負載壓力測試性能測試

性能測試的目的不是去找bugs,而是排除系統(tǒng)的瓶頸，以及為以后的回歸測試建立一個基準。而性能測試的操作，實際上就是一個非常小心受控的測量分析過程。在理想的情況下，被測軟件在這個時候已經(jīng)是足夠穩(wěn)定了，所以這個過程得以順利的進行。一組清晰已定義好的預(yù)期值是讓一次有意義的性能測試的基本要 素。如果連你自己都不知道系統(tǒng)性能有些什么是要測的，那么它對于你要測試的方法手段是沒有指導(dǎo)意義的*。例如，給一個web應(yīng)用做性能測試，你要知道至少兩樣?xùn)|西：在不同并發(fā)用戶數(shù)或者HTTP連接數(shù)情況下的負載預(yù)期值；可接受的響應(yīng)時間；當(dāng)你知道你的目標后，你就可以開始使用對系統(tǒng)持續(xù)增加負載的方法來觀察系統(tǒng)的瓶頸所在。重新拿web應(yīng)用系統(tǒng)來做例子，這些瓶頸可存在于多個層次，你可以使用多種工具來查明它們的所在：在應(yīng)用層，開發(fā)人員可以通過profilers來發(fā)現(xiàn)低效率的代碼，比如說較差的查找算法；在數(shù)據(jù)庫層，開發(fā)人員和數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）可以通過特定的數(shù)據(jù)庫profilers及事件探查器（queryoptimizers）。 在操作系統(tǒng)層，系統(tǒng)工程師可以使用一些工具如在Unix類的操作系統(tǒng)中的top、vmstat、iostat、在Windows系統(tǒng)中的PerfMon來監(jiān)控CPU，內(nèi)在，swap、磁盤I/O等硬件資源；專門的內(nèi)核監(jiān)控軟件也可以在這一層面上被使用。在網(wǎng)絡(luò)層上，網(wǎng)絡(luò)工程師可以使用報文探測器（如tcpdump）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器（如ethereal），還有其它的工具（如netstat、MRTG、ntop、mii-tool）

從測試的觀點來看，上面所有描述的活動都是一種白盒的方法，它對系統(tǒng)從內(nèi)到外及多角度進行審查及監(jiān)控。測度數(shù)據(jù)被取得及分析后，對系統(tǒng)的調(diào)整則成為理所當(dāng)然的下一個步驟。然而，（除了上面的方法外）測試人員在給被測系統(tǒng)運行負載試驗（這里為了不與我們所理解的負載測試-loadtesting的概念搞混，特譯做負載試驗）的時候，也采取了黑盒的方法。像對于WEB應(yīng)用來講，測試人員可以使用工具來模擬并發(fā)用戶或者HTTP連接及測量響應(yīng)時間。在我以前使用過的輕量級的負載測試開源工具有ab、siege、httperf。一個更重量級的工具是OpenSTA，但我沒用過。我也還沒有用過TheGrinder這個工具，但它在我將要做的事情中排名靠前。

當(dāng)負載試驗的結(jié)果顯示出系統(tǒng)的性能來沒有達到它的預(yù)期目標時，這就是要對應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫的調(diào)整的時候了。同時你要確保讓你的代碼運行得盡可能高效，以及數(shù)據(jù)庫在給定的操作系統(tǒng)和硬件配置的情況下最優(yōu)化。測試驅(qū)動開發(fā)（TDD）的實踐者會發(fā)現(xiàn)這種上下文結(jié)構(gòu)框架是非常有用的，如可以通過負載試驗及時間試驗的函數(shù)性來增強現(xiàn)存單元測試代碼的MikeClark的jUnitPerf。當(dāng)一個特定的函數(shù)或者方法被剖析過和調(diào)試過后，開發(fā)人員就可以在jUnitPerf中，放入它的單元試驗來確保它可以達到負載及時間上的性能需求。MikeClark稱這為“持續(xù)性能測試”。我順便也提一下我已經(jīng)做了一個基于Python的jUnitPerf的初步研究，我稱之為pyUnitPerf。

