林碧霞， 尹治本

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 成都 610031）

隨著Internet的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴大，存儲系統(tǒng)成為Internet背后的功臣，也促成了存儲行業(yè)的高速發(fā)展。存儲業(yè)的發(fā)展，面臨著如何有效地對存儲陣列的性能情況進行評價與分析的問題。因為存儲陣列在不同的業(yè)務(wù)場景下，可能體現(xiàn)出不同的性能，所以如何在不同的業(yè)務(wù)場景下對存儲陣列進行性能測試，從而分析出存儲陣列的性能，成為各廠家在測試過程中的重點與難點。

本文基于某公司的需求構(gòu)建了一個新的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺。通過JMX結(jié)合J-Sim，利用模擬各種業(yè)務(wù)場景，對存儲陣列進行性能測試。平臺開發(fā)目的是創(chuàng)建一個可能快速實現(xiàn)上層應(yīng)用模擬的環(huán)境。

1 JMX技術(shù)概述

JMX[1]（Java managem ent Extension）是J2EE中的通用管理規(guī)范，它定義了一套標準的代理和服務(wù)，可為應(yīng)用程序植入管理功能的輕型框架。JMX 可以跨越異構(gòu)操作系統(tǒng)平臺、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，從而對網(wǎng)絡(luò)上多種資源（包括應(yīng)用程序、設(shè)備、服務(wù)等）統(tǒng)一進行管理，提供一致的管理視圖。因此逐漸成為管理復(fù)雜軟件系統(tǒng)的優(yōu)秀解決方案[2]。JBoss、IBM 的TivoliJMX和BEA 的Weblogic等商業(yè)軟件已成功的應(yīng)用了JMX，有效地提高了系統(tǒng)的動態(tài)配置和管理能力。

JMX 是一個用來管理網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、應(yīng)用程序等資源的管理體系結(jié)構(gòu)。JMX 采用三級分而治之的體系和結(jié)構(gòu)化方法來降低網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性，每層都是高度組件化的并由良好定義的接口進行劃分。

（1）工具層：可管理端點（設(shè)備、軟件服務(wù)等）， 可通過JMX指定的接口被訪問。這是通過創(chuàng)建公開可配置屬性、可訪問操作和事件的Java 對象實現(xiàn)的。這些對象稱為managed Bean（簡稱MBean）。在規(guī)范中將可通過這些對象管理的端點稱為JMX 可管理的資源。

（2）代理層：JMX 代理是軟件組件， 它向遠程管理組件公開一組標準化代理服務(wù)， 并通過JMX 可管理資源的MBean 接口直接控制這些資源。實際上， 在JMX 代理內(nèi)可通過能夠動態(tài)地裝入和卸裝MBean的MBean 服務(wù)器來管理MBean。

（3）分布式服務(wù)層：本層定義JMX 管理平臺對代理層進行操作的接口和組件。應(yīng)用程序可以訪問代理或代理組來管理由代理公開的JMX 可管理資源。

為了讓業(yè)務(wù)仿真平臺可以動態(tài)管理，本文提出一種基于JMX 的性能業(yè)務(wù)仿真平臺設(shè)計方案，具有動態(tài)的配置管理能力、動態(tài)的調(diào)度策略選擇機制和可動態(tài)配置的可視化管理視圖。

2 業(yè)務(wù)仿真平臺的設(shè)計

2.1 功能模塊

性能仿真平臺主要用于對存儲設(shè)備進行性能的測試，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分布在Internet和Intranet網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，一般通過HTTP、TCP/IP協(xié)議通信，所以將仿真平臺分為服務(wù)端與測試機端（1對多的關(guān)系）。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為服務(wù)端和測試機端。圖1為仿真圖。

2.2.1 服務(wù)端

在功能上負責(zé)用戶與測試機的圖形界面接口，包括每臺測試機的用例配置、待測試存儲的指定、性能測試的項目、性能分析數(shù)據(jù)、報表的查詢與顯示，并對各測試機的相關(guān)系統(tǒng)故障和告警的查詢與顯示。與一般JMX的應(yīng)用不同，將JMX的MBean Server與HTTP瀏覽服務(wù)器放在這一層，通過多臺測試機同時對存儲進行IO的下發(fā)，增加對存儲的壓力。在服務(wù)端采用被動接收來自各測試機的數(shù)據(jù)信息，對每臺測試機發(fā)來的信息進行存儲，顯示瞬時的各臺測試機的統(tǒng)計性能數(shù)據(jù)，并打印出相關(guān)性能數(shù)據(jù)曲線，同時對應(yīng)CPU占用過大、系統(tǒng)崩潰等進行告警。

