть Fast Ethernet;
• промышленная конфигурация: четыре процессора, 2 Гбайт физической памяти, сеть Gigabit Ethernet.

Для выработки базовой линии производительности тестирование выполнялось для двух операционных систем: Windows NT 4.0 и Windows 2000.

Узкие места производительности

Чтобы в полной мере разобраться в результатах любого тестирования, очень важно иметь представление о возможных недостатках в построении системы — узких местах (bottleneck). Это позволит в дальнейшем определить, где именно нужно добиваться улучшения производительности системы.

Производительность клиента

Клиентские системы используются для самых различных целей, в том числе для разработки приложений, в системах автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM), при имитационном моделировании, в играх, а также для работы с офисными приложениями (электронные таблицы, текстовые процессоры, почтовые клиенты, браузеры).

Производительность клиентских рабочих мест во многом зависит от назначения системы. Например, к системе, предназначенной прежде всего для работы в Web и чтения электронной почты, предъявляются иные требования, чем к системе, используемой для проектирования автомобилей с помощью программного обеспечения CAD/CAM. Итак, важно выбрать такую конфигурацию системы, которая соответствует решаемой задаче.

Тесты

Существует ряд тестов, с помощью которых имитируются операции, выполняемые на настольных системах. К ним относятся тесты Sysmark98 и Winstone99. И тот, и другой обеспечивают анализ основополагающих характеристик производительности заданной аппаратной конфигурации и, в меньшей степени, анализ производительности базовой операционной системы. И Sysmark98, и Winstone99 используют функции приложений, которые будут задействованы в реальных условиях. Это означает, что Sysmark98 и Winstone99 более реалистичны по сравнению с теми тестами, в алгоритме работы которых просто назначается время выполнения вызовов функций API внутри жестко заданных циклов. Однако в связи с использованием тестов Sysmark98 и Winstone99 нужно сделать ряд замечаний.

Управление приложениями происходит со скоростью, превышающей возможности человека. В процессе работы с приложением на скорости, с которой не способен работать человек (без временных задержек, связанных с нажатием клавиш или временем на раздумье), эти тесты могут выполнить несколько тысяч операций в заданный временной интервал, в то время как обычный пользователь за то же самое время в состоянии выполнить несравненно меньшее количество операций. И, как результат, функции, периодически выполняемые операционной системой, начинают больше влиять на состояние системы. При работе в обычном режиме они срабатывают в моменты наименьшей активности системы, поддерживая ее в сбалансированном состоянии. (К числу таких периодически выполняемых функций относится запись на диск недействительных страниц (dirty page), что происходит один или два раза в секунду, или приведение в порядок рабочих наборов процесса — задача, запускаемая ежесекундно.)

Возможности сетевой работы не используются. Отключение возможности работы в сети позволяет избежать влияния факторов, вызывающих задержки в работе клиента и неустойчивость параметров, что сказывается на интерактивной готовности (interactive responsiveness). Интерактивная готовность — это время, в течение которого пользователь ожидает завершения какой-либо операции или ответа приложения. Для многих операций, выполнение которых длится более одной секунды, на работу с диском или обработку сетевого запроса приходится большая часть общего времени выполнения, работа же процессора при этом составляет лишь небольшой процент. С одной стороны, такой подход удобен для настройки и запуска тестовых задач, но, с другой стороны, он уменьшает реалистичность самих тестов.

РИСУНОК 1. В конфигурации с объемом памяти 64 Мбайт, Windows 2000 Professional существенно быстрее, чем Windows 98 и сравнима по производительности с Windows NT Workstation 4.0. (Чем выше значение, тем лучше.)

Оценивается время выполнения огромного числа наборов операций, а не время выполнения отдельных операций. Оценивая общее время, отводимое на выполнение множества операций, вместо того чтобы измерять время выполнения каждой из них в отдельности, мы сталкиваемся с тем, что системные компоненты, которые обычно оказывают лишь незначительное влияние на работу реальных пользователей, начинают играть важную роль в тестовой статистике. Примером тому может служить оценка функциональности драйвера видеоадаптера. Одни и те же операции на одном видеоадаптере могут выполняться значительно медленнее, чем на другом, что увеличивает общее время, отводимое на операции с видео. Однако в процентном соотношении время, в течение которого реальный пользователь заметит замедление в работе из-за драйвера видеоадаптера, может оказаться несущественным. Другими словами, пользователь может не почувствовать разницу между двумя операциями, одна из которых выполняется 0,05 с, а другая — 0,058 с. Но если будет выполнен миллион таких операций, то незначительное вначале различие в скорости выполнения одной операции станет весьма существенным в общем времени тестового прогона и результатах теста.

Существует также целый ряд других тестов, на которых мы не будем останавливаться в данной статье, например графические тесты, тесты из области инженерного проектирования (SPECapc for Pro/Engineer), а также игровые тесты (Quake II и Unreal). За дополнительной информацией о некоторых инженерных тестах можно обратиться по адресу: http://www.spec.org/gpc.

Рекомендации по настройке аппаратной части клиента

Рекомендации, приведенные в Таблице 1, относятся к типовой настольной системе, на которую установлено следующее программное обеспечение: клиент электронной почты, Web-браузеры и офисные приложения. В этом случае лучшее, что можно сделать, — это выполнить все рекомендации, перечисленные в документации поставщика программного обеспечения и относящиеся к настройке аппаратной конфигурации рабочего места клиента.

