Web應(yīng)用系統(tǒng)并發(fā)性能測(cè)量的研究與應(yīng)用

吳 銳

(安徽省教育招生考試院 網(wǎng)絡(luò)信息中心， 安徽 合肥 230022)

互聯(lián)網(wǎng)用戶具有地理分布范圍廣、數(shù)量不確定、訪問(wèn)突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，Web應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)很難模擬大量用戶同時(shí)訪問(wèn)的場(chǎng)景，對(duì)并發(fā)負(fù)載狀態(tài)缺乏量化測(cè)量和監(jiān)控手段，正式運(yùn)行后容易遇到訪問(wèn)高峰而發(fā)生系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢甚至中斷等情況，鐵道部12306售票網(wǎng)站就是屢被詬病的典型案例.Web應(yīng)用系統(tǒng)需在部署前精確測(cè)量并發(fā)性能、部署后實(shí)時(shí)監(jiān)控并發(fā)負(fù)載，根據(jù)運(yùn)行前預(yù)估的和運(yùn)行時(shí)實(shí)際的用戶并發(fā)訪問(wèn)規(guī)模，合理部署、及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的軟硬件數(shù)量，保證用戶對(duì)系統(tǒng)的正常訪問(wèn).

1并發(fā)與性能指標(biāo)

1.1Web應(yīng)用系統(tǒng)的并發(fā)

Web應(yīng)用系統(tǒng)一般采用B/S架構(gòu)，本文所研究的并發(fā)指的是系統(tǒng)在同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行的所有用戶HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)的總和，當(dāng)這個(gè)時(shí)間段劃分為更小的時(shí)間片時(shí)，發(fā)出請(qǐng)求的用戶、HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)可能是不同的.

HTTP是基于TCP的應(yīng)用層協(xié)議，Web應(yīng)用系統(tǒng)并發(fā)也是系統(tǒng)和用戶之間所有TCP連接的總和，但一個(gè)HTTP請(qǐng)求可能因調(diào)用多個(gè)資源而產(chǎn)生多個(gè)TCP連接.每個(gè)TCP連接都會(huì)耗費(fèi)系統(tǒng)一定數(shù)量的CPU使用率、內(nèi)存、互聯(lián)網(wǎng)帶寬等資源，內(nèi)存、互聯(lián)網(wǎng)帶寬很容易進(jìn)行擴(kuò)充，不應(yīng)成為系統(tǒng)并發(fā)性能的瓶頸，執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的CPU(包括服務(wù)器CPU、防火墻CPU等)是系統(tǒng)并發(fā)性能的決定因素[1].

1.2TCP連接狀態(tài)與并發(fā)性能指標(biāo)

1.2.1TCP連接狀態(tài)

根據(jù)TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[2]，TCP連接有9種狀態(tài)(SYN-RECEIVED、ESTABLISHED、TIME-WAIT等).其中僅ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)、執(zhí)行計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)資源消耗較大；其他狀態(tài)的TCP連接大多數(shù)處于等待狀態(tài)，活動(dòng)時(shí)也僅傳輸握手信號(hào)或關(guān)閉信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)資源消耗很小.另外Linux 2.6以上版本內(nèi)核的epoll機(jī)制[3]，可顯著減少系統(tǒng)存在大量并發(fā)連接、只有少量連接活躍情況下的CPU使用率，使非ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接對(duì)CPU的使用率進(jìn)一步減小.

正常運(yùn)行的Web應(yīng)用系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)關(guān)閉與用戶的TCP連接，根據(jù)TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，系統(tǒng)一般只大量出現(xiàn)ESTABLISHED、TIME-WAIT兩種狀態(tài)的TCP連接.對(duì)于TIME-WAIT狀態(tài)TCP連接，可在Linux/Windows操作系統(tǒng)中限制其最大數(shù)量，避免對(duì)系統(tǒng)資源的嚴(yán)重消耗.

