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  第5题      
  知识点:   负载压力测试   压力测试   CPU   数据管理   数据库   响应时间

 
【说明】
数据管理系统有两个重要模块:数据接收模块和数据查询模块。数据接收模块按照一定的时间间隔从多个不同数据源接收数据进行一定的预处理后存入数据库中;数据查询模块根据用户请求从数据库中査询相应的数据并返回给用户。现需要对该系统执行负载压力测试
数据管理系统的性能要求为:
(1)交易执行成功率100%;
(2)接收间隔最小为200ms;
(3)查询响应时间在3s以内;
(4)查询功能支持至少10个并发用户;
(5)数据接收模块CPU利用率不超过40%;
(6)数据查询模块CPU利用率不超过20%。
 
问题:5.1   简述负载压力测试的主要目的。
 
问题:5.2   对该数据管理系统进行性能测试时,主要关注哪些性能指标?
 
问题:5.3   该系统数据接收模块和数据查询模块的测试结果如表5-1、表5-2所示,请分别指出测试结果是否满足性能需求并说明原因。
 
问题:5.4   根据问题3的测试结果,试分析该系统的可能瓶颈。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 负载压力测试    · 压力测试    · CPU    · 数据管理    · 数据库    · 响应时间
 
       负载压力测试
        性能是用户经常会遇到的一个棘手的问题,也可能是Web系统在投入实际使用以前最为关心的问题。
        Web系统的性能包含哪些方面呢?
        . 客户端向服务器发出一个请求。
        . 服务器分配请求并进行处理。
        . 服务器把处理的结果反馈给客户端。
        . 客户端对结果进行分析,显示出来或进一步执行。
        从这个过程可以看出,由于客户端是一个单独的个体,几乎不会出现性能问题,而服务器为了响应多个客户端的请求,有可能出现响应错误、响应缓慢、数据丢失等错误。
        用户连接到Web应用系统的速度根据上网方式的变化而变化,他们或是电话拨号,或是宽带上网。当下载一个程序时,用户可以等较长的时间,但如果仅仅访问一个页面就不会这样。如果Web系统响应时间太长,用户就会因没有耐心等待而离开。另外,有些页面有超时的限制,如果响应速度太慢,用户可能还没来得及浏览内容,就需要重新登录了。而且,连接速度太慢,还可能引起数据丢失,使用户得不到真实的页面。
        负载测试是为了测量Web系统在某一负载级别上的性能,以保证Web系统在需求范围内能正常工作。负载级别可以是某个时刻同时访问Web系统的用户数量,也可以是在线处理的数据量。例如,Web应用系统能允许多少个用户同时在线;如果超过了这个数量,会出现什么现象;Web应用系统能否处理大量用户对同一个页面的请求。负载测试应该安排在Web系统发布以后,在实际的网络环境中进行测试。
        进行压力测试是指实际破坏一个Web应用系统,测试系统的反映。压力测试是测试系统的限制和故障恢复能力,也就是测试Web应用系统会不会崩溃,在什么情况下会崩溃。
        一般压力测试包含如下步骤:
        . 确定交易执行响应时间。
        . 估计Web系统能够承受的最大并发用户数量。
        . 模拟用户请求,以一个比较小的负载开始,逐渐增加模拟用户的数量,直到系统不能承受负载为止。
        . 如果负载没有达到需求,那么应该优化这个Web程序。
 
       压力测试
        压力测试是通过逐步增加系统负载,测试系统性能的变化,并最终确定在什么负载条件下系统性能处于失效状态,并以此来获得系统能提供的最大服务级别的测试。通俗地讲,压力测试是为了发现在什么条件下系统的性能会变得不可接受。
        可见,压力测试是一种特定类型的负载测试。例如,访问一个页面的响应时间规定为不超过1秒,负载测试就是测试在响应时间为1秒时,系统所能承受的最大并发访问用户的数量,而压力测试就是测试系统在多大的并发访问用户数量下,响应时间不可接受,例如超过1分钟(定义为失效状态)。
 
