如何進行性能測試中服務器關鍵性能指標的淺析

如何進行性能測試中服務器關鍵性能指標的淺析，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

在對互聯網服務進行服務端性能測試時，主要關注兩方面的性能指標：

業務指標：如吞吐量(QPS、TPS)、響應時間(RT)、并發數、業務成功率等

資源指標：如CPU、內存、Disk I/O、Network I/O等資源的消耗情況

下面主要介紹一些廣泛適用的、基本的資源指標以及這些指標在Linux服務器的獲取方式。

關于CPU資源，有三個重要概念是我們需要關注的：使用率、運行隊列和上下文切換。

CPU使用率(CPU Utilization Percentages)：有進程處于Running狀態的時間/總時間。

性能測試指標中，CPU使用率通常用us + sy來計算，其可接受上限通常在70%~80%。另外需要注意的是，在測試過程中，如果sy的值長期大于25%，應該關注in(系統中斷)和cs(上下文切換)的數值，并根據被測應用的實現邏輯來分析是否合理。

運行隊列進程數(Processes on run queue)：Running狀態 + Waiting狀態的進程數，展示了正在運行和等待CPU資源的任務數，可以看作CPU的工作清單，是判斷CPU資源是否成為瓶頸的重要依據。vmstat通過r的值來體現：

r： 可運行進程數，包括正在運行(Running)和已就緒等待運行(Waiting)的。

如果r的值等于系統CPU總核數，則說明CPU已經滿負荷。在負載測試中，其可接受上限通常不超過CPU核數的2倍。

上下文切換(Context Switches)：簡單來說，context指CPU寄存器和程序計數器在某時間點的內容，(進程)上下文切換即kernel掛起一個進程并將該進程此時的狀態存儲到內存，然后從內存中恢復下一個要執行的進程原來的狀態到寄存器，從其上次暫停的執行代碼開始繼續執行至頻繁的上下文切換將導致sy值增長。vmstat通過cs的值來體現：

另外還有一個指標用來作為系統在一段時間內的負載情況的參考：

平均負載Load Average：在UNIX系統中，Load是對系統工作量的度量。Load取值有兩種情況，多數UNIX系統取運行隊列的值(vmstat輸出的r)，而Linux系統取運行隊列的值 + 處于task_uninterruptible狀態的進程數(vmstat輸出的b)，所以會出現CPU使用率不高但Load值很高的情況。Load Average就是在一段時間內的平均負載，系統工具top、uptime等提供1分鐘、5分鐘和15分鐘的平均負載值。

講到的內存，包括物理內存和虛擬內存，性能測試工具物理內存和硬盤上的一塊空間(SWAP)組合起來作為虛擬內存(Virtual Memory)為進程的運行提供一個連續的內存空間，這樣的好處是進程可用的內存變大了， 性能測試工具但需要注意的是，SWAP的讀寫速度遠低于物理內存，并且物理內存和swap之間的數據交換會增加系統負擔。虛擬內存被分成頁(x86系統默認頁大小為4k)，內核讀寫虛擬內存以頁為單位，當物理內存空間不足時，內存調度會將物理內存上不常使用的內存頁數據存儲到磁盤的SWAP空間，物理內存與swap空間之間的數據交換過程稱為頁面交換(Paging)。

可用內存(free memory)：內存占用的直觀數據，vmstat輸出free的值，可用內存過小將影響整個系統的運行效率，對于穩定運行的系統，free可接受的范圍通常應該大于物理內存的20%，即內存占用應該小于物理內存的80%。在壓力測試時，系統內存資源的情況應該用可用內存結合頁面交換情況來判斷，如果可以內存很少，但頁面交換也很少，此時可以認為內存資源還對系統性能構成嚴重影響。

頁面交換(Paging)：頁面交換包括從SWAP交換到內存和從內存交換到SWAP，如果系統出現頻繁的頁面交換，需要引起注意。可以從vmstat的si和so獲取：

si：每秒從SWAP讀取到內存的數據大小

so：每秒從內存寫入到SWAP的數據大小

SWAP空間占用:可以從vmstat的swpd來獲取當前SWAP空間的使用情況，應該和頁面交換結合來分析，比如當swpd不為0，但si，so持續保持為0時，內存資源并沒有成為系統的瓶頸。

磁盤通常是系統中最慢的一環，一是其自身速度慢，即使是SSD，其讀寫速度與內存都還存在數量級的差距，二是其離CPU最遠。另外需要說明的是磁盤IO分為隨機IO和順序IO兩種類型，在性能測試中應該先了解被測系統是偏向哪種類型。

隨機IO：隨機讀寫數據，讀寫請求多，每次讀寫的數據量較小，其IO速度更依賴于磁盤每秒能IO次數(IOPS)。

順序IO：順序請求大量數據，讀寫請求個數相對較少，每次讀寫的數據量較大，順序IO更重視每次IO的數據吞吐量。

對于磁盤，首要關注使用率，IOPS和數據吞吐量，在Linux服務區，可以使用iostat來獲取這些數據。

(設備)使用率：統計過程中處理I/O請求的時間與統計時間的百分比，即iostat輸出中的%util，如果該值大于60%，很可能降低系統的性能表現。

IOPS：每秒處理讀/寫請求的數量，即iostat輸出中的r/s和w/s，個人PC的機械硬盤IOPS一般在100左右，而各種公有云/私有云的普通服務器，也只在百這個數量級。預先獲取到所用服務區的IOPS能力，然后在性能測試中監控試試的IOPS數據，來衡量當前的磁盤是否能滿足系統的IO需求。

數據吞吐量：每秒讀/寫的數據大小，即iostat輸出中的rkB/s和wkB/s，通常磁盤的數據吞吐量與IO類型有直接關系，順序IO的吞吐能力明顯優與隨機讀寫，可以預先測得磁盤在隨機IO和順序IO下的吞吐量，以便于測試時監控到的數據進行比較衡量。

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