WEB應(yīng)用系統(tǒng)性能測試研究與實踐

張秋鳳

【摘要】 本文從業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的實踐中，簡要介紹了WEB應(yīng)用系統(tǒng)性能測試的原理、指標(biāo)及測試場景的選擇等，并利用Loadrunner性能測試工具測試企業(yè)外網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，模擬和預(yù)測真實環(huán)境中系統(tǒng)的壓力，查找、定位和解決系統(tǒng)存在的問題，從實際運維角度分析了 WEB 應(yīng)用系統(tǒng)的性能測試的必要性。

【關(guān)鍵詞】 性能測試 性能測試指標(biāo) 性能測試工具 Loadrunner

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)上Web及其應(yīng)用程序的普及，各類基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)以其方便、快速，易操作等特點已經(jīng)成為軟件開發(fā)的重點。系統(tǒng)能否提供穩(wěn)定快速的服務(wù)成為評價系統(tǒng)的重要指標(biāo)。針對Web系統(tǒng)的測試可以從用戶界面、系統(tǒng)功能、客戶端兼容性、系統(tǒng)性能、應(yīng)用安全、系統(tǒng)可用性、安裝等角度進(jìn)行，本文主要討論性能測試的相關(guān)內(nèi)容。

二、Web應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)的Web應(yīng)用系統(tǒng)包括客戶端（browser）/服務(wù)端（Server），該結(jié)構(gòu)的Web客戶端不需要安裝任何的程序軟件，只需要通過瀏覽器，就可以實現(xiàn)軟件的功能。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過瀏覽器實現(xiàn)，簡單的事務(wù)邏輯在客戶端實現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯則在服務(wù)器端實現(xiàn)。服務(wù)端的體系架構(gòu)，一般包含表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫層。

三、性能測試

3.1性能測試原理

性能測試是通過自動化的測試工具模擬正常、峰值以及異常等多種負(fù)載條件來對系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)進(jìn)行測試。通過性能測試和調(diào)優(yōu)，驗證軟件系統(tǒng)是否能夠達(dá)到用戶提出的性能指標(biāo)，同時發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中存在的性能瓶頸，優(yōu)化軟件，最后起到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

性能測試需要模擬多人同時訪問被測系統(tǒng)來達(dá)到驗證系統(tǒng)性能的目的。需要借助工具，或者自己搭建相應(yīng)的性能測試框架來輔助完成。用于性能測試的工具有很多，商業(yè)工具如LoadRunner，Silkperformer， Rational Robot等，開源工具如 Apache自帶的Web性能測試工具ApacheBench等。

3.2性能測試指標(biāo)

性能測試指標(biāo)包括客戶端交易處理指標(biāo)、服務(wù)器資源監(jiān)控指標(biāo)、數(shù)據(jù)庫資源監(jiān)控指標(biāo)、Web服務(wù)器監(jiān)控指標(biāo)、中間件監(jiān)控指標(biāo)等。客戶端交易處理指標(biāo)由性能測試工具匯總處理并以報表形式給出，其它測試指標(biāo)有的測試工具可以提供監(jiān)控接口，有的則需要針對不同的監(jiān)控對象采用各種方式采集監(jiān)控數(shù)據(jù)，比如，Windows服務(wù)器可以通過操作系統(tǒng)自帶的性能監(jiān)視器采集數(shù)據(jù)。一般情況下，執(zhí)行性能測試時，至少應(yīng)該獲得客戶端交易處理性能指標(biāo)以及服務(wù)器端資源占用性能指標(biāo)。

1） 交易處理性能指標(biāo)

