السيارات الرياضية وشاحنات النقل الثقيل

في عالم الشركات الصغيرة والمتوسطة، نادراً ما نحتاج إلى الحديث عن زمن الاستجابة. يتمحور عالم الشركات الصغيرة والمتوسطة حول إنتاجية النظام بشكل شبه كلي وهو عموماً غير مدرك لزمن الاستجابة كحاجة. لكن ثمة أوقات يصبح فيها زمن الاستجابة مهماً، وعندها من الضروري أن نفهم التفاعل بين الإنتاجية وزمن الاستجابة وما يعنيه لنا "السرعة" حقاً. بمجرد أن ندخل إلى مجال المؤسسات الكبيرة، يُنظر إلى زمن الاستجابة في الغالب كمصدر قلق، لكن حتى هناك تكاد الإنتاجية تسود دائماً، لدرجة أن مفاهيم السرعة تتمحور شبه كلياً حول الإنتاجية بينما تُهمَل مفاهيم زمن الاستجابة في كثير من الأحيان أو تُنسى.

فهم دور زمن الاستجابة في النظام قد يكون معقداً، رغم أن زمن الاستجابة نفسه سهل الفهم نسبياً.

مقارنة رائعة بين زمن الاستجابة والإنتاجية أحب استخدامها هي فكرة سيارة فيراري وشاحنة نقل ثقيلة. سيارات فيراري "سريعة" بالمعنى التقليدي، لديها "أميال في الساعة" عالية. قد يقول المرء إنها مصممة للسرعة. لكن هل هي كذلك؟

نعتبر عموماً شاحنات النقل الثقيلة بطيئة. إنها وحوش ضخمة وثقيلة ذات سرعة قصوى منخفضة. لكنها تنقل كميات هائلة من البضائع في آنٍ واحد.

في المصطلحات الحاسوبية نفكر في السرعة عادةً مثل طاقة الشحن - نفكر من حيث "العناصر" في الثانية. من حيث مقارنة، فيراري تسير بمئتي ميل في الساعة وهذا رائع، لكنها قادرة على نقل صندوق واحد ربما في كل مرة. شاحنة نقل ثقيلة قادرة على السير بمئة ميل في الساعة فقط لكنها قادرة على نقل ألف صندوق تقريباً في المرة الواحدة. حين نتحدث عن الإنتاجية أو السرعة في الحاسوب هذا هو ما نفكر فيه عادةً. في المصطلحات الشبكية نفكر في غيغابايت في الثانية ونادراً ما نهتم بسرعة حزمة بيانات منفردة إذ نادراً ما تكون حزمة البيانات الواحدة مهمة. في المصطلحات الحاسوبية نفكر في أفكار مثل عمليات الفاصلة العائمة في الثانية، وهو مفهوم مشابه. لا يهتم أحد حقاً بالوقت الذي تستغرقه عملية فاصلة عائمة (FLOP) واحدة، بل بعدد ما يمكن إنجازه في ثانية أو عشر ثوانٍ.

لذا عند النظر إلى فيراري يمكننا القول إن لديها سرعة مفيدة تبلغ مئتي صندوق-ميل في الساعة. أي أنه لكل ساعة من العمل، يمكن لفيراري نقل صندوق واحد مسافة تصل إلى مئتي ميل. شاحنة النقل الثقيلة لديها سرعة مفيدة تبلغ مئة ألف صندوق-ميل في الساعة. من حيث نقل الطرود، إنتاجية شاحنة النقل الثقيلة أسرع بخمسمئة مرة بسهولة من إنتاجية فيراري.

لذا من حيث الطريقة التي نفكر بها عادةً في الحواسيب والشبكات ستكون شاحنة النقل الثقيلة "سريعة" وفيراري ستكون "بطيئة".

