基于性能測試工具A-pache ab實現(xiàn)網(wǎng)格服務的功能測試和壓力測試

1引言

隨著Web Services和網(wǎng)格服務的出現(xiàn)，服務器需要支持用戶的QoS（Quality of Service）需求和特定用戶的SLA（Ser-vice Level Agreement），并且服務器性能的高低直接影響電子商務的開展和用戶的滿意度。因此，在服務部署之前需要對服務器進行性能測試（壓力測試）并根據(jù)測試結(jié)果確定服務器所能支持的服務質(zhì)量。

對現(xiàn)有的超文本傳輸協(xié)議（HTTP）的性能測試工具A-pache ab的請求信息初始化、結(jié)果分析等進行了擴展，實現(xiàn)了基于服務等級的網(wǎng)格服務的功能測試和壓力測試。并對測試結(jié)果進行必要的統(tǒng)計分析。還修改了Apache ah中的多請求發(fā)送過程，使其請求分布符合泊松分布，更加準確的模擬真實的網(wǎng)絡分組到達情況，從而得到更加可信的結(jié)果。

2 基于QoS的網(wǎng)格服務質(zhì)量保證框架

在網(wǎng)格環(huán)境中，由于節(jié)點的不穩(wěn)定性（可以隨時加入或退出）而導致存在大量暫時性的服務。采取逐個簽訂SLA的做法，不但會增加運行消耗，也會降低暫時性服務的靈活性。SLA是Web服務質(zhì)量得以保證的重要協(xié)議，它存放了Web服務中的約束信息和管理信息。因此將WSOL（Web Service0ffering Language）中用于描述客戶QoS需求的服務等級概念引入到網(wǎng)格服務中，并以服務等級為中心，形成了包括服務等級定義、注冊發(fā)布、部署以及服務等級監(jiān)控3部分的服務質(zhì)量保證框架。該框架的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于性能測試工具A-pache ab實現(xiàn)網(wǎng)格服務的功能測試和壓力測試

服務提供方根據(jù)自己的處理能力確定所能支持的服務等級，并將對應的WSDL（Web Service Deseiption Language）和CGSL（Class of Grid Service Language）文檔發(fā)送給服務注冊中心注冊。用戶通過查找和選取服務提供方所提供的服務等級來表示對服務質(zhì)量的需求。網(wǎng)格服務節(jié)點根據(jù)用戶選擇的服務等級對用戶實行服務區(qū)分，采取一定的監(jiān)控措施監(jiān)控服務等級的滿足情況，并且利用監(jiān)控結(jié)果對網(wǎng)格服務環(huán)境實時調(diào)整以確保最佳服務狀態(tài)。

采用WRR（Weighted Round Robin）隊列調(diào)度算法。保證區(qū)分不同服務等級的請求，優(yōu)先保證高服務等級的服務質(zhì)量。這種支持網(wǎng)格服務等級的請求調(diào)度策略是在HP支持Web QoS的服務器軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎上提出的，以服務等級為劃分標準，將不同服務等級的請求分發(fā)到具有不同優(yōu)先級的等待隊列中，在部署服務等級時，以保證不同服務等級的服務質(zhì)量。

目前優(yōu)秀的HTTP壓力測試工具主要有QALoad（Compuware）、LoadRunner（Mercury Interactive）、Web Application StressTool（Microsoft）和Apache ab等。但從擴展難易程度、執(zhí)行效率、跨平臺性以及實際需求幾方面綜合考慮，最終確定Apache ab為擴展對象。

Apache ab是Apache提供的一種超文本傳輸協(xié)議（HTTP）的性能測試工具。其設計意圖是描繪所安裝的Apache在多請求環(huán)境下的執(zhí)行性能。在使用Apache ab時，可使用其提供的選項參數(shù)滿足各種測試的需要。Apache ab的簡要流程如圖2所示。

3 Apache ab的擴展

通過對源代碼的分析及其流程的剖析可得出Apache ab存在一些不足，主要表現(xiàn)在沒有完整地實現(xiàn)HTTP／1.x，僅接受某些“預想”的響應格式；請求分布過于簡單，僅僅是同時建立多次連接，無法模擬真實的網(wǎng)絡請求情況：測試結(jié)果只是針對總體測試而言，沒有單個請求的測試信息；對命令行參數(shù)、服務器的響應頭和其他外部輸入的解析也很簡單，這可能會有不良后果；不支持Web Service，Grid Service。

