周 健，曹曉龍，吳 琦

（安徽繼遠(yuǎn)檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)有限公司，安徽 合肥 230088）

近年來，隨著Web 軟件技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多應(yīng)用于系統(tǒng)的Web 軟件，Web 軟件成為了軟件開發(fā)的主流，逐漸深入到社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域。隨著人們對(duì)于Web 軟件的需求越來越高，Web 軟件已經(jīng)從最初的小型網(wǎng)站逐漸擴(kuò)展為如今各式各樣的電子商務(wù)、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，軟件的性能結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。在這種情況下，Web 軟件的應(yīng)用質(zhì)量與運(yùn)行可靠性成為很多用戶關(guān)注的重點(diǎn)。Web 軟件性能參數(shù)的測(cè)試是Web 軟件研發(fā)的重要環(huán)節(jié)，其主要原理是在設(shè)定條件下，對(duì)一個(gè)Web 軟件進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，以此發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。目前相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者已針對(duì)Web 軟件性能測(cè)試進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[1]提出了一種利用記憶單元改進(jìn)DQN 的Web 服務(wù)組合優(yōu)化方法，將C 語(yǔ)言作為編輯環(huán)境，通過NET 框架與系統(tǒng)相連的Web 軟件自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試，但該方式只適用于以C 語(yǔ)言作為編輯環(huán)境的Web 軟件，并不適用于所有軟件。文獻(xiàn)[2]提出了一種基于頁(yè)面對(duì)象的Web 應(yīng)用測(cè)試用例生成方法，但其僅僅針對(duì)JAVA技術(shù)以及AJAX 技術(shù)的動(dòng)態(tài)Web 應(yīng)用，依舊沒有完全覆蓋所有的Web 應(yīng)用。為提升Web 軟件性能參數(shù)測(cè)試效果，該文設(shè)計(jì)了一種Web 軟件性能參數(shù)自動(dòng)化測(cè)試方法。

1 基于FabanPlus 工具的Web軟件性能測(cè)試

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)Web 軟件性能參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試，該文引入了FabanPlus 自動(dòng)化測(cè)試工具。FabanPlus是基于JAVA 的可開源的測(cè)試工具，該測(cè)試工具允許用戶使用多種語(yǔ)言來自定義測(cè)試工具負(fù)載，并可一次模擬上萬(wàn)次用戶操作行為，提供一個(gè)隨機(jī)模型來模擬用戶對(duì)Web 軟件的操作行為，并可以通過并發(fā)量的細(xì)粒度來調(diào)整軟件[3-4]。FabanPlus 測(cè)試架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 FabanPlus測(cè)試架構(gòu)

根據(jù)圖1 可知，在執(zhí)行測(cè)試操作時(shí)，F(xiàn)abanPlus 可自動(dòng)記錄Web 軟件系統(tǒng)的吞吐量以及對(duì)模擬操作的響應(yīng)時(shí)間，并在模擬操作結(jié)束后，對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，與此同時(shí)，F(xiàn)abanPlus 自動(dòng)化測(cè)試工具擁有管理平臺(tái)，操作人員可在管理平臺(tái)中進(jìn)行上傳測(cè)試參數(shù)、修改負(fù)載配置、管理軟件運(yùn)行等操作，并可隨時(shí)查看測(cè)試結(jié)果[5-6]。

FabanPlus由兩部分構(gòu)成：MARS與AGEN，如圖2所示。

圖2 FabanPlus架構(gòu)

觀察圖2 可知，MARS 負(fù)責(zé)控制測(cè)試負(fù)載的執(zhí)行終止等操作，并負(fù)責(zé)保存和統(tǒng)計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)信息。AGEN則負(fù)責(zé)運(yùn)行測(cè)試系統(tǒng)，執(zhí)行測(cè)試操作。FabanPlus 擁有擴(kuò)展的Driver 模塊，能夠提供API 組件，允許用戶修改負(fù)載的控制值，利用提供的API，用戶可以在其中定義無(wú)限個(gè)離散的負(fù)載值，每個(gè)操作由相對(duì)應(yīng)的HTTP 通信單元序列組成，并模擬用戶操作，向Web軟件系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求并響應(yīng)[7-8]。開發(fā)人員通過Web 軟件服務(wù)系統(tǒng)的日志便可了解Web 軟件系統(tǒng)中存在的問題。Driver 包括四個(gè)組件，分別為HTTP 通信單元、DOM 結(jié)構(gòu)單元、JAVA 解釋單元以及AMO 數(shù)據(jù)搜索單元并通過異步請(qǐng)求的負(fù)載生成算法，完成與Web 軟件的通信以及對(duì)Web 軟件性能參數(shù)數(shù)據(jù)的收集并處理。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Web 軟件的性能參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)Web 軟件性能參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試，建立自動(dòng)化測(cè)試矩陣，通過FabanPlus 指令啟動(dòng)自動(dòng)化測(cè)試矩陣，完成對(duì)Web 軟件性能參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試。所謂自動(dòng)化測(cè)試矩陣即為在測(cè)試流中某個(gè)負(fù)載節(jié)點(diǎn)所有測(cè)試用例的集合。該文提出一種按照對(duì)Web 軟件系統(tǒng)各個(gè)接口的參數(shù)成對(duì)組合的方式來進(jìn)行測(cè)試用例的選擇，該方法考慮了所有Web 軟件在測(cè)試中可能出現(xiàn)的結(jié)果與可能，并覆蓋了所有可能產(chǎn)生問題對(duì)系統(tǒng)導(dǎo)致的影響，接口數(shù)量計(jì)算公式如下：

