（计算机应用技术专业论文）硬件指标对分布式应用性能影响的分析.pdf

t ：羔量三 ffllliiilltllliiiilliii1l004t14 硕士学位论文摘要 。 学科、专业：工学、计算机应用技术 研究方向：计算机在通信中的应用 作者：2 0 0 7 级硕士研究生孙钦敏 指导教师：卢捍华 题目：硬件指标对分布式应用性能影响的分析 英文题目：t h ei m p a c ta n a l y s i s o fh a r d w a r ei np e r f o r m a n c e f o r d i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n s 、 主题词：软件性能：性能评价指标，基准性能测试模型 k e y w o r d s ：s o f t w a r ep e r f o r m a n c e ，p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，b e n c h m a r k p e r f o r m a n c et e s tm o d e l 一 i t 1 一 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着网络技术和计算机软件的发展，分布式系统广泛应用于电信、金融、电子商务等 领域。由于企! 【k 业务量的加大，分布式系统承载的负担越来越重，严重影响着企业对外提 供服务的质量。但是在这些分布式应用系统的开发时期，没有建立行之有效的方法来控制 其性能，导致了在系统运行时期，各种性能问题逐渐暴露。因此，在软件开发时期对分布 式应用系统的性能问题进行评估和控制具有十分重要的研究价值。而性能问题的评估和控 制需要大量知识的支持和关键因素的分析。 本文首先分析了影响分布式应用系统整体性能的几个因素：主机性能、网络性能及软 件设计。然后重点研究了其中的一个方面一客户端主机，并提出了一个基准性z 甘- 匕l c , , 测 试模型。 通过该模型，我们可以得出主机性能对系统性能的影响情况，找出适合系统发挥最优性能 的最合理的主机配置，给用户提出合理的建议。一方面，该模型避免了用户的主机性能影 响系统性能的发挥，避免客户端主机成为系统性能的瓶颈。另一方面，如果系统对客户端 主机需求条件过高，可以在运行前及时改进，进行系统优化，避免了出现以牺牲硬件资源 来提高系统性能的问题。论文主要工作和成就包括： 1 总结、归纳了分布式应用系统的影响因素，包括主机性能、软件设计和网络性能， 并分别进行了介绍。 2 从用户的感受度出发，在原有的性能评价指标体系的基础上，提出了本课题的性 能评价指标，其中增加了请求延迟这个指标，使得性能测试更加充分和完整。 3 提出了基于硬件指标的基准性能测试模型，详细阐述了每个阶段的主要工作内容 和工作思路。 4 按照基准性能测试模型中定义的工作流程和方法，对一个c r m 系统的测试案例进 行了实验分析。通过实际的案例，对前面给出的基准性能测试模型进行了验证。 关键词：软件性能，性能评价指标，基准性能测试模型 j i l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dc o m p u t e rs o f t w a r e ，d i s t r i b u t e ds y s t e m sa r ew i d e l y u s e di nt e l e c o m m u n i c a t i o n s ，f i n a n c e ，e c o m m e r c ea n do t h e rf i e l d s a t t h es a m et i m e ，t h e b u r d e no fd i s t r i b u t e ds y s t e m sg r e a t l yi n c r e a s e sw i t ht h eg r o w t ho ft r a f f i c i nb u s i n e s s ，w h i c h s e r i o u s l yi m p a c t s t h eq u a l i t yo fs e r v i c e b u ti nd e v e l o p m e n tt i m eo f t h e s ed i s t r i b u t e d a p p l i c a t i o ns y s t e m s ，t h e r ei sn oe f f e c t i v ew a y t oc o n t r o lt h e i rp e r f o r m a n c e ，w h i c hl e a d st ot h e e x d o s u r eo fv a r i