分級(jí)網(wǎng)格服務(wù)的APache ab測(cè)試分析

1 引言
    隨著Web Services和網(wǎng)格服務(wù)的出現(xiàn)，服務(wù)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(wù)器性能的高低直接影響電子商務(wù)的開展和用戶的滿意度。因此，在服務(wù)部署之前需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行性能測(cè)試(壓力測(cè)試)并根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定服務(wù)器所能支持的服務(wù)質(zhì)量。
    對(duì)現(xiàn)有的超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的性能測(cè)試工具A-pache ab的請(qǐng)求信息初始化、結(jié)果分析等進(jìn)行了擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了基于服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)格服務(wù)的功能測(cè)試和壓力測(cè)試。并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)分析。還修改了Apache ah中的多請(qǐng)求發(fā)送過程，使其請(qǐng)求分布符合泊松分布，更加準(zhǔn)確的模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)分組到達(dá)情況，從而得到更加可信的結(jié)果。

2 基于QoS的網(wǎng)格服務(wù)質(zhì)量保證框架
    在網(wǎng)格環(huán)境中，由于節(jié)點(diǎn)的不穩(wěn)定性(可以隨時(shí)加入或退出)而導(dǎo)致存在大量暫時(shí)性的服務(wù)。采取逐個(gè)簽訂SLA的做法，不但會(huì)增加運(yùn)行消耗，也會(huì)降低暫時(shí)性服務(wù)的靈活性。SLA是Web服務(wù)質(zhì)量得以保證的重要協(xié)議，它存放了Web服務(wù)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(wù)等級(jí)概念引入到網(wǎng)格服務(wù)中，并以服務(wù)等級(jí)為中心，形成了包括服務(wù)等級(jí)定義、注冊(cè)發(fā)布、部署以及服務(wù)等級(jí)監(jiān)控3部分的服務(wù)質(zhì)量保證框架。該框架的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    服務(wù)提供方根據(jù)自己的處理能力確定所能支持的服務(wù)等級(jí)，并將對(duì)應(yīng)的WSDL(Web Service Deseiption Language)和CGSL(Class of Grid Service Language)文檔發(fā)送給服務(wù)注冊(cè)中心注冊(cè)。用戶通過查找和選取服務(wù)提供方所提供的服務(wù)等級(jí)來表示對(duì)服務(wù)質(zhì)量的需求。網(wǎng)格服務(wù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶選擇的服務(wù)等級(jí)對(duì)用戶實(shí)行服務(wù)區(qū)分，采取一定的監(jiān)控措施監(jiān)控服務(wù)等級(jí)的滿足情況，并且利用監(jiān)控結(jié)果對(duì)網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)整以確保最佳服務(wù)狀態(tài)。
    采用WRR(Weighted Round Robin)隊(duì)列調(diào)度算法。保證區(qū)分不同服務(wù)等級(jí)的請(qǐng)求，優(yōu)先保證高服務(wù)等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。這種支持網(wǎng)格服務(wù)等級(jí)的請(qǐng)求調(diào)度策略是在HP支持Web QoS的服務(wù)器軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出的，以服務(wù)等級(jí)為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將不同服務(wù)等級(jí)的請(qǐng)求分發(fā)到具有不同優(yōu)先級(jí)的等待隊(duì)列中，在部署服務(wù)等級(jí)時(shí)，以保證不同服務(wù)等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。
    目前優(yōu)秀的HTTP壓力測(cè)試工具主要有QALoad(Compuware)、LoadRunner(Mercury Interactive)、Web Application StressTool(Microsoft)和Apache ab等。但從擴(kuò)展難易程度、執(zhí)行效率、跨平臺(tái)性以及實(shí)際需求幾方面綜合考慮，最終確定Apache ab為擴(kuò)展對(duì)象。
    Apache ab是Apache提供的一種超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的性能測(cè)試工具。其設(shè)計(jì)意圖是描繪所安裝的Apache在多請(qǐng)求環(huán)境下的執(zhí)行性能。在使用Apache ab時(shí)，可使用其提供的選項(xiàng)參數(shù)滿足各種測(cè)試的需要。Apache ab的簡(jiǎn)要流程如圖2所示。

