WEB應(yīng)用系統(tǒng)性能測(cè)試研究與實(shí)踐

張秋鳳

【摘要】 本文從業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)踐中，簡要介紹了WEB應(yīng)用系統(tǒng)性能測(cè)試的原理、指標(biāo)及測(cè)試場(chǎng)景的選擇等，并利用Loadrunner性能測(cè)試工具測(cè)試企業(yè)外網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，模擬和預(yù)測(cè)真實(shí)環(huán)境中系統(tǒng)的壓力，查找、定位和解決系統(tǒng)存在的問題，從實(shí)際運(yùn)維角度分析了 WEB 應(yīng)用系統(tǒng)的性能測(cè)試的必要性。

【關(guān)鍵詞】 性能測(cè)試 性能測(cè)試指標(biāo) 性能測(cè)試工具 Loadrunner

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)上Web及其應(yīng)用程序的普及，各類基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)以其方便、快速，易操作等特點(diǎn)已經(jīng)成為軟件開發(fā)的重點(diǎn)。系統(tǒng)能否提供穩(wěn)定快速的服務(wù)成為評(píng)價(jià)系統(tǒng)的重要指標(biāo)。針對(duì)Web系統(tǒng)的測(cè)試可以從用戶界面、系統(tǒng)功能、客戶端兼容性、系統(tǒng)性能、應(yīng)用安全、系統(tǒng)可用性、安裝等角度進(jìn)行，本文主要討論性能測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容。

二、Web應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)的Web應(yīng)用系統(tǒng)包括客戶端（browser）/服務(wù)端（Server），該結(jié)構(gòu)的Web客戶端不需要安裝任何的程序軟件，只需要通過瀏覽器，就可以實(shí)現(xiàn)軟件的功能。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)，簡單的事務(wù)邏輯在客戶端實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯則在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。服務(wù)端的體系架構(gòu)，一般包含表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫層。

三、性能測(cè)試

3.1性能測(cè)試原理

性能測(cè)試是通過自動(dòng)化的測(cè)試工具模擬正常、峰值以及異常等多種負(fù)載條件來對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。通過性能測(cè)試和調(diào)優(yōu)，驗(yàn)證軟件系統(tǒng)是否能夠達(dá)到用戶提出的性能指標(biāo)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中存在的性能瓶頸，優(yōu)化軟件，最后起到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

性能測(cè)試需要模擬多人同時(shí)訪問被測(cè)系統(tǒng)來達(dá)到驗(yàn)證系統(tǒng)性能的目的。需要借助工具，或者自己搭建相應(yīng)的性能測(cè)試框架來輔助完成。用于性能測(cè)試的工具有很多，商業(yè)工具如LoadRunner，Silkperformer， Rational Robot等，開源工具如 Apache自帶的Web性能測(cè)試工具ApacheBench等。

3.2性能測(cè)試指標(biāo)

性能測(cè)試指標(biāo)包括客戶端交易處理指標(biāo)、服務(wù)器資源監(jiān)控指標(biāo)、數(shù)據(jù)庫資源監(jiān)控指標(biāo)、Web服務(wù)器監(jiān)控指標(biāo)、中間件監(jiān)控指標(biāo)等。客戶端交易處理指標(biāo)由性能測(cè)試工具匯總處理并以報(bào)表形式給出，其它測(cè)試指標(biāo)有的測(cè)試工具可以提供監(jiān)控接口，有的則需要針對(duì)不同的監(jiān)控對(duì)象采用各種方式采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，比如，Windows服務(wù)器可以通過操作系統(tǒng)自帶的性能監(jiān)視器采集數(shù)據(jù)。一般情況下，執(zhí)行性能測(cè)試時(shí)，至少應(yīng)該獲得客戶端交易處理性能指標(biāo)以及服務(wù)器端資源占用性能指標(biāo)。

1） 交易處理性能指標(biāo)

交易處理性能指標(biāo)包括并發(fā)用戶數(shù)、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、吞吐率、每秒點(diǎn)擊次數(shù)等。

（1）并發(fā)用戶數(shù)：指在同一時(shí)刻與服務(wù)器進(jìn)行交互的在線用戶數(shù)量。這些用戶的最大特征是和服務(wù)器產(chǎn)生了單向或者雙向的數(shù)據(jù)傳輸。在線用戶不一定會(huì)對(duì)服務(wù)器產(chǎn)生影響，例如正在瀏覽已經(jīng)打開的網(wǎng)頁的用戶，對(duì)服務(wù)器是沒有任何影響的。因?yàn)椴煌到y(tǒng)會(huì)有不同的并發(fā)特點(diǎn)，所以針對(duì)并發(fā)用戶數(shù)的統(tǒng)計(jì)沒有準(zhǔn)確的公式。對(duì)于已經(jīng)存在一定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)積累的系統(tǒng)，可根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量推測(cè)出并發(fā)用戶數(shù)量。