HTTP協(xié)議開(kāi)啟Keep-Alive特性可節(jié)省系統(tǒng)與同一用戶建立TCP連接過(guò)程的開(kāi)銷(xiāo).對(duì)于大量用戶短時(shí)間集中訪問(wèn)的系統(tǒng)，采用Keep-Alive會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)被迫長(zhǎng)時(shí)間保持大量ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接，系統(tǒng)資源消耗反而變大.另外現(xiàn)代操作系統(tǒng)越來(lái)越先進(jìn)，使建立TCP連接的開(kāi)銷(xiāo)越來(lái)越小，如epoll機(jī)制.Keep-Alive也會(huì)造成ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接的忙碌和空閑無(wú)法區(qū)分，ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接數(shù)量與系統(tǒng)并發(fā)負(fù)載狀態(tài)的關(guān)聯(lián)度減小.所以本文討論的Web應(yīng)用系統(tǒng)，關(guān)閉了HTTP的Keep-Alive特性.

Web應(yīng)用系統(tǒng)中的一些服務(wù)器，可能是另外一些服務(wù)器的客戶端，TCP連接的被動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)一定數(shù)量的CLOSE-WAIT狀態(tài)TCP連接，但對(duì)系統(tǒng)性能影響很?。?1)服務(wù)器對(duì)服務(wù)器的連接一般會(huì)采用連接池(connection pool)或持久化(persistent)等技術(shù)來(lái)提高性能，這種連接長(zhǎng)時(shí)間保持ESTABLISHED狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)連接狀態(tài)的經(jīng)常變化；(2)服務(wù)器對(duì)服務(wù)器的TCP連接總數(shù)有限，相比服務(wù)器與用戶之間動(dòng)輒數(shù)千的TCP連接并發(fā)，數(shù)量微不足道.

在實(shí)踐中，Web應(yīng)用系統(tǒng)也有可能出現(xiàn)大量SYN-RECEIVED狀態(tài)TCP連接，此時(shí)系統(tǒng)一般處于兩種狀態(tài)：遭到了SYN FLOOD攻擊、超負(fù)載運(yùn)行導(dǎo)致與用戶的TCP連接3次握手變慢.

綜上所述，經(jīng)合理配置的系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接數(shù)量與系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)載密切相關(guān).

1.2.2并發(fā)性能指標(biāo)

Web應(yīng)用系統(tǒng)的并發(fā)性能，可從響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、用戶行為等方面進(jìn)行研究[4]，本文從系統(tǒng)與用戶之間的TCP連接出發(fā)，提出以下衡量Web應(yīng)用系統(tǒng)并發(fā)性能的4個(gè)指標(biāo)：

1)PETC-Parallel Established TCP Connections.系統(tǒng)與用戶之間瞬時(shí)處于ESTABLISHED狀態(tài)的TCP連接數(shù)，PETC的最大值MPETC是衡量系統(tǒng)并發(fā)性能的最重要指標(biāo).

2)NTCPS-New TCP Connections Per Second.系統(tǒng)與用戶之間每秒新創(chuàng)建的TCP連接數(shù)，代表系統(tǒng)每秒響應(yīng)用戶新請(qǐng)求的能力.

3)FETCPS-Finished Established TCP Connections Per Second.系統(tǒng)與用戶之間每秒結(jié)束ESTABLISHED狀態(tài)的TCP連接數(shù)，結(jié)合完成的總時(shí)間，可以計(jì)算出系統(tǒng)完成單個(gè)TCP連接所需的時(shí)間.

4)MFETCPS-Max Finished Established TCP Connections Per Second.系統(tǒng)與用戶之間每秒最多可完成的ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接數(shù)，可根據(jù)FETCPS的單個(gè)TCP連接所需完成時(shí)間進(jìn)行理論推算得出.

