企業級云平臺建設規模估算方法論研究

王濤 陳英達

【摘要】? ? 隨著信息系統的飛速發展、硬件設備更新換代，企業若需對云計算平臺上硬件資源、應用系統的容量進行有效管理，需要企業對現有的評測體系進行深入的了解和對比。從現有服務器性能評測體系中（Tpc-c、Spec、Linpack、RPE2）選擇那種適合企業自身的評估方法;隨著X86服務器性能飛速發展的今天，企業在進行硬件采購時，需要去除唯IOE論、需構建小型機與X86服務器之間性能換算通道、解決企業在硬件選型時如何進行快速決策，這些在本文的“容量評估”中可以找到解決方案。

【關鍵詞】? ? 容量評估? ? 性能估算? ? Tpc-c、Spec? ? 硬件資源? ? 信息系統

引言

傳統云平臺規劃建設中的容量管理體系還不夠完善，欠缺對應用系統的容量進行快速測算與評估的方法，導致應用系統的容量評估成本過高、評估效率過低、評估時間過長，影響云平臺的總體容量規劃及建設進度。現業界眾多服務器評測體系中，例如：SPEC、TPC、Linpack在內，雖然從處理器性能、服務器性能、商業應用性能到高性能計算機的性能，都給出了不同的量化評價指標，但均存在著不同程度的局限性。因此，需要結合企業云平臺的特點，建立一套科學的容量快速估算方法，根據應用系統的資源利用情況快速獲取硬件資源需求，從而降低硬件資源評估成本和評估時間，提升評估效率，為云平臺的總體容量規劃提供技術依據，加快云平臺建設進度，防止資源浪費或不足[1]。

一、服務器性能評測體系介紹

1.1 TPC-C

TPC是由數10家成員公司組建的非盈利機構，其總部設在美國。該組織對全世界開放，但迄今為止，絕大多數成員都是西歐、日、美大公司，其成員主要是計算機軟硬件廠家，而非計算機用戶，它的功能是制定商務應用基準程序的標準規范、性能和價格度量，并管理測試結果的發布。

TPC曾經推出過四套基準程序，被稱為：TPC-A、TPC-B、TPC-C和TPC-D。其中A和B已經過時，不再使用。TPC-C是專門針對聯機交易處理系統（OLTP）的基準程序，TPC-D是一個廣泛的決策支持（Decision Support）規范。TPC即將推TPC-E規范，作為大型企業（Enterprise）信息服務的基準程序。

1.2 SPEC

SPEC是由30個左右世界知名計算機大廠商所支持的全球性第三方非營利性合作組織，其成員包括IBM、AT&T、BULL、CDC、DG、DEC等。它致力于建立、修訂以及制定一系列服務器性能評估的基準套件。目前包括8大測試規范、26種測試模型。當前主要的基準測試程序有SPEC int_base_rate 2000、SPEC fp_base_rate 2000和SPEC JBB 2000等。

SPEC應用服務器性能測試是一個全面衡量java企業服務器在Web應用中的性能基準套件。在這個基準中是模擬一個現代化企業的電子化業務工作，如產品生產制造管理、客戶定購查詢、供應商和服務提供商管理等，對系統進行壓力測試，以測試全面運行典型java業務應用的服務器性能水平。

SPEC web2005評測的原理是：通過多臺客戶機向SERVER發出Http Get請求，請求調用Web服務器上的網頁文件，這些文件從數千字節到數兆字節不等。在相同的時間里，服務器響應的請求越多，就表明服務器對客戶端的處理能力越強，Web性能就越好。

SPEC CPU 2006包括了CFP2006和CINT2006兩個子項目，前者是用于測量和對比浮點性能，而后者則用于測量和對比整數性能。

1.3 Linpack

Linpack，國際上最常用于評測高性能計算機系統浮點性能的benchmark。通過使用高性能計算機，采用高斯消元法求解N元一次稠密線性代數方程組的測算，評估高性能計算機的浮點性能。

Linpack測試值是指實測的浮點峰值，也就是說在被測服務器上運行Linpack測試程序，通過進行各種調優方法得到最優的測試效果。然而在實際程序運行過程中，幾乎是不可能達到實測浮點峰值，更不用提達到理論浮點峰值。這兩個數值只是作為衡量機器性能的一個理論指標，用來表明機器處理能力的一個最大值和潛能的參考。

1.4 RPE2

RPE2由IDEAS international公司發布。它只是理論上，通過對TPC-C，TPC-H，SAP SD 2-Tier，SPECjbb，SPECint_rate，SPECfp_rate等benchmark進行幾何運算得來，并不經過真實的測試環境。重要作用是為了在不同的產品處于不同的benchmark時，且各自存在優劣時進行比較。