其中，m為Web 軟件系統(tǒng)接口數(shù)量，t為每個(gè)接口的取值范圍。根據(jù)式（1）構(gòu)造一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)第一層第一個(gè)節(jié)點(diǎn)就代表第一個(gè)參數(shù)m1的第一個(gè)取值t1，以此類推，從第一層第一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，直至最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在此過程中形成一條路徑，路徑上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)即為一個(gè)測(cè)試用例。

計(jì)算順序如下：將虛擬網(wǎng)絡(luò)層次從左至右，從上至下開始執(zhí)行，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)給上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在接收下一個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)后，自動(dòng)進(jìn)行順序排列，形成號(hào)碼串，每層都會(huì)形成一個(gè)號(hào)碼串，由每一層的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給下一層的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，再選擇最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)即具有所有虛擬網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試用例信息。根據(jù)上述計(jì)算實(shí)現(xiàn)軟件的測(cè)試。

2 Web軟件性能參數(shù)負(fù)載調(diào)控

完成軟件測(cè)試后，進(jìn)行負(fù)載調(diào)控，根據(jù)用戶對(duì)負(fù)載規(guī)則的定義，調(diào)節(jié)Web 軟件運(yùn)行時(shí)的負(fù)載狀態(tài)，該調(diào)節(jié)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，用戶可隨時(shí)根據(jù)Web 軟件性能參數(shù)情況來進(jìn)行調(diào)節(jié)，使負(fù)載強(qiáng)度根據(jù)運(yùn)行情況隨時(shí)改變，從而有效測(cè)試Web 軟件的彈性性能。Web 軟件性能參數(shù)負(fù)載調(diào)控過程如圖3 所示。

負(fù)載調(diào)節(jié)是根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)算法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的，用戶需要設(shè)置負(fù)載調(diào)節(jié)的規(guī)則。負(fù)載調(diào)節(jié)期望指數(shù)計(jì)算公式如下所示：

其中，W為負(fù)載調(diào)節(jié)期望指數(shù)；T1表示CPU 利用增加調(diào)節(jié)時(shí)長(zhǎng)；Umax表示CPU 最大利用率；T2表示CPU 最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間；Umin表示最小利用率；T3表示CPU利用率降低調(diào)節(jié)時(shí)長(zhǎng)；T4表示最短持續(xù)時(shí)間。

根據(jù)負(fù)載調(diào)節(jié)期望指數(shù)進(jìn)行負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，是一種基于狀態(tài)反饋的調(diào)節(jié)算法，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)載強(qiáng)度，使CPU 的利用率最大限度接近期望值。但其需要考慮負(fù)載調(diào)節(jié)中的兩個(gè)重要因素：Web 軟件運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的真實(shí)值S與期望值W。真實(shí)值可通過Web 軟件運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出，而期望值W則利用上述公式計(jì)算得出，真實(shí)值與期望值有一個(gè)偏差值，定義為E：

設(shè)定一個(gè)閾值B，當(dāng)E＞B時(shí)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)，通過設(shè)計(jì)一種算法來控制負(fù)載調(diào)節(jié)的運(yùn)行。將負(fù)載單位的增加量看作CPU 需要增強(qiáng)的負(fù)載強(qiáng)度，若CPU 的實(shí)際利用率比預(yù)測(cè)利用率大，則可以證明加強(qiáng)負(fù)載影響了Web 軟件系統(tǒng)的狀態(tài)，需要降低負(fù)載調(diào)節(jié)；若CPU 的實(shí)際利用率比預(yù)測(cè)利用率小，則證明需要進(jìn)行加強(qiáng)負(fù)載調(diào)節(jié)。預(yù)測(cè)的偏差值E越大，則證明需要加強(qiáng)的負(fù)載程度越大。當(dāng)負(fù)載強(qiáng)度屬于上升階段，且S＞Umax時(shí)，CPU 的實(shí)際利用率便達(dá)到了最初對(duì)Web 軟件系統(tǒng)設(shè)定時(shí)的目標(biāo)值，證明該Web 軟件可以正常運(yùn)行，負(fù)載強(qiáng)度不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，只需穩(wěn)定當(dāng)前的負(fù)載調(diào)節(jié)程度即可，直至Web 軟件性能參數(shù)測(cè)試結(jié)束。