1.2.3系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

隨著用戶每秒對(duì)Web應(yīng)用系統(tǒng)TCP連接請(qǐng)求從無(wú)到有、逐漸增多，系統(tǒng)負(fù)載逐漸加大，PETC、NTCPS、FETCPS三項(xiàng)指標(biāo)先逐漸增大、到了最大值后開(kāi)始減小，MFETCPS指標(biāo)一直減小，可將系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)劃分為3個(gè)階段：

1)輕負(fù)載

當(dāng)用戶每秒發(fā)出的TCP連接請(qǐng)求數(shù)較少時(shí)，系統(tǒng)CPU使用率小于100%，系統(tǒng)每秒可完成處理的ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接數(shù)大于新創(chuàng)建的TCP連接數(shù)，并發(fā)性能指標(biāo)之間的數(shù)量關(guān)系為：NTCPS=FETCPS

2)均衡負(fù)載

當(dāng)用戶每秒發(fā)出的TCP連接請(qǐng)求數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，系統(tǒng)CPU使用率為100%，系統(tǒng)每秒新建的TCP連接數(shù)等于每秒完成處理并關(guān)閉的TCP連接數(shù)，系統(tǒng)處于吞吐動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，并發(fā)性能指標(biāo)之間的數(shù)量關(guān)系為：NTCPS=FETCPS=MFETCPS，在TCP連接請(qǐng)求對(duì)時(shí)間均勻分布的前提下，PETC=NTCPS.將系統(tǒng)此運(yùn)行狀態(tài)稱為最佳運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)PETC達(dá)到最大值.理論上用戶向系統(tǒng)發(fā)出的MPETC個(gè)TCP連接，可在一秒之內(nèi)獲得所需的結(jié)果，用戶感覺(jué)不到系統(tǒng)響應(yīng)的延時(shí).

3)重負(fù)載

當(dāng)用戶每秒發(fā)出的TCP連接請(qǐng)求數(shù)再加大，系統(tǒng)負(fù)載再加重，對(duì)用戶TCP請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)、甚至超時(shí)中斷，此時(shí)系統(tǒng)CPU使用率仍為100%，但系統(tǒng)被迫耗費(fèi)更多的CPU資源去處理與用戶的TCP三次握手連接，用于處理ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接的CPU資源反而減少，PETC、FETCPS、MFETCPS從最大值開(kāi)始減小，并發(fā)指標(biāo)之間的數(shù)量關(guān)系為：NTCPS>FETCPS=MFETCPS，在TCP連接請(qǐng)求對(duì)時(shí)間均勻分布的前提下，PETC>FETCPS，但PETC與NTCPS的大小關(guān)系不確定.

用戶每秒TCP連接請(qǐng)求數(shù)與PETC、MFETCPS兩項(xiàng)指標(biāo)之間的數(shù)量關(guān)系如圖1所示.

圖1 TCP請(qǐng)求數(shù)與并發(fā)指標(biāo)

2并發(fā)性能指標(biāo)的測(cè)量方法

Web應(yīng)用系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，存在著多個(gè)用戶對(duì)多種資源的多個(gè)請(qǐng)求，系統(tǒng)在響應(yīng)這些差異化的請(qǐng)求時(shí)所耗費(fèi)的CPU使用率、內(nèi)存、互聯(lián)網(wǎng)帶寬等資源相差很大，給測(cè)量系統(tǒng)并發(fā)性能帶來(lái)了挑戰(zhàn)，解決方案有兩種：

第一種，采用復(fù)雜的分布式測(cè)試方案，借助于商業(yè)測(cè)試軟件(如LoadRunner)模擬對(duì)Web應(yīng)用系統(tǒng)的大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)[5]，這種方案實(shí)施成本高，對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景的模擬也存在困難.

第二種，將用戶HTTP請(qǐng)求、系統(tǒng)HTTP響應(yīng)按照運(yùn)行流程，分解成最小的、不可再分割的原子請(qǐng)求和響應(yīng)集合，簡(jiǎn)化測(cè)試場(chǎng)景，使用自編或開(kāi)源軟件精確測(cè)量各類原子請(qǐng)求和響應(yīng)的并發(fā)性能，再將這些原子請(qǐng)求和響應(yīng)按并聯(lián)或串聯(lián)的方式進(jìn)行組合計(jì)算，最后得出整個(gè)系統(tǒng)的并發(fā)性能[6].

本文采取的是第二種方案.