2.2.2 測試機端

仿真平臺的測試機端是核心系統(tǒng)。每臺測試機需要在Server中注冊，通過適配器invoke方法實現(xiàn)對MBean進行調(diào)用，將性能數(shù)據(jù)根據(jù)服務(wù)端設(shè)置的時間段發(fā)給服務(wù)端。測試機端注冊了信息發(fā)送模塊、告警管理、日志管理。根據(jù)需要定義了2種適配器：（1）本地調(diào)用的適配器；（2）基于HTTP的遠程調(diào)用的適配器。每臺測試機根據(jù)分配的用例運行一個核心系統(tǒng)，對存儲陣列進行IO的下發(fā)操作，并在納秒級別對信息進行統(tǒng)計匯總，發(fā)送給服務(wù)端。

3 測試機端的核心系統(tǒng)

每個測試機端都運行著一個核心子系統(tǒng)，這個子系統(tǒng)使用J-SIM設(shè)計開發(fā)。

3.1 J-Sim平臺概述

J-Sim[3]（以前也被稱作JavaSim）是用純Java語言開發(fā)的一種開源的、基于組件合成的網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境，該環(huán)境建立在組件自治體系結(jié)構(gòu)（Autonomous Component A rchitecture，ACA）和可擴張Internet 網(wǎng)絡(luò)框架（Extensible Interne-tworking Framework，INET）之上。在不同的網(wǎng)絡(luò)場景之下采用“即插即用”的組件疊加方式就可以構(gòu)建出所需要的仿真環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

J-Sim是一個層次化、可擴展的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺。在J-Sim平臺下，組件是一個基本的單位。從網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的角度看，主機、路由器、TCP / IP協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)實體都是組件。而整個平臺是以自治組件框架（ACA）為基礎(chǔ)的，所謂的自治組件架構(gòu)是指它的架構(gòu)思想仿效數(shù)字電路中IC芯片的設(shè)計和制造，一個組件與另一個組件相互獨立。軟件系統(tǒng)由組件有機地組合起來類似于一塊印刷電路板上焊接芯片，甚至在系統(tǒng)運行時還可以添加組件。J- Sim對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模擬是通過在ACA的基礎(chǔ)上建立可擴展網(wǎng)絡(luò)模擬（INET）來實現(xiàn)的。這個模型采用了基于包的通訊機制。此外，它定義了節(jié)點（主機或路由器）的結(jié)構(gòu)和基本網(wǎng)絡(luò)組件。根據(jù)需要，新定義的網(wǎng)絡(luò)組件都是它們的子類，這些網(wǎng)絡(luò)組件以TCP / IP模型為依據(jù)，進行層次化地編寫。對于編寫之后的組件代碼，需要時可以直接調(diào)用，也可以在它的基礎(chǔ)上擴展新的網(wǎng)絡(luò)組件。

J-Sim仿真通過執(zhí)行線程表來實現(xiàn)。仿真運行開始，先構(gòu)建各節(jié)點，隨后目標節(jié)點開始生成監(jiān)測數(shù)據(jù)，目標節(jié)點將監(jiān)測數(shù)據(jù)選擇發(fā)送給最佳的傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點獲得數(shù)據(jù)后在匯聚節(jié)點分配的時隙內(nèi)將數(shù)據(jù)上傳。

3.2 核心子系統(tǒng)設(shè)計思想及其實現(xiàn)

本仿真平臺的核心子系統(tǒng)包括業(yè)務(wù)場景的抽象，子系統(tǒng)模擬業(yè)務(wù)開發(fā)。目前存儲所涉及的業(yè)務(wù)場景有文件系統(tǒng)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)（包括VOD、視頻監(jiān)控等）、數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)（支持O racle、SQL、My-SQL等）等業(yè)務(wù)場景。比如移動公司所涉及到的業(yè)務(wù)場景。

本平臺業(yè)務(wù)模擬是在對實際測試的具體業(yè)務(wù)進行抽象后，在本仿真平臺上通過在服務(wù)端更改業(yè)務(wù)配置文件（對應(yīng)于測試用例）來實現(xiàn)。