假若在調(diào)試過應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫后，系統(tǒng)還是沒有達到性能的預(yù)期目標，在這種情況下，還是有一些其它的調(diào)試的流程可以針對前面講過的那幾個層次來使用的。下面就是一些在應(yīng)用程序代碼*之外仍可以提高WEB應(yīng)用系統(tǒng)性能的例子：

使用WEB緩存裝制，如Squid提供的裝置；

將高訪問量的網(wǎng)頁靜態(tài)化，以避免這些高訪問量對數(shù)據(jù)庫進行大量的調(diào)用；

通過負載平衡的方法來水平縮放WEB服務(wù)器的結(jié)構(gòu)；

在水平縮放數(shù)據(jù)庫群及將它們分為讀寫服務(wù)器和只讀服務(wù)器后，還要對只讀服務(wù)器群負載平衡；

通過增加更多的硬件資源（CPU，內(nèi)存，磁盤等）縱向的縮放WEB及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器群；

增加網(wǎng)絡(luò)的帶寬。

由于WEB應(yīng)用系統(tǒng)都是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，性能調(diào)試有時要具有一些藝術(shù)性才行。在每次修改一個變量及重新測度的時候一定要非常小心，否則的話，在變化中將會有很多難于確定和重復(fù)的不確定因素。在一個規(guī)范的測試環(huán)境比如說一個測試實驗試，它是不會常常的重現(xiàn)實際應(yīng)用時的服務(wù)器配置環(huán)境。在這樣的情況下，分段測試環(huán)境，也就是生產(chǎn)實際環(huán)境的一個子集就可以派上用場了。但同時系統(tǒng)的期望性能也需要相應(yīng)的調(diào)低一點?！斑\行負載試驗->測度性能->調(diào)試系統(tǒng)”這個循環(huán)一直要被重復(fù)執(zhí)行到被測試系統(tǒng)達到了期望的性能標準了才可以停。在這個時候，測試人員就可以明了在正常條件下的系統(tǒng)運轉(zhuǎn)怎么樣，同時這些就可以做為以后在回歸測試中，評價新版本的軟件性能的一個標準了。性能測試還有另一個目標就是建立一組被測系統(tǒng)的基準數(shù)據(jù)。在很多行業(yè)中都會有這種行業(yè)標準的基準數(shù)據(jù)，比如說TPC公布的。還有很多軟硬件廠家都為了在TCP排名中靠前而對他們的機器進行精心調(diào)試。所以說你應(yīng)當(dāng)非常謹慎的說明在你進行測試的時候，并沒有在種類繁多的軟硬件產(chǎn)品中進行全部測試。

壓力測試是指通過對系統(tǒng)加載過度的資源或者例系統(tǒng)沒有應(yīng)該具有的令系統(tǒng)可以正常運作的資源，來使系統(tǒng)崩潰（在某些情況的時候，它又可以叫做負面測試）。進行這個瘋狂行為的主要目的是為了保證系統(tǒng)出 故障及可以適當(dāng)?shù)幕謴?fù)，而這個恢復(fù)得怎么樣的特性則是叫做可恢復(fù)性。 當(dāng)性能測試需要的是一個可控制的環(huán)境和不斷的測度的時候，壓力測試則是令為歡喜的引起混亂及不可預(yù)測性（譯者按：從這一點可以看出作者是一個很優(yōu)秀的測試人員）。還是舉WEB應(yīng)用系統(tǒng)為例，下面是一些對系統(tǒng)可行的壓力測試方法：兩倍的已經(jīng)基線的并發(fā)用戶數(shù)或者HTTP連接數(shù)；隨機的關(guān)閉及重開連接到服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)上集線器/路由器的端口（例如，可以通過SNMP命令來實現(xiàn)）；把數(shù)據(jù)庫斷線然后再重啟；當(dāng)系統(tǒng)還在運行的時候，重建一個RAID陣列；在WEB和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上運行消耗資源（如CPU，內(nèi)存，磁盤，網(wǎng)絡(luò)）的進程。

