一種基于LoadRunner的系統(tǒng)性能測試方案＊

劉 帆

（中國艦船研究設(shè)計中心 武漢 430064)

1 引言

系統(tǒng)性能測試是定量獲取系統(tǒng)在特定條件和狀態(tài)下運行時相關(guān)特性表現(xiàn)的活動。在系統(tǒng)開發(fā)階段，其一般用來測試系統(tǒng)關(guān)鍵性能特性和資源使用之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以便進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)優(yōu)。在系統(tǒng)應(yīng)用階段，其一般用來測試系統(tǒng)關(guān)鍵性能特性和使用需求之間的匹配情況，以便進(jìn)行決策選型。

2 系統(tǒng)性能測試方案

一般來說，系統(tǒng)性能測試可分為人工測試和自動化測試。人工測試是指測試者根據(jù)測試需求，按照系統(tǒng)特征，人工編寫相關(guān)測試程序，通過運行測試程序得到測試數(shù)據(jù)。自動化測試是指選取專業(yè)測試工具，編寫測試腳本，進(jìn)行自動化測試和記錄。

現(xiàn)代應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的組成部件眾多，運行機制復(fù)雜，其應(yīng)用范圍更廣、應(yīng)用方式更多樣，對其進(jìn)行性能測試的挑戰(zhàn)也越來越大，人們無法預(yù)測系統(tǒng)在多用戶并發(fā)時提供各種服務(wù)時的運行情況。測試的難點在于如何仿真、如何模擬成千上萬個用戶并發(fā)對服務(wù)器造成負(fù)載、如何監(jiān)控和統(tǒng)計服務(wù)器端的性能變化、如何從海量測試數(shù)據(jù)中分析并獲取有效的測試結(jié)果的過程。傳統(tǒng)的人工測試已經(jīng)不能有效的解決這些測試難點，必須借助于測試工具來實現(xiàn)測試的自動化［1～3］。

2.1 性能測試工具

目前市場上有很多商用的軟件性能測試工具，如Mercury Interactive公司的LoadRunner、IBM的Rational Robot等，也有很多開源的軟件測試工具如Jmeter、OpenSTA、TestMaker等工具，均為性能測試工作提供了相應(yīng)的技術(shù)保證［4］。

LoadRunner［5］是一種系統(tǒng)行為和性能的負(fù)載測試工具。LoadRunner支持的多種協(xié)議和技術(shù)，可以模擬上千萬用戶對系統(tǒng)實施并發(fā)操作的行為，并對系統(tǒng)進(jìn)行實時性能監(jiān)測，以此更快的查找和發(fā)現(xiàn)問題。LoadRunner中包含了三個組件：

1)虛擬用戶產(chǎn)生器Vugen

虛擬用戶產(chǎn)生器通過錄制客戶端和后臺服務(wù)器之間的通訊包，分析其中的協(xié)議，自動產(chǎn)生腳本。用戶通過運行腳本，從而模擬生成邏輯功能和客戶端軟件完全一樣的用戶。

2)負(fù)載生成控制器Controller

負(fù)載生成控制器可以生成多樣化的負(fù)載測試方案并對其進(jìn)行管理和控制。其中包括設(shè)置負(fù)載的數(shù)量、循環(huán)的次數(shù)和間隔，還可指定日程計劃服務(wù)，實現(xiàn)測試過程自動化。另外，還能監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)中各個組件（包括服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)的運行性能，來幫助用戶決定系統(tǒng)的配置。

3)數(shù)據(jù)分析器Analysis

數(shù)據(jù)分析器對收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以圖形、表格的形式展現(xiàn)給用戶。用戶通過分析各種參數(shù)指標(biāo)來確定系統(tǒng)的性能瓶頸問題，具體內(nèi)容可根據(jù)項目要求而定的。如一般系統(tǒng)的CPU利用率、內(nèi)存利用率、磁盤I/O、吞吐量、每秒調(diào)用次數(shù)和事務(wù)平均響應(yīng)時間等，中間件服務(wù)器的各性能參數(shù)指標(biāo)、內(nèi)存使用情況、事務(wù)的響應(yīng)時間、ETB的使用情況，數(shù)據(jù)庫的連接時間、高速緩存命中率、Sql語句的執(zhí)行情況、鎖資源［6］的爭用等。

2.2 性能測試流程

利用LoadRunner對系統(tǒng)進(jìn)行性能測試，一般遵循以下流程，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)性能流程示意圖

