Apache性能測(cè)試工具開(kāi)發(fā)與研究

摘要：根據(jù)對(duì)Apache 中的測(cè)試工具ApacheBench 的分析，采用了CMMI3中的軟件開(kāi)發(fā)方法，利用多線程模擬多個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)了多用戶并發(fā)測(cè)試，并利用管道技術(shù)對(duì)多個(gè)線程進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的測(cè)試工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)符合HTTP協(xié)議的網(wǎng)站性能進(jìn)行測(cè)試。

關(guān)鍵詞：性能測(cè)試；管道；多線程

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)04-0809-04

The Development and Research On Apache Performance Testing Tools

DENG Jing1， ZHANG Hai-quan2， WANG Zhi-jian3

(1.Dept. of Computer Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China; 2.Dept. of Computer Engineering， Hohai University， Nanjing 210024， China)

Abstract: In this paper， based on analyzing of ApacheBench， we used the CMMI 3 software development methods， make use of multi-threaded to simulate multiple users to achieve a number of concurrent user testing， use pipe technology on a number of thread operation， and realize the sharing of data. Design a new test instrument. It can be achieved in line with the HTTP protocol on the performance of thewebsite for testing.

Key words: performance testing; pipe; multi-threaded

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和用戶數(shù)的不斷增加，作為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之一的WEB服務(wù)也扮演著越來(lái)越重要的角色。提供WEB服務(wù)的站點(diǎn)和服務(wù)器必須具有良好的性能和快速的事務(wù)處理能力。為此，在WEB應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中和WEB應(yīng)用軟件部署過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，找出性能上的缺陷，定位問(wèn)題，解決問(wèn)題，也是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。性能測(cè)試是通過(guò)記錄和描述真實(shí)用戶的行為，用一種自動(dòng)、可控的方式重復(fù)執(zhí)行這些用戶的行為，得到應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的過(guò)程。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì) Web 應(yīng)用軟件的測(cè)試進(jìn)行了一系列研究，在基本測(cè)試技術(shù)、測(cè)試模型和測(cè)試工具開(kāi)發(fā)等方面取得了具有價(jià)值的研究成果。其中AB（ApacheBench）是Apache自帶的超文本傳輸協(xié)議（HTTP）性能測(cè)試工具。其設(shè)計(jì)意圖是描繪當(dāng)前安裝的Apache的執(zhí)行性能，幫助我們?cè)诰W(wǎng)站開(kāi)發(fā)期間仿真實(shí)際上線的可能情況，利用仿真出來(lái)的數(shù)據(jù)作為調(diào)整服務(wù)器或程序的依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中， ApacheBench 程序中存在很多不足和缺陷。如：用戶需要花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)使用AB，測(cè)試數(shù)據(jù)的非漢化，測(cè)試數(shù)據(jù)的不全面，對(duì)命令行參數(shù)、服務(wù)器的響應(yīng)頭和其他外部輸入的解析也簡(jiǎn)單。另外沒(méi)有完整實(shí)現(xiàn)HTTP/1.x，僅接受某些“預(yù)想”的響應(yīng)格式，Strstr（）的頻繁使用可能會(huì)帶來(lái)性能問(wèn)題，即你可能是在測(cè)試AB而不是服務(wù)器性能等等。針對(duì)以上問(wèn)題，在Apache上基于AB系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種新的性能測(cè)試工具勢(shì)在必行。利用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)多用戶并發(fā)，采用管道技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的共享。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的系統(tǒng)，可以很好的對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行性能測(cè)試。

1 系統(tǒng)功能

WEB性能測(cè)試工具通過(guò)記錄用戶操作并把它們與腳本語(yǔ)言相結(jié)合來(lái)生成測(cè)試腳本，并能產(chǎn)生多個(gè)線程，每個(gè)線程運(yùn)行一個(gè)特定的測(cè)試腳本或場(chǎng)景，以模擬發(fā)送到服務(wù)器的真實(shí)請(qǐng)求。進(jìn)行性能分析時(shí)，可以跟蹤性能度量結(jié)果（如響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)吞吐量），并且用表格和圖形格式生成報(bào)告，根據(jù)報(bào)告系統(tǒng)自動(dòng)給出性能優(yōu)化建議。