2.1原子分解與MPETC計(jì)算公式

按照以下三種分解方法，可將Web應(yīng)用系統(tǒng)所有HTTP請(qǐng)求與響應(yīng)分解為各類原子請(qǐng)求與響應(yīng)集合，而原子請(qǐng)求和響應(yīng)與TCP連接之間存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而將并發(fā)性能測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)TCP連接數(shù)的測(cè)量.

2.1.1并行響應(yīng)的分解

用戶向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)HTTP請(qǐng)求獲取資源A1，但A1需調(diào)用資源A2、…、An，系統(tǒng)需一次返回n個(gè)資源進(jìn)行響應(yīng)，這里的資源是個(gè)廣義的概念，可以是靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)、圖片、驗(yàn)證碼生成等.將資源A1改造為A1′，消除對(duì)資源A2、…、An的調(diào)用，該HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)分解成對(duì)資源A1′、A2、…、An的請(qǐng)求和響應(yīng)H1、H2、…、Hn，如圖2所示，分別對(duì)這些請(qǐng)求和響應(yīng)測(cè)量出最大并發(fā)數(shù)MPETC1、MPETC2、…、MPETCn.

圖2 并行響應(yīng)的原子分解

計(jì)算得

(1)

2.1.2串行請(qǐng)求的分解

在動(dòng)態(tài)交互系統(tǒng)中，用戶需按照一定的次序連續(xù)發(fā)出請(qǐng)求：H1、H2、…、Hn，才能獲得所需要的最終資源An.將請(qǐng)求H1、H2、…、Hn改造為請(qǐng)求H1、H2′、…、Hn′，發(fā)出請(qǐng)求Hk′(k=2,…,n)時(shí)，攜帶請(qǐng)求H1、H2、…Hk-1的響應(yīng)結(jié)果，消除Hk′對(duì)前面k-1個(gè)請(qǐng)求的依賴，使得這n個(gè)請(qǐng)求彼此獨(dú)立，如圖3所示，這種改造并不會(huì)改變每個(gè)請(qǐng)求的最大并發(fā)數(shù)，對(duì)每個(gè)請(qǐng)求H1、H2′、…、Hn′，分別測(cè)量出最大并發(fā)數(shù)MPETC1、MPETC2、…、MPETCn.

圖3 串行請(qǐng)求的原子分解

假設(shè)原系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)有MPETC個(gè)并發(fā)，則請(qǐng)求H1、H2、…、Hn的并發(fā)數(shù)是相同的，論證如下：因?yàn)橛脩魯?shù)量足夠多、操作彼此獨(dú)立，假設(shè)請(qǐng)求Hk的并發(fā)數(shù)PETCk最小，則Hk之后的請(qǐng)求因處理速度較快、被Hk請(qǐng)求阻塞，并發(fā)數(shù)自動(dòng)降為PETCk，釋放了部分CPU資源可用于處理Hk請(qǐng)求；Hk之前的請(qǐng)求因處理速度較快，在Hk請(qǐng)求處產(chǎn)生瓶頸，部分用戶因系統(tǒng)響應(yīng)變慢而處于等待狀態(tài)，阻塞了新用戶對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的新請(qǐng)求，系統(tǒng)負(fù)載減小，系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求Hk的處理速度加快，最終PETCk與前面k-1請(qǐng)求的并發(fā)數(shù)相同.同理可得公式(1).

2.1.3并行請(qǐng)求的分解

計(jì)算得

(2)

特別對(duì)于所有資源都被等概率(Pi=1/n，i=1…n)訪問(wèn)的特殊情形，公式(2)即為公式(1).

2.2測(cè)量方法

對(duì)并發(fā)指標(biāo)的測(cè)量，可使用基于監(jiān)控和基于測(cè)試軟件兩種方法，基于監(jiān)控適和對(duì)系統(tǒng)各個(gè)時(shí)刻的PETC、NTCPS進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，結(jié)合Cacti數(shù)據(jù)采集和繪圖軟件可獲取該并發(fā)指標(biāo)在任意時(shí)刻的數(shù)值和圖形[8]；基于測(cè)試軟件適合對(duì)FETCPS、MFETCPS進(jìn)行有限次測(cè)量來(lái)確定MPETC.