（2）響應(yīng)時(shí)間：指從客戶端發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求開始，到客戶端接收到服務(wù)器端返回的響應(yīng)結(jié)束所用的時(shí)間。

對(duì)于一個(gè)三層應(yīng)用架構(gòu)，響應(yīng)時(shí)間包括了網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間t1、Web服務(wù)器t2、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的處理時(shí)間t3，它的響應(yīng)時(shí)間為t1+t2+t3的時(shí)間之和。

（3）吞吐量：指單位時(shí)間內(nèi)處理的客戶請(qǐng)求數(shù)量。從業(yè)務(wù)角度看，吞吐量可以用：請(qǐng)求數(shù)/秒、頁面數(shù)/秒、人數(shù)/天或處理業(yè)務(wù)數(shù)/小時(shí)等單位來衡量；從網(wǎng)絡(luò)角度看，吞吐量可以用：字節(jié)/秒來衡量。對(duì)于交互式應(yīng)用來說，吞吐量指標(biāo)反映的是服務(wù)器承受的壓力，能夠說明系統(tǒng)的負(fù)載能力。

（4）請(qǐng)求間隔時(shí)間：指用戶在操作時(shí)，兩個(gè)操作之間的等待時(shí)間，在測(cè)試腳本中加入請(qǐng)求間隔時(shí)間（有時(shí)叫思考時(shí)間），用來真實(shí)地模擬用戶操作。

2） 服務(wù)器端資源占用性能指標(biāo)

測(cè)試過程中對(duì)服務(wù)器資源的監(jiān)控是非常必要的。測(cè)試過程中主要監(jiān)控CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、磁盤等的使用情況。此外，對(duì)于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、中間件服務(wù)器以及Web服務(wù)器等，同時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫、中間件以及Web服務(wù)的性能指標(biāo)。

3. 3 性能測(cè)試場(chǎng)景

性能測(cè)試中涉及的基本場(chǎng)景有兩種，即單一業(yè)務(wù)場(chǎng)景和混合業(yè)務(wù)場(chǎng)景，這兩種業(yè)務(wù)場(chǎng)景缺一不可，缺少任何一種都不能準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)性能，定位系統(tǒng)瓶頸。

1） 單一性能點(diǎn)，多用戶測(cè)試：測(cè)試過程可以隔離測(cè)試場(chǎng)景，先單獨(dú)加壓測(cè)試每種性能需求點(diǎn)，比如，可以單獨(dú)模擬用戶登錄的需求，建立比如100人并發(fā)登錄的場(chǎng)景。由于沒有一個(gè)系統(tǒng)會(huì)設(shè)計(jì)成在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)，只能進(jìn)行一種操作（實(shí)際上，在有其他的操作時(shí)，100人并發(fā)登錄的時(shí)間肯定會(huì)延長），所以此種場(chǎng)景并非是用戶實(shí)際使用的情況，僅僅是為了檢查這一個(gè)模塊的性能水平。

2） 混合業(yè)務(wù)的性能測(cè)試場(chǎng)景：按照業(yè)務(wù)及測(cè)試模型梯度加壓，以獲取系統(tǒng)的最大處理能力，及在各種壓力下每個(gè)交易的響應(yīng)時(shí)間情況。比如登錄的同時(shí)有人在進(jìn)行瀏覽、查詢、寫入、上傳或下載操作。這一步主要是一個(gè)集成測(cè)試，考慮各個(gè)功能模塊之間是否有影響，是否有對(duì)某些資源的搶奪等問題。按照混合測(cè)試模型，在一定的壓力下長時(shí)間持續(xù)執(zhí)行測(cè)試，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況（主要關(guān)注系統(tǒng)是否穩(wěn)定，系統(tǒng)是否存在內(nèi)存泄漏問題等）。

3. 4 性能測(cè)試實(shí)踐

被測(cè)的應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S模式，服務(wù)端采用三層體系架構(gòu)，是某機(jī)關(guān)單位外網(wǎng)面向互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行采訪活動(dòng)報(bào)名和管理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。測(cè)試采用商業(yè)測(cè)試工具Loadrunner，主要針對(duì)不同的并發(fā)用戶數(shù)執(zhí)行測(cè)試，考察系統(tǒng)的響應(yīng)情況。