1)分析測試需求

對測試需求進(jìn)行分析，需要在明確測試目的基礎(chǔ)上選取測試的指標(biāo)。在進(jìn)行系統(tǒng)的性能測試之前，需要明確系統(tǒng)性能測試的目的。一般來說進(jìn)行系統(tǒng)測試的主要由以下幾方面考慮：對系統(tǒng)重要性能指標(biāo)進(jìn)行測試，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的性能瓶頸，給系統(tǒng)修改和調(diào)試提供可靠的依據(jù)；驗證系統(tǒng)性能是否能夠滿足使用需求；對不同系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行對比測試，為選取不同的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)品提供依據(jù)［7］。

2)制定測試計劃

在制定測試計劃的過程中，需要根據(jù)測試需求明確系統(tǒng)性能測試的具體測試參數(shù)。如需要掌握系統(tǒng)的表現(xiàn)性能以進(jìn)行調(diào)優(yōu)，則比較關(guān)注系統(tǒng)的基本能力指標(biāo)，如CPU占用率。如需了解系統(tǒng)的并發(fā)服務(wù)能力，則比較關(guān)注滿足質(zhì)量前提下的負(fù)載數(shù)量。如需測試系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，則比較關(guān)注系統(tǒng)在一定壓力負(fù)載條件下的無故障運行時間。

在明確測試參數(shù)的基礎(chǔ)上，制定符合要求的衡量標(biāo)準(zhǔn)。由于目前尚無統(tǒng)一的固定標(biāo)準(zhǔn)，因此需要根據(jù)應(yīng)用需要，結(jié)合系統(tǒng)自身特點量身制定。

對系統(tǒng)運行的環(huán)境、提供服務(wù)的特點、服務(wù)對象的數(shù)量，負(fù)載變化的周期和趨勢等進(jìn)行預(yù)測和評估，設(shè)計典型測試用例，細(xì)化相關(guān)測試步驟。

對測試執(zhí)行過程中可能遇到的問題和風(fēng)險進(jìn)行分析，評估其可能造成的影響，制定規(guī)避方法和解決措施，避免產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

3)錄制測試腳本

根據(jù)對系統(tǒng)運行特點的分析，將平時對系統(tǒng)主要功能操作分別單獨錄制腳本［8］。在錄制的過程中，為方便查看事務(wù)的運行情況，可將每個功能點的操作設(shè)置為一個事務(wù)。此外還應(yīng)注意參數(shù)化［9］、關(guān)聯(lián)和集合點的問題。

（1)參數(shù)化

在模擬生成多個用戶的情況下，所有用戶采用相同參數(shù)會帶來以下問題：讓所有用戶都產(chǎn)生相同的行為，如對相同數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，有些后臺服務(wù)器會在第一次訪問后將數(shù)據(jù)加載到緩存，后續(xù)訪問直接對緩存進(jìn)行操作，對系統(tǒng)造成的壓力與實際情況會有所不同。對于那些禁止一個用戶多次登錄的系統(tǒng)，則無法進(jìn)行測試。

為了解決這個問題，讓系統(tǒng)更加真實的模擬多用戶使用的實際環(huán)境，必須對腳本進(jìn)行參數(shù)化輸入。所謂的腳本參數(shù)化，就是針對腳本中的某些常量，定義一個或多個包含數(shù)據(jù)源的參數(shù)來取代，讓場景中不同的虛擬用戶在執(zhí)行相同的腳本時，分別使用參數(shù)數(shù)據(jù)源中的不同數(shù)據(jù)代替這些常量，從而達(dá)到模擬多用戶真實使用系統(tǒng)的目的。參數(shù)的數(shù)據(jù)源可以來自于數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)庫或分配的內(nèi)部數(shù)據(jù)。

（2)關(guān)聯(lián)

在客戶端和服務(wù)器的交互過程中，服務(wù)器返回的動態(tài)數(shù)據(jù)在后續(xù)訪問中有可能會仍需使用，需要將其保存才能保證下次訪問成功，此時需要將服務(wù)器產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)保存到設(shè)定的參數(shù)中。例如：web＿reg＿save＿param（“ParmA”，”LB＝＜href＝”，”RB＝＞”，Ord＝1)，上述語句指搜尋以“＜href＝”開頭，“＞”結(jié)尾當(dāng)中包含的字符串，并將其保存在參數(shù)“ParmA”中。在以后需要用到該動態(tài)數(shù)據(jù)時可以直接引用參數(shù)“ParmA”。

（3)集合點

一般的多用戶同時并發(fā)加載僅僅體現(xiàn)在開始執(zhí)行的時刻，隨著服務(wù)器對請求的響應(yīng)不一或系統(tǒng)資源的限制，在運行過程中真正需要并發(fā)測試的部分可能會先后執(zhí)行。這時，一般在需要進(jìn)行并發(fā)測試的地方設(shè)置集合點，直到所有請求到達(dá)后一起并發(fā)執(zhí)行。

