高校統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)集群壓力測(cè)試研究

文/馮興利 洪丹丹 羅軍鋒 鎖志海

隨著信息化建設(shè)的普及，各高校自主研發(fā)的信息管理系統(tǒng)越來(lái)越多，比如OA辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，為了鑒別登錄系統(tǒng)的用戶身份，身份認(rèn)證系統(tǒng)不可或缺。統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)使得用戶可以使用唯一的NetID登錄學(xué)校幾乎所有信息系統(tǒng)，避免了多個(gè)賬號(hào)帶來(lái)的混亂，也使得其他應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)用戶賬號(hào)的管理更加便捷。

西安交通大學(xué)統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CAS）作為學(xué)校其他應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證入口，面向全部在校師生，主要為應(yīng)用系統(tǒng)提供身份鑒別、用戶信息查詢等服務(wù)。目前，西安交通大學(xué)研究生管理系統(tǒng)、學(xué)生選課系統(tǒng)、本科教務(wù)管理系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)站都使用基于統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)的單點(diǎn)登錄系統(tǒng)。只需登錄一次就可以訪問(wèn)校內(nèi)受統(tǒng)一身份認(rèn)證保護(hù)的各項(xiàng)服務(wù)，為師生帶來(lái)了極大的便利[1]。截至目前，全校共有310個(gè)系統(tǒng)接入了統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)。

統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)在給全校師生提供登錄便利的同時(shí)，也給自身服務(wù)器帶來(lái)了強(qiáng)大的壓力。為此，本文使用Loadrunner 11產(chǎn)生虛擬用戶（Virtual users）來(lái)模擬實(shí)際用戶對(duì)CAS系統(tǒng)施加壓力，進(jìn)一步尋找系統(tǒng)的優(yōu)化空間[2]。

Web性能指標(biāo)

在Web應(yīng)用程序的開發(fā)中，研發(fā)人員在保證項(xiàng)目如期完成的同時(shí)，也在關(guān)注著程序的性能和可靠性。優(yōu)化Web應(yīng)用程序需要參考資源使用情況、瀏覽器兼容性等多項(xiàng)性能指標(biāo)。而在Loadrunner中，衡量Web前端性能通常使用以下三個(gè)指標(biāo)：

1.事務(wù)響應(yīng)時(shí)間

事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間是執(zhí)行一個(gè)操作所需要花費(fèi)的時(shí)間，一定程度上反映了服務(wù)器的處理速度。

業(yè)內(nèi)流行的網(wǎng)站響應(yīng)時(shí)間評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：2秒之內(nèi)被認(rèn)為是“非常有吸引力”的用戶體驗(yàn)；5秒之內(nèi)被認(rèn)為是“比較不錯(cuò)”的用戶體驗(yàn)；10秒之內(nèi)被認(rèn)為是“糟糕”的用戶體驗(yàn)；超過(guò)10秒還沒(méi)有得到響應(yīng)，那么大多數(shù)用戶會(huì)認(rèn)為這次請(qǐng)求是失敗的[3]。

2.每秒點(diǎn)擊次數(shù)

每秒點(diǎn)擊次數(shù)是指用戶每秒向Web服務(wù)器提交的HTTP請(qǐng)求的個(gè)數(shù)，通過(guò)該項(xiàng)指標(biāo)可以評(píng)估用戶產(chǎn)生的負(fù)載量。

3.吞吐量

吞吐量代表用戶每秒從服務(wù)器獲得的數(shù)據(jù)量，單位是字節(jié)。根據(jù)服務(wù)器的吞吐量可以評(píng)估服務(wù)器在Web流量方面的處理能力[4]。

集群測(cè)試環(huán)境配置

本次測(cè)試準(zhǔn)備9臺(tái)虛擬機(jī)，其中一臺(tái)作為主控機(jī)，其他8臺(tái)作為負(fù)載機(jī)[5]。主控機(jī)上安裝完整版的Loadrunner 11，所有負(fù)載機(jī)上安裝負(fù)載發(fā)生器loadrunner generator，同時(shí)配置Loadrunner agent runtime settings configuration，所有虛擬機(jī)啟動(dòng)loadrunner agent process。測(cè)試步驟如下：