o u sp e r f o r m a n c ei s s u e sw h e nt h e yr u n t h e r e f o r e ，t h ed i s t r i b u t e ds y s t e m s p e r f o 兀n a n c es h o u l db ea s s e s s e dd u r i n gt h ep e r i o do fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，w h i c hr e q u i r e s m u c hr e l a t e dk n o w l e d g ea b o u tp e r f o r m a n c ea n da n a l y s i so nk e yf a c t o r si nq u a l i t y t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fp e r f o r m a n c ei nd i s t r i b u t e ds y s t e m s ，w h i c h i n c l u d e sn e t w o r kp e r f o r m a n c e ，h o s tp e r f o r m a n c ea n dd e s i g no ft h es o f t w a r e t h e m s e l v e s ， e s p e c i a l l yt h ef a c t o ro fh o s tp e r f o r m a n c e a n dat e s t m o d e lo fb e n c h m a r kp e r f o r m a n c ei s p r o p o s e d t h ea p p r o p r i a t ec o n f i g u r a t i o n o fh o s tf i t t i n go p t i m a lp e r f o r m a n c ef o rt h es y s t e mc a n b ef o u n do u t ，a n dt h er e a s o n a b l ep r o p o s a lt ot h eu s e r sc a nb eg i v e n o no n eh a n d ，t h em o d e l a v o i d st h ei n f l u e n c eo fh o s tp e r f o r m a n c eo ns y s t e m sp e r f o r m a n c e o nt h eo t h e rh a n d ，i ft h e n e e d sf o rt h eh o s ta r et o oh i g h ，i m p r o v e m e n t so fh o s tc a nb et i m e l yc a r r i e do u t ，w h i c ha v o i d s t h es a c r i f i c eo fh a r d w a r et of i ts o f t w a r e t h ew o r k so f t h i sp a p e ra r es h o w na sf o l l o w s ： 1 t h ei n f l u e n c ef a c t o r si n c l u d i n gh o s tp e r f o r m a n c e ，s o f t w a r ed e s i g n ，a n d n e t w o r k p e r f o r m a n c eo fd i s t r i b u t e ds y s t e m sa r ec o n c l u d e da n ds e p a r a t e l yi n t r o d u c e d 2 t h ed e r f - o n n a n c ee v a l u a t i o no ft h i sp a p e ri sp r o p o s e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i e n c eo f u s e r sa n do r i g i n a lp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，i nw h i c ht h ei n d e xo fr e q u i r e m e n ta n dd e l a y i sa d d e da n di tm a k e st h ep