2.2.1PETC的測(cè)量

(1)基于SNMP監(jiān)控

SNMP[9]的tcpCurrEstab(OID:1.3.6.1.2.1.6.9)監(jiān)控值代表系統(tǒng)中ESTABLISHED和CLOSE-WAIT兩種狀態(tài)的TCP連接總數(shù)，前文已經(jīng)論述了在Web應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器中CLOSE-WAIT狀態(tài)TCP連接數(shù)為零或極少，但tcpCurrEstab值不能直接作為PETC值，在多層架構(gòu)的系統(tǒng)中，用戶與系統(tǒng)第一層建立一個(gè)TCP連接，第一層會(huì)依次與其他層建立TCP連接，這些連接的生命周期相同，連接的總數(shù)與系統(tǒng)的層數(shù)相關(guān)，此時(shí)tcpCurrEstab值與PETC值呈倍數(shù)關(guān)系.

(2)基于應(yīng)用軟件監(jiān)控

一些應(yīng)用軟件內(nèi)置了與用戶建立的ESTABLISHED狀態(tài)TCP連接數(shù)監(jiān)控，可直接獲取PETC值，如Nginx軟件的NginxStatus監(jiān)控.

2.2.2NTCPS的測(cè)量

SNMP的tcpPassiveOpens(OID:1.3.6.1.2.1.6.6)監(jiān)控值代表系統(tǒng)中TCP端口由LISTEN狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镾YN-RECEIVED狀態(tài)的數(shù)量，與PETC的情形類似，該數(shù)值與NTCPS值呈倍數(shù)關(guān)系.

2.2.3FETCPS和MFETCPS的測(cè)量

對(duì)Web應(yīng)用系統(tǒng)的HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)進(jìn)行原子分解后，降低了并發(fā)性能測(cè)試軟件的復(fù)雜度，對(duì)于每個(gè)原子請(qǐng)求和響應(yīng)，可使用簡(jiǎn)單的并發(fā)性能測(cè)試軟件向系統(tǒng)發(fā)出一定并發(fā)數(shù)量的原子HTTP請(qǐng)求，結(jié)合完成這些請(qǐng)求實(shí)際所需的總時(shí)間，得出該并發(fā)數(shù)量下的FETCPS和MFETCPS.

開(kāi)源軟件Apache自帶的ab[10]可用于測(cè)量原子請(qǐng)求和響應(yīng)的MFETCPS，使用的命令格式為：ab -c c0-n n0 http://ip/index.html，其中參數(shù)c0為并行請(qǐng)求數(shù)、n0為請(qǐng)求總數(shù)，ab軟件采用的測(cè)試策略是前一個(gè)請(qǐng)求被系統(tǒng)響應(yīng)完畢就立即發(fā)出一個(gè)新請(qǐng)求，在c0個(gè)并行請(qǐng)求的前提下，對(duì)系統(tǒng)發(fā)出盡可能多的請(qǐng)求數(shù).所以命令執(zhí)行完畢后輸出的結(jié)果中：“Time per request”數(shù)值t0是系統(tǒng)完成每個(gè)TCP連接所需要的時(shí)間、“Requests per second”數(shù)值r0即為MFETCPS.

2.2.4MPETC的測(cè)量

基于監(jiān)控和ab軟件都能測(cè)量出MPETC數(shù)值，但基于ab軟件的測(cè)量更快捷，可采用二分查找法：

1)發(fā)出一個(gè)較小的并行請(qǐng)求數(shù)C1，測(cè)得MFETCPS1，此時(shí)C1

2)發(fā)出一個(gè)很大的并行請(qǐng)求數(shù)C2，測(cè)得MFETCPS2，此時(shí)C2>MFETCPS2.

3)發(fā)出并行請(qǐng)求數(shù)C3=(C1+C2)/2，測(cè)得MFETCPS3，若C3=MFETCPS3，則MPETC值為C3，否則根據(jù)C3和MFETCPS3的大小關(guān)系重復(fù)以上步驟.

