2019-01-15

ApacheBenchmark和gnuplot

文章目录

1. 前言
2. ApacheBench
1. 2.1. 安装
2. 2.2. 使用
3. gnuplot
1. 3.1. 安装
2. 3.2. 使用
4. 绘制ab数据
1. 4.1. 响应时间
2. 4.2. 吞吐量
5. 后记

前言

《虚拟机在线迁移的性能统计》一文中，提到了虚拟机迁移的四个性能指标。但是文中只记录了迁移时间、停机时间、迁移数据量的测量方法，对于应用程序的性能，由于没有想到好的测量方法，最终搁置。

又参考了一些论文，发现他们在考虑Web应用程序性能时，主要考虑吞吐量。本文，就来研究一下ApacheBench测量吞吐量的方法，并且使用gnuplot绘制出吞吐量与时间的关系。

ApacheBench

ApacheBench（ab）是Apache自带的一个Web压力测试工具，也可以单独下载使用。ab非常实用，它不仅可以对apache服务器进行网站访问压力测试，也可以对或其它类型的服务器进行压力测试。比如nginx、tomcat、IIS等。

安装

1、安装apache
apt install apache2

2、测试

1 2	curl localhost ab -V

单独下载ab的话，可以使用apt install apache2-utils。

使用

ab命令使用说明：
ab [options] [http[s]://]hostname[:port]/path

可选参数如下：

-n requests     Number of requests to perform
-c concurrency  Number of multiple requests to make at a time
-t timelimit    Seconds to max. to spend on benchmarking
                This implies -n 50000
-s timeout      Seconds to max. wait for each response
                Default is 30 seconds
-b windowsize   Size of TCP send/receive buffer, in bytes
-B address      Address to bind to when making outgoing connections
-p postfile     File containing data to POST. Remember also to set -T
-u putfile      File containing data to PUT. Remember also to set -T
-T content-type Content-type header to use for POST/PUT data, eg.
                'application/x-www-form-urlencoded'
                Default is 'text/plain'
-v verbosity    How much troubleshooting info to print
-w              Print out results in HTML tables
-i              Use HEAD instead of GET
-x attributes   String to insert as table attributes
-y attributes   String to insert as tr attributes
-z attributes   String to insert as td or th attributes
-C attribute    Add cookie, eg. 'Apache=1234'. (repeatable)
-H attribute    Add Arbitrary header line, eg. 'Accept-Encoding: gzip'
                Inserted after all normal header lines. (repeatable)
-A attribute    Add Basic WWW Authentication, the attributes
                are a colon separated username and password.
-P attribute    Add Basic Proxy Authentication, the attributes
                are a colon separated username and password.
-X proxy:port   Proxyserver and port number to use
-V              Print version number and exit
-k              Use HTTP KeepAlive feature
-d              Do not show percentiles served table.
-S              Do not show confidence estimators and warnings.
-q              Do not show progress when doing more than 150 requests
-l              Accept variable document length (use this for dynamic pages)
-g filename     Output collected data to gnuplot format file.
-e filename     Output CSV file with percentages served
-r              Don't exit on socket receive errors.
-m method       Method name
-h              Display usage information (this message)
-Z ciphersuite  Specify SSL/TLS cipher suite (See openssl ciphers)
-f protocol     Specify SSL/TLS protocol
                (TLS1, TLS1.1, TLS1.2 or ALL)

1、模拟10个client，总共发送100个请求（每个client发送10个请求）
ab -n 100 -c 10 http://localhost/
注意网址后面要加”/“或者明确的path。
运行结果如下：

This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1706008 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/

Benchmarking localhost (be patient).....done

Server Software:        Apache/2.4.18
Server Hostname:        localhost
Server Port:            80

Document Path:          /
Document Length:        11321 bytes

Concurrency Level:      10
Time taken for tests:   0.013 seconds
Complete requests:      100
Failed requests:        0
Total transferred:      1159500 bytes
HTML transferred:       1132100 bytes
# 相当于LoadRunner中的每秒事务数
Requests per second:    7841.29 [#/sec] (mean)
# 相当于LoadRunner中的平均事务响应时间
Time per request:       1.275 [ms] (mean)
# 每个连接请求实际运行时间的平均值
Time per request:       0.128 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          88788.85 [Kbytes/sec] received

Connection Times (ms)
              min  mean[+/-sd] median   max
Connect:        0    0   0.1      0       1
Processing:     0    1   0.3      1       1
Waiting:        0    0   0.2      0       1
Total:          1    1   0.3      1       2

Percentage of the requests served within a certain time (ms)
  50%      1
  66%      1
  75%      1
  80%      1
  90%      2
  95%      2
  98%      2
  99%      2
 100%      2 (longest request)

性能测试得到的最重要的指标是QPS(Requests per second)，反映了接口的并发承受能力，也就是系统的峰值性能。如果对接口的调用超过了这一限制，就要考虑提升硬件或者做一些优化了。更多结果说明参考Web性能压力测试工具之ApacheBench详解。

2、指定测试的最大时间为10秒
ab -t 10 -n 1000000 http://localhost/
“-t”可以指定测试的最大时间，如果还不到此数请求已经发完，那么测试也会结束。当使用”-t”参数时，ab内部默认最大的请求数为50000，为了同时使用”-n”指定的参数，可以将”-t”参数放在”-n”参数之前。更多内容参考按时间进行压力测试。