術(shù)語“負載測試”在測試文獻資料中通常都被定義為給被測系統(tǒng)加上它所能操作的最大任務(wù)數(shù)的過程。負載測試有時也會被稱為“容量測試”，或者“耐久性測試/持久性測試”。 容量測試的例子：

通過編輯一個巨大的文件來測試文字處理軟件；

通過發(fā)送一個巨大的作業(yè)來測試打印機；

通過成千上萬的用戶郵箱來測試郵件服務(wù)器；

有一種比較特別的容量測試是叫作“零容量測試”，它是給系統(tǒng)加上空任務(wù)來測試的。 耐久性測試/持久性測試的的例子：在一個循環(huán)中不停的運行客戶端超過一個擴展時間段。

負載測試的目的：

找到一些在測試流程中前面的階段所進行的粗略測試中沒有被找出的bugs，例如，內(nèi)存管理bugs，內(nèi)存泄露，緩沖器溢出等等。保證應(yīng)用程序達到性能測試中確定的性能基線。這個可以在運行回歸試驗時，通過加載特定的最大限度的負載來實現(xiàn)。盡管性能測試和負載測試似乎很像，但他們的目的還是有差異的。一

方面，性能測試使用負載測試的技術(shù)，工具，以及用不同的負載程度來測度和基準化系統(tǒng)。在另一方面來講，負載測試是在一些已經(jīng)定義好的負載程度上進行測試的，通常對系統(tǒng)加上最大負載之后，系統(tǒng)應(yīng)該仍然可以提供全部功能。這里需要明確一點，負載測試并不是要對系統(tǒng)加載上過度的負載而使系統(tǒng)不能工作，而是要使系統(tǒng)像一個上滿了油的機器嗡嗡叫。 在負載測試的相關(guān)內(nèi)容中，我想應(yīng)該非常重要的是要有十分充足的數(shù)據(jù)來進行測試。從我的經(jīng)驗中得知，假若不用非常大的數(shù)據(jù)*去測的話，有很多嚴重的bug是不會的到的。比如說，LDAP/NIS/ActiveDirectory數(shù)據(jù)庫中成千上萬的用戶，郵件服務(wù)器中成千上萬的郵箱，數(shù)據(jù)庫中成G成G的表，文件系統(tǒng)中很深的文件或者目錄的層次，等等。顯然，測試人員就需要使用自動化工具來產(chǎn)生這些龐大的數(shù)據(jù)集，比較幸運的是任何優(yōu)秀的腳本語言都可以勝任這些工作。

負載壓力測試有助于確認被測系統(tǒng)是否能夠支持性能需求，以及預(yù)期的負載增長等。負載壓力測試不只是關(guān)注不同負載場景下的響應(yīng)時間等指標，它也要通過測試來發(fā)現(xiàn)在不同負載場景下會出現(xiàn)的，例如速度變慢、內(nèi)存泄漏等問題的原因。負載壓力測試是性能測試的重要組成部分，負載壓力測試包括并發(fā)性能測試、疲勞強度測試、大數(shù)據(jù)量測試等內(nèi)容。一般包括如下： 1、性能測試

性能測試用來保證產(chǎn)品發(fā)布后系統(tǒng)的性能能夠滿足用戶需求。其中系統(tǒng)性能包括執(zhí)行效率、資源占用、穩(wěn)定性、安全性、兼容性、可擴展性、可靠性等。

2、性能評測

性能評測包括：在真實環(huán)境下，檢查系統(tǒng)服務(wù)等級的滿足情況，評估并報告整個系統(tǒng)的性能；對系統(tǒng)的未來容量作出預(yù)測和規(guī)劃。

3、性能調(diào)優(yōu)

性能調(diào)優(yōu)一般的步驟為首先查找形成系統(tǒng)瓶頸或者故障的根本原因，其次是進行性能調(diào)整和優(yōu)化，最后便是評估性能調(diào)整的結(jié)果。