交易處理性能指標(biāo)包括并發(fā)用戶數(shù)、響應(yīng)時間、吞吐量、吞吐率、每秒點擊次數(shù)等。

（1）并發(fā)用戶數(shù)：指在同一時刻與服務(wù)器進(jìn)行交互的在線用戶數(shù)量。這些用戶的最大特征是和服務(wù)器產(chǎn)生了單向或者雙向的數(shù)據(jù)傳輸。在線用戶不一定會對服務(wù)器產(chǎn)生影響，例如正在瀏覽已經(jīng)打開的網(wǎng)頁的用戶，對服務(wù)器是沒有任何影響的。因為不同系統(tǒng)會有不同的并發(fā)特點，所以針對并發(fā)用戶數(shù)的統(tǒng)計沒有準(zhǔn)確的公式。對于已經(jīng)存在一定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)積累的系統(tǒng)，可根據(jù)一段時間內(nèi)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量推測出并發(fā)用戶數(shù)量。

（2）響應(yīng)時間：指從客戶端發(fā)起一個請求開始，到客戶端接收到服務(wù)器端返回的響應(yīng)結(jié)束所用的時間。

對于一個三層應(yīng)用架構(gòu)，響應(yīng)時間包括了網(wǎng)絡(luò)傳輸時間t1、Web服務(wù)器t2、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的處理時間t3，它的響應(yīng)時間為t1+t2+t3的時間之和。

（3）吞吐量：指單位時間內(nèi)處理的客戶請求數(shù)量。從業(yè)務(wù)角度看，吞吐量可以用：請求數(shù)/秒、頁面數(shù)/秒、人數(shù)/天或處理業(yè)務(wù)數(shù)/小時等單位來衡量；從網(wǎng)絡(luò)角度看，吞吐量可以用：字節(jié)/秒來衡量。對于交互式應(yīng)用來說，吞吐量指標(biāo)反映的是服務(wù)器承受的壓力，能夠說明系統(tǒng)的負(fù)載能力。

（4）請求間隔時間：指用戶在操作時，兩個操作之間的等待時間，在測試腳本中加入請求間隔時間（有時叫思考時間），用來真實地模擬用戶操作。

2） 服務(wù)器端資源占用性能指標(biāo)

測試過程中對服務(wù)器資源的監(jiān)控是非常必要的。測試過程中主要監(jiān)控CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、磁盤等的使用情況。此外，對于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、中間件服務(wù)器以及Web服務(wù)器等，同時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、中間件以及Web服務(wù)的性能指標(biāo)。

3. 3 性能測試場景

性能測試中涉及的基本場景有兩種，即單一業(yè)務(wù)場景和混合業(yè)務(wù)場景，這兩種業(yè)務(wù)場景缺一不可，缺少任何一種都不能準(zhǔn)確評估系統(tǒng)性能，定位系統(tǒng)瓶頸。

1） 單一性能點，多用戶測試：測試過程可以隔離測試場景，先單獨加壓測試每種性能需求點，比如，可以單獨模擬用戶登錄的需求，建立比如100人并發(fā)登錄的場景。由于沒有一個系統(tǒng)會設(shè)計成在同一個時間內(nèi)，只能進(jìn)行一種操作（實際上，在有其他的操作時，100人并發(fā)登錄的時間肯定會延長），所以此種場景并非是用戶實際使用的情況，僅僅是為了檢查這一個模塊的性能水平。

2） 混合業(yè)務(wù)的性能測試場景：按照業(yè)務(wù)及測試模型梯度加壓，以獲取系統(tǒng)的最大處理能力，及在各種壓力下每個交易的響應(yīng)時間情況。比如登錄的同時有人在進(jìn)行瀏覽、查詢、寫入、上傳或下載操作。這一步主要是一個集成測試，考慮各個功能模塊之間是否有影響，是否有對某些資源的搶奪等問題。按照混合測試模型，在一定的壓力下長時間持續(xù)執(zhí)行測試，觀察系統(tǒng)的運行情況（主要關(guān)注系統(tǒng)是否穩(wěn)定，系統(tǒng)是否存在內(nèi)存泄漏問題等）。

3. 4 性能測試實踐

被測的應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S模式，服務(wù)端采用三層體系架構(gòu)，是某機(jī)關(guān)單位外網(wǎng)面向互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行采訪活動報名和管理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。測試采用商業(yè)測試工具Loadrunner，主要針對不同的并發(fā)用戶數(shù)執(zhí)行測試，考察系統(tǒng)的響應(yīng)情況。

