淺談WEB服務(wù)器性能瓶頸的分析方法

趙 攀 殷啟超

（甘肅省蘭州石化公司研究院，甘肅 蘭州 730060）

在一個軟件應(yīng)用系統(tǒng)中，不管是C/S架構(gòu)還是B/S架構(gòu)，服務(wù)器都扮演著舉足輕重的角色。它象一個交通系統(tǒng)的樞紐，所以系統(tǒng)對服務(wù)器的要求都非常高，而在實際工作中對服務(wù)器的測試目的就是為了能夠找出服務(wù)器的性能瓶頸并進(jìn)行優(yōu)化。一個完整的服務(wù)器系統(tǒng)，是由硬件和軟件共同組成的。軟件和硬件是相輔相成的，只有做到“軟硬兼施”才能更大的發(fā)揮服務(wù)器的性能，提高服務(wù)器的穩(wěn)定性。一般的應(yīng)用軟件都是以系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)來運行的，而操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中最基礎(chǔ)、最核心的部分。當(dāng)談及“性能瓶頸”這個術(shù)語時，映入腦海的主要熱點詞匯就是中央處理器，內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)問題阻礙服務(wù)器性能。這些都是探尋性能瓶頸問題的主要方面，但是它們并非性能問題產(chǎn)生的唯一原因。

1 常見性能問題

1.1 中央處理器（CPU）

中央處理器是服務(wù)器的大腦，是進(jìn)行計算和指令運行的所在。中央處理器可以處理數(shù)百萬條計算和指令，但是當(dāng)所運行的計算數(shù)量超出了中央處理器的容量就會導(dǎo)致性能問題。中央處理器所承受的計算負(fù)載數(shù)量超過75%時就將讓整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)緩慢。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷在短期內(nèi)達(dá)到100%時，中央處理器需要一些空間來應(yīng)付爆炸性的高峰。中央處理器負(fù)荷是導(dǎo)致性能瓶頸的主要原因之一。

1.2 內(nèi)存（Memory）

當(dāng)性能問題指向內(nèi)存時，解決性能平靜的共識就是增加更多的內(nèi)存。不過這種做法只在短期內(nèi)是有效的。因內(nèi)存導(dǎo)致的性能瓶頸通常源于設(shè)計欠缺的軟件（內(nèi)存缺口）或者其他由內(nèi)存反映出來的系統(tǒng)漏洞。解決內(nèi)存性能問題的關(guān)鍵是在再增加更多的隨機(jī)存儲器之前找到性能癥狀的根源。內(nèi)存使用情況可能是系統(tǒng)性能中最重要的因素。如果系統(tǒng)“頁交換”頻繁，說明內(nèi)存不足。“頁交換”是使用稱為“頁面”的單位，將固定大小的代碼和數(shù)據(jù)塊從 RAM移動到磁盤的過程，其目的是為了釋放內(nèi)存空間。盡管某些頁交換使Windows 2003能夠使用比 實際更多的內(nèi)存，也是可以接受的，但頻繁的頁交換將降低系統(tǒng)性能。減少頁交換將顯著提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。

1.3 網(wǎng)絡(luò)（NET）

網(wǎng)絡(luò)往往被大家認(rèn)為是一種常見的性能瓶頸來源，但是事實上并非如此。除非有一個網(wǎng)絡(luò)組件發(fā)生硬件故障。所以在你懷疑“網(wǎng)絡(luò)”性能出現(xiàn)問題的時候最好檢查一下其它地方。網(wǎng)絡(luò)上感知到的運行緩慢問題通常應(yīng)該指CPU、內(nèi)存、惡意軟件、工作負(fù)載、系統(tǒng)文件等其他問題。撇開網(wǎng)絡(luò)的吞吐總量以及響應(yīng)速度不講，在高負(fù)載的環(huán)境下，系統(tǒng)的突發(fā)傳輸速率是非常重要的。盡管通過單一的T1或T3傳輸速率提供的總帶寬對一個特定的站點而言也許綽綽有余，但其最大的傳輸速率（T1下為1.5mbit/s，T3下為4.5mbit/s）也可能不足以應(yīng)付系統(tǒng)的高峰傳輸負(fù)載。在用戶訪問的高峰期，某些站點也許根本無法訪問。這樣的站點在用戶企圖訪問它時顯得慢如蝸牛，而服務(wù)器自身卻仍舊非常空閑。

2 問題分析

2.1 處理器分析

2.1.1 首先看SystemTotal Processor Time性能計數(shù)器的計數(shù)值

該計數(shù)器的值體現(xiàn)服務(wù)器整體處理器利用率，對多處理器的系統(tǒng)而言，該計數(shù)器提醒所有CPU的平均利用率。如果該值持續(xù)超過90%，則說明整個系統(tǒng)面臨著處理器方面的瓶頸，需要通過增加處理器來提高性能。

2.1.2 其次查看每個CPU的ProcessorProcessor Time和ProcessorUser Time和ProcessorPrivileged Time

ProcessorUser Time是系統(tǒng)非核心操作消耗的CPU時間，如果該值較大，可以考慮是否能通過友好算法等方法降低這個值。如果該服務(wù)器是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，ProcessorUser Time值大的原因很可能是數(shù)據(jù)庫的排序或是函數(shù)操作消耗了過多的CPU時間，此時可以考慮對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2.1.3 研究系統(tǒng)處理器瓶頸