4、負載測試

負載測試時通過逐步增加系統(tǒng)負載，測試系統(tǒng)性能的變化，并最終確定在滿足性能指標的情況下，系統(tǒng)所能承受的最大負載量的測試。

5、壓力測試

壓力測試是通過逐步增加系統(tǒng)負載，測試系統(tǒng)性能的變化，并最終確定在什么負載條件下系統(tǒng)性能處于失效狀態(tài)，并以此來獲得系統(tǒng)能提供的最大服務(wù)級別的測試。

6、并發(fā)性測試

并發(fā)性測試的過程，是一個負載測試和壓力測試的過程。即逐漸增加并發(fā)用戶數(shù)負載，直到系統(tǒng)的瓶頸或者不能接收的性能點。并發(fā)性測試分為三類：

a、應(yīng)用在客戶端性能的測試；

b、應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上性能的測試；

c、應(yīng)用在服務(wù)器上性能的測試；

7、疲勞強度測試

8、大數(shù)據(jù)量測試 大數(shù)據(jù)量測試包括獨立的數(shù)據(jù)量測試和綜合數(shù)據(jù)量測試兩類。

分析原則：

1、具體問題具體分析（這是由于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，不同的測試目的，不同的性能關(guān)注點）

2、查找瓶頸時按以下順序，由易到難。

服務(wù)器硬件瓶頸-〉網(wǎng)絡(luò)瓶頸（對局域網(wǎng)，可以不考慮）-〉服務(wù)器操作系統(tǒng)瓶頸（參數(shù)配置）-〉中間件瓶頸（參數(shù)配置，數(shù)據(jù)庫，web服務(wù)器等）-〉應(yīng)用瓶頸（SQL語句、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、業(yè)務(wù)邏輯、算法等）注：以上過程并不是每個分析中都需要的，要根據(jù)測試目的和要求來確定分析的深度。對一些要求低的，我們分析到應(yīng)用系統(tǒng)在將來大的負載壓力（并發(fā)用戶數(shù)、數(shù)據(jù)量）下，系統(tǒng)的硬件瓶頸在哪兒就夠了。分段排除法很有效。

分析的信息來源： 1、根據(jù)場景運行過程中的錯誤提示信息；

2、根據(jù)測試結(jié)果收集到的監(jiān)控指標數(shù)據(jù)。

一、錯誤提示分析

分析實例：

1、Error:Failedtoconnecttoserver“10.10.10.30:8080″:[10060]Connection

Error:timedoutError:Server“10.10.10.30″hasshutdowntheconnectionprematurely

分析：

A、應(yīng)用服務(wù)死掉（小用戶時：程序上的問題。程序上處理數(shù)據(jù)庫的問題）

B、應(yīng)用服務(wù)沒有死（應(yīng)用服務(wù)參數(shù)設(shè)置問題）

例：在許多客戶端連接Weblogic應(yīng)用服務(wù)器被拒絕，而在服務(wù)器端沒有錯誤顯示，則有可能是Weblogic中的server元素的AcceptBacklog屬性值設(shè)得過低。如果連接時收到connectionrefused消息，說明應(yīng)提高該值，每次增加25%

C、數(shù)據(jù)庫的連接（1、在應(yīng)用服務(wù)的性能參數(shù)可能太小了；2、數(shù)據(jù)庫啟動的最大連接數(shù)（跟硬件的內(nèi)存有關(guān)）。）

分析：可能是以下原因造成

A、應(yīng)用服務(wù)參數(shù)設(shè)置太大導(dǎo)致服務(wù)器的瓶頸；B、頁面中圖片太多；C、在程序處理表的時候檢查字段太大多。

二．監(jiān)控指標數(shù)據(jù)分析

1、最大并發(fā)用戶數(shù)：

應(yīng)用系統(tǒng)在當(dāng)前環(huán)境（硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件環(huán)境（參數(shù)配置））下能承受的最大并發(fā)用戶數(shù)。在方案運行中，如果出現(xiàn)了大于3個用戶的業(yè)務(wù)操作失敗，或出現(xiàn)了服務(wù)器shutdown的情況，則說明在當(dāng)前環(huán)境下，系統(tǒng)承受不了當(dāng)前并發(fā)用戶的負載壓力，那么最大并發(fā)用戶數(shù)就是前一個沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象的并發(fā)用戶數(shù)。如果測得的最大并發(fā)用戶數(shù)到達了性能要求，且各服務(wù)器資源情況良好，業(yè)務(wù)操作響應(yīng)時間也達到了用戶要求，那么可行。否則，再根據(jù)各服務(wù)器的資源情況和業(yè)務(wù)操作響應(yīng)時間進一步分析原因所在。