整個(gè)系統(tǒng)是在 ApacheBench 的原型下進(jìn)行的改進(jìn)，目的是為了提供更加方便、有效的性能測(cè)試工具。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮如下幾點(diǎn)：

1）易用性：系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔，明確。用戶不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的軟件配置和操作流程，只要簡(jiǎn)單的操作就能獲得用戶想要的數(shù)據(jù)。

2）直觀性：系統(tǒng)能夠在運(yùn)行后，直接查看到數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)不同的測(cè)試數(shù)據(jù)得出被測(cè)服務(wù)器的性能情況，承受壓力的能力等。

3）可控性：系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)實(shí)際情況，給出異常報(bào)告。在模擬多用戶進(jìn)行測(cè)試過(guò)程中，發(fā)送的請(qǐng)求頻率、數(shù)據(jù)、持續(xù)增壓都在可控制范圍內(nèi)。

WEB性能測(cè)試系統(tǒng)的功能分為兩部分：系統(tǒng)測(cè)試部分和數(shù)據(jù)處理部分，如圖1。

系統(tǒng)測(cè)試模塊中又分為測(cè)試參數(shù)、配置參數(shù)、Socket池、線程池、測(cè)試、控制和管道等模塊。參數(shù)模塊用于配置測(cè)試時(shí)用戶所需要的參數(shù)內(nèi)容，包括模擬用戶數(shù)量、并發(fā)用戶數(shù)等內(nèi)容。控制模塊在測(cè)試過(guò)程中根據(jù)測(cè)試參數(shù)來(lái)控制整個(gè)過(guò)程。Socket 池是提供多個(gè)Socket 連接池的功能模塊，Socket 池的大小由模擬的用戶數(shù)量、請(qǐng)求遠(yuǎn)程服務(wù)器IP 地址數(shù)、端口號(hào)數(shù)決定。使用Socket 池目的是提高測(cè)試速度和效率。線程池是用于存放線程的地方，在測(cè)試過(guò)程中，利用一個(gè)線程來(lái)模擬一個(gè)瀏覽器用戶。使用線程池的目的是提高系統(tǒng)利用率，實(shí)現(xiàn)程序的大量并發(fā)處理，避免因頻繁地創(chuàng)建、銷(xiāo)毀線程而降低系統(tǒng)的效率。測(cè)試模塊是利用系統(tǒng)中提供的Socket 和線程，按照測(cè)試參數(shù)將測(cè)試腳本發(fā)送到Web 服務(wù)器，同時(shí)將Web 服務(wù)器的響應(yīng)結(jié)果記錄下來(lái)，生成數(shù)據(jù)內(nèi)容，顯示在報(bào)告中。測(cè)試過(guò)程的控制由控制模塊負(fù)責(zé)。

數(shù)據(jù)分析模塊部分包括數(shù)據(jù)分析模塊、文本結(jié)果模塊、生成報(bào)告模塊。數(shù)據(jù)分析模塊是對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、計(jì)算、比較和綜合分析，得出測(cè)試結(jié)果。文本結(jié)果模塊是將整個(gè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果以文本的形式保存下來(lái)進(jìn)行比較。生成報(bào)告模塊是根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果和推理規(guī)則而生成測(cè)試報(bào)告和優(yōu)化建議。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)

以系統(tǒng)功能需求描述為依據(jù)，建立系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型。按照RUP的思想， 用Use Case 對(duì)象來(lái)描述系統(tǒng)的功能需求。以選定的Use Case 作為研究對(duì)象，用面向?qū)ο蟮母拍詈头椒▽?duì)問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)述，為后續(xù)進(jìn)一步的設(shè)計(jì)活動(dòng)提供必要的鋪墊。用Use Case 為對(duì)象描敘測(cè)試系統(tǒng)的功能需求用例圖如圖2所示。用例圖中的每個(gè)Use Case 表示實(shí)現(xiàn)特定功能的用例。根據(jù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯模型，在各個(gè)Use Case 用例之間建立某種關(guān)系，包括包含、擴(kuò)展關(guān)系。用戶（Actor）通過(guò)配置腳本文件、服務(wù)設(shè)置請(qǐng)求、配置測(cè)試參數(shù)、分析數(shù)據(jù)等作用于系統(tǒng)。HTTP 捕捉測(cè)試信息，經(jīng)過(guò)處理生成測(cè)試腳本。系統(tǒng)中的核心用例“測(cè)試”用例是根據(jù)測(cè)試計(jì)劃來(lái)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行測(cè)試，并生成測(cè)試數(shù)據(jù)。用戶依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)整個(gè)服務(wù)器性能做出描述。