子系統(tǒng)模擬業(yè)務(wù)開發(fā)模塊包括虛擬用戶組（Virtual User G roup）、虛擬機（Virtual Machine）、虛擬資源池（Virtual Resource Poo l）、 監(jiān)視器（Monitor）等。

（1）虛擬用戶組：用戶組是用戶群體行為的發(fā)起源，負責(zé)調(diào)試用戶群體行為、收集用戶的反饋信息，并傳遞給監(jiān)控器。用戶組是由多個用戶組成，并根據(jù)具體用戶是否在進行業(yè)務(wù)操作分為Active user 和 Idle user。通過對存儲陣列所涉及較多的文件系統(tǒng)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)進行模擬。根據(jù)實際對存儲進行的IO操作，將用戶抽象出來，并將用戶分為用戶群體與單個用戶。通過用戶數(shù)目與用戶行為來模擬真實業(yè)務(wù)。用戶組有一個端口，用于把用戶反饋傳遞給監(jiān)視器。

（2）虛擬機：虛擬機是用于模擬用戶請求的緊急度進行排序和發(fā)送相關(guān)的請求。它負責(zé)任務(wù)的調(diào)試和用戶與資源之間的通信，VM（虛擬機）包括線程池及任務(wù)調(diào)度。用戶與資源之間的任何通信都是以任務(wù)的方式提交給VM調(diào)試。VM主要用于模擬存儲系統(tǒng)的上層業(yè)務(wù)的離散事件模型。

（3）虛擬資源池：對用戶請求的各種資源進行存儲陣列的訪問，并根據(jù)對存儲陣列的資源請求進行相關(guān)性能數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。根據(jù)實際業(yè)務(wù)分為：文件系統(tǒng)資源池、多媒體資源池、數(shù)據(jù)庫資源池。資源池端有一個資源代理（Resou rce Agent），用于接受用戶端（User）發(fā)來的創(chuàng)建的資源的類型和數(shù)量，并轉(zhuǎn)發(fā)用戶的具體請求。

（4）監(jiān)視器：根據(jù)多線程調(diào)度，對資源池進行的納秒級別的數(shù)據(jù)進行匯總，并對數(shù)據(jù)進行分類匯總、顯示。

（5）資源代理（Resource Agent）：主要功能是根據(jù)用戶請求生成不同的資源池，分發(fā)user請求到不同的資源池里，并控制 user的并發(fā)數(shù)。

（6）資源池（Resource pool）：由一系列同類的資源組成，資源池是一個Parent Component，它有兩個控制端口（a.把用戶請求轉(zhuǎn)發(fā)給資源；b. 控制用戶對某個資源的最大連接數(shù)）。當(dāng)用戶要操作資源時，必須先與Pool Component取得聯(lián)系，然后Pool Component在資源池里隨機選取一個資源給用戶，增加一個端口，端口數(shù)至少為1，這個默認端口是接受pool Component發(fā)來的有用戶要進行操作的信息，向資源池專門收集統(tǒng)計信息的端口（statistic port）發(fā)送信息。

Resource Port是在用戶和資源池通信的過程中動態(tài)生成的一組端口，用來與資源進行通信。

Fork Port用來接收Link發(fā)送給自己的fork事件，從而產(chǎn)生不同的用戶。

4 結(jié)束語

本文利用JMX的動態(tài)配置管理能力、動態(tài)調(diào)度策略選擇機制開發(fā)了服務(wù)端與測試機端，測試機端利用J-Sim模擬業(yè)務(wù)框架進行開發(fā)，從而讓本業(yè)務(wù)仿真系統(tǒng)具有動態(tài)配置、更高的可維護性和擴展性。本業(yè)務(wù)仿真平臺已實現(xiàn)，在某公司的性能測試工作中投入使用，節(jié)約了人力、物力和財力，并且達到了較高的置信度。

[1]廖 淵，王保進，李明樹，等. 智能應(yīng)用服務(wù)協(xié)議iASP 的設(shè)計和實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設(shè)計，2003，24（12）：13-17.

[2] 廖 淵，李明樹，王 青. 基于Linux 的網(wǎng)絡(luò)計算機服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 計算機工程與應(yīng)用， 2003，39（14）：12-16.

[3]ACA:The autonomous component architecture[EB/OL].http://www.j-sim.org/whitepapers/aca.html，2003.