       CPU
        CPU即中央处理器,它是计算机系统的核心部分。刚才所列的系统性能评价指标都是围绕CPU的。当然,这些指标的评价结果是建立在CPU与其他系统部件(如内存)的协同工作的基础上的。单就CPU而言,考察它在系统中的工作性能要关注CPU利用率、队列长度、每秒中断次数,等。
 
       数据管理
               数据生命周期
               在数据的整个生命周期中,不同的数据需要不同水平的性能、可用性、保护、迁移、保留和处理。通常情况下,在其生命周期的初期,数据的生成和使用都需要利用高速存储,并相应地提供高水平的保护措施,以达到高可用性和提供相当等级的服务水准。随着时间的推移,数据的重要性会逐渐降低,使用频率也会随之下降。伴随着这些变化的发生,企业就可以将数据进行不同级别的存储,为其提供适当的可用性、存储空间、成本、性能和保护,并且在整个生命周期的不同阶段都能对数据保留进行管理。
               数据的安全性管理是数据生命周期中的一个比较重要的环节。在进行数据输入和存取控制的时候,企业必须首先保证输入数据的数据合法性。要保证数据的安全性,必须保证数据的保密性和完整性,主要表现在以下5个方面:
               (1)用户登录时的安全性。从用户登录网络开始,对数据的保密性和完整性的保护就应该开始了。
               (2)网络数据的保护。包括在本地网络上的数据或者穿越网络的数据。在本地网络的数据是由验证协议来保证其安全性的。
               (3)存储数据以及介质的保护。可以采用数字签名来签署软件产品(防范运行恶意的软件),或者加密文件系统。
               (4)通信的安全性。提供多种安全协议和用户模式的、内置的集成支持。
               (5)企业和Internet网的单点安全登录。
               随着时间的推移,大部分数据将不再会被用到。一般情况下,一些无用的数据将被删除以节省空间,或者将有用的数据无限期地存储,以避免数据损失。
               信息资源管理
               信息资源管理(Information Resource Management,IRM)是对整个组织信息资源开发利用的全面管理。IRM把经济管理和信息技术结合起来,使信息作为一种资源而得到优化地配置和使用。上次我们在谈企业信息化的任务时,说开发信息资源既是企业信息化的出发点,又是企业信息化的归宿;只有高档次的数据环境才能发挥信息基础设施作用、建立集成化的信息系统、落实信息资源的开发和利用。因此,从IRM的技术侧面看,数据环境建设是信息资源管理的重要工作。
               企业信息资源管理不是把资源整合起来就行了,而是需要一个有效的信息资源管理体系,其中最为关键的是从事信息资源管理的人才队伍建设;其次,是架构问题,在信息资源建设阶段,规划是以建设进程为主线的,在信息资源管理阶段,规划应是以架构为主线,主要涉及的是这个信息化运营体系的架构,这个架构要消除以往分散建设所导致的信息孤岛,实现大范围内的信息共享、交换和使用,提升系统效率,达到信息资源的最大增值;技术也是一个要素,要选择与信息资源整合和管理相适应的软件和平台;另外一个就是环境要素,主要是指标准和规范,信息资源管理最核心的基础问题就是信息资源的标准和规范。
               数据管理
               企业信息资源开发利用做得好坏的关键人物是企业领导和信息系统负责人。IRM工作层上的最重要的角色就是数据管理员(Data Administrator, DA)。数据管理员负责支持整个企业目标的信息资源的规划、控制和管理;协调数据库和其他数据结构的开发,使数据存储的冗余最小而具有最大的相容性;负责建立有效使用数据资源的标准和规程,组织所需要的培训;负责实现和维护支持这些目标的数据字典;审批所有对数据字典做的修改;负责监督数据管理部门中的所有职员的工作。数据管理员应能提出关于有效使用数据资源的整治建议,向主管部门提出不同的数据结构设计的优缺点忠告,监督其他人员进行逻辑数据结构设计和数据管理。
               数据管理员还需要有良好的人际关系:善于同中高层管理人员一起制定信息资源的短期和长期计划。在数据结构的研制、建立文档和维护过程中,能与项目领导、数据处理人员和数据库管理员协同工作。能同最终用户管理部门一起工作,为他们提供有关数据资源的信息。
               一般来说,由数据管理员对日常数据进行更新和维护。数据库为了保证存储在其中的数据的安全和一致,必须有一组软件来完成相应的管理任务,这组软件就是数据库管理系统,简称DBMS, DBMS随系统的不同而不同,但是一般来说,它应该包括数据库描述功能、数据库管理功能、数据库的查询和操纵功能、数据库维护功能等。为了提高数据库系统的开发效率,现代数据库系统除了DBMS之外,还提供了各种支持应用开发的工具。