لكن هناك أيضاً زمن الاستجابة للأخذ بعين الاعتبار. بافتراض أن حمولتنا ضئيلة، لنقل رسالة أو صندوق صغير، يمكن لفيراري نقل ذلك الصندوق الواحد مسافة ألف ميل في خمس ساعات فقط! ستستغرق شاحنة النقل الثقيلة عشر ساعات لقطع نفس المسافة (لكن يمكن أن تصل كميات كبيرة من الرسائل في آنٍ واحد.) إذا كان ما نحتاجه هو إيصال رسالة أو طرد صغير من مكان إلى آخر بسرعة فائقة ففيراري هي الخيار الأفضل لأن لديها نصف زمن الاستجابة (التأخير) من لحظة بدء التسليم حتى تسليم أول طرد مقارنةً بشاحنة النقل الثقيلة.

كما يمكنك تخيله، في معظم الحالات تكون شاحنات النقل الثقيلة أكثر عملية بكثير لأن سرعة تسليمها أعلى بكثير. ولهذا السبب نرى فعلاً شاحنات كبيرة على الطرق السريعة طوال الوقت بينما معدل ظهور سيارات فيراري منخفض جداً - على الرغم من أن كلاً منهما يكلف نحو نفس المبلغ للشراء (بشكل تقريبي جداً). لكن في حالات خاصة، فيراري أكثر منطقية. لكن ليس كثيراً.

هذا مفهوم عام يمكن تطبيقه على تطبيقات عديدة. ينطبق على أنظمة التخزين المؤقت والذاكرة ووحدة المعالجة المركزية والشبكات ونواة أنظمة التشغيل والجدوِلة وعلى السيارات وأكثر. زمن الاستجابة والإنتاجية عموماً في علاقة عكسية - نتنازل عن زمن الاستجابة للحصول على الإنتاجية. بالنسبة لمعظم العمليات هذا أكثر منطقية. لكن أحياناً من المنطقي أكثر الضبط لزمن الاستجابة.

التخزين في الواقع استثناء غريب في الحوسبة حيث ينصبّ تقريباً كل التركيز على أداء التخزين حول عمليات الإدخال/الإخراج في الثانية (IOPS)، وهي قياس بديل تقريبي لزمن الاستجابة، بدلاً من الإنتاجية التي تُقاس بـ"البيانات المنقولة في الثانية". نادراً ما نهتم بهذا الرقم الثاني إذ إنه تقريباً لا يكون أبداً مصدر اختناقات التخزين. لكن هذا الاستثناء لا القاعدة.

يمكن أن تكون لزمن الاستجابة والإنتاجية تفاعلات مفاجئة في عالم الحوسبة. حين نتحدث عن الشبكات، على سبيل المثال، نقيس عادةً الإنتاجية فقط (غيغابت/الثانية) لكن نادراً ما نهتم كثيراً بزمن الاستجابة (يُقاس عادةً بالمللي ثانية). في العادة هذا لأن تقريباً جميع الأنظمة الشبكية لديها أرقام متماثلة لزمن الاستجابة ومعظم التطبيقات غير مبالية جداً بتأخيرات زمن الاستجابة. إنه فقط التطبيق النادر مثل VoIP عبر روابط دولية أو الأقمار الاصطناعية حيث يؤثر زمن الاستجابة على الشخص العادي، أو يمكن أن يُفاجئ الناس أحياناً حين يحاولون شيئاً غير شائع مثل iSCSI عبر اتصال WAN بعيد المدى وفجأة يظهر زمن الاستجابة بشكل مفاجئ كمشكلة غير متوقعة.

أحد الأماكن حيث يبدأ التفاعل بين زمن الاستجابة والإنتاجية في أن يكون صادماً ومثيراً للاهتمام هو حين ننتقل من شبكات البيانات الكهربائية أو الضوئية إلى الشبكات المادية. اقتباس شهير في الصناعة هو:

لا تستهن أبداً بعرض نطاق ترددي لسيارة ستيشن واجون مليئة بأشرطة البيانات تنطلق على الطريق السريع.