e r f o r m a n c et e s ts u f f i c i e n t l y 3 at e s tm o d e lo fb e n c h m a r kp e r f o r m a n c eb a s e do nh a r d w a r ei sp r o p o s e da n dt h ec o n t e n t ， i d e a sf o re a c hs t a g eo ft h ew o r ka r ed e s c r i b e di nd e t a i l s 4 t h ee x p e r i m e n t a la n a l y s i so nc r ms y s t e mi sc a r r i e do u ta c c o r d i n gt o t h ew o r k f l o w s a n dm e t h o d sd e f i n e di nt h et e s tm o d e lo fb e n c h m a r kp e r f o r m a n c e e x p e r i m e n t sv e r i f y t h ee f f e ：c t i v e n e s so ft h et e s tm o d e l k e vw o r d s ：s o f t w a r ep e r f o r m a n c e ，p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，b e n c h m a r kp e r f o r m a n c et e s t m o d e l i i 南京邮 乜大学硕士研究生学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 课题背景及研究状况l 1 2 本文的主要工作：2 1 3 本文组织结构3 第二章分布式应用系统的性能分析4 2 1 分布式应用系统的概念4 2 1 1 分布式系统的定义4 2 1 2 分布式系统的基本结构5 2 1 3 分布式系统的发展5 2 1 4 分布式系统的优点及不足7 2 2 对分布式应用系统性能的认识7 2 3 分布式应用系统性能的影响因素8 2 3 1 主机性能8 2 3 2 软件设计9 2 3 3 网络性能l o 2 4 本章小结1 4 第三章硬件指标对分布式应用性能的影响1 5 3 1 常用的性能评价指标15 3 1 1 响应时间1 7 3 1 2 吞吐量1 7 3 1 3 资源使用率1 7 3 1 4 并发用户数1 8 3 2 本课题的性能评价指标1 8 3 3 本课题的目标对象2 0 3 4 本章小结2 2 第四章基于硬件指标的基准性能测试模型2 3 4 1 基准性能评价指标体系2 3 4 2 测试方法和过程2 4 4 2 1 已有的测试方法2 4 4 2 2 本模型的测试方法2 7 4 2 3 测试设计2 8 4 2 4 测试执行2 8 4 2 5 性能评价指标监控2 9 4 3 测试结果分析2 9 4 3 1 结果的可靠性评定2 9 4 3 2 测试结果的分析3 0 4 4 性能测试结论3 2 4 5 本章小结3 2 第五章基准性能测试模型的应用3 3 i i i 南京邮电大学顶二匕研究生学位论文 目录 5 1 海南电信c r m 系统3 3 5 1 1 系统介绍3 3 5 1 2a j a x 技术介绍3 3 5 2 利用海南电信c r m 系统来验证基准性能测试模型一3 4 5 2 1 实验方法3 4 5 2 2 实验环境的搭建3 4 5 2 3 测试执行3 6 5 2 4 性能评价指标监控3 6 5 2 5 实验结果及分析3 6 5 2 6 实验结论4 4 5 3c r m 系统的改进措施4 4 5 4 本章小结4 4 第六章总结和展望4 6 6 1 工作成果总结4 6 6 2 下一步工作的展望4 6 致谢4 7 参考文献4 8 作者在硕士研究生期间发表的论文5 0 项目参与情况5 1 i v 南京邮电大学硕t ：j f 究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 本章首先总结和归纳了论文选题的背景，介绍了相关的研究状况。然后对论文所做的 主要工作和组织结构进行了描述。 1 1 课题背景及研究状况 随着软件技术和网络技术的发展，分布式系统在软件行业各个领域的应用越来越广 泛。2 0 世纪9 0 年代中间件的应用和发展，使分布式应用系统成为当前构建计算机应用系 统的首选方案，而当前流行的网格计算以及云计算【i 】，也都是属于分布式计算、分布式系 统和分布式应用系统的范畴。 目前，软件市场竞争曰趋激烈，软件技术日益提高。功能是一个软件系统最起码的门 槛，而系统的性能则是衡量软件系统的重要因素之一。