3、测试结果存入gnuplot格式的文件
ab -g t10.dat -t 10 -n 1000000 http://localhost/

gnuplot

gnuplot是一个小巧实用的数据处理工具，主要用来绘制2D/3D的数据或者函数图像，但是也包含数学计算、拟合等功能。虽然它的名字里有个“gnu”，但是它和大名鼎鼎的GNU没什么关系，使用的授权协议也不是GNU GPL，所以这里的“gnu”是小写，全名应该读作“new plot”。

安装

1、终端输入gnuplot，提示：

The program 'gnuplot' can be found in the following packages:
 * gnuplot-nox
 * gnuplot-qt
 * gnuplot-x11
 * gnuplot5-nox
 * gnuplot5-qt
 * gnuplot5-x11
Try: sudo apt install <selected package>

可见gnuplot在多个软件包中都包含，这里我们选择安装gnuplot-nox或者gnuplot-qt。

2、安装gnuplot-nox
apt install gnuplot-nox

3、测试
gnuplot -V

其他平台的安装，参考谈谈gnuplot（一）：安装。

使用

1、启动
输入gnuplot，进入gnuplotshell。

这里包含gnuplot的版本、系统、版权等信息。最关键的是最后一条：
Terminal type set to ‘unknown’
什么是terminal？在gnuplot中，terminal就是说你打算用什么方式输出图片。这里默认的terminal是unknown，因为我们安装了gnuplot-nox。一般需要修改为wxt，也就是直接输出到电脑屏幕上。

2、设置terminal

1 2	set terminal dumb plot sin(x)

以上，设置terminal为dumb，也就是直接在shell中显示绘图结果。

3、图形界面显示
在shell中绘图，太粗糙，我们想要在图形界面中显示。
（1）使用vncserver连接服务器，参考Linux下使用VirtualBox
（2）启动gnuplot，设置terminal
set terminal wxt或者set terminal x11无法成功，因为没有安装图形界面支持。
（3）安装图形界面支持
apt install gnuplot-x11
之后再启动gnuplot，默认terminal为x11。
（4）尝试绘图

更多绘制方法，参考程序员的绘图利器 — Gnuplot。

4、gnuplot脚本
（1）新建sin.plt脚本，内容为：

# 绘制sin
set xlabel 'x'
set ylabel 'y'
plot sin(x)

（2）运行脚本
gnuplot sin.plt或者在gnushell中执行load 'sin.plt'，值得一提的是，前一种方法绘制的图像会一闪而过。
（3）保存脚本
如果在gnushell执行了一些set命令，然后plot进行绘图，想要保存这些操作，方便下次使用，那么可以使用save 'filename.plt'命令保存脚本。

绘制ab数据

在ab使用一节，已经保存两个文件，n10000.dat和t10.dat，接下来我们把该文件中的数据绘制一下。主要参考使用Apache Bench 和 Gnuplot产生性能测试图。

响应时间

1、查看t10.dat文件
tail t10.dat

starttime：人类可读的开始时间
seconds：开始时间的unix时间戳值
ctime：对应的ab输出中的Connection Times(ms)中的Connect
dtime：对应的ab输出中的Connection Times(ms)中的Processing
ttime：对应的ab输出中的Connection Times(ms)中的Total
wait：对应的ab输出中的Connection Times(ms)中的Waiting

2、新建t10.plt脚本，绘制request与response time的关系图

# output as png image
set terminal png

# save file to "t10.png"
set output "t10.png"

# graph title
set title "ab -g t10.dat -t 10 -n 1000000 http://localhost/"

# nicer aspect ratio for image size
set size 1,0.7

# y-axis grid
set grid y

#x-axis label
set xlabel "request"

#y-axis label
set ylabel "response time (ms)"

#plot data from "t10.dat" using column 9 with smooth sbezier lines
plot "t10.dat" using 9 smooth sbezier with lines title "t10"

3、执行t10.plt脚本
gnuplot t10.plt
生成的t10.png图像如下：

这张图，和教程中给的结果差别很大，看不出逐渐增长的趋势。从上图可以看出，10s内发送了接近6万个请求，response time最大才12ms，应该是因为本机性能太好导致的。所以，小编决定换一个主机测试。

4、测试个人博客
ab -g t10.dat -t 10 -n 1000000 http://www.voidking.com/

5、再次执行t10.plt脚本
生成的图像如下：

由上图可以看出，10ms内发送了接近120个请求，response time逐渐增长，最大为99ms。

吞吐量

上面的效果并不是我们最终想要的，我们需要的，是response per second与time的关系，也就是吞吐量。

1、新建pt10.sh脚本，处理t10.dat

1
2
3

#!/bin/bash
start_time=`awk '{print $6}' t10.dat | grep -v 'wait' | sort | uniq -c|head -1|awk '{print $2}'`
awk '{print $6}' t10.dat | grep -v 'wait' | sort | uniq -c|awk -v t=$start_time '{print $2-t,$1}' > epochtime.dat

2、执行pt10.sh

1 2	chmod a+x pt10.sh ./pt10.sh

3、新建throughput.plt脚本

# output as png image
set terminal png  size 1000,560
set output "throughput.png"
#graph title
set title "Throughput"
set key invert reverse Left outside
# nicer aspect ratio for image size
#set size 1,0.6
# y-axis grid
set grid y
# x-axis label
set xlabel "time"
# y-axis label
set ylabel "responses per second"
plot "epochtime.dat" using 1:2 with lines title "t10"

生成的图像如下：

后记

以上，完成了ApacheBenchmark和gnuplot的基础学习。gnuplot确实是一个很棒的绘图工具，绘出的图看起来就专业。以后就不用excel绘图了，安装一个windows版gnuplot，完美。