1.采用HTML Based方式錄制腳本

在主控機(jī)上進(jìn)行腳本的錄制，因網(wǎng)站采用HTTPS協(xié)議，故錄制腳本前需要對(duì)端口映射進(jìn)行配置，并配置好客戶端指定的.pem格式的證書，之后即可開始錄制腳本[6]：打開統(tǒng)一身份認(rèn)證登錄頁(yè)面，輸入賬號(hào)密碼，點(diǎn)擊登錄（事務(wù)login開始），登錄后返回登錄成功頁(yè)面（事務(wù)login結(jié)束）。錄制成功的腳本中包含了證書部分，如下：

對(duì)錄制好的腳本進(jìn)行修改，將登錄用戶名和密碼參數(shù)化，并添加檢查點(diǎn)，保證所有用戶都能登錄成功，避免因部分用戶賬戶或密碼錯(cuò)誤影響系統(tǒng)性能，同時(shí)對(duì)腳本中的參數(shù)JSESSIONID3進(jìn)行關(guān)聯(lián)[7]。關(guān)聯(lián)方法如下：

2.配置測(cè)試場(chǎng)景

因每年的本科新生選課為統(tǒng)一身份認(rèn)證并發(fā)量最多的一個(gè)階段，每年新入校學(xué)生為4600人左右，故本次測(cè)試最多模擬5000人并發(fā)登錄系統(tǒng)。

在主控機(jī)中模擬100,500,1000,……,5000個(gè)用戶同時(shí)并發(fā)登錄系統(tǒng)，要求瞬時(shí)并發(fā)，以完成登錄操作、返回登錄成功頁(yè)面為準(zhǔn)。為了更好模擬用戶的使用習(xí)慣、節(jié)省時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，在進(jìn)行場(chǎng)景配置時(shí)忽略Thinktime時(shí)間、出現(xiàn)錯(cuò)誤仍繼續(xù)、不下載如js/css/圖片等非HTML資源、每次迭代不模擬新用戶、不清除緩存，以便測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際情況[4]。

3.連接主控機(jī)與負(fù)載機(jī)

在主控機(jī)的Loadrunner generator中添加8個(gè)負(fù)載機(jī)，并進(jìn)行連接測(cè)試，連接就緒后即可進(jìn)行負(fù)載測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果與分析

本次測(cè)試分別模擬100,500,1000,……,5000個(gè)用戶同時(shí)并發(fā)登錄系統(tǒng)，以1000個(gè)用戶瞬時(shí)并發(fā)登錄系統(tǒng)為例，測(cè)試結(jié)果分析概要如圖1所示。

圖1顯示：1000個(gè)用戶并發(fā)登錄系統(tǒng)總計(jì)用時(shí)36s，平均響應(yīng)時(shí)間為0.067s，平均每秒點(diǎn)擊次數(shù)未189.189次，平均吞吐量時(shí)962,027字節(jié)/秒，事務(wù)成功率為100%。90%的用戶登錄的平均響應(yīng)時(shí)間在0.103s以下。由此可見，當(dāng)1000個(gè)用戶并發(fā)登錄系統(tǒng)時(shí)，服務(wù)器的平均響應(yīng)時(shí)間很短，響應(yīng)用戶請(qǐng)求的速度極快。

圖1 1000個(gè)用戶同時(shí)登錄系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果

圖2 運(yùn)行用戶數(shù)和平均事務(wù)響應(yīng)時(shí)間關(guān)聯(lián)

圖3 吞吐量和每秒點(diǎn)擊次數(shù)

圖2為1000用戶并發(fā)登錄系統(tǒng)時(shí)，運(yùn)行用戶數(shù)和平均事務(wù)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)聯(lián)圖，該圖能夠直觀地反映出一方的變化對(duì)另一方的影響。隨著運(yùn)行用戶數(shù)的增加，理論上平均響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該越來(lái)越長(zhǎng)。但圖2顯然不是這樣，其原因在于：在并發(fā)測(cè)試的最后時(shí)刻，所有用戶同時(shí)執(zhí)行一個(gè)事務(wù)，但由于各個(gè)用戶完成事務(wù)所用的時(shí)間長(zhǎng)短不同，比較快完成事務(wù)的用戶，在完成之后就先退出了系統(tǒng)，在這種情況下，系統(tǒng)中運(yùn)行的用戶數(shù)量越來(lái)越少，同時(shí)，由于這些用戶完成事務(wù)比較慢、所用時(shí)間較長(zhǎng)，Loadrunner計(jì)算事務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間也就長(zhǎng)了，所以就出現(xiàn)了圖2中用戶越少事務(wù)響應(yīng)時(shí)間反而越長(zhǎng)的情況。