Общие рекомендации по настройке клиента

РИСУНОК 2. Windows 2000 Professional существенно быстрее, чем Windows NT Workstation 4.0 на тестах high-end. Тестирование проводилось на системе Gateway PII 500 МГц, ATI Rage Pro AGP, Adaptec AHA-2940U2/U2W PCI SCSI Controller. (Чем выше значение, тем лучше.)

Новая установка. В процессе установки Windows 2000 рекомендуется размещать систему во вновь отформатированном разделе, используя подходящий тип файловой системы: FAT, FAT32 или NTFS. Во время установки Windows 2000 в только что отформатированный раздел программа инсталляции автоматически оптимизирует размещение файлов с тем, чтобы дефрагментация жесткого диска не потребовалась.

Обновление существующей версии операционной системы. В процессе замены установленной версии операционной системы на Windows 2000 чрезвычайно важно предварительно запустить процедуру дефрагментации жесткого диска. Процесс обновления версии зачастую приводит к тому, что файлы операционной системы «размазываются» по всему разделу. Дефрагментация диска приводит к сокращению необходимого для работы системы числа операций ввода/вывода, что повышает производительность системы в целом.

Преобразование типа файловой системы. Как и обычно, в процессе установки рекомендуется выбрать тот тип файловой системы, который будет использоваться в дальнейшем. Если же после инсталляции принято решение изменить тип файловой системы (например, с FAT на NTFS), предварительно рекомендуется запустить программу дефрагментации диска для достижения оптимальной производительности системы.

Системный файл подкачки. Если в системе имеется два или более жестких диска, рекомендуется освободить диск, на котором установлена система Windows 2000, от системного файла подкачки, переместив его на другой диск.

Результаты

На Рисунках 1, 2 и 3 сравниваются результаты тестов Business Winstone99 и High-End Winstone99 от ZD Labs, а также время старта системы Windows 2000 Professional и предыдущих версий Windows для различных конфигураций.

Узкие места производительности

РИСУНОК 3. На графике показано время с момента запуска системы до начала регистрации в домене. В процессе «холодной» загрузки, в «спящем» состоянии (standby) и в режиме ожидания Windows 2000 обеспечивает приемлемые показатели. (Чем ниже значение, тем лучше.)

Процессор по-прежнему остается наиболее критичным компонентом в системах, предназначенных для решения задач CAD/CAM или научного моделирования; однако для большинства пользователей вычислительная мощь современных процессоров все реже становится узким местом с точки зрения производительности системы. Фактически более 90% времени работы компьютера процессор обычно находится в состоянии ожидания (idle).

В типичных конфигурациях системы, когда запущены приложения электронной почты, текстовые процессоры и Web-браузеры, на поддержание интерактивной готовности большее влияние оказывают операции ввода/вывода с диском и сетевые операции, а не скорость работы процессора.

Аналогично, интерактивная готовность в тех конфигурациях, где имеется сетевое соединение, пусть даже это 10-мегабитная корпоративная сеть, больше зависит от скорости обработки сетевых запросов, чем от вычислительной мощи современных процессоров. Типичный процессор в состоянии выполнить 100 и более миллионов инструкций в секунду, но зачастую загрузка файлов или Web-страниц — даже по быстрым сетевым соединениям — занимает гораздо больше времени. Таким образом, пользователь чаще ожидает завершения сетевых операций, а не процессорной обработки.

Если же сетевое соединение не задействовано, например при запуске текстового редактора с локального диска, операции ввода/вывода с диском оказывают наибольшее влияние на производительность системы. Типичный диск на выполнение случайного запроса ввода/вывода затрачивает около 10 мс, а наиболее быстрые на сегодня диски в состоянии обработать до 100 случайных операций ввода/вывода за секунду. Первый запуск многих современных приложений, таких, например, как Microsoft Word, нередко требует 300 и более случайных дисковых операций, а значит, трех секунд обработки. Эти три секунды почти полностью уходят на выполнение дисковых операций ввода/вывода. Несколько последовательных запусков одного и того же приложения осуществляются практически моментально, поскольку приложение размещается в памяти компьютера, а, следовательно, процессор не должен ожидать завершения отнимающих много времени дисковых операций ввода/вывода.

Продолжение следует

Прим. редакции: при подготовке данной публикации были использованы материалы статьи «Windows 2000 Performance Tuning White Paper» с Web-сервера корпорации Microsoft http://www.microsoft.com/windows2000.

Тестовые конфигурации

Общие принципы конфигурирования тестов, настройки серверов и ведения учета испытаний

Конфигурация тестовой лаборатории

Клиенты, участвующие в тестировании

Тестовая лаборатория, которая использовалась при подготовке настоящей статьи, была представлена тремя типами клиентских станций, как показано в таблице «Клиенты тестовой лаборатории». Все станции клиентов, все серверы, участвующие в тестировании, а также система управления тестированием были объединены в две сети VLAN при помощи коммутатора HP ProCurve 4000M.

Серверы, участвующие в тестировании

При подготовке статьи использовались две тестовые серверные конфигурации: для малого/среднего бизнеса и промышленная конфигурация. Чтобы упростить процедуры тестирования, для обеих конфигураций использовалась одна и та же дисковая RAID-подсистема.

Offline Files

net share RAID1=g: /CACHE:Automatic

Таблица 1.