軟件測試在B/S架構(gòu)系統(tǒng)中進行性能優(yōu)化的應用研究

彭振龍

（泉州師范學院陳守仁工商信息學院，福建泉州 362000）

1 性能測試概念及其必要性

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用的飛速發(fā)展，軟件系統(tǒng)的性能已是衡量軟件質(zhì)量的一個重要指標.根據(jù)CNNIC發(fā)布的第29次報告，截止2011年底，中國的網(wǎng)民數(shù)量已達到5.13億，網(wǎng)站數(shù)量達到229.6萬，CN的域名注冊數(shù)量達353萬[1].所有這些基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡服務都面臨性能問題，如大型電子商務網(wǎng)站促銷或高考分數(shù)公布，人們會在同一時間要求服務器響應服務，瞬時負載有可能達到或超過系統(tǒng)所能承受的極限，導致系統(tǒng)響應緩慢甚至癱瘓，因此對網(wǎng)絡系統(tǒng)進行測試和優(yōu)化顯得尤為重要.而性能測試是和功能測試相對應的概念，功能測試是指為確認軟件是否能完成某項功能而進行的一系列測試，而性能測試則是指為確認軟件執(zhí)行效率而實施的一系列測試行為，這包括在一定負載和壓力下軟件系統(tǒng)的執(zhí)行效率，包括服務響應時間、連接數(shù)、穩(wěn)定性、安全性、可擴展性、資源占用率等項目和指標[2-3].

利用負載測試（load testing）和壓力測試（stress testing）等性能測試方法[2-5]，能有效地模擬出軟件系統(tǒng)在現(xiàn)實環(huán)境中的應用情況，通過分析軟件在不同壓力和負載下的表現(xiàn)，如CPU占用率、內(nèi)存使用率、客戶端響應時間、網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)率等，根據(jù)工程的分析方法，找到軟件系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊等方面的瓶頸，并找出軟件系統(tǒng)能提供的最大服務級別，從而為軟件系統(tǒng)的全面優(yōu)化提供基本參考.

2 性能測試工具及重要概念

在自動化測試出現(xiàn)以前，性能測試工作主要依靠多臺單機，在統(tǒng)一指揮下，同一時刻點擊某個操作，以達到模擬并發(fā)的目的.自從性能測試的自動化工具出現(xiàn)后，這一工作變得簡單了許多.目前，商業(yè)性的工具主要有Loadrunner、QAload、SilkPerformance、Webload，Rational Performance Tester（RPT），而免費的測試工具主要有OpenSTA、微軟的WAST（Web Application Stress Tool）.其中l(wèi)oadrunner以其圖形化界面直觀友好，支持協(xié)議眾多，可預測并調(diào)優(yōu)系統(tǒng)，功能強大而深受好評[6].下面以loadrunner為例進行討論，為了后面論述的方便先介紹一下loadrunner在性能測試中所涉及的重要概念.

并發(fā)：指有多個業(yè)務操作在同一時間發(fā)生.

事務：用于度量服務器響應時間的任務或操作集.

虛擬用戶（Vuser）：是指通過loadrunner軟件模擬出真實用戶，通常在同一臺機器中可以模擬出很多虛擬用戶.

吞吐量：一定時間內(nèi)，處理客戶端請求的數(shù)量，直接反映了軟件的性能承載能力.

思考時間：用戶在執(zhí)行兩個連續(xù)操作期間等待的時間.

集合點：用于同步虛擬用戶以便恰好在同一時刻執(zhí)行任務.

3 性能測試步驟

3.1 測試環(huán)境的配置

測試環(huán)境主要包括服務器的硬件環(huán)境如CPU、硬盤、內(nèi)存、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡帶寬等，軟件環(huán)境主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、web服務器軟件等.同時還需要根據(jù)用戶使用手冊列出的在某個并發(fā)數(shù)下的服務響應時間，內(nèi)存及CPU的占用率等要求達到的性能指標，以便在進行測試結(jié)果分析時參考.

3.2 創(chuàng)建與編輯腳本

Loadrunner允許用戶通過實際的操作來錄制腳本，當然對于非常熟悉loadrunner腳本編寫的用戶，也可以手動編輯腳本.對于B/S系統(tǒng)，在錄制腳本前，需選擇“web（http/html）”協(xié)議，如圖1所示.之后設置錄制參數(shù)，如圖2所示.完成后，點擊OK，則啟動web服務，開始錄制腳本.錄制期間，用戶通過瀏覽器與服務正常會話，loadrunner會記錄下用戶的所有動作.用戶可以點擊錄制工具條上的“”，以停止錄制，如圖3所示，此時loadrunner自動生成測試腳本.