圖3是1000個(gè)用戶并發(fā)登錄系統(tǒng)時(shí)，吞吐量和每秒點(diǎn)擊次數(shù)的疊加圖。由于每秒點(diǎn)擊次數(shù)反映了客戶端每秒向服務(wù)器提交的請(qǐng)求數(shù)量。客戶端發(fā)出的請(qǐng)求越多，服務(wù)器的吞吐量也應(yīng)該越大，正常情況下，兩者應(yīng)該是一一對(duì)應(yīng)成正比的關(guān)系。圖3正好反映出這種關(guān)系，表明服務(wù)器能夠及時(shí)準(zhǔn)確處理客戶端的請(qǐng)求。

上述是對(duì)1000個(gè)用戶并發(fā)測(cè)試進(jìn)行詳細(xì)分析，接下來(lái)將對(duì)50,100，……，1000個(gè)用戶并發(fā)測(cè)試的平均響應(yīng)時(shí)間、平均每秒點(diǎn)擊次數(shù)、平均吞吐量三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行匯總和分析。

1. 平均響應(yīng)時(shí)間

圖4顯示并發(fā)用戶數(shù)與平均響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，最佳性能的服務(wù)器其平均響應(yīng)時(shí)間隨著并發(fā)數(shù)的增加變得比較平緩?？梢郧逦吹剑S著并發(fā)用戶數(shù)的增加，平均響應(yīng)時(shí)間增幅基本不變，表明系統(tǒng)的處理能力并沒(méi)有隨著并發(fā)用戶數(shù)的增加而下降，非常穩(wěn)定，未受到并發(fā)數(shù)增加的影響。且當(dāng)并發(fā)用戶數(shù)為5000時(shí)，平均響應(yīng)時(shí)間為0.063s，用戶體驗(yàn)非常好。

圖4 并發(fā)用戶數(shù)與平均響應(yīng)時(shí)間

圖5 并發(fā)用戶數(shù)與平均每秒點(diǎn)擊次數(shù)

圖6 并發(fā)用戶數(shù)與平均吞吐量

2. 平均每秒點(diǎn)擊次數(shù)

圖5表示并發(fā)用戶數(shù)與平均每秒點(diǎn)擊次數(shù)的關(guān)系。最佳性能的服務(wù)器每秒處理請(qǐng)求的個(gè)數(shù)是隨著并發(fā)數(shù)的增加而增加的[8]。圖中可以直觀看到：服務(wù)器處理請(qǐng)求的個(gè)數(shù)隨著并發(fā)數(shù)的增加有上升趨勢(shì)，說(shuō)明服務(wù)器處理能力不錯(cuò)，響應(yīng)速度沒(méi)有變慢，能夠及時(shí)處理用戶提交的HTTP請(qǐng)求。

3. 平均吞吐量

圖6為并發(fā)用戶數(shù)與平均吞吐量的關(guān)系。吞吐量即服務(wù)器每秒接受到的數(shù)據(jù)流量。理想狀態(tài)下，服務(wù)器接受到的數(shù)據(jù)流量一定是隨著并發(fā)數(shù)的增加而上升的[9]。該圖清晰的表明當(dāng)并發(fā)數(shù)增加的同時(shí)服務(wù)器接受的數(shù)據(jù)流量存在上升趨勢(shì)。

圖5和圖6兩條曲線走向基本一致，說(shuō)明服務(wù)器能及時(shí)接受客戶端提交的HTTP請(qǐng)求，并能正確返回請(qǐng)求結(jié)果[10]。

通過(guò)本次測(cè)試可看到，西安交通大學(xué)統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)服務(wù)器完全可以承受5000個(gè)用戶的并發(fā)登錄。一般情況下，用戶并發(fā)數(shù)相當(dāng)于實(shí)際用戶數(shù)的四分之一，即5000個(gè)用戶同時(shí)并發(fā)登錄系統(tǒng)，相當(dāng)于20000個(gè)用戶同時(shí)系統(tǒng)在線[11]。本次測(cè)試表明服務(wù)器完全可以承受20000個(gè)用戶系統(tǒng)在線。由平均響應(yīng)時(shí)間、平均吞吐量、平均每秒點(diǎn)擊次數(shù)等軟件性能指標(biāo)可直觀的看出網(wǎng)絡(luò)性能非常優(yōu)秀，客觀地反映出服務(wù)器處理能力很好。有關(guān)服務(wù)器CPU、內(nèi)存等硬件資源的監(jiān)控，還需要在后續(xù)的測(cè)試中進(jìn)一步監(jiān)測(cè)分析。