1） 測(cè)試工具Loadrunner

LoadRunner是目前應(yīng)用最多的測(cè)試工具之一，能夠在實(shí)驗(yàn)室模擬成千上萬用戶訪問被測(cè)系統(tǒng)，檢驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)能力。通過在測(cè)試過程中獲取的信息和數(shù)據(jù)來確認(rèn)和查找軟件的性能問題，分析性能瓶頸。可適用于各類不同構(gòu)架的應(yīng)用。主要包括：腳本錄制開發(fā)工具（VuGen}、集中控制器（LR Control-ler）、結(jié)果分析器（LR Analysis）及壓力機(jī)（Load Generator等4個(gè)組件。

2）設(shè)計(jì)測(cè)試場(chǎng)景

測(cè)試應(yīng)選擇具有代表性的和使用頻繁的業(yè)務(wù)功能或使用核心技術(shù)的功能作為性能采樣點(diǎn)，可以由用戶指定，也可根據(jù)重要功能或關(guān)注度作出選擇。根據(jù)案例系統(tǒng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，壓力主要集中在系統(tǒng)主頁訪問，采訪報(bào)名及查詢功能頁面，以及管理后臺(tái)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表導(dǎo)出頁面。因此測(cè)試選取三個(gè)功能點(diǎn)：系統(tǒng)主頁訪問、報(bào)名提交與查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理。

測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)為單點(diǎn)操作性能測(cè)試和混合業(yè)務(wù)性能測(cè)試。單點(diǎn)操作性能測(cè)試分別針對(duì)被測(cè)三個(gè)功能點(diǎn)執(zhí)行，根據(jù)以往系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)量（系統(tǒng)主頁訪問量千人級(jí)、采訪報(bào)名數(shù)千人級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理百人級(jí)），再除以10為其最大并發(fā)量，設(shè)定訪問系統(tǒng)主頁、報(bào)名提交與查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理分別測(cè)試200， 100，20個(gè)用戶并發(fā)，測(cè)試時(shí)腳本請(qǐng)求時(shí)間間隔設(shè)置為5秒。混合業(yè)務(wù)性能測(cè)試則對(duì)三個(gè)功能點(diǎn)進(jìn)行混合壓力測(cè)試，并發(fā)用戶數(shù)分別設(shè)為50、100，訪問三個(gè)功能點(diǎn)的用戶比例為10： 5： 1，測(cè)試時(shí)腳本請(qǐng)求時(shí)間間隔設(shè)置為5秒。

3）分析測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)主頁訪問在200個(gè)用戶并發(fā)時(shí)平均響應(yīng)時(shí)間均小于1秒，服務(wù)器CPU利用率低于50%、可用內(nèi)存未見異常波動(dòng)，該功能點(diǎn)的響應(yīng)情況滿足測(cè)試目標(biāo)的要求。

統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理在20個(gè)用戶并發(fā)時(shí)平均響應(yīng)時(shí)間均小于5秒，服務(wù)器CPU利用率低于70%、可用內(nèi)存未見異常波動(dòng)，該功能點(diǎn)的響應(yīng)情況滿足測(cè)試目標(biāo)的要求。

報(bào)名提交與查詢?cè)?00個(gè)用戶并發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器CPU利用率平均值超過90%，事務(wù)平均響應(yīng)時(shí)間達(dá)到0.5秒；通過調(diào)整數(shù)據(jù)庫參數(shù)配置，建立數(shù)據(jù)庫索引，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行性能優(yōu)化后，再次對(duì)調(diào)優(yōu)后的系統(tǒng)執(zhí)行回歸測(cè)試，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器CPU利用率平均值降低到50%，事務(wù)平均響應(yīng)時(shí)間降低到0.25秒。

四、結(jié)束語

為了保證Web應(yīng)用的可用性和高效性，必須對(duì)Web應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。通過使用性能測(cè)試工具進(jìn)行大批量并發(fā)用戶測(cè)試，可以模擬和預(yù)測(cè)真實(shí)環(huán)境中的系統(tǒng)壓力，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題。

通過分析測(cè)試數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)的性能。在目前國產(chǎn)化的政策和趨勢(shì)下，政府機(jī)關(guān)等單位的等保改造和外網(wǎng)改造項(xiàng)目增多，為了保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)在升級(jí)改造后的正常運(yùn)行，需要結(jié)合性能測(cè)試的原理和實(shí)際情況，不僅要進(jìn)行功能測(cè)試、安全測(cè)試，同時(shí)，完成充分的性能測(cè)試是相當(dāng)重要的。

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