هذا عرض رائع لعرض نطاق ترددي ضخم مع زمن استجابة عالٍ جداً. بقيادة خمسين ميلاً عبر المدينة يمكن لسيارة ستيشن واجون أو SUV واحدة نقل مئات البيتابايت من البيانات محققةً معدلات بيانات لا يمكن لألياف ضوئية بسرعة 10GB/s الاقتراب منها. لكن الوقت لوصول أول حزمة بيانات نحو ساعة. نحن كثيراً ما نستبعد هذا النوع من الشبكة لأننا نفترض أن زمن الاستجابة يجب أن يقل عن 500 مللي ثانية تقريباً. لكن هذا ليس دائماً الحال.

أجرت أستراليا مؤخراً تجربة لمعرفة ما إذا كان حمامة حاملة لبطاقة SD يمكنها، من حيث إنتاجية الشبكة، التفوق على مزود خدمة الإنترنت في المنطقة - وانتهى بالحمامة كونها أسرع من مزود خدمة الإنترنت!

من حيث أداء الحوسبة نتجاهل في الغالب زمن الاستجابة لدرجة أننا لا ندرك حتى وجوده كسياق لمناقشة الأداء. لكن في دوائر الحوسبة منخفضة زمن الاستجابة يُدرَس بعناية شديدة. إنتاجية النظام تكون في العادة مخفضة بشكل كبير (يصبح شائعاً استهداف الأنظمة لتحقيق عشرة بالمئة فقط من استخدام وحدة المعالجة المركزية بينما تستهدف الأنظمة التقليدية الأكثر نحو تسعين بالمئة) مع استخدام مفاهيم مثل أنوية الوقت الفعلي وتقارب وحدة المعالجة المركزية وتثبيت المعالج ونسب الإصابة بذاكرة التخزين المؤقت والقياس المخفض - كلها تُستخدم للتركيز على الحصول على أسرع استجابة ممكنة من النظام بدلاً من محاولة الحصول على أقصى معالجة إجمالية منه.

الأماكن الشائعة حيث يكون زمن الاستجابة المنخفض من منظور حوسبي مرغوباً هي أنظمة التحكم الحرجة (مثل وحدات تحكم التصنيع حيث يمكن حتى لمللي ثانية واحدة من زمن الاستجابة أن تسبب مشاكل في أرضية المصنع) أو أنظمة التداول المالي حيث يمكن لتأخير بضع مللي ثانية أن يتسبب في تغيير أسعار الاستثمارات أو بيع المنتجات وعدم توافرها. السرعة، من حيث زمن الاستجابة، كثيراً ما تكون العامل الحاسم بين كسب المال أو خسارته - حتى مللي ثانية واحدة يمكن أن تكون مُعطِّلة.

من الناحية التقنية حتى أنظمة معالجة الصوت والفيديو يجب أن تكون حساسة لزمن الاستجابة لكن معظم أنظمة الحوسبة الحديثة لديها قدر كبير جداً من الطاقة الاحتياطية وزمن الاستجابة منخفض بشكل عام بما يكفي لأن معظم الأنظمة، حتى مراكز بادئ الاتصال VoIP وأنظمة مؤتمرات الفيديو، يمكنها اليوم العمل مع نادر من الحاجة للوعي بمخاوف زمن الاستجابة على جانب المعالجة (حتى زمن استجابة الشبكة أصبح يمثل قلقاً أقل فأقل شيوعاً). قد يمضي مسؤول النظام أو المهندس العادي مسيرته المهنية بأكملها دون أن يحتاج إلى العمل على نظام حساس لزمن الاستجابة أو حيث لا يوجد قدر كبير من الطاقة المتاحة يكفي لإخفاء أي حساسية لزمن الاستجابة.

تحديد السرعة، سواء أعني ذلك الإنتاجية أم زمن الاستجابة أم حتى شيئاً آخر أو مزيجاً منهما، شيء مهم جداً في جميع جوانب تقنية المعلومات وفي الحياة. فهم كيفية تأثيرهما علينا في مواقف مختلفة وكيفية تفاعلهما مع بعضهما مع وجودهما عموماً في علاقة غير مباشرة حيث تأتي التحسينات في الإنتاجية بتكلفة زمن الاستجابة أو العكس، وتعلم موازنتهما عند الحاجة لتحسين الأنظمة التي نعمل عليها أمر بالغ القيمة.