4)設(shè)置測試場景

在測試場景的設(shè)置過程中，主要是根據(jù)系統(tǒng)運行的特點，模擬設(shè)置各類不同操作的用戶數(shù)量。如進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性測試還需對測試時間、事務(wù)發(fā)生間隔進(jìn)行設(shè)置［11］。

5)運行場景并進(jìn)行監(jiān)控

在測試腳本、測試場景設(shè)置完畢后，就可加載運行。測試人員在場景的執(zhí)行過程中可以在線查看產(chǎn)生的性能數(shù)據(jù)，除了監(jiān)視本機的性能指標(biāo)外，還可以在線監(jiān)視服務(wù)器的性能。根據(jù)監(jiān)視指標(biāo)的不同，需要根據(jù)服務(wù)器的特點在服務(wù)器端配置監(jiān)視環(huán)境設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

6)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

在場景運行完畢后，測試得到的數(shù)據(jù)會自動匯集到數(shù)據(jù)分析器，其根據(jù)需要對相關(guān)的性能指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，按照類別生成相關(guān)圖形和表格。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以對系統(tǒng)的整體性能作出評價。此外，還可根據(jù)一些基本的指標(biāo)性能數(shù)據(jù)判定系統(tǒng)性能的瓶頸。

3 系統(tǒng)性能測試應(yīng)用

某船舶數(shù)據(jù)查詢與計算服務(wù)系統(tǒng)由客戶端、網(wǎng)絡(luò)、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫集群等部分組成，主要為各類客戶提供數(shù)據(jù)查詢與計算服務(wù)。其中數(shù)據(jù)庫安裝ORACLE 10g數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，Web服務(wù)器部署APACHE TOMCAT服務(wù)器。

在此應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)中，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)訪問Web服務(wù)器，提交相關(guān)計算請求，應(yīng)用服務(wù)器響應(yīng)相關(guān)請求，從數(shù)據(jù)庫查詢相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果通過Web服務(wù)器返回客戶端。

船舶數(shù)據(jù)查詢與計算服務(wù)系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，客戶端和服務(wù)器端之間采用SOCKET通訊，性能測試主要是針對服務(wù)端組件進(jìn)行。

圖2 數(shù)據(jù)查詢與計算服務(wù)系統(tǒng)組成示意圖

本測試主要是驗證系統(tǒng)性能是否能夠滿足多用戶使用需求，有明確的訪問實效性要求、并發(fā)服務(wù)能力要求和穩(wěn)定運行要求。因此，在測試中關(guān)注的主要有：單用戶的系統(tǒng)訪問能力、系統(tǒng)在一定數(shù)量的用戶并發(fā)訪問條件下的性能以及系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定工作時間。

經(jīng)過分析，用戶對系統(tǒng)進(jìn)行的操作主要有查詢、下載、存儲、請求計算等四類。為此，在本次測試中，針對四類用戶操作確定了相關(guān)性能指標(biāo)，研究設(shè)計了多種操作的組合，采用參數(shù)化、關(guān)聯(lián)、集合點等技術(shù)錄制了多個測試腳本，確保了多用戶的并發(fā)模擬，然后加載了不同場景進(jìn)行了測試，以下為部分多用戶并發(fā)測試結(jié)果，如表1～表2所示。

表1 多用戶并發(fā)數(shù)據(jù)查詢（循環(huán)20次)

表2 多用戶并發(fā)數(shù)據(jù)下載（文件大小1.93MB)

上述測試包括了并發(fā)訪問時虛擬用戶的最大響應(yīng)時間、最小響應(yīng)時間和平均響應(yīng)時間，結(jié)果表明：船舶數(shù)據(jù)查詢與計算服務(wù)系統(tǒng)的在100個用戶并發(fā)查詢的服務(wù)時間小于0.2s，能滿足使用需求，但20個用戶的典型大小文件并發(fā)下載時間高達(dá)3.5s左右。經(jīng)仔細(xì)分析，系統(tǒng)各資源占用情況均正常，但內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接帶寬不足，改進(jìn)后該指標(biāo)可以滿足使用需求。

4 結(jié)語

系統(tǒng)性能測試作為深入掌握系統(tǒng)能力的方式正不斷受到重視，一個完善的測試方案，能使整個系統(tǒng)性能測試規(guī)范、高效、安全地進(jìn)行，測試過程變得規(guī)范有序。本文提出了一種基于LoadRunner的系統(tǒng)性能測試方案，并結(jié)合船舶數(shù)據(jù)查詢與計算服務(wù)系統(tǒng)的性能測試實施情況，驗證了測試方案的可行性和正確性，改善了系統(tǒng)性能，具有廣泛的實用推廣價值。

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