1） 測試工具Loadrunner

LoadRunner是目前應(yīng)用最多的測試工具之一，能夠在實驗室模擬成千上萬用戶訪問被測系統(tǒng)，檢驗被測系統(tǒng)響應(yīng)能力。通過在測試過程中獲取的信息和數(shù)據(jù)來確認(rèn)和查找軟件的性能問題，分析性能瓶頸。可適用于各類不同構(gòu)架的應(yīng)用。主要包括：腳本錄制開發(fā)工具（VuGen}、集中控制器（LR Control-ler）、結(jié)果分析器（LR Analysis）及壓力機(jī)（Load Generator等4個組件。

2）設(shè)計測試場景

測試應(yīng)選擇具有代表性的和使用頻繁的業(yè)務(wù)功能或使用核心技術(shù)的功能作為性能采樣點，可以由用戶指定，也可根據(jù)重要功能或關(guān)注度作出選擇。根據(jù)案例系統(tǒng)業(yè)務(wù)特點，壓力主要集中在系統(tǒng)主頁訪問，采訪報名及查詢功能頁面，以及管理后臺的統(tǒng)計報表導(dǎo)出頁面。因此測試選取三個功能點：系統(tǒng)主頁訪問、報名提交與查詢、統(tǒng)計報表管理。

測試場景設(shè)計為單點操作性能測試和混合業(yè)務(wù)性能測試。單點操作性能測試分別針對被測三個功能點執(zhí)行，根據(jù)以往系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)量（系統(tǒng)主頁訪問量千人級、采訪報名數(shù)千人級、統(tǒng)計報表管理百人級），再除以10為其最大并發(fā)量，設(shè)定訪問系統(tǒng)主頁、報名提交與查詢、統(tǒng)計報表管理分別測試200， 100，20個用戶并發(fā)，測試時腳本請求時間間隔設(shè)置為5秒?；旌蠘I(yè)務(wù)性能測試則對三個功能點進(jìn)行混合壓力測試，并發(fā)用戶數(shù)分別設(shè)為50、100，訪問三個功能點的用戶比例為10： 5： 1，測試時腳本請求時間間隔設(shè)置為5秒。

3）分析測試結(jié)果

系統(tǒng)主頁訪問在200個用戶并發(fā)時平均響應(yīng)時間均小于1秒，服務(wù)器CPU利用率低于50%、可用內(nèi)存未見異常波動，該功能點的響應(yīng)情況滿足測試目標(biāo)的要求。

統(tǒng)計報表管理在20個用戶并發(fā)時平均響應(yīng)時間均小于5秒，服務(wù)器CPU利用率低于70%、可用內(nèi)存未見異常波動，該功能點的響應(yīng)情況滿足測試目標(biāo)的要求。

報名提交與查詢在100個用戶并發(fā)時，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器CPU利用率平均值超過90%，事務(wù)平均響應(yīng)時間達(dá)到0.5秒；通過調(diào)整數(shù)據(jù)庫參數(shù)配置，建立數(shù)據(jù)庫索引，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行性能優(yōu)化后，再次對調(diào)優(yōu)后的系統(tǒng)執(zhí)行回歸測試，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器CPU利用率平均值降低到50%，事務(wù)平均響應(yīng)時間降低到0.25秒。

四、結(jié)束語

為了保證Web應(yīng)用的可用性和高效性，必須對Web應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格的測試。通過使用性能測試工具進(jìn)行大批量并發(fā)用戶測試，可以模擬和預(yù)測真實環(huán)境中的系統(tǒng)壓力，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題。

通過分析測試數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)的性能。在目前國產(chǎn)化的政策和趨勢下，政府機(jī)關(guān)等單位的等保改造和外網(wǎng)改造項目增多，為了保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)在升級改造后的正常運行，需要結(jié)合性能測試的原理和實際情況，不僅要進(jìn)行功能測試、安全測試，同時，完成充分的性能測試是相當(dāng)重要的。

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