2、業(yè)務(wù)操作響應(yīng)時間：

分析方案運行情況應(yīng)從平均事務(wù)響應(yīng)時間圖和事務(wù)性能摘要圖開始。使用“事務(wù)性能摘要”圖，可以確定在方案執(zhí)行期間響應(yīng)時間過長的事務(wù)。細分事務(wù)并分析每個頁面組件的性能。如果服務(wù)器耗時過長，請使用相應(yīng)的服務(wù)器圖確定有問題的服務(wù)器度量并查明服務(wù)器性能下降的原因。如果網(wǎng)絡(luò)耗時過長，請使用“網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器”圖確定導(dǎo)致性能瓶頸的網(wǎng)絡(luò)問題

3、服務(wù)器資源監(jiān)控指標： 內(nèi)存：

1、UNIX資源監(jiān)控中指標內(nèi)存頁交換速率（Pagingrate），如果該值偶爾走高，表明當(dāng)時有線程競爭內(nèi)存。如果持續(xù)很高，則內(nèi)存可能是瓶頸。也可能是內(nèi)存訪問命中率低。

2、Windows資源監(jiān)控中，如果Process\PrivateBytes計數(shù)器和Process\WorkingSet計數(shù)器的值在長時間內(nèi)持續(xù)升高，同時Memory\Availablebytes計數(shù)器的值持續(xù)降低，則很可能存在內(nèi)存泄漏。

內(nèi)存資源成為系統(tǒng)性能的瓶頸的征兆：很高的換頁率(highpageoutrate)；進程進入不活動狀態(tài)；交換區(qū)所有磁盤的活動次數(shù)可高；可高的全局系統(tǒng)CPU利用率；內(nèi)存不夠出錯(outofmemoryerrors)。

處理器：

1、UNIX資源監(jiān)控（Windows操作系統(tǒng)同理）中指標CPU占用率（CPUutilization），如果該值持續(xù)超過95%，表明瓶頸是CPU?？梢钥紤]增加一個處理器或換一個更快的處理器。如果服務(wù)器專用于SQLServer，可接受的最大上限是80-85%合理使用的范圍在60%至70%。

2、Windows資源監(jiān)控中，如果System\ProcessorQueueLength大于2，而處理器利用率（ProcessorTime）一直很低，則存在著處理器阻塞。

CPU資源成為系統(tǒng)性能的瓶頸的征兆：很慢的響應(yīng)時間(slowresponsetime)；CPU空閑時間為零(zeropercentidleCPU)；過高的用戶占用CPU時間(highpercentuserCPU)；過高的系統(tǒng)占用CPU時間(highpercentsystemCPU)；長時間的有很長的運行進程隊列(largerunqueuesizesustainedovertime)。

磁盤I/O：

1、UNIX資源監(jiān)控（Windows操作系統(tǒng)同理）中指標磁盤交換率（Diskrate），如果該參數(shù)值一直很高，表明I/O有問題?？煽紤]更換更快的硬盤系統(tǒng)。

2、Windows資源監(jiān)控中，如果DiskTime和Avg.DiskQueueLength的值很高，而PageReads/sec頁面讀取操作速率很低，則可能存在磁盤瓶徑。