3.3 腳本修改

腳本錄制完成后，需要對其進行完善，比如加入集合點、加入思考時間、加入其他事務等.腳本修改的另一個重要內(nèi)容就是“參數(shù)化”.所謂的參數(shù)化是指對不允許重復輸入的數(shù)據(jù)，需要用變量（參數(shù)）代替固定文本.例如在測試注冊事務過程中，錄制的腳本如下：

Web_submit_form(“register.jsp”，

圖1 loadrunner腳本錄制協(xié)議選擇框

“Snapshot=t2.inf”，

ITEMDATA，

“Name=unitname”，“value=jxndpzl”，ENDITEM，

LAST）；

其中的“value=jxndpzl”是錄制腳本時注冊用戶名.顯然，在實際業(yè)務中不允許再次注冊一個jxndpzl的用戶名.這就導致在腳本回放或者要模擬多個用戶同時注冊時，腳本無法成功提交.因此需要對腳本進行參數(shù)化，即將

“Name=unitname”，“value=jxndpzl”，ENDITEM.改為

“Name=unitname”，“value=｛punitname｝ ”，ENDITEM.

其中的punitname即是代表注冊用戶名的參數(shù)，它可以是一個文本文件或數(shù)據(jù)庫，具體的設置可參見文獻[2].

3.4 場景設置

腳本錄制完成后，由loadrunner的controller負責測試場景的設置.如Vuser的生成數(shù)量，持續(xù)運行時間、加壓及減壓規(guī)則等.還有其他用于腳本調(diào)試和運行控制的設置，如連接超時、運行、中斷、停止、中間檢查點、路徑轉(zhuǎn)換、監(jiān)視器設置等.這些設置都將更好地幫助模擬真實的使用環(huán)境，并且更好地理解性能測試的過程，從而找出性能瓶頸.以下為場景設置的一個例子：

（1）Vuser的數(shù)量為200

（2）每5 s增加10個Vuser

（3）Vuser登錄后，持續(xù)運行時間為5 min

（4）思考時間為15 s，并在30%～100%之間隨機

（5）每2 s退出12個Vuser

很顯然，可以設置不同策略，設置不同的場景，同一場景中也可以加載不同的事務.

3.5 腳本運行及回放

根據(jù)前面設置的場景，執(zhí)行已經(jīng)錄制好的腳本.實際上為了得到更為真實的測試結(jié)果，需要設置許多不同的場景進行測試，而錄制好的腳本不用修改或只需要簡單的微調(diào)就可以，這樣就為后續(xù)的結(jié)果分析準備了更多的數(shù)據(jù).

3.6 結(jié)果分析

Loadrunner擁有專門的分析工具Analysis，它利用數(shù)學及統(tǒng)計學原理，具有強大的數(shù)據(jù)分析能力，而且還能將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果通過可視化的方式展示出來.圖4為Analysis界面.

圖2 錄制參數(shù)設置框

圖3 腳本錄制工具條

4 應用實例分析

下面，通過一個實際例子說明loadrunner進行性能測試并調(diào)優(yōu)的過程.筆者測試的是一個電子政務系統(tǒng).限于文章篇幅，略去了腳本錄制及修改過程.測試場景設置如下.

圖4 loadrunner Analysis主界面

4.1 事務說明

只測試了三個事務.（1）登錄事務，即后文的vuser_init_Transaction；（2）點擊一般案件登記，即后文的“點擊一般案件登記”事務；（3）一般案件的保存事務，即后文的“點擊保存”事務.同時，設計了五個場景.（1）50個用戶并發(fā)；（2）100個用戶并發(fā)；（3）200個用戶并發(fā)（主測試機和負載生成器各100個）；（4）300個用戶并發(fā)（主測試機100個，負載生成器200個）；（5）500個用戶并發(fā)（主測試機200個，負載生成器300個），共有15個事務（見表1）限于篇幅，點擊一般案件登記事務只列出了res100.lrr，而res100and100.lrr即表示主附測試機各100個Vuser，共200個用戶同時登錄，在表中省略，以此類推，點擊保存事務與此一樣.

表1 事務名稱及說明

4.2 負載方案

負載方案為同時加載所有Vuser，減壓方式為5 min內(nèi)依次減為0，實際測試過程中，得到的實際Vuser情況如表2所示.

表2 Vuser用戶數(shù)量表

從表2中可以看出，當總Vuser數(shù)量在200、300、500時，最大值并不能達到相應的數(shù)量，說明負載生成器本身無法達到在某個時間內(nèi)生成相應數(shù)量Vuser的要求.

4.3 測試結(jié)果數(shù)據(jù)及分析

測試過程中，選擇重點需要關(guān)注的平均事務響應時間、吞吐量、Vuser連接數(shù)等數(shù)據(jù)進行分析.限于篇幅，只選擇了點擊“保存”事務在不同場景下的數(shù)據(jù)進行分析.平均事務響應時間見表3.

表3 平均事務響應時間表

從表3中可以看出，平均響應時間隨著用戶數(shù)量的增加而增加，但根據(jù)最大值顯示，當用戶數(shù)達到300、500時，分別為19.778 s及21.086 s，這個值是比較大的，說明系統(tǒng)在這一壓力下已經(jīng)出現(xiàn)了一定的瓶頸.