               目前许多厂商提供了相应的DBMS,便于数据管理员对底层的数据进行维护。例如MySQL、东软的OpenBase、金仓的KingbaseES等。
               公司级的数据管理
               如何进行信息资源规划?信息资源规划主要可以概括为“建立两种模型和一套标准”。“两种模型”是指信息系统的功能模型和数据模型,“一套标准”是指信息资源管理基础标准。信息系统的功能模型和数据模型,实际上是用户需求的综合反映和规范化表达;信息资源管理基础标准是进行信息资源开发利用的最基本的标准,这些标准都要体现在数据模型之中。
               企业信息化的最终目标是实现各种不同业务信息系统间跨地域、跨行业、跨部门的信息共享和业务协同,而信息共享和业务协同则是建立在信息使用者和信息拥有者对共享数据的涵义、表示及标识有着相同的而无歧义的理解基础上。然而,由于各部门、各行业及各应用领域对于相同的数据概念有着不同的功能需求和不同的描述,从而导致了数据的不一致性。数据的不一致性主要表现为:数据名称的不一致性、数据长度的不一致性、数据表示的不一致性以及数据含义的不统一性。
               数据标准化是一种按照预定规程对共享数据实施规范化管理的过程。数据标准化的对象是数据元素和元数据。数据元素是通过定义、标识、表示以及允许值等一系列属性描述的数据单元,是数据库中表达实体及其属性的标识符。在特定的语义环境中,数据元素被认为是不可再分的最小数据单元。元数据是描述数据元素属性(即语义内容)的信息,并被存储在数据元素注册系统(又称数据字典)中。数据元素注册系统通过对规范化的数据元素及其属性(即元数据)的管理,可以有效实现用户跨系统和跨环境的数据共享。数据标准化主要包括业务建模阶段、数据规范化阶段、文档规范化阶段等三个阶段。
               数据标准化是建立在对现实业务过程全面分析和了解的基础上的,并以业务模型为基础的。业务建模阶段是业务领域专家和业务建模专家按照《业务流程设计指南》,利用业务建模技术对现实业务需求、业务流程及业务信息进行抽象分析的过程,从而形成覆盖整个业务过程的业务模型。该阶段着重对现实业务流程的分析和研究,尤其需要业务领域专家的直接参与和指导。业务模型是某个业务过程的图形表示或一个设计图。
               数据规范化阶段是数据标准化的关键和核心,该阶段是针对数据元素进行提取、规范化及管理的过程。数据元素的提取离不开对业务建模阶段成果的分析,通过研究业务模型能够获得业务的各个参与方、确定业务的实施细则、明确数据元素对应的信息实体。该阶段是业务领域专家和数据规范化专家按照《数据元素设计与管理规范》利用数据元素注册系统(或数据字典)对业务模型内的各种业务信息实体进行抽象、规范化和管理的过程,从而形成一套完整的标准数据元素目录。在实现数据元素标准化的同时,还应关注数据元素取值的规范化,以此实现信息表示和信息处理的标准化。
               文档规范化阶段是数据规范化成果的实际应用的关键,是实现离散数据有效合成的重要途径。标准数据元素是构造完整信息的基本单元,各类电子文档则是传递各类业务信息的有效载体,并是将分离的标准数据元素信息进行有效合成的手段。该阶段是业务领域专家和电子文档设计专家按照《电子文档设计指南》对各类电子文档格式进行规范化设计和管理的过程,并形成了一批电子文档格式规范。
               综上所述,数据标准化所涉及的三个主要阶段缺一不可、彼此密不可分。业务建模是数据标准化的基础和前提;数据规范化及其管理是数据标准化的核心和重点;文档规范化是数据标准化成果的有效应用的关键。
               此外,数据标准化也可以采用数据字典、数据指南或信息系统字典等加以统一。数据字典实际上也是以数据表和视图为主要存在形式的,它是关于数据的数据表和视图。管理员可以通过数据字典获得全面的数据库信息。
               数据库审计支持
               数据安全是大型数据库应用系统中必须仔细考虑的一个重要问题,也是数据库管理人员和系统管理人员日常工作中最为重要的一部分。有效的数据库审计是数据库安全的基本要求。企业应针对自己的应用和数据库活动定义审计策略。智能审计的实现对安全管理的意义重大,不仅能节省时间,而且能减少执行所涉及的范围和对象。通过智能限制日志大小,还能突出更加关键的安全事件。
               信息系统审计员可以从数据库系统本身、主体和客体三个方面来进行审计,审计对数据库对象的访问以及与安全相关的事件。数据库审计员可以分析审计信息、跟踪审计事件、追查责任以及使用审计服务器记录审计跟踪,并且可以根据审计信息,对审计结果进行统计、跟踪和分析,进行审计跟踪、入侵检测等。
               目前许多数据库供应商都提供了支持数据库审计的功能,例如东软公司的OpenBASE Secure就提供了十分完善的审计功能。
 