3．1 修改請求信息

為了支持基于服務等級的網(wǎng)格服務的功能測試和壓力測試，把Apache ab中HTTP頭的初始化修改成SOAP請求的構(gòu)造。采用了直接構(gòu)造SOAP消息并發(fā)送的方式來請求服務并獲取返回消息，需要對ab進行修改：①SOAP是一個HTTP POST請求，另外Content-Type必須指定為text／xml；charset=utf-8用于指明服務器腳本應該動態(tài)生成XML文檔以及字符編碼應該為UTF一8（否則會出現(xiàn)編碼錯誤）；②在HTTP頭中增加SOAPAction字段，使服務器能正確的過濾HTTP中SOAP請求消息；③一個SOAP請求的HTTP體是一個XML文檔，包含請求服務的參數(shù)信息，這個XML就是SOAP信封，所以在構(gòu)造SOAP請求時，必須在HTTP頭初始化完畢后附加SOAP信封。為了讓服務器準確的獲取SOAP信封，必須在SOAP信封前加上HTTP體的長度（即SOAP信封的長度）；④為了支持基于服務等級的網(wǎng)格服務測試，程序中還隨機生成了各種服務等級并附加在SOAP請求中，用于模擬請求基于服務等級的網(wǎng)格服務。由于單一的HTTP請求信息是唯一的，所以Apache ab中只對HTTP請求初始化一次即可。這種情況在具有多服務等級的網(wǎng)格服務中是不適用的，所以，對SOAP請求的構(gòu)造必須在發(fā)送前進行多次。

3．2 修改請求發(fā)送過程

為了更加準確的模擬真實的網(wǎng)絡請求，從而獲取更加可信的測試結(jié)果，必須修改Apache ab中請求分布，使其更符合真實的網(wǎng)絡請求。因為在Apache ab中，多請求的情況是通過與服務器同時建立多次連接來模擬的，這并不符合真實的網(wǎng)絡請求狀況。

為了模擬網(wǎng)格環(huán)境中真實的服務請求，對Apache ab中的請求分布進行修改使其符合泊松分布，通過近似真實的網(wǎng)絡請求獲取更加準確的測試結(jié)果。泊松分布是一種分布規(guī)律，在統(tǒng)計中常用于描述時間、平面或空間中“質(zhì)點”數(shù)的隨機分布規(guī)律，也是目前比較公認的一般網(wǎng)絡分組到達的分布。

（1）式中給出了在時間t內(nèi)到達k個幀的概率Pk（t）的計算方法，其中λ是平均到達間隔的倒數(shù)。

實驗中，根據(jù)公式分別計算k=0，k=1，k=2的概率，然后通過概率的相加獲得k≤0，k≤1，k≤2對應的概率，由程序生成一個0～1的隨機數(shù)與上一步結(jié)果比較，從而確定每秒鐘請求的個數(shù)。連續(xù)進行數(shù)百秒測試，驗證擴展的正確性，可以看出擴展后的Apache ab服務請求分布近似于泊松分布。測試結(jié)果統(tǒng)計如圖3所示，計算結(jié)果如圖4所示。

3．3 修改輸出結(jié)果

實驗中，還需要修改Apache ab的輸出結(jié)果，使其可以打印出單個服務的請求到達時間、完成時間、耗費時間以及服務等級信息。目的在于觀察統(tǒng)計單個服務的執(zhí)行情況以及不同服務等級請求的排隊和調(diào)度情況。在每次建立連接前獲取系統(tǒng)的當前時間即請求到達時間，關(guān)閉連接后獲取系統(tǒng)的當前時間即完成時間并計算兩次時間的間隔即耗費時間，服務等級信息可以從請求服務的SOAP中獲取。圖5程序輸出結(jié)果是一個服務的執(zhí)行信息。

4 服務的壓力測試

為了驗證擴展后的Apache ab具有支持網(wǎng)格環(huán)境下網(wǎng)格服務壓力測試功能，并具有一定的統(tǒng)計分析功能，在globus環(huán)境下部署了一個Math服務作為測試對象并修改其中的add操作，采用執(zhí)行過程中空等30 s這種方式模擬服務的執(zhí)行過程。并且，設置globus的最大服務進程數(shù)為4個即如果系統(tǒng)中到達請求數(shù)超過4個就要等待（可理解為服務的能力），分別以請求到達數(shù)為1個、2個…25個為測試用例描述服務平均響應時間的變化情況。在同一臺主機（AMD Sempron2500+，448MB RAM）上同時運行服務和測試程序后，得到如圖6所示的結(jié)果。目的在于支持多個用戶并行訪問服務并且系統(tǒng)能很快超載。綜上所述，測試目的確定為測試服務的平均響應時間，因為服務是模擬的，其執(zhí)行過程是空等30 s，CPU利用率、內(nèi)存占有情況等無法表示節(jié)點當前的性能，只有平均響應時間能反映真實的服務情況。