3 Apache ab的擴(kuò)展
    通過對(duì)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(shí)現(xiàn)HTTP／1.x，僅接受某些“預(yù)想”的響應(yīng)格式；請(qǐng)求分布過于簡(jiǎn)單，僅僅是同時(shí)建立多次連接，無法模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求情況：測(cè)試結(jié)果只是針對(duì)總體測(cè)試而言，沒有單個(gè)請(qǐng)求的測(cè)試信息；對(duì)命令行參數(shù)、服務(wù)器的響應(yīng)頭和其他外部輸入的解析也很簡(jiǎn)單，這可能會(huì)有不良后果；不支持Web Service，Grid Service。
3．1 修改請(qǐng)求信息
    為了支持基于服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)格服務(wù)的功能測(cè)試和壓力測(cè)試，把Apache ab中HTTP頭的初始化修改成SOAP請(qǐng)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(qǐng)求服務(wù)并獲取返回消息，需要對(duì)ab進(jìn)行修改：①SOAP是一個(gè)HTTP POST請(qǐng)求，另外Content-Type必須指定為text／xml；charset=utf-8用于指明服務(wù)器腳本應(yīng)該動(dòng)態(tài)生成XML文檔以及字符編碼應(yīng)該為UTF一8(否則會(huì)出現(xiàn)編碼錯(cuò)誤)；②在HTTP頭中增加SOAPAction字段，使服務(wù)器能正確的過濾HTTP中SOAP請(qǐng)求消息；③一個(gè)SOAP請(qǐng)求的HTTP體是一個(gè)XML文檔，包含請(qǐng)求服務(wù)的參數(shù)信息，這個(gè)XML就是SOAP信封，所以在構(gòu)造SOAP請(qǐng)求時(shí)，必須在HTTP頭初始化完畢后附加SOAP信封。為了讓服務(wù)器準(zhǔn)確的獲取SOAP信封，必須在SOAP信封前加上HTTP體的長(zhǎng)度(即SOAP信封的長(zhǎng)度)；④為了支持基于服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)格服務(wù)測(cè)試，程序中還隨機(jī)生成了各種服務(wù)等級(jí)并附加在SOAP請(qǐng)求中，用于模擬請(qǐng)求基于服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)格服務(wù)。由于單一的HTTP請(qǐng)求信息是唯一的，所以Apache ab中只對(duì)HTTP請(qǐng)求初始化一次即可。這種情況在具有多服務(wù)等級(jí)的網(wǎng)格服務(wù)中是不適用的，所以，對(duì)SOAP請(qǐng)求的構(gòu)造必須在發(fā)送前進(jìn)行多次。
3．2 修改請(qǐng)求發(fā)送過程
    為了更加準(zhǔn)確的模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，從而獲取更加可信的測(cè)試結(jié)果，必須修改Apache ab中請(qǐng)求分布，使其更符合真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。因?yàn)樵贏pache ab中，多請(qǐng)求的情況是通過與服務(wù)器同時(shí)建立多次連接來模擬的，這并不符合真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求狀況。
    為了模擬網(wǎng)格環(huán)境中真實(shí)的服務(wù)請(qǐng)求，對(duì)Apache ab中的請(qǐng)求分布進(jìn)行修改使其符合泊松分布，通過近似真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求獲取更加準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。泊松分布是一種分布規(guī)律，在統(tǒng)計(jì)中常用于描述時(shí)間、平面或空間中“質(zhì)點(diǎn)”數(shù)的隨機(jī)分布規(guī)律，也是目前比較公認(rèn)的一般網(wǎng)絡(luò)分組到達(dá)的分布。