表4 不同負載壓力下的每秒點擊數(shù)統(tǒng)計

根據(jù)表4的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，當Vuser數(shù)為300、500時，平均點擊數(shù)分別為561.984，560.913，這顯然于實際的應用不相符，說明當Vuser為500時，系統(tǒng)出現(xiàn)了明顯的瓶頸，導致服務器無法接受點擊.

由表5可知當Vuser為500時，服務器的平均吞吐量反而比Vuser為300時的平均吞吐量更少，說明系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴重的瓶頸，已經(jīng)無法正常處理用戶請求了.

同樣的當Vuser為500時，平均連接數(shù)反而比Vuser為300時小，其最大值也只多3（見表6）.其他如Vuser數(shù)為50，100，200時，系統(tǒng)的最大連接數(shù)也沒能達到，這有可能是負載生成有服務器有瓶頸，導致用戶丟失，也有可能是服務器系統(tǒng)已經(jīng)無法正常接受用戶的連接，則需要加大用戶連接數(shù).

表5 不同負載下的服務器吞吐量數(shù)據(jù)

表6 服務器連接數(shù)

4.4 結(jié)果分析

通過對平均事務響應時間、吞吐量、點擊數(shù)、服務器連接數(shù)等幾個數(shù)據(jù)的分析，基本可以判斷，在排除其他問題的前提下，該系統(tǒng)能接受的用戶并發(fā)數(shù)為300以下.從表2～6的數(shù)據(jù)可以看出，平均值、最大值都存在瓶頸，而該系統(tǒng)的最優(yōu)性能（最大能承受的并發(fā)用戶數(shù)，在此條件下其他事務的執(zhí)行表現(xiàn)），則需要反復地改變測試參數(shù)進行嘗試.

就用戶登錄、案件登記、保存三個事務而言，耗時最長的是用戶登錄，這主要是因為用戶登錄需要在后臺數(shù)據(jù)庫進行查重，這不但需要進行一定的IO操作，而且不同的查重算法也會有不同的性能表現(xiàn).后來與軟件開發(fā)人員進行了研究，優(yōu)化了文件的IO操作及用戶名登錄的查重算法，使得服務器響應時間進一步減少.

在實際測試過程中，當負載運行時，監(jiān)控測試機的CPU使用率幾乎都是100%，這可能導致很多虛擬用戶無法發(fā)送出去，這一點在表2中也得到了印證.這必然會影響測試結(jié)果的準確性.同時，通過監(jiān)視網(wǎng)絡、網(wǎng)卡在測試期間的性能，但并沒有發(fā)現(xiàn)瓶頸問題.這可能是因為此次測試是在局域網(wǎng)內(nèi)測試，網(wǎng)絡速度較快.

5 小結(jié)

軟件測試對B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)具有非常重要的意義.通過將負載及壓力測試的結(jié)果與系統(tǒng)設計的性能要求進行比較，開發(fā)人員能有效地了解系統(tǒng)各模塊及整體的性能，從而為滿足預設的性能要求提供優(yōu)化參考方案.自動化性能測試工具loadrunner具有支持協(xié)議多、界面友好、圖表豐富、功能強大的特點，成為我們在進行性能測試時的有力助手.

常用的軟件性能測試方式是基于既定的軟硬件資源，設置用戶數(shù)、并發(fā)數(shù)、任務數(shù)等進行測試分析和評估的.這對于用戶數(shù)、并發(fā)數(shù)、任務數(shù)有既定目標的系統(tǒng)是適用的，即為了達到這一目標，不斷提升硬件配置，不斷進行軟件調(diào)優(yōu).但如果想得到某個現(xiàn)有系統(tǒng)（既定的硬軟件系統(tǒng)）的最優(yōu)性能，則需要不斷調(diào)整參數(shù)，重復嘗試，這導致工作量成倍增長.后續(xù)的研究將致力于基于既定目標的“逆向測試”，即用比較簡單的方式找到使系統(tǒng)性能表現(xiàn)最佳的用戶數(shù)、并發(fā)數(shù)、任務數(shù)等指標.

[1]中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心.中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況調(diào)查統(tǒng)計報告[R].中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心，2012.

[2]于涌.軟件性能測試與loadrunner實戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2008：27-36.

[3]段念.軟件性能測試過程詳解與案例剖析[M].北京：清華大學出版社，2006：42-48.

[4]熊忠陽，李光勇，張玉芳，等.Web集群系統(tǒng)性能測試與優(yōu)化[J].計算機應用研究，2008，25（3）：826-832.

[5]文俊浩，桑春艷，何盼.電子政務系統(tǒng)性能測試應用研究[J].計算機科學，2009，36（4）：179-180.

[6]MENASCE D A.Load testing ofweb wite[J].IEEE InternetComputing，2002，6（4）：66-75.