1.5云平臺容量評估

1、方法

云平臺容量評估的目標是提供一種云平臺容量估算的體系和方法，針對不同業務的信息系統應用所需的硬件資源，通過實際的調研、測試、擬合，實現各硬件資源通用的估算方法。

成熟的企業從不完全依賴于“國際通用標準”，而是使用符合自己的體系和規范來測試系統，建立容量評估，從而為選型提供依據。“國際通用標準”的度量可以作為參考、學習，而不應作為充分必要條件。容量評估實施的工作思路為三個階段：前期調研分析，模型研究，驗證完善。

2、調研

收集國內外容量管理經驗相關資料，匯總分析成熟路線，借鑒業內先進經驗，分析其對南企業的業務系統的適用性，制定符合企業業務特點的技術研究路線。

3、研究過程主要分三個階段

（1）公司業務系統容量管理現狀分析

總結國內外成熟技術路線及方法特點，收集公司全業務系統基礎信息，調研容量管理需求。

（2）業務系統應用容量研究

分析公司應用系統特點，量化研究系統典型模塊資源需求，評估業務系統整體資源需求。

（3）硬件資源容量研究

匯總業內各廠商硬件設備（服務器、存儲等）性能指標，研究分析不同廠商、型號、配置等性能參數，構建硬件設備資源容量。

（4）云平臺總體容量的研究

把應用系統所需的容量按業務類型進行分類，作為計算云平臺容量的源數據，根據業務類型容量及業務高峰期時間，評估出企業云平臺的總體規劃容量。

4、驗證完善

選取云平臺上的典型應用和典型軟硬件配置進行模型測試驗證，根據驗證結果對容量評估進行修訂。

5、建立模型的過程

容量評估的建立就是通過實測數據分析、擬合、經驗等方法，對云平臺上的未建或擴容系統評估其業務容量的過程。通過數據擬合法，經驗評估法兩種方法，在可研、設計，上線前和上線后四個階段建立信息系統容量評估。

（1）數據擬合法：通過大量數據采集、建立數學模型，運用統計學軟件SPSS等進行數據擬合;

（2）經驗評估法：主要依靠經驗豐富的研發和應用人員，結合在運其他系統建設情況，對現有系統容量進行評估;

可研階段：首先需要對目標系統的功能及非功能性需求進行量化，然后將量化數據輸入測算模型計算出最低處理能力需求;通過用戶調研表，將系統拆分到模塊層面，主要含功能、并發量等信息，通過典型模塊參考字典，進行容量評估。

設計階段：此階段，表結構、SQL等子模塊已經完成將主要模塊拆分到SQL等底層操作層面，通過SQL語句容量參考字典，精細化評估系統容量[2]。

上線前階段：針對系統上線，進行測試，參考已建立的容量評估，通過壓力測試等，對開發商研發進行評判。

上線后階段：結合上線后，系統容量各項指標變化，構建趨勢分析，科學進行容量擴容。

二、各服務器性能評測體系對比

2.1 TPC-C解讀

從TPC-C的定義可知：這套基準規范是用來衡量整個IT系統的性能，而不是單一評估服務器或某個硬件設備的標準，而且tpmC數值的大小直接受到各個環節的影響。這里的“IT系統”包括服務器、外設（如硬盤或RAID）、數據庫軟件、服務器端操作系統、客戶端及其操作系統、數據庫軟件和網絡連接等。

因此tpmC數值會因不同的采購配置有非常大的差別;TPC不給出基準程序的代碼，而只給出基準程序的標準規范。任何廠家或其他測試者都可以遵照規范，構造出對自己最優的測試系統（測試程序和測試平臺）[3]。

假如同樣的服務器被應用到用戶的環境中，廠家報的tpmC值就沒多大的意義，因為用戶的實際系統與廠家原來用來做TPC測試的系統完全不同。當同樣的服務器用在不同的系統中時，tpmC值可能有相當大的差異，很多用戶還沒有考慮到這一點。

2.2 SPEC解讀

從SPEC基準測試的定義可以知道，這套標準規范主要是用于估算內存性能、CPU和Web服務器性能。

SPEC CPU測試中，測試系統的處理器、內存子系統和使用到的編譯器（SPEC CPU提供的是源代碼，并且允許測試用戶做一些編譯優化）都會影響最終的測試結果。

綜上所述，SPEC基準測試可以對CPU、WEB服務器性能指標給出一套相對參考，但是仍然不能與客戶的業務系統產生關聯，不能從SPEC基準中估算具體業務系統的擴容采購“量”。

2.3 Linpack

Linpack基本上就是用來解決線性方程的公式轉換語言集，因此比較適合用來衡量超級計算機的計算性能，應用領域比較單一，與大多數普通的應用系統關聯度不大[4]。用其估算“容量”，除費用成本高之外，還存領域跨度大，與實際應用系統“脫節”。

2.4 RPE2

RPE2本身不做測試，依賴于其他機構發布的數據，所以存在局限性，例如：新服務器在沒有及時發布相關數據或數據不準確時，RPE2就不能很好的進行估算[5]。而且，RPE2本身只是對已知的選型方案進行橫向比較，自身不對容量進行估算。