I/O資源成為系統(tǒng)性能的瓶頸的征兆： 過高的磁盤利用率(highdiskutilization)；

太長的磁盤等待隊列(largediskqueuelength)；

等待磁盤I/O的時間所占的百分率太高(largepercentageoftimewaitingfordiskI/O)；

太高的物理I/O速率：largephysicalI/Orate(notsufficientinitself)；

過低的緩存命中率(lowbuffercachehitratio(notsufficientinitself))；

太長的運行進程隊列，但CPU卻空閑(largerunqueuewithidleCPU)。

4、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：

SQLServer數(shù)據(jù)庫：

1、SQLServer資源監(jiān)控中指標緩存點擊率（CacheHitRatio），該值越高越好。如果持續(xù)低于80%，應(yīng)考慮增加內(nèi)存。

2、如果FullScans/sec（全表掃描/秒）計數(shù)器顯示的值比1或2高，則應(yīng)分析你的查詢以確定是否確實需要全表掃描，以及SQL查詢是否可以被優(yōu)化。

3、NumberofDeadlocks/sec(死鎖的數(shù)量/秒)：死鎖對應(yīng)用程序的可伸縮性非常有害，并且會導(dǎo)致惡劣的用戶體驗。該計數(shù)器的值必須為0。

4、LockRequests/sec(鎖請求/秒)，通過優(yōu)化查詢來減少讀取次數(shù)，可以減少該計數(shù)器的值。

Oracle數(shù)據(jù)庫：

1、如果自由內(nèi)存接近于0而且?guī)炜齑婊驍?shù)據(jù)字典快存的命中率小于0.90，那么需要增加SHARED_POOL_SIZE的大小。

快存（共享SQL區(qū)）和數(shù)據(jù)字典快存的命中率： select(sum(pins-reloads))/sum(pins)fromv$librarycache；

select(sum(gets-getmisses))/sum(gets)fromv$rowcache；

自由內(nèi)存：select*fromv$sgastatwherename=‘freememory’。

2、如果數(shù)據(jù)的緩存命中率小于0.90，那么需要加大DB_BLOCK_BUFFERS參數(shù)的值（單位：塊）。

緩沖區(qū)高速緩存命中率：selectname,valuefromv$sysstatwherenamein(‘dbblockgets’，‘consistentgets’‘physicalreads’)HitRatio=1-(physicalreads/(dbblockgets consistentgets))。

3、如果日志緩沖區(qū)申請的值較大，則應(yīng)加大LOG_BUFFER參數(shù)的值。

日志緩沖區(qū)的申請情況：selectname，valuefromv$sysstatwherename=‘redologspacerequests’。

4、如果內(nèi)存排序命中率小于0.95，則應(yīng)加大SORT_AREA_SIZE以避免磁盤排序。

內(nèi)存排序命中率：selectround((100*b.value)/decode((a.value b.value)，0，1，(a.value b.value)),2)fromv$sysstata，v$sysstatbwherea .name=’sorts(disk)’andb .name=’sorts(memory)’

注：上述SQLServer和Oracle數(shù)據(jù)庫分析，只是一些簡單、基本的分析，特別是Oracle數(shù)據(jù)庫的分析和優(yōu)化，是一門專門的技術(shù)，進一步的分析可查相關(guān)資料。

感性負載：

即和電源相比當(dāng)負載電流滯后負載電壓一個相位差時負載為感性(如負載為電動機、變壓器)

容性負載：

即和電源相比當(dāng)負載電流超前負載電壓一個相位差時負載為容性(如負載為補償電容)。

阻性負載：

即和電源相比當(dāng)負載電流負載電壓沒有相位差時負載為阻性(如負載為白熾燈；電爐)。

容性負載，即具有電容的性質(zhì)，（充放電，電壓不能突變）。

感性負載，即具有電感的性質(zhì)，（磁場，電流不能突變）。

混聯(lián)電路中容抗比感抗大,電路呈容性反之為感性。

負載性質(zhì)包括：容性負載、感性負載和純電阻負載。容性負載：電流相位超前電壓；感性負載：電流相位滯后電壓；純電阻負載，電流與電壓相位相同。

負載特性常見的是發(fā)電機和電動機的負載特性，其又分為同步電機和異步電機，負載可分為恒轉(zhuǎn)矩負載特性以及恒功率負載特性。