据一份研究报告统计，页面的下载 时问每减少1 s ，放弃率就会从3 0 下降到6 8 【2 1 。由于性能问题，超过3 4 的用户没有 从最初访问的网站购买商品，而其中的2 l 后来从别的网站购买了商品。据估计，网站的 性能问题造成全球商务网站每年损失4 3 5 亿美元，占总损失的1 5 。 分布式应用系统为构建计算机应用提供了便利，同时分布式应用系统的性能问题也逐 渐凸显出来，成为这股热潮之后必然要考虑到的一个方面。 分布式应用系统性能的影响因素包括很多方面，除了软件编码本身的效率以外，其它 因素主要有硬件处理能力因素、网络结构及其运行条件因素、软件架构选择的影响等等。 只有尽可能的对其各种影响因素进行分析研究，才能更好的从各个方面提高性能。目前对 架构的分析、网络影响等都已经有了相应的研究【3 j 。硬件因素也是影响应用系统性能的最 关键的因素之一，但由于现在计算机硬件的发展速度比较快，人们对于硬件因素大多所关 注的也只是服务器的硬件因素，而忽略了客户端的硬件因素。但是目前的一些新的w e b 开 发技术，如a j a x 、a p p l e t 等( 称为富客户端) ，在大大的提高了用户对客户端程序的满意度 的同时也带来了一个问题：由于客户端需要做的工作不断加大，也就相应的增加了客户端 的负担，客户端的硬件配置的优劣对应用系统的性能也就相应的产生很大的影响，甚至成 为系统的瓶颈。所以客户端的硬件因素应该成为研究的重点问题之。 通过分析硬件的各项指标参数对应用系统的影响，可以使用户能够做出最合理的硬件 优化策略，从而使应用系统的性能得到最优的发挥。同时，软件制造商可根据应用系统的 运行所消耗的各项硬件资源程度，对其软件系统进行合理的改进( 4 】避免出现以牺牲硬件 l 南京邮电大学硕： 二研究生学位论文第一章绪论 资源来换取应用系统性能的情况。 1 2 本文的主要工作 分布式应用系统架构庞大，结构复杂，影响性能的因素很多，且各种因素交织在一起， 相互作用，很难快速地通过某个实验或者单一测试方法就可以完成其性能分析，故我们采 用分而治之的方法。 将各个部分分开考虑，既简化了测试方法，又使结果具有条理性，能够突出影响性能 的各个方面，以及它们各自影响的程度如何，为以后性能的优化、系统的改进提出有针对 性的措施。 本文以提高分布式应用系统的性能为出发点，分析影响分布式应用系统性能的一个方 面：客户端硬件性能因素。主要的思路是隔离所有其他因素的影响，只考虑客户端硬件因 素，即把网络因素、软件设计、服务器等看做一个黑盒子，如图1 1 。把其它因素固定住， 只研究不同的主机硬件条件对分布式应用系统的影响，这是本论文的主要研究工作。 c l i e n t 客户端 ，图，函 图卜l 应用软件系统的物理分解图 下一步目标是在此基础上将网络的因素和软件架构等因素加进来，整体考虑分布式应 用系统的性能问题。 本文首先分析了影响分布式应用系统的各种因素，从用户感受度出发，提出了针对本 课题的分布式应用系统的性能评价指标，在原有性能指标的基础上增加了请求延迟这个指 标，使得性能测试更加充分和完整。然后，提出一个基准性能测试模型，将分布式应用系 统性能指标和硬件因素进行有机的融合。基准性能测试模型的应用使人们对具体的分布式 应用系统能够做出最合理的硬件优化策略，使系统的性能发挥最优；同时还可以发现系统 存在的问题，能够进行及时、合理的改进。基准性能测试模型又包括性能评价指标体系、 测试方法和过程、测试结果的分析，其中对该模型中的主要过程给出了具体的指南。最后 以海南电信c r m 系统作为案例，验证本文提出的基准性能测试模型。 2 南京邮电大学硕一l 研究生学位论文 第一章绪论 1 3 本文组织结构 首先，介绍了分布应用系统的定义，对影响其性能的因素进行了归纳和总结。在此基 础上，构建了一个针对硬件指标的基准性能测试模型，并对过程中各个阶段进行详细论述， 给出具有较强可操作性的过程指南。最后，结合实际案例，对基准性能测试模型的应用进 行了说明。 本文共包括六章，具体内容如下： 第一章：概述了本文的研究背景和研究状况，介绍了本文的主要研究工作和论文的组 织结构。 第二章：介绍分布式应用系统的概念及其性能影响因素。指出本文研究的理论基础和 意义。 第三章：从用户感受度出发，确定本课题所要分析的主要硬件指标和性能评价指标。 其中在原有性能指标的基础上增加了请求延迟这个指标。 第四章：通过第三章的分析，得出针对本课题的基准性能测试模型，并对模型中的各 个阶段进行了说明。 第五章：通过具体的实例海南电信c r m 系统，验证和说明第四章提出的基准性能测 试模型。通过实验结果，分析系统中硬件指标对其性能的影响，找出使系统发挥最优性能 的最合理的硬件配置。 第六章：全文总结与展望。主要是对全文的研究工作和取得的成果做简单总结，并提 出论文研究工作尚存在的问题，明确以后的工作及下一步努力的方向。 