2.2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

使用用例圖對(duì)系統(tǒng)功能需求進(jìn)行描述，是從系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯模型和關(guān)聯(lián)關(guān)系角度展開(kāi)。這里從數(shù)據(jù)流的角度出發(fā)，詳細(xì)分析系統(tǒng)各個(gè)模型間的業(yè)務(wù)關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖如圖3所示。

首先用戶將瀏覽器設(shè)置指定的代理服務(wù)器來(lái)訪問(wèn)Internet，當(dāng)用戶訪問(wèn)Web 服務(wù)器時(shí)，將HTTP 請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器，解析請(qǐng)求的目的IP 和Port，并與目的IP 建立Socket 連接，將瀏覽器發(fā)來(lái)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到Web 服務(wù)器，同時(shí)將全部請(qǐng)求傳遞給解析器。解析器把接收的字節(jié)流轉(zhuǎn)換成字符流并對(duì)其解析，分析提取HTTP 請(qǐng)求和每個(gè)請(qǐng)求中的各個(gè)域值，同時(shí)將每個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)請(qǐng)求對(duì)象，并傳遞給測(cè)試腳本。測(cè)試腳本存放請(qǐng)求對(duì)象集合并負(fù)責(zé)處理。以上過(guò)程完成系統(tǒng)的測(cè)試腳本分析功能。

用戶界面負(fù)責(zé)接收用戶輸入的數(shù)據(jù)和響應(yīng)用戶操作，輸入數(shù)據(jù)包括待測(cè)Web 的URL、并發(fā)數(shù)、模擬用戶數(shù)等數(shù)據(jù)。用戶輸入的數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞到參數(shù)數(shù)據(jù)組件中，參數(shù)數(shù)據(jù)組件將參數(shù)傳遞到控制中心。控制中心根據(jù)測(cè)試參數(shù)和測(cè)試腳本中傳入的測(cè)試對(duì)象集來(lái)創(chuàng)建Socket 連接池和線程池。Socket 連接池的大小和每個(gè)Socket 連接由測(cè)試對(duì)象集和線程數(shù)決定。線程池的大小由線程組屬性參數(shù)決定。控制中心控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程，是系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)控制測(cè)試模塊來(lái)模擬真實(shí)用戶行為，啟動(dòng)和調(diào)度每個(gè)測(cè)試線程，并為每個(gè)測(cè)試線程分配Socket 連接。

測(cè)試組件是系統(tǒng)的核心組件，由線程加載并執(zhí)行。測(cè)試組件在執(zhí)行過(guò)程中啟動(dòng)兩個(gè)子線程。這兩個(gè)子線程分別執(zhí)行發(fā)送請(qǐng)求和接收響應(yīng)。發(fā)送請(qǐng)求組件從測(cè)試組件傳遞的Socket連接中取得輸出流對(duì)象，并將請(qǐng)求對(duì)象集以字節(jié)流的形式發(fā)送到WEB服務(wù)器。接收響應(yīng)組件在指定的Socket連接上接收HTTP響應(yīng)的數(shù)據(jù)流，利用輸入流對(duì)象接收數(shù)據(jù)。同時(shí)接收響應(yīng)組件負(fù)責(zé)對(duì)響應(yīng)信息的HTTP頭進(jìn)行解析，設(shè)過(guò)程響應(yīng)對(duì)象，并對(duì)對(duì)象中ID、線程、時(shí)間戳屬性賦值，最后將響應(yīng)對(duì)象傳遞給測(cè)試數(shù)據(jù)組件。

