淺談軟件性能測(cè)試中關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)控與分析

一、軟件性能測(cè)試需要監(jiān)控哪些關(guān)鍵指標(biāo)？

軟件性能測(cè)試的目的主要有以下三點(diǎn)：

?? 評(píng)價(jià)系統(tǒng)當(dāng)前性能，判斷系統(tǒng)是否滿足預(yù)期的性能需求。

?? 尋找軟件系統(tǒng)可能存在的性能問題，定位性能瓶頸并解決問題。

?? 判定軟件系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，預(yù)見系統(tǒng)負(fù)載壓力承受力，在應(yīng)用部署之前，評(píng)估系統(tǒng)性能。

而對(duì)于用戶來說，則最關(guān)注的是當(dāng)前系統(tǒng)：

?? 是否滿足上線性能要求？

?? 系統(tǒng)極限承載如何？

?? 系統(tǒng)穩(wěn)定性如何？

? ? ? ?因此，針對(duì)以上性能測(cè)試的目的以及用戶的關(guān)注點(diǎn)，要達(dá)到以上目的并回答用戶的關(guān)注點(diǎn)，就必須首先執(zhí)行性能測(cè)試并明確需要收集、監(jiān)控哪些關(guān)鍵指標(biāo)，通常情況下，性能測(cè)試監(jiān)控指標(biāo)主要分為：資源指標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)，如下圖所示，資源指標(biāo)與硬件資源消耗直接相關(guān)，而系統(tǒng)指標(biāo)則與用戶場(chǎng)景及需求直接相關(guān)。

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性能測(cè)試監(jiān)控關(guān)鍵指標(biāo)說明：

???資源指標(biāo)

CPU使用率：指用戶進(jìn)程與系統(tǒng)進(jìn)程消耗的CPU時(shí)間百分比，長(zhǎng)時(shí)間情況下，一般可接受上限不超過85%。

內(nèi)存利用率：內(nèi)存利用率=（1-空閑內(nèi)存/總內(nèi)存大小）*100%，一般至少有10%可用內(nèi)存，內(nèi)存使用率可接受上限為85%。

磁盤I/O:?磁盤主要用于存取數(shù)據(jù)，因此當(dāng)說到IO操作的時(shí)候，就會(huì)存在兩種相對(duì)應(yīng)的操作，存數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?yīng)的是寫IO操作，取數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?yīng)的是是讀IO操作，一般使用% Disk Time（磁盤用于讀寫操作所占用的時(shí)間百分比）度量磁盤讀寫性能。

網(wǎng)絡(luò)帶寬：一般使用計(jì)數(shù)器Bytes Total/sec來度量，Bytes Total/sec表示為發(fā)送和接收字節(jié)的速率，包括幀字符在內(nèi)。判斷網(wǎng)絡(luò)連接速度是否是瓶頸，可以用該計(jì)數(shù)器的值和目前網(wǎng)絡(luò)的帶寬比較。

???系統(tǒng)指標(biāo)：

并發(fā)用戶數(shù)：某一物理時(shí)刻同時(shí)向系統(tǒng)提交請(qǐng)求的用戶數(shù)。

在線用戶數(shù)：某段時(shí)間內(nèi)訪問系統(tǒng)的用戶數(shù)，這些用戶并不一定同時(shí)向系統(tǒng)提交請(qǐng)求。

平均響應(yīng)時(shí)間：系統(tǒng)處理事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間的平均值。事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間是從客戶端提交訪問請(qǐng)求到客戶端接收到服務(wù)器響應(yīng)所消耗的時(shí)間。對(duì)于系統(tǒng)快速響應(yīng)類頁(yè)面，一般響應(yīng)時(shí)間為3秒左右。

事務(wù)成功率：性能測(cè)試中，定義事務(wù)用于度量一個(gè)或者多個(gè)業(yè)務(wù)流程的性能指標(biāo)，如用戶登錄、保存訂單、提交訂單操作均可定義為事務(wù)，如下圖所示：

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單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)可以成功完成多少個(gè)定義的事務(wù)，在一定程度上反應(yīng)了系統(tǒng)的處理能力，一般以事務(wù)成功率來度量，計(jì)算公式如下所示：

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超時(shí)錯(cuò)誤率：主要指事務(wù)由于超時(shí)或系統(tǒng)內(nèi)部其它錯(cuò)誤導(dǎo)致失敗占總事務(wù)的比率。

二、如何監(jiān)控關(guān)鍵指標(biāo)？

???資源指標(biāo)監(jiān)控

主要針對(duì)各服務(wù)器系統(tǒng)平臺(tái)（Windows、Linux、Unix等）資源使用進(jìn)行監(jiān)控。

可以使用系統(tǒng)自帶的性能監(jiān)控工具或者第三方工具進(jìn)行監(jiān)控，如Windows系統(tǒng)自帶的“系統(tǒng)性能監(jiān)視器”，如下圖所示：