3高考網(wǎng)上查分系統(tǒng)并發(fā)性能測(cè)量

3.1查分系統(tǒng)概況

查分系統(tǒng)采用公認(rèn)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)并發(fā)性能最高的Linux/Nginx/PHP軟件組合并進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化[11-12]，系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示.負(fù)載均衡器后端是多臺(tái)查分服務(wù)器，所有查分服務(wù)器共用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，查分服務(wù)器的硬件配置為1顆4核3.0GHz主頻CPU、4G內(nèi)存，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器硬件配置為2顆4核2.4GHz主頻CPU、16G內(nèi)存.

圖4 高考網(wǎng)上查分系統(tǒng)架構(gòu)

查分系統(tǒng)對(duì)外開(kāi)放前，首頁(yè)是一個(gè)html靜態(tài)頁(yè)面，發(fā)布提示信息給考生.查分系統(tǒng)對(duì)外開(kāi)放后，首頁(yè)是一個(gè)php動(dòng)態(tài)頁(yè)面，需考生輸入座位號(hào)、身份證號(hào)、驗(yàn)證碼，發(fā)送給php分?jǐn)?shù)查詢動(dòng)態(tài)頁(yè)面，獲得分?jǐn)?shù)結(jié)果.

在計(jì)算復(fù)雜度確定的前提下，Web頁(yè)面的并發(fā)數(shù)與頁(yè)面長(zhǎng)度直接相關(guān)，本查分系統(tǒng)涉及的所有頁(yè)面大小控制在5KB左右，除了驗(yàn)證碼的圖片，不包含其他任何圖片，否則系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)帶寬需求太大.

Cacti系統(tǒng)每隔1min采集一次PETC、NTCPS、CPU使用率等監(jiān)控值并繪圖。

3.2MPETC的測(cè)量

3.2.1 查分服務(wù)器

靜態(tài)首頁(yè)僅含靜態(tài)文字，無(wú)需進(jìn)行原子分解；信息輸入和分?jǐn)?shù)查詢兩個(gè)動(dòng)態(tài)頁(yè)面必須按順序運(yùn)行，按串行請(qǐng)求方式進(jìn)行原子分解和公式計(jì)算；信息輸入頁(yè)面內(nèi)含文字提示和驗(yàn)證碼圖片兩個(gè)資源，ab軟件無(wú)法在一次請(qǐng)求中獲取這兩個(gè)資源，按并行響應(yīng)方式進(jìn)行原子分解和公式計(jì)算。

1)靜態(tài)頁(yè)面

按前文所述的二分查找法測(cè)量靜態(tài)頁(yè)面的MPETC為1.06萬(wàn)，見(jiàn)表1，ab的命令格式為：ab -c c0 -n n0 http://ip/index.html，c0的起始最小、最大值選為1000、16000，n0為600萬(wàn)，保證測(cè)試的持續(xù)時(shí)間為10min左右.

表1ab軟件二分查找法測(cè)量MPETC

2)信息輸入頁(yè)面

3)分?jǐn)?shù)輸出頁(yè)面

分?jǐn)?shù)輸出頁(yè)面out.php的運(yùn)行依賴于信息輸入頁(yè)面index.php以POST方式提交的座位號(hào)、身份證號(hào)、驗(yàn)證碼參數(shù)，測(cè)試時(shí)修改out.php代碼，使其可從測(cè)試命令行獲得以GET方式提交的參數(shù)，ab的命令格式為ab -c c0 -n n0 http://ip/out.php?zwh=zwh0&sfzh=sfzh0&code=code0，同樣使用二分查找法測(cè)得每臺(tái)服務(wù)器分?jǐn)?shù)輸出頁(yè)面的MPETC為2810.

4)查分服務(wù)器

3.2.2防火墻和負(fù)載均衡器

防火墻、負(fù)載均衡器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的并發(fā)性能也制約了Web應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)用戶可提供的并發(fā)性能，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)于任何TCP連接，只提供數(shù)據(jù)傳輸功能、不執(zhí)行任何計(jì)算，并發(fā)性能僅與TCP連接傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度有關(guān).可采用黑盒測(cè)試的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并發(fā)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量[13]，如圖5所示.對(duì)于不同的資源Ak，發(fā)出測(cè)試請(qǐng)求H1，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CPU使用率為100%時(shí)，并發(fā)數(shù)PETCk即為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)資源Ak請(qǐng)求的MPETC.若網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并發(fā)性能較好，可根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出多路測(cè)試請(qǐng)求H2、…、Hm.