測(cè)試數(shù)據(jù)組件中可以將測(cè)試結(jié)果以文本的方式保存下來(lái)。我們可以對(duì)測(cè)試結(jié)果對(duì)象集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析，并生成對(duì) Web 系統(tǒng)測(cè)試的圖形結(jié)果，給出系統(tǒng)的優(yōu)化建議。

2.3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)中，按照如下三個(gè)步驟展開(kāi)：

1）提取分析類(lèi)。根據(jù)對(duì)Web性能測(cè)試系統(tǒng)的用例分析，獲得測(cè)試系統(tǒng)活動(dòng)的“關(guān)鍵抽象”以及特定的Use Case 的文字內(nèi)容。從不同角度抽取那些能夠協(xié)作完成Use Case行為的分析類(lèi)。分析類(lèi)可以形象理解為“點(diǎn)”的集合。

2）轉(zhuǎn)述需求場(chǎng)景。用分析類(lèi)的實(shí)例作為行為的載體，通過(guò)消息傳遞的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)UseCase 場(chǎng)景的分解。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖中的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為消息，用順序圖分析說(shuō)明系統(tǒng)需求和系統(tǒng)活動(dòng)流程。

3）整理分析類(lèi)。根據(jù)分析類(lèi)的實(shí)例在Use Case 需求場(chǎng)景中的消息傳遞關(guān)系，歸納分析類(lèi)所承擔(dān)的“責(zé)任”和分析類(lèi)之間的“關(guān)系”，用參與類(lèi)圖來(lái)說(shuō)明分析結(jié)果。對(duì)分析類(lèi)的責(zé)任和關(guān)系的描述，可以形象地理解為一個(gè)面。

通過(guò)以上三個(gè)步驟，系統(tǒng)中的需求用例圖和數(shù)據(jù)流程圖轉(zhuǎn)換為順序圖和協(xié)作圖，按照分析類(lèi)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將分析類(lèi)繪制成“參與類(lèi)圖”，并根據(jù)分析類(lèi)所承擔(dān)的“責(zé)任”確定其屬性。在設(shè)計(jì)中將系統(tǒng)用例轉(zhuǎn)換為腳本分析順序圖、系統(tǒng)測(cè)試順序圖、數(shù)據(jù)分析順序圖，圖4是系統(tǒng)測(cè)試順序圖。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

WEB性能測(cè)試系統(tǒng)主要包括建立測(cè)試計(jì)劃、執(zhí)行測(cè)試、測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)等三個(gè)部分。測(cè)試計(jì)劃是指在要測(cè)試之前制定的測(cè)試方案和計(jì)劃，制定測(cè)試計(jì)劃包括要測(cè)試的并發(fā)數(shù)、模擬用戶數(shù)、測(cè)試結(jié)果的存儲(chǔ)等。測(cè)試部分是按照測(cè)試計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試。線程組的設(shè)置是系統(tǒng)測(cè)試的關(guān)鍵內(nèi)容，線程組的每個(gè)參數(shù)直接影響測(cè)試方式和測(cè)試過(guò)程。在測(cè)試系統(tǒng)中，用一個(gè)線程模擬一個(gè)真實(shí)用戶的請(qǐng)求行為，一個(gè)線程組來(lái)模擬若干個(gè)用戶請(qǐng)求的真實(shí)場(chǎng)景，線程數(shù)的大小表示在測(cè)試時(shí)將要模擬的用戶數(shù)，而并發(fā)用戶數(shù)是由用戶數(shù)和啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間決定的。

系統(tǒng)測(cè)試部分的實(shí)現(xiàn)是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分，也是采用的關(guān)鍵技術(shù)最多、復(fù)雜程度最高的部分，在這里對(duì)其的實(shí)現(xiàn)過(guò)程作簡(jiǎn)單的介紹：

1）多線程用管道來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊：

首先，創(chuàng)建與 Spawn.exe 通訊的可繼承的匿名管道

with Security do begin

nlength := SizeOf(TSecurityAttributes);

binherithandle := True;

lpsecuritydescriptor := nil;

end;

if not Createpipe (ReadPipe， WritePipe， @Security， 0) then

begin

PostMessage(MainFrm.Handle，WM_CREATEPIPE_ERROR，0，0);