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Linux系統(tǒng)下，free、vmstat、sar、iostat等命令監(jiān)控內(nèi)存、CPU、磁盤IO等的使用情況，如下圖所示：

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第三方監(jiān)控工具，如spotlight，spotlight是quest公司開發(fā)的一款可以針對(duì)多種系統(tǒng)平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)控的可視化工具，如下圖所示：

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Nmon是IBM提供的監(jiān)控AIX和Linux系統(tǒng)資源的免費(fèi)工具，可以對(duì)收集的資源信息通過Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析形成直觀的統(tǒng)計(jì)圖，如下圖所示：

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???系統(tǒng)指標(biāo)監(jiān)控

系統(tǒng)指標(biāo)監(jiān)控一般通過性能測(cè)試工具（如LoadRunner、Jmeter等）以圖形化方式監(jiān)控，如下圖所示，并發(fā)用戶數(shù)與平均響應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖。

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三、如何分析監(jiān)控的關(guān)鍵指標(biāo)？

通過第二部分監(jiān)控收集到性能度量關(guān)鍵指標(biāo)，如何進(jìn)行分析，并判斷是否存在性能瓶頸呢？以下主要從資源指標(biāo)與系統(tǒng)指標(biāo)兩方面進(jìn)行闡述。

????資源指標(biāo)分析

判斷CPU是否是瓶頸的方法：一般情況下CPU滿負(fù)荷工作，有時(shí)候并不能判定為CPU出現(xiàn)瓶頸，比如Linux總是試圖要CPU盡可能的繁忙，使得任務(wù)的吞吐量最大化，即CPU盡可能最大化使用。因此，一般判斷CPU為瓶頸，主要從兩方面：一是CPU空閑持續(xù)為0，二是運(yùn)行隊(duì)列大于CPU核數(shù)（經(jīng)驗(yàn)值3-4倍），即可判定存在瓶頸，對(duì)于CPU高消耗主要由什么引起的，可能是應(yīng)用程序不合理造成，也可能是硬件資源不足，需要具體問題具體分析，比如問題SQL語(yǔ)句引起，則需要跟蹤并優(yōu)化引起CPU使用過高的SQL語(yǔ)句。

判斷內(nèi)存是否是瓶頸的方法：一般至少有10%可用內(nèi)存，內(nèi)存使用率可接受上限為85%。當(dāng)空閑內(nèi)存變小時(shí)，系統(tǒng)開始頻繁地調(diào)動(dòng)磁盤頁(yè)面文件，空閑內(nèi)存過小可能是內(nèi)存不足或內(nèi)存泄漏引起，需要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況監(jiān)控分析。

判斷磁盤I/O是否是瓶頸的方法：磁盤I/O對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件服務(wù)器、流媒體服務(wù)器系統(tǒng)來說，更容易成為瓶頸，一般從以下幾個(gè)方面對(duì)磁盤I/O進(jìn)行分析判斷：

①??? 計(jì)算每磁盤I/O數(shù)

每磁盤I/O數(shù)可用來與磁盤的I/O能力進(jìn)行對(duì)比，如果經(jīng)過計(jì)算得到的每磁盤I/O數(shù)超過了磁盤標(biāo)稱的I/O能力，則說明確實(shí)存在磁盤的性能瓶頸，每磁盤I/O計(jì)算方法如下表：

RAID類型	計(jì)算方法
RAID0	(Reads+Writes)/Numbers of Disks
RAID1	(Reads+2*Writes)/2
RAID5	[Reads+(4*Writes)] /Numbers of Disks
RAID10	[Reads+(2*Writes)] /Numbers of Disks

②??? 監(jiān)控磁盤讀寫，如果磁盤長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行大數(shù)據(jù)量讀寫操作，且cpu等待超過20%，則說明磁盤I/O存在問題，考慮提高磁盤I/O讀寫性能。

判斷網(wǎng)絡(luò)帶寬是否是瓶頸的方法：判斷網(wǎng)絡(luò)帶寬是否是系統(tǒng)運(yùn)行性能瓶頸的首要條件是網(wǎng)絡(luò)帶寬是否會(huì)影響系統(tǒng)交易執(zhí)行性能。例如：減小網(wǎng)絡(luò)帶寬，并發(fā)用戶數(shù)、響應(yīng)時(shí)間與事務(wù)通過率等性能指標(biāo)是否不能接受；或者增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，并發(fā)用戶數(shù)、響應(yīng)時(shí)間與事務(wù)通過率等性能指標(biāo)會(huì)得到明顯提高。