2.5云平臺容量評估

從云平臺容量評估的原理可以知道：并不側重CPU物理設備的性能指標測算，而是通過數據擬合、經驗評估法，從實際業務系統的特點出發，對云平臺上的業務系統容量進行估算，然后配合海量的硬件數據字典，使得“容量評估”符合企業實際業務系統特性，從而可以較真實的評估系統資源。雖然“容量評估”主要針對企業業務特性定制，但是對有經驗的專業人員而言，可以通過研究分析不同系統之間的難易程度規律，使用調整“業務復雜度系數”也可以通過也有模型對不同系統進行橫向評估。

通過云平臺容量評估，可以幫助企業解決高采購成本，設計符合企業總體要求、滿足項目具體需求的硬件資源測算方法，建立一套符合自身業務系統特點的設備容量測試標準體系，解決企業在實際的硬件選型中遇到的困難，評估企業云平臺的總體規劃容量，減少資源的浪費和不足。

三、總結

綜上所述，現有的主流基準測試更偏重理論，可以作為一個輔助參考標準，就企業對服務器選型來說，只依靠“國際通用”的度量作為選型依據是不夠嚴謹的，因為服務器最終是服務于特定的軟硬件環境下、不同的網絡、數據庫及應用系統等，服務器的性能表現會存在不同，因此在進行性能評估時，“國際通用”的度量有可能不夠準確，甚至與實際有很大差別，所以“國際通用”可以作為參考，但不是選型的唯一依據。

例如，估算OLTP數據庫服務器的容量通常使用TPC-C標準，估算OLAP數據庫服務的容量使用TPC-H標準，估算應用中間件服務器的容量使用SPECjl3b2005標準，估算Web服務器的容量使用SPECweb99標準，估算企業資源計劃服務器的容量使用SAI^s標準。雖然這些標準提供了容量估算的基本方法，但是：

（一）不同類型應用服務器的衡量標準是不一樣的，缺乏一個統一的容量估算體系對各種業務應用系統中的不同服務器進行通用估算。

（二）同時，在具體使用各種標準進行估算前，要求按照每個標準的規范建立各自嚴格的測試場景，很難實現通用性。

（三）另外，影響系統資源使用率的一個重要因素是：用戶需求。隨著業務的變化，用戶需求勢必發生改變。但是在新的應用系統服務器投入運行之前，使用各種標準進行容量估算的過程中，由固定標準規定了固定的用戶需求值，使得估算容量和將來實際容量之間可能存在較大偏差。

1、云平臺容量評估的注意事項

企業對云化應用硬件資源容量需求估算方面，需要注意：

（1）最好構建一個真實的試點，因為實際應用環境是檢驗系統的最好標準。

（2）“國際通用”的度量可以作為參考值，但是不應該作為必要條件。

（3）不論是TPC-C還是SPEC，其計算結果都只能作為一個橫向比較的參考。在實際應用中，決定系統性能的因素除了硬件、系統軟件外，與應用軟件的設計、架構也是有很重要的聯系[6]。

2、云平臺容量評估的應用價值

從信息化主管部門的角度出發，構建一套云計算平臺容量評估體系是非常有必要的，這其中包括：

（1）通過對各部門業務系統運行情況的調研，進行歷史數據的采集、整理分析，依據分類構建基準指標庫（字典庫）。收集的信息包括：系統并發用戶數、服務器的配置、活躍數據量、業務復雜度、業務高峰時間段、CPU負載等;

（2）由應用開發商定期采集基準值，更新基準字典庫。有了基準字典庫的信息參考，不僅可以用于評估項目建設方案中服務器選型，也可以對各部門進行系統架構規劃的優化提供借鑒。

參? 考? 文? 獻

[1]翟艷芬，周潤松，陳磊 基準測試在服務器選型中的研究分析與實踐 中國軟件評測中心 北京 100048 2011（05）：2-2.

[2]丁玉偉， 田淵文， 王海濱. 結合統計學方法的銀行IT系統性能預測模型研究[J]. 中國金融電腦， 2015（10）：42-47.

[3]Transaction Processing Performance Council （TPC） TPC BENCHMARKTM C February 2010：9-11.

[4]劉冉 如何選擇服務器性能測試工具 《程序員》， 2013（7）：128-131

[5]韓光濤，張元英，HanGuangtao，ZhangYuanying SPECweb99：最新Web服務器性能基準測試《計算機應用研究》， 2000， 17（4）：101-102

[6]陳英達，鐘蘇生，周開東，麥曉輝.信息系統資源估算方法研究[J].信息技術與信息化，2017（11）：128-131.

王濤（1982年），男，陜西寶雞，本科，工程師，主研領域：信息化管理，單位： 國電南瑞科技股份有限責任公司，

陳英達（1988-），男，廣東廣州，博士，工程師，主研領域：電力信息化工作，單位： 廣東電力信息科技有限公司，