3 南京邮f 巨丈学硕士研究生学位论文第二章分布式应用系统的性能分析 第二章分布式应用系统的性能分析 本章介绍了分布式应用系统的概念，人们对分布式应用系统性能的认识，分布式应用 系统的影响因素。分布式应用系统的介绍从分布式系统的理论知识开始，分别引入了分布 式系统的定义、基本结构、发展及优缺点。然后详细的介绍了人们对分布式应用系统性能 的认识和性能的影响因素，并对影响因素作了归纳和详细的论述。 2 1 分布式应用系统的概念 分布式系统的应用越来越广泛，而分布式应用系统可以理解为基于分布式理念构建于 分布式平台的应用系统。分布式应用系统使得基于通信网络、联合多台主机共同提供大规 模计算应用服务成为可能，为大规模计算机协作和提高计算效率提供了便利。下面将详细 的介绍一下分布式系统。 2 1 1 分布式系统的定义 分布式系统【6 1 是建立在网络上的若干独立计算机的集合，这些计算机对于用户来说就 像是单个的相关系统。它有两个重要特性：其一，各种计算机之间的差别以及计算机之间 的通信方式的差别对于用户是隐藏的。同样，用户也看不到分布式系统内部组织结构；其 二，用户和应用程序都能够以一种统一的方式与分布式系统进行交互。 分布式系统从发展来看，经历了以下几个阶段 7 】：从一开始的主程序和子程序的分离， 即程序开始结构化，到程序的动态链接、面向对象，进而出现的多进程，以及多进程之间 的协调、关联，到这里，初步的分布式系统雏形已经出现。再往后发展便出现了真正意义 上的分布式系统。但是万变不离其宗，所有的分布式系统需要解决的共同问题即不同进程 之间的关联和协调。 多进程系统有多种形式。从最简单的本机多进程，到局域网之间的多进程( 包括v p n 等多种形式) ，这种情况为系统内部的多进程，到当今使用较多的广域网之间的多进程， 其表现形式就是社会化交互，电子商务等流行应用。虽然多进程形式复杂多样，但它们的 本质都相同。 分布式系统按功能可分为分布式操作系统、分布式软件系统、分布式数据库系统、分 布式文件系统等。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章分布式应用系统的性能分析 2 1 2 分布式系统的基本结构 ( 1 ) 传统c s 结构 在传统的c l i e n t s e r v e r 结构中，应用程序逻辑通常分布在客户端和服务器两端，客户 端发出数据资源访问请求，服务器端将结果返回客户端。c l i e n t s e r v e r 结构的缺陷是，当 客户端数目激增时，服务器的性能将会因为无法进行负载平衡而大大下降。而一旦应用的 需求发生变化，客户端和服务器端的应用程序则都需要修改，这样给应用的维护和升级带 来了极大的不便，而且大量数据的传输也增加了网络的负载。为了解决c l i e n t s e r v e r 存在 的问题，应该向多层分布式应用转变。 ( 2 ) 多层分布式系统结构 在多层分布式应用中，客户端和服务器之间可以加入一层或多层应用服务程序( 如图 2 1 ) ，这种程序称为“应用服务器” 8 ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 。开发人员可以将企业应用的商 业逻辑放在中间层服务器上，而不是客户端，从而将应用的业务逻辑与用户接口隔离开， 在保证客户端功能的前提下，为用户提供一个瘦的( t h i n ) 接1 5 1 。如果需要修改应用程序代 码，则可以只在中间层服务器上修改，而不用修改客户端应用程序。从而使程序员可以专 注于应用系统核心业务逻辑的分析、设计和开发，简化了系统的开发、更新和升级工作， 极大增强了应用的伸缩性和灵活性。 客户端 应用服务器 数据库服务器 图2 一l 多层分布式应用体系结构 ( 3 ) 中间件技术 为了将种类各异的计算机和网络都呈现为单个系统，通常分布式系统通过一个软件层 组织起来，该软件层在逻辑上位于由用户和应用程序组成的上层与由操作系统组成的底层 之间，这样的分布式系统又称为中间件系统( m i d d l e w a r e ) 。 中间件的基本功能包括：管理进程间通信、构件的登记和发现、构件的接口描述、管 理分布式系统的安全等一些事务。通过中间件，可以大大简化分布式系统的开发，更加方 便的管理和维护整个分布式系统。通常一种中间件与一种特定的分布式系统关联，但也有 将几种中间件集成在一起并且能够适应多种分布式系统的情况。 2 1 3 分布式系统的发展 s 南京邮电火学硕上研究生学位论文 第二章分布式应用系统的性能分析 随着计算机软件的发展，程序的功能从简单到复杂，软件规模越来越大，因此需要考 虑系统功能的分解和结构化；同时不同系统之间需要协作，而有时不同系统的软件属主并 不相同，因此需要不同的结构和分解，从而分布式系统逐渐发展起来。 分布式系统出现以来，使互联网优势得以充分发挥。