圖5 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并發(fā)性能指標(biāo)的測(cè)量

在網(wǎng)頁(yè)長(zhǎng)度5KB的情形下，本系統(tǒng)使用的某款防火墻和負(fù)載均衡器的MPETC值分別為1.02萬(wàn)、1.36萬(wàn).

3.3并發(fā)指標(biāo)與硬件數(shù)量

在本系統(tǒng)中，防火墻和負(fù)載均衡器各一臺(tái)，無(wú)法通過(guò)增加數(shù)量來(lái)提高并發(fā)指標(biāo)，這決定了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)用戶可提供的最大PETC即為防火墻的MPETC：1.02萬(wàn).

3.3.1查分服務(wù)器數(shù)量

所有查分服務(wù)器的MPETC總和達(dá)到1.02萬(wàn)即可，靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器只需要1臺(tái)(1.06萬(wàn))、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)查分服務(wù)器需要3臺(tái)(3577×3=10731).

3.3.2Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)量

在對(duì)單臺(tái)查分服務(wù)器MPETC測(cè)量時(shí)，Cacti監(jiān)控顯示分?jǐn)?shù)查詢引起的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器CPU使用率為4%，3臺(tái)查分服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器CPU使用率為12%，使用1臺(tái)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器即可滿足系統(tǒng)需要.

3.3.3互聯(lián)網(wǎng)帶寬

查分系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)帶寬的最大需求為408Mbits(=1.02萬(wàn)×5KB×8)，遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的200Mbits互聯(lián)網(wǎng)帶寬，解決方案有2種：

1)增加3條100M寬帶，這會(huì)增加額外的費(fèi)用.

2)查分服務(wù)器啟用Nginx靜態(tài)html網(wǎng)頁(yè)和動(dòng)態(tài)php網(wǎng)頁(yè)的HTTP壓縮傳輸，對(duì)于純文本信息的網(wǎng)頁(yè)，可節(jié)省50%以上的帶寬，但壓縮傳輸會(huì)消耗一些CPU使用率，尤其是動(dòng)態(tài)php網(wǎng)頁(yè)的壓縮傳輸可導(dǎo)致服務(wù)器MPETC下降約25%，可通過(guò)增加1臺(tái)動(dòng)態(tài)php網(wǎng)頁(yè)查分服務(wù)器來(lái)保持系統(tǒng)MPETC不減少.

3.3.4運(yùn)行效果

綜上所述，查分系統(tǒng)最終采用4臺(tái)查分服務(wù)器、1臺(tái)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，系統(tǒng)MPETC為1.02萬(wàn)，每秒有5 100個(gè)考生可查出分?jǐn)?shù)結(jié)果，預(yù)計(jì)全省50萬(wàn)考生可在98s之內(nèi)完成查分.

安徽省2012年高考網(wǎng)上查分系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，Cacti監(jiān)控表明系統(tǒng)PETC最大值不超過(guò)7 000，小于設(shè)計(jì)指標(biāo)1.02萬(wàn)。所有查分的考生都可在信息輸入后1s之內(nèi)查出分?jǐn)?shù)結(jié)果，獲得良好的社會(huì)反響.

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出的HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)的原子分解策略，簡(jiǎn)化了并發(fā)性能測(cè)試的場(chǎng)景，降低了并發(fā)性能測(cè)試軟件的復(fù)雜度，便于精確定位系統(tǒng)并發(fā)性能瓶頸，有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).本文提出的并發(fā)性能指標(biāo)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可定量確定并發(fā)性能，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)監(jiān)控并發(fā)負(fù)載狀態(tài)，為保障系統(tǒng)正常運(yùn)行打下基礎(chǔ).

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