查看 SystemProcessor Queue Length計數(shù)器的值，當(dāng)該計數(shù)器的值大于CPU數(shù)量的總數(shù)＋1時，說明產(chǎn)生了處理器阻塞。在處理器的Process Time很高時，一般都隨處理器阻塞，但產(chǎn)生處理器阻塞時，ProcessorProcess Time計數(shù)器的值并不一定很大，此時就必須查找處理器阻塞的原因。

2.2 內(nèi)存分析方法

內(nèi)存分析用于判斷系統(tǒng)有無內(nèi)存瓶頸，是否需要通過增加內(nèi)存等手段提高系統(tǒng)性能表現(xiàn)。內(nèi)存分析需要使用的計數(shù)器：Memory類別和Physical Disk類別的計數(shù)器。內(nèi)存分析的主要方法和步驟：

2.2.1 首先查看MemoryAvailable Mbytes指標(biāo)

如果該指標(biāo)的數(shù)據(jù)比較小，系統(tǒng)可能出現(xiàn)了內(nèi)存方面的問題，需要繼續(xù)下面步驟進(jìn)一步分析。

2.2.2 注意Pages/sec、Pages Read/sec和Page Faults/sec的值

操作系統(tǒng)會利用磁盤較好的方式提高系統(tǒng)可用內(nèi)存量或者提高內(nèi)存的使用效率。這三個指標(biāo)直接反應(yīng)了操作系統(tǒng)進(jìn)行磁盤交換的頻度。如果Pages/sec的計數(shù)持續(xù)高于幾百，可能有內(nèi)存問題。但Pages/sec值不一定就表明有內(nèi)存問題，可能是運行使用內(nèi)存映射文件的程序所致。Page Faults/sec說明每秒發(fā)生頁面失效次數(shù)，頁面失效次數(shù)越多，說明操作系統(tǒng)向內(nèi)存讀取的次數(shù)越多。此事需要查看Pages Read/sec的計數(shù)值，該計數(shù)器的閥值為5，如果計數(shù)值超過5，則可以判斷存在內(nèi)存方面的問題。

2.2.3 根據(jù)Physical Disk計數(shù)器的值分析性能瓶頸

對Physical Disk計數(shù)器的分析包括對Page Reads/sec和Disk Time及Aerage Disk Queue Length的分析。如果Pages Read/sec很低，同時Disk Time和Average Disk Queue Length的值很高，則可能有磁盤瓶頸。但是，如果隊列長度增加的同時Pages Read/sec并未降低，則是內(nèi)存不足。

2.3 網(wǎng)絡(luò)分析方法

Network InterfaceBytes Total/sec為發(fā)送和接收字節(jié)的速率，可以通過該計數(shù)器值來判斷網(wǎng)絡(luò)鏈接速度是否是瓶頸，具體操作方法是用該計數(shù)器的值和目前網(wǎng)絡(luò)的帶寬進(jìn)行相除,結(jié)果小于50%。在實際測試過程中可以使用IOMeter進(jìn)行如下測量：

2.3.1 Max IO

為了得到完整的磁盤性能數(shù)據(jù)，可以測試512Bytes到512MBytes等多種數(shù)據(jù)塊大小，并分別測試了100%讀取操作或100%寫入操作下的表現(xiàn)，測試隨機(jī)率可以從0%-100%，用于檢測磁盤子系統(tǒng)的最大輸入輸出能力。從所有的數(shù)據(jù)中，可以分別得到的數(shù)據(jù)指IOps（每秒操作數(shù)）以及MBps（傳輸速率）。

2.3.2 File Server

文件服務(wù)器應(yīng)用在一個多用戶或網(wǎng)絡(luò)化的環(huán)境中專門用于文件的儲存，恢復(fù)和管理。不同用戶的訪問形成了多線程，因此，其工作負(fù)載是隨機(jī)性的。輸入輸出大小是可變的，取決于所操作的文件大小。讀/寫分布也是變化的?？偟膩碚f，一個頻繁使用的多用戶服務(wù)器應(yīng)該采用較高的隊列深度來模擬。

2.3.3 Web Server

網(wǎng)站服務(wù)器應(yīng)用于處理多用戶通過Internet或Intranet進(jìn)行的訪問。這些請求具有典型的隨機(jī)性，并且在用戶訪問不同頁面或視頻應(yīng)用時大量偏向于讀請求。同樣，一個訪問頻繁網(wǎng)站服務(wù)器也應(yīng)該采用較高的隊列深度來模擬。最后，測試讀取尺寸從512Bytes到512KB不等，100%讀取操作，隨機(jī)率為100%，用于模擬Web服務(wù)器的性能。在實際的桌面環(huán)境中，小于4KB的塊訪問數(shù)量不少，但是由于操作系統(tǒng)的緩存的存在而具有一定的降低，主要的塊大小基于4KB。

3 分析小結(jié)

影響web服務(wù)器性能的因素數(shù)之不盡，要限制這些因素發(fā)揮作用，只能充分發(fā)揮人們的創(chuàng)造性思維。用來發(fā)布不同類型頁面的Web系統(tǒng)對硬件的要求也是不一樣的。本文只是粗略地介紹了搭建一個Web服務(wù)器要考慮的因素，我希望它能幫助你更好地去理解這些系統(tǒng)要求。在這個基礎(chǔ)之上，今后，我們還將發(fā)表一些文章，介紹一下在Web服務(wù)器環(huán)境下的Athlon系統(tǒng)、對稱多處理（SMP）系統(tǒng)以及它們在Web環(huán)境下的性能表現(xiàn)。