FabanPlus 中提供支持HTTP 通信的API 組件分別基于HTTPURL 以及APACHE 客戶端的編程工具完成實(shí)現(xiàn)，可進(jìn)行自動(dòng)倒計(jì)時(shí)，從而記錄每次模擬用戶發(fā)出請(qǐng)求的時(shí)間以及系統(tǒng)相應(yīng)的時(shí)間，這部分時(shí)間便是負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)搜集的信息便是用作Web 軟件性能參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)信息。

在負(fù)載執(zhí)行過程中，利用線程模擬用戶的行為，每次每個(gè)用戶的操作都需要輸入一個(gè)驗(yàn)證碼，并提供登錄的用戶名以及密碼。FabanPlus 負(fù)載生成算法維護(hù)每一個(gè)Web 軟件的請(qǐng)求生成，再記錄響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)用戶定義的URL 地址生成向Web 軟件系統(tǒng)服務(wù)器的請(qǐng)求。用戶操作所產(chǎn)生的URL 地址可以只針對(duì)Web 軟件中的一個(gè)固定的URL 地址，也可針對(duì)該Web 中不同的URL 地址產(chǎn)生請(qǐng)求，開發(fā)人員在設(shè)定負(fù)載強(qiáng)度范圍時(shí)，可定義多個(gè)隨機(jī)的用戶與服務(wù)器之間產(chǎn)生的URL 地址，使得用戶只需定義其中一個(gè)請(qǐng)求行為便可向服務(wù)器產(chǎn)生若干需求。

至此，完成對(duì)Web 軟件性能參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試。

3 實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證該文方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖4 所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

選用的操作系統(tǒng)為Ubuntu12.04，采用的中央處理器工作頻率為1.0 GHz，硬盤內(nèi)存為64 GB，采用的服務(wù)器軟件為Apache2.2，設(shè)定測(cè)試時(shí)間為2 000 s，在測(cè)試過程中，同時(shí)向該文研究的自動(dòng)化測(cè)試方法和傳統(tǒng)的基于記憶單元的測(cè)試方法（文獻(xiàn)[1]方法）、基于頁(yè)面對(duì)象的Web 測(cè)試方法（文獻(xiàn)[2]方法）發(fā)送55 000 個(gè)HTTP 請(qǐng)求，分別分析不同方法接收成功率、接收時(shí)間，得到的接收數(shù)據(jù)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 接收數(shù)據(jù)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知，該文設(shè)計(jì)方法的接收成功率高于兩個(gè)傳統(tǒng)方法，在接收51 200 個(gè)HTTP 請(qǐng)求后，該文的測(cè)試方法成功數(shù)量始終在98%以上，而傳統(tǒng)方法的成功數(shù)量相對(duì)較低，且在接受過程中出現(xiàn)的誤差較大，這是由于用戶操作和比例要求出現(xiàn)較多問題。響應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。

圖5 響應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖5 可知，該文設(shè)計(jì)方法在對(duì)每個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行測(cè)試時(shí)，響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)方法的響應(yīng)時(shí)間。這是因?yàn)樵撐脑O(shè)計(jì)方法應(yīng)用了FabanPlus 的模擬用戶進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過程中對(duì)用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，能夠很好地利用CPU，在相同負(fù)載強(qiáng)度下能夠更快速地實(shí)現(xiàn)響應(yīng)。三種測(cè)試方法的CPU 利用率如表2所示。

表2 CPU利用率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，該文研究方法對(duì)CPU 的利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。這是因?yàn)樵撐难芯糠椒ㄍㄟ^分析URL 和相應(yīng)代碼完成信息利用，而傳統(tǒng)方法在進(jìn)行用戶統(tǒng)計(jì)過程中，需要耗費(fèi)的時(shí)間較多，CPU 利用率難以達(dá)到用戶要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

Web 軟件已經(jīng)逐漸滲透到人們的生活，其在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，為提升其應(yīng)用效果，需要對(duì)Web 軟件性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。為提升參數(shù)測(cè)試效果，該文設(shè)計(jì)了一種Web 軟件性能參數(shù)自動(dòng)化測(cè)試方法，該方法適用于所有語(yǔ)言編輯的Web 軟件，具有普及性，以期通過該文研究為后續(xù)研究此方面的學(xué)者提供一定參考。