它充分利用了网络资源，整合多 台计算机的计算能力，使得以前无法完成的复杂计算现在能够实现，从发展趋势来看，分 布式系统的结构越来越复杂，功能越来越强大。 ( 1 ) 分布式系统的大量运用使得计算方式从一般计算向关键任务计算发展。 ( 2 ) 软件发展从构件到服务，到广义编程，系统构建越来越重视体系结构而不限于个 别标准。 ( 3 ) p e e rt op e e r ：点对点模式。最广泛应用即互联网下载服务，利用多台计算机的优 势，使得下载速度不再仅限于服务器，大大减轻了服务器负荷并且加快了下载速度。 ( 4 ) 云计算：寻找和使用最适宜的资源快速完成所需要的服务。通过网络将庞大的计 算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜 寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。 ( 5 ) 网格计算：利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成个“虚拟的超级计 算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个节点，而整个计算是由成千上万个节点组 成的一张网格，这种网格的数据处理能力极强，并且能充分利用网络上的闲置处理能力。 近年来，分布式系统又出现逐渐向面向构件、面向服务的方向发展趋势【8 】。例如现在 流行的s o a ，分布式系统逐渐构建化、模块化。系统之间交互通过有合同定义的接口来 实现，并且可以独立部署，可以由第三方来构造，每种系统和一种构建模型保持一致。分 布式系统的应用构成如图2 2 。 6 南京邮电大学硕r j ：研究生学位论文 第二章分布式应用系统的性能分析 一酌卢q 罢r 殳功能卢黜虬瓣毯功能厂 舰搬务冷淄务名黼触慨胡嗡l 衫麟严 一现扒u - o 暑薅卢 l o o 椎婚f 图2 2 分布式系统的应用构成图 2 1 4 分布式系统的优点及不足 分布式系统的出现，使互联网优势得以充分发挥，为构建计算机应用提供了便利。分 布式系统的主要优点有： ( 1 ) 具有良好的可扩充性，随着需求的更改能够实现敏捷变化并且快速提供新服务： ( 2 ) 有效组成复杂系统和大系统，能够合理分配现有资源，有效重用资源： ( 3 ) 能够实现特殊应用，例如远程容灾等： ( 4 ) 实现服务和计算社会化； 。 ( 5 ) 支持系统的逐步演化和升级。 同时，分布式系统也有其不足之处： 运行环境比较复杂，各单元间依赖性强；增加各种调用开销，例如标准化所带来的代 价，网络因素造成的延时等；管理技术复杂，管理工作量大；开发系统复杂，开发组织难 度大，性能上问题比较多，难以控制【9 1 。 2 2 对分布式应用系统性能的认识 分布式应用系统的性能是一个很大的概念，覆盖面非常广泛。对于一个系统而言，其 性能主要包括执行效率、资源占用、稳定性、安全性、兼容性、可扩展性、可靠性等等。 系统在满足用户强大的功能需求同时，架构和实现上也变得复杂，软件系统经过单机 系统时代、客户机服务器系统时代，到现在跨广域网的庞大分布式系统时代，这样的例子 7 南京邮电人学硕士研究生学位论文第二章分布式应用系统的性能分析 在金融、电信系统中随处可见。 系统的业务量大了，就要使用更多的时间和空间资源，在一般情况下没有出现的性能 问题就暴露出来了，这些问题“不鸣则已，一鸣惊人”，轻则让软件对外不能正常提供服 务，重则可能会导致系统的崩溃甚至数据丢失，这都会给用户带来无法估量的损失。 对于一个应用系统，不同的关联人员所关注的层面存在差异。 软件用户主要关注的是其操作的响应速度，即操作的响应时间【l o 】。当用户在程序界 面中点击某个按钮或发送一条指令时，从用户点击开始到应用系统把相应的结果展示给用 户为止，这个过程消耗的时间即为用户对软件性能的直观印象。 从系统管理员的角度看软件性能，软件性能不仅包括系统的响应时间，还包括系统状 态相关的信息，如c p u 的利用率、内存的利用率，数据库状况等等。 同时，系统管理员还关心系统的可扩展性，它所能支持的最大用户数是多少，系统的 最大业务处理量是多少，系统的性能瓶颈在何处，如何可提高系统的性能等等。 从系统开发者的角度看软件性能，不仅包括用户、系统管理员所关注的内容，还包括 软件架构、代码、数据库结构等软件内部因素对软件性能的影响，并且关心如何通过改进 这些内部因素以改善软件的性能。 由于不同的干系人对系统所关注的性能内容的不同，软件性能测试也存在不同的层 面。对于用户层面，性能测试主要是验证软件的响应时间；对于系统管理者层面，性能测 试不仅验证响应时间，同时还有对系统的可扩展性、可靠性、并发能力等指标进行验证； 对于开发人员层面，不仅验证性能指标，还需要定位性能瓶颈，分析引起性能问题的原因。 