在實(shí)際性能測(cè)試中，如果發(fā)現(xiàn)始終報(bào)連接超時(shí)，而實(shí)際手工訪問可以正常訪問，可以通過ping應(yīng)用服務(wù)器IP或網(wǎng)關(guān)IP，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重延遲或丟包，則說明網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，需要檢查網(wǎng)絡(luò)。

通過對(duì)資源指標(biāo)四個(gè)指標(biāo)的分析，實(shí)際上各個(gè)方面都是互相依賴的，不能孤立的單從某個(gè)方面進(jìn)行排查。當(dāng)一個(gè)方面出現(xiàn)性能問題時(shí)，往往會(huì)引發(fā)其他方面的性能問題，例如，大量的磁盤讀寫勢(shì)必消耗CPU和IO資源，而內(nèi)存的不足會(huì)導(dǎo)致頻繁地進(jìn)行內(nèi)存頁(yè)寫入磁盤、磁盤寫到內(nèi)存的操作，造成磁盤IO瓶頸，同時(shí)，大量的網(wǎng)絡(luò)流量也會(huì)造成CPU過載，所以，在分析性能問題時(shí)，需要從各個(gè)方面進(jìn)行考慮。

???系統(tǒng)指標(biāo)分析

并發(fā)用戶數(shù)：系統(tǒng)能夠支持的用戶數(shù)是系統(tǒng)容量的重要標(biāo)志，并發(fā)用戶數(shù)用于度量系統(tǒng)在高并發(fā)量訪問下，系統(tǒng)的并行處理能力，一般如果系統(tǒng)中存在死鎖、資源爭(zhēng)用，在并發(fā)訪問下，由于請(qǐng)求處于隊(duì)列等待中，系統(tǒng)響應(yīng)就會(huì)隨著時(shí)間變慢。

一般情況下，選用高吞吐量、高數(shù)據(jù)庫(kù)I/O、高商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的業(yè)務(wù)功能進(jìn)行并發(fā)用戶訪問測(cè)試。

判斷系統(tǒng)能夠承受的最大并發(fā)用戶數(shù)，通常以滿足以下條件為準(zhǔn)：

1、業(yè)務(wù)功能操作平均響應(yīng)時(shí)間在合理范圍之內(nèi)

2、事務(wù)成功率在合理范圍之內(nèi)

3、 系統(tǒng)運(yùn)行無故障（無異常宕機(jī)）

4、系統(tǒng)資源指標(biāo)使用在合理范圍內(nèi)

平均響應(yīng)時(shí)間：對(duì)于客戶端用戶來說，最直觀的體驗(yàn)就是訪問該頁(yè)面快或者慢，即響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。比如在持續(xù)并發(fā)性能測(cè)試過程中，客戶感知訪問應(yīng)用很慢，監(jiān)控到的平均響應(yīng)時(shí)間也逐漸變長(zhǎng)，這時(shí)就需要先借助于監(jiān)控到的資源指標(biāo)，首先排除資源方面的限制因素，再?gòu)膽?yīng)用本身進(jìn)行定位，如可以采用頁(yè)面細(xì)分工具（如httpwatch、Loadrunner Anaysis中的頁(yè)面組件細(xì)分）分析響應(yīng)比較慢的頁(yè)面。

事務(wù)成功率、超時(shí)出錯(cuò)率：事務(wù)成功率越高，則表明系統(tǒng)處理能力越大；而失敗事務(wù)主要由于系統(tǒng)響應(yīng)慢，導(dǎo)致訪問業(yè)務(wù)功能超時(shí)，或者系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能異常，不能正常訪問等，需要根據(jù)事務(wù)錯(cuò)誤提示信息，具體分析。

綜上所述，軟件性能測(cè)試是執(zhí)行、監(jiān)控—〉分析—〉調(diào)優(yōu)不斷進(jìn)行的過程，即監(jiān)控是為分析提供更多的參考數(shù)據(jù)，分析是為了進(jìn)行調(diào)優(yōu)，調(diào)優(yōu)是解決當(dāng)前系統(tǒng)存在的性能瓶頸，為用戶提供更好、更快的客戶體驗(yàn)。由于分析、調(diào)優(yōu)需要根據(jù)具體問題進(jìn)行具體分析，本文未做過多說明，只對(duì)通用的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控分析，建議在實(shí)際工作中可從資源指標(biāo)與系統(tǒng)指標(biāo)兩個(gè)方面，層層檢測(cè)、步步排查，性能問題就無處藏身，一旦找到出現(xiàn)問題的原因，性能問題也就迎刃而解！

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【注】文章中有部分來自網(wǎng)絡(luò)或其它書籍中的資料進(jìn)行了綜合整理。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/wangcp-2014/p/4932671.html

與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

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