Exit;

end;

然后準(zhǔn)備Spawn 的命令行，在命令行給出寫(xiě)管道句柄和要Spawn 執(zhí)行的命令

FmtStr(command_line， 'spawn -h %d %s'，[WritePipe， DosApp]);

with StartInfo do begin

cb := SizeOf(TStartUpInfo);

dwFlags :=STARTF_USESHOWWINDOW;

wShowWindow := SW_HIDE;

end;

接著創(chuàng)建Spawn 子進(jìn)程

if not CreateProcess( nil， PChar(Command_line)， nil， nil， TRUE，0， nil， nil， StartInfo， ProcessInfo) then begin

PostMessage(MainFrm.Handle，WM_CREATEPROCESS_ERROR，0，0);

Exit;

end;

讀管道，并顯示Spawn 從管道中返回的輸出信息

if (not ReadFile(ReadPipe， len， Sizeof(integer)， dwRead， nil)) or (dwRead = 0) then Exit;

while (len<>0) do begin

Buf := AllocMem(len + 1);

try

ZeroMemory(buf，len+1);

if (not ReadFile(ReadPipe， buf[0]， len， dwRead， nil)) or (dwRead = 0) then Exit;

buf[dwRead]:= #0;

將結(jié)果顯示在Memo 中，并刷新對(duì)話框

Synchronize(UpdateShow);

if (not ReadFile(ReadPipe， len， Sizeof(integer)， dwRead， nil)) or (dwRead = 0) then Exit;

finally

FreeMem(Buf);

end;

等待Spawn 結(jié)束

WaitForSingleObject(ProcessInfo.hProcess， 30000);

最后關(guān)閉管道句柄

CloseHandle(ProcessInfo.hProcess);

CloseHandle(ProcessInfo.hThread);

CloseHandle(ReadPipe);

CloseHandle(WritePipe);

PostMessage(MainFrm.Handle，WM_FINISHED_COMMAND，0，0);

2）后臺(tái)中定義了一個(gè)全局的參數(shù)，也是整個(gè)系統(tǒng)的接口，具體如下：

unit GlobalPara;

interface

uses Messages， SyncObjs， Classes， Windows， Graphics;

const

//自定義消息碼

WM_CREATEPIPE_ERROR = WM_USER + 1;

WM_CREATEPROCESS_ERROR = WM_USER + 2;

WM_READPIPE_ERROR = WM_USER + 3;

WM_FINISHED_COMMAND = WM_USER + 4;

implementation

end.

3）測(cè)試指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

temps1:=Tstringlist.create;

temps2:=Tstringlist.Create ;

temps1.Text:=memo1.Text;

temps2.LoadFromFile(extractfilepath(application.ExeName)+'engtochn.txt') ;

這里是對(duì)測(cè)試腳本engtochn.txt 的加載，在我們準(zhǔn)備測(cè)試計(jì)劃的時(shí)候，首先就得把測(cè)試腳本engtochn 的測(cè)試指標(biāo)設(shè)置好，也就是自己想測(cè)試的Web 服務(wù)器的哪幾個(gè)方面的性能。

4 結(jié)論

本文給出了 Delphi 環(huán)境下開(kāi)發(fā)一個(gè)新的Apache性能測(cè)試工具的全部過(guò)程，利用了多線程、管道、DLL 等技術(shù)，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程嚴(yán)格按照CMMI 3 要求進(jìn)行。新系統(tǒng)繼承了AB系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其不足之處進(jìn)行了改進(jìn)。主要表現(xiàn)在：用戶界面可視化，系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用；增加了一些新的測(cè)試指標(biāo)，如往返請(qǐng)求/響應(yīng)次數(shù)等，并且測(cè)試指標(biāo)完全漢化；測(cè)試過(guò)程的可控性更加完善；對(duì)命令行參數(shù)、服務(wù)器的響應(yīng)頭和其他外部輸入的解析更加具體細(xì)化等。

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