       数据库
        数据库(DataBase,DB)是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。
        系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。
 
       响应时间
        系统响应时间是指用户发出完整请求到系统完成任务给出响应的时间间隔。处于系统中不同的角色的人,对响应时间的关注点是不一样的。从系统管理员的角度来看,系统响应时间指的是服务器收到请求的时刻开始计时,到服务器完成执行请求,并将请求的信息返回给用户这一段时间的间隔。这个“服务器”包含的范围是给用户提供服务的接口服务器,中间的一些业务处理的服务器和排在最后面的数据库服务器。这里并不包含请求和响应在网络上的通信时间。
        从用户的角度来看,响应时间是用户发出请求开始计时,(如按下“确认”或Enter键的时刻),到用户的请求的相应结果展现在用户机器的屏幕的时候的这一段时间的间隔。这个时间称为“客户端的响应时间”,它等于客户端的请求队列加上服务器的响应时间和网络的响应时间的总和。可以看出,从用户角色感受的“响应时间”是所有响应时间中最长的,很多影响因素不在应用系统的范围内,如数据包在网络上的传输时间、域名解析时间等。
        响应时间超出预期太多的应用系统会导致用户的反感,因为系统在让他们等待,这样会降低他们的工作效率,延长他们的工作时间。位于互联网上的Web网站也存在同样的问题,有调查表明,如果一个Web网页不能在8秒钟内下载到访问的用户端,访问者就会失去耐性,他们有的尝试其他同类型的网站,有的可能访问竞争者的网站,并且可能影响他们圈子里面的人访问这个网站的兴趣和取向。对于一个指望这些访问者变为客户的网站站点而言,响应时间带来的后果等同于销售额的损失。
        系统的响应时间对每个用户来说都是不一样的,以下因素会影响系统的平均响应时间:
        (1)和业务相关,处理不同的业务会有不同的响应时间。
        (2)和业务组合有关,业务之间可能存在依赖关系或其他,也会相互影响。
        (3)和用户的数量有关,大并发量会严重影响应时间。
        有多种方法可以用来测试响应时间,常用的有两种方法,分别是首字节响应时间和末字节响应时间。首字节响应时间是指向服务器发送请求与接收到响应的第一个字节之间的时间,末字节响应时间是指向服务器发送请求与接收到响应的最后一个字节之间的时间。通过测量响应时间,可以知道所有客户端用户完成一笔业务所用的时间以及平均时间、最大时间。
        米勒曾经给出了3个经典的有关响应时间的建议,至今仍有参加价值:
        (1)0.1秒:用户感觉不到任何延迟。
        (2)1秒:用户愿意接受的系统立即响应的时间极限。即当执行一项任务的有效反馈时间在0.1~1秒之内时,用户是愿意接受的。超过此数据值,则意味着用户会感觉到有延迟,但只要不超过10秒,用户还是可以接受的。
        (3)10秒:用户保持注意力执行本次任务的极限,如果超过此数值时仍然得不到有效的反馈,用户会在等待计算机完成当前操作时转向其他的任务。
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