2 3 分 行并不 样决定 善系统 从 网络性 2 3 1 对 机硬件 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章分布式应用系统的性能分析 配置性能达到一定程度之后，系统性能不会无限制提升，其它方面的瓶颈则成了影响主机 性能的关键因素。另外，影响主机性能的因素很多，主要包括中央处理器c p u 、系统内 存的容量和速度、系统缓存大小、磁盘空间容量等等。 在考虑主机性能因素的同时，还必须考虑成本因素，操作难度等，因为对于一个实际 运行的大型分布式系统来说，很可能没有条件或者没有办法实现频繁地升级更新系统。因 此，必须在初始规划组建一个分布式系统的时候，就应当根据实际条件，配合软件、网络 等其它外围环境慎重选择合适的硬件配置，以应付当时以及后续系统的需要。 主机硬件因素包括分布式应用系统的中心主机( 服务器) 和客户端的主机硬件两部分。 一直以来，服务器对系统的性能的影响及服务器本身的提升都受到了国内外大量的重视， 投入了很多的研究。而由于之前一股逻辑程序都是放在服务器端，所以客户端的运行时间 基本上可以忽略。客户端的硬件影响不被重视，但近几年出现了一些新的技术，如a j a x 、 j a 、，aa p p l e t ，这些技术的出现大大的提高了用户对客户端程序的满意度，但同时也增 加了客户端的负担，使客户端主机可能成为系统的瓶颈。如何选择客户端硬件配置，是本 论文主要研究的内容。客户端硬件究竟如何选择，必须通过大量实验，来得出一系列规律。 研究主机硬件指标对分布式应用系统性能的影响，是研究分布式系统整体性能的重要环 节。 2 3 2 软件设计 分布式应用系统在软件自身方面的影响除了本身的编码外，其性能主要受软件架构、 分布式中间件技术等方面的影响。 1 软件架构 分布式应用系统的设计和开发来源于最基础的软件的架构与设计，其质量好坏和性能 优劣在一开始就从定程度上决定了未来应用系统的性能表现。 从架构与设计的角度，目前应用系统大多采用c s 或者b s 的设计模式，不同的模式 有不同的优点和缺点 12 1 。相比之下c s 设计和开发简单，适用于小型局部内网使用，但 是增加了复用性和可扩展性的难度，配置复杂，需要安装客户端，同时在安全性和可靠性 上欠缺优势：b s 设计是当前普遍的设计方式，不需要安装独立的客户端，在网络和浏览 器的支持下就可使用系统，同时被n e t 、j 2 e e 等多种架构支持，具备灵活的复用性和可 扩展性。从性能角度讲，c s 模式对客户端的压力更大，而b s 模式减轻了客户端的压力， 支持多连接数并发连接，性能上更具备优势，同时通过w e b 界面的美化设计，更容易提 升客户体验，满足客户需求。 q 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章分布式应用系统的性能分析 此外，随着w e b2 0 等相关技术的发展，在设计和开发的过程中采用何种消息传递、 组件复用6 r i l l 务调用模式也对系统性能产生一定影响。以程序调用中的消息传递为例， w e bs e r v i c e 的设计有利于提升系统的复用性和可扩展性，规范服务组件的注册、请求和 调用，方便开发者进行组件化开发，但是同时消息传递中的x m l 技术，对组件和对象的 序列化和反序列化也大大减低了消息传递的性能。所以在具体设计的过程中，也需要对系 统灵活性、复用性、可扩展性和系统性能之间做一个权衡。 2 分布式中间件 当前分布式应用系统在软件设计上大都采用分布式中间件，诸如n e t 体系、j 2 e e 的 e j b 、c o r b a 技术、w e bs e r v i c e 技术等【 】，这些中间件的效能、作用方法和运行环境对 整个系统的性能可能具备显著影响： 第一，参数传递的机制不同导致性能不同。e j b 和c o r b a 在服务调用的参数传递时， c o r b a 对对象参数采用虚地址引用传递，而e j b 还是值传递，所以e j b 在调用过程中 就需要重新开辟新的对象空间来完成对象的引用赋值与传递，当数据量大时这种开销就变 的尤为明显。 第二，对象序列化和反序列化的性能不同。w e bs e r v i c e 与c o r b a 相比在序列化和 反序列化的时候需要更大的开销，因此性能也显著下降。 第三，中间件的运行环境一般配备合适的套件，包括开发a p i ，应用服务器等。同样 的中间件运行在不同的应用服务器上也会表现出差异化的性能。诸如同样的j 2 e ee j b 服 务和调用运行在w e b l o g i c 和i n t e r s t a g e 上就会表现出不同的性能；同样的c o r b a 服务调 用运行在t u x e d o 和i n t e r s t a g e 上也会有不同的性能表现，因此中间件应用服务器的选择对 中间件自身的性能表现也起一定的作用。 