基于JMeter的Web服務質量分析

周宇

一、引言

Web服務是一種分布式計算技術，具有自包含、自描述、封裝性、可重用和可組合、可互操作、開放、松散耦合的特點，可應用于開放數據資源的共享與交換。由于網絡的動態性和不可預知性，以及Web協議的性能及安全問題，服務質量（QoS）將變成衡量和判定Web服務可用性和效用的重要因素。

二、Web服務質量指標

1、服務可用性：服務的可用性描述，可用性是質量的一個方面，指服務是否存在或是否已就緒可供立即使用。可用性表示服務可用的可能性。較大的值表示服務一直可供使用，而較小的值表示無法預知在某個特定時刻服務是否可用。2、服務可訪問性：服務的可訪問性描述，可訪問性是服務質量的一個方面，表示能夠為服務請求提供服務的程度。它可以表示為一種可能性尺度，用來表示在某個時間點上成功地實例化服務的成功率或機會。3、服務性能指標：性能指標是服務質量的一個方面，可以根據吞吐量和響應時間對其進行測量。吞吐量表示在給定時間段內被服務的數據服務請求數，響應時間是發送請求和接收響應之間的往返時間。吞吐量的值較大且響應時間的值較小表示服務性能良好。4、服務安全性：服務支持的安全操作描述，安全性是服務質量的一個方面，通過驗證涉及到的各方、對消息加密以及提供訪問控制來提供機密性和不可抵賴性。根據服務請求者的不同，服務提供者可以用不同的方法來提供安全性，所提供的安全性也可以有不同的級別。5、服務可靠性：服務的可靠性特征描述，可靠性是服務質量的一個方面，表示能夠維護服務和服務質量的程度。每月或每年的失效次數是衡量數據服務可靠性的尺度。在另一種意義上，可靠性是指服務請求者和服務提供者發送和接收的消息的有保證和有序的傳送。

三、Web服務質量評價方法

由于QoS屬性包括的因素較多，考慮到實用性，本文把Web服務的QoS屬性描述為一個由四個分量構成的一個四維向量Q={T，R，A，S}，每個分量都有自己的計算方法和度量單位，其中各分量評價指標為：

1）響應時間（T）

服務請求者和服務提供者之間調用和傳送服務所花的時間，包括服務時間和來回通信所用的時間。可以描述為：

T=TS（X）+TC（X）…

（1）

式中：TS（X）—服務時間；TC（X）—通信時間。

2）可靠性（R）

表示請求者調用某個Web服務，并能夠成功接收到響應的概率。高質量的Web服務應該是可靠的、穩定的，可靠性直接影響請求者對Web服務提供者的評價。可以描述為：

R=成功執行次數/服務被調用的次數

…（2）

3）可用性（A）

Web服務在指定的θ時間段內可訪問的概率。

4）安全性（S）

安全性反映訪問所提供的信息交互的安全程度，南訪問提供者發布。安全性是Web服務質量的一個方面，通過驗證涉及到的各方、對消息加密以及提供訪問控制來提供機密性和不可抵賴性，防止惡意的服務請求。本文認為“安全性”不能用簡單的等級來描述，它的取值應在閉區間[0，1]上。其中，0代表不安全，1代表理論上的絕對安全。那么，（0，1）代表“安全性”的真實區間。實際上，Web服務的“安全性”恰恰是在這個真實區間上的模糊值。假設一組服務，用S={S₁，S₂，…，S_n}表示，這n個服務提供同一種功能，選取了m個指標來衡量服務的QoS性能，那么可以得到下面的矩陣Q，在矩陣Q中，每一行代表一個服務對應于每個QoS指標的值。而每一列代表所有服務在該項指標上的值。

式中：q_nm—第n個服務中第m個QoS指標的值。

由于衡量服務質量的指標有兩種，一種是正向質量指標，即指標值越大，服務質量越好；另一種是負向質量指標，指標值越大，服務質量越差。因此，在對矩陣Q的每一項進行標準化時，對于正向指標和負向指標分別采用公式（4）和公式（5）進行處理：

通過這公式（4）和公式（5）的計算，可以得到一個新的矩陣Q'：

最后，可以用公式（7）計算每個服務S的QoS的綜合評價值：

式中：w_ij—第i個服務中第j個QoS指標的權值。

下面通過Web服務實例來具體說明每個Web服務的QoS的綜合評價值的計算過程。表1中給出了5個服務的測試用例數據表，每個服務使用的權值向量為：W={O.2，0.3，0.3，0.2}。

由表1可得矩陣

然后對矩陣Q的每一項指標進行標準化處理。其中，響應時間屬于負向質量指標，應采用公式（5）進行標準化處理；可靠性、安全性和成功調用次數屬于正向質量指標，應采用公式（4）進行標準化處理。可以得到新的矩陣：

最后，用公式（7）計算每個服務的QoS的綜合評價值如表2所示：

從表2中的QoS值可以看出，服務2最優，服務3最差。

四、Web服務質量分析

為了對Web服務質量進行定量分析，作者在實驗環境中構建某示例數據的Web服務，并采用JMeter工具對其Web服務質量進行測試。其中，示例數據源采用MySQL數據庫，數據庫與Web服務適配功能由ws02dataservices-2.6，0提供，采用JMeter2.4分別模擬多用戶產生并發請求，統計計算不同測試條件下的響應時間、可靠性和可用性。在實驗室環境下，Weh服務可靠性與可用性較高，極少出現服務訪問失敗的情況，因此后文僅對某Web服務的響應時間進行分析。圖1為數據查詢服務的響應時間圖，由圖可見，Web服務的響應時間隨Web服務響應的數據量增大而增大。在相同數據量情況下，并發數越大，響應時間越長。響應時間并未隨數據量增大和并發數增大產生明顯劣化，具有一定的并發處理能力。在非并發條件下，Web服務方式的查詢與Console的響應時間相差較小。

由此可見，通過使用JMeter工具可以對Web服務并發條件下的響應時間、可靠性和可用性進行定量的分析測試，為進行Web服務質量評價提供數據支撐。

注：console為MySQL Console直接操作數據庫表的性能值，數據量1 000以下的響應時間小于lOms。

圖1 示例Web服務數據查詢響應時間圖

五、結論

隨著Web服務的廣泛應用，對大量Web服務質量進行綜合衡量和判定也顯得越發重要。本文首先介紹了Web服務質量的典型指標因素，然后探討了采用響應時間、可靠性、可用性及安全性因素對Web服務質量進行綜合評價的過程和方法，最后使用JMeter工具對現有Web服務進行并發條件下的測試與分析，為定量分析Web服務提供依據。