   
    (1)式中給出了在時(shí)間t內(nèi)到達(dá)k個(gè)幀的概率Pk(t)的計(jì)算方法，其中λ是平均到達(dá)間隔的倒數(shù)。
    實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)公式分別計(jì)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(duì)應(yīng)的概率，由程序生成一個(gè)0～1的隨機(jī)數(shù)與上一步結(jié)果比較，從而確定每秒鐘請(qǐng)求的個(gè)數(shù)。連續(xù)進(jìn)行數(shù)百秒測(cè)試，驗(yàn)證擴(kuò)展的正確性，可以看出擴(kuò)展后的Apache ab服務(wù)請(qǐng)求分布近似于泊松分布。測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖3所示，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

3．3 修改輸出結(jié)果
    實(shí)驗(yàn)中，還需要修改Apache ab的輸出結(jié)果，使其可以打印出單個(gè)服務(wù)的請(qǐng)求到達(dá)時(shí)間、完成時(shí)間、耗費(fèi)時(shí)間以及服務(wù)等級(jí)信息。目的在于觀察統(tǒng)計(jì)單個(gè)服務(wù)的執(zhí)行情況以及不同服務(wù)等級(jí)請(qǐng)求的排隊(duì)和調(diào)度情況。在每次建立連接前獲取系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間即請(qǐng)求到達(dá)時(shí)間，關(guān)閉連接后獲取系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間即完成時(shí)間并計(jì)算兩次時(shí)間的間隔即耗費(fèi)時(shí)間，服務(wù)等級(jí)信息可以從請(qǐng)求服務(wù)的SOAP中獲取。圖5程序輸出結(jié)果是一個(gè)服務(wù)的執(zhí)行信息。

4 服務(wù)的壓力測(cè)試
    為了驗(yàn)證擴(kuò)展后的Apache ab具有支持網(wǎng)格環(huán)境下網(wǎng)格服務(wù)壓力測(cè)試功能，并具有一定的統(tǒng)計(jì)分析功能，在globus環(huán)境下部署了一個(gè)Math服務(wù)作為測(cè)試對(duì)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(wù)的執(zhí)行過程。并且，設(shè)置globus的最大服務(wù)進(jìn)程數(shù)為4個(gè)即如果系統(tǒng)中到達(dá)請(qǐng)求數(shù)超過4個(gè)就要等待(可理解為服務(wù)的能力)，分別以請(qǐng)求到達(dá)數(shù)為1個(gè)、2個(gè)…25個(gè)為測(cè)試用例描述服務(wù)平均響應(yīng)時(shí)間的變化情況。在同一臺(tái)主機(jī)(AMD Sempron2500+，448MB RAM)上同時(shí)運(yùn)行服務(wù)和測(cè)試程序后，得到如圖6所示的結(jié)果。目的在于支持多個(gè)用戶并行訪問服務(wù)并且系統(tǒng)能很快超載。綜上所述，測(cè)試目的確定為測(cè)試服務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)榉?wù)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(diǎn)當(dāng)前的性能，只有平均響應(yīng)時(shí)間能反映真實(shí)的服務(wù)情況。

    從圖6中可知，擴(kuò)展后的Apache ab完成了對(duì)服務(wù)的壓力測(cè)試，與模擬服務(wù)器處理能力相吻合，即服務(wù)只能同時(shí)提供給4個(gè)用戶，如果用戶過多就會(huì)造成等待，導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間增加。

5 結(jié)語(yǔ)
    擴(kuò)展后的Apache ab可以較好的完成網(wǎng)格環(huán)境下基于服務(wù)等級(jí)的服務(wù)功能和壓力測(cè)試，并具有一定的統(tǒng)計(jì)分析功能。如果令請(qǐng)求分布近似于泊松分布，可以模擬真實(shí)環(huán)境中的請(qǐng)求到達(dá)情況，從而得到更加準(zhǔn)確詳細(xì)的測(cè)試數(shù)據(jù)，有利于滿足不同需求的測(cè)試。