2 3 堕窒坚皇奎兰堡圭婴塞生兰丝笙塞 苎三里坌塑垄生旦至竺竺堡堡坌堑 与分布式应用系统性能之间的联系。 1 网络特性技术指标【1 4 1 网络性能的好坏是用网络性能指标来评价的，目前常用的网络特性技术指标主要包 括： 吞吐量( t h r o u h p u t ) ：是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。吞吐量 是网络互联设备最重要的性能指标之一。其测试方法是：在测试中以一定速率发送一定数 量的帧，并计算待测设备传输的帧，如果发送的帧与接收的帧数量相等，那么就将发送速 率提高并重新测试：如果接收帧少于发送帧则降低发送速率重新测试，直至得出最终结果。 吞吐量测试结果以比特秒或字节秒表示。 延迟( l a t e n c y ) ：是指在被测设备的吞吐量范围内，测试报文通过被测对象所需的时间。 被测设备中延迟的产生有以下因素：设备中线路上的传输时间、设备中的处理时间和设备 队列中的排队延迟。前两个因素的影响基本是固定的，而第三个因素对每个报文的延迟影 响有很大的不同，由于不同报文的延迟不同( 主要受报文长短的影响) ，因此延迟的测量值 为一个统计结果。 丢包率( p a c k e tl o s sr a t e ) ：是指在固定负载的情况下，由于缺少资源导致的丢弃报文所 占的比例。而报文丢失率的测试主要在网络过载的情况下进行，测试报文丢失率时，负载 速率应该在吞吐量到线速之间。 背靠背帧数( b a c k t o b a c kf r a m e ) ：是指在最大速率下，在不发生报文丢失前提下被测 设备可以接收到的最大的突发报文长度。背靠背性能反映网络设备对于突发报文的容纳能 力。它主要和以下一些因素有关：网络设备内部缓存的大小，网络设备入、出端口之间的 速率差，网络设备转发能力的大小，网络设备交换网络的调度算法等。 系统恢复时间( s y s t e mr e c o v e r y ) ：是设备在过载后恢复正常工作的时间。 这些指标的选取考虑了一般网络设备特别是交换机和路由器的共有特性，具有较强的 可比性，前面四个参数是大多数用户关心的技术指标，也是与应用密切相关的。但这只是 一些基本的参数，针对路由器或者交换机的不同，分别还有不同的参数，例如交换机的地 址表大小，路由器的路由能力等。 2 网络性能影响因素 但要实现真正的网络管理和优化，除了需要寻找一种功能丰富，成熟稳定的新技术， 对网络中的业务运行情况和资源使用情况有清晰的了解之外，还必须了解到影响网络性能 的因素有哪些。只有综合了解到网络的设计、服务质量、路由交换、网络流量、安全等各 个方面，从中找出可避免的正确方式、方法，才能使网络性能得到极大地提升。 1 l 堕塞堕塑奎堂堡主堕塞生兰垡笙苎笙三童坌塑壅生旦墨竺塑堡壁坌堑 影响网络性能的因素很多，比如网卡和交换机的优劣性能就直接对其有影响。这里讨 论与设备无关的情况，即讨论的情况具有一般性。 ( 1 ) 网络拓扑结构的影响 拓扑结构的选择要考虑网络的适应性、可靠性、可扩充性。一般而言，总线、树型最 为灵活，总线、树型拓扑能适应较大范围j 环形拓扑有提供最大吞吐量的潜力，缺点是部 分故障易使整个网络瘫痪。星形网络优点是自然布线，适用于短距离、设备数量不太多的 情况，能实现数据高速传输。 另外，传输媒体与拓扑类型是相互关联的。媒体的选择需要考虑系统容量、可靠性、 地理覆盖范围和适用环境等。 ( 2 ) 网络协议的影响 网络协议对局域网的性能影响很大。组建一个局域网首先要确定采用支持相应协议的 产品。不同协议各有优缺点，一般而言，总线型网有着较好的交互性能，而环形网能满足 大的吞吐量的要求。 ( 3 ) 其它因素的影响 其它因素包括稳定性、公平性、坚定性、故障模、延迟变化范围网络使用高峰时的负 载情况、网络的配置状态、路由节点的c p u 类型、缓冲区的数量和大小、入网报文的到 达率、主机要处理的网络以外工作的优先级等。 3 网络系统性能分析与研究的一般方法 性能分析评价方法有多种，包括物理模型法、理论分析法、程序模拟法、综合分析法 等等，下面介绍几种分析评价方法【1 5 】： ( 1 ) 数学解析法 解析法是一种基于公式的通信系统性能评价技术方法。主要是运用数理、排队论等数 学工具来研究网络的性能，并把各种性能指标归纳为公式，通过这些公式来求网络的各项 性能指标。比如，通常资源的平均占用时间和用户使用的频次用来计算网络的负载，预期 性能的度量标准可由网络负载和模型迅速地计算出来。 解析模型的最大优点是速度快，能得到性能参数的公式解，它可在性能参数和系统输 入参数间建立起明晰关系，从而有助于更深入地了解系统的特性。 有多种数学工具可以帮助建立模型进行必要的分析研究，比如排队论、p e t r i 网的运 用等。 ( 2 ) 模拟仿真法 网络仿真就是编制一个程序对所要研究网络的全部或部分行为进行仿真，然后运行该 1 2