cpu性能测试（性能测试常见指标分析）

cpu性能测试（性能测试常见指标分析）

压力测试：强调极端暴力 
稳定性测试：在一定压力下，长时间运行的情况 
基准测试：在特定条件下的性能测试 
负载测试：不同负载下的表现 
容量测试：最优容量

外部指标

从外部看，性能测试主要关注如下三个指标

• 吞吐量：每秒钟系统能够处理的请求数、任务数。

• 响应时间：服务处理一个请求或一个任务的耗时。

• 错误率：一批请求中结果出错的请求所占比例。

响应时间的指标取决于具体的服务。如智能提示一类的服务，返回的数据有效周期短（用户多输入一个字母就需要重新请求），对实时性要求比较高，响应时间的上限一般在100ms以内。而导航一类的服务，由于返回结果的使用周期比较长（整个导航过程中），响应时间的上限一般在2-5s。

对于响应时间的统计，应从均值、.90、.99、分布等多个角度统计，而不仅仅是给出均值。下图是响应时间统计的一个例子

吞吐量的指标受到响应时间、服务器百思特网软硬件配置、网络状态等多方面因素影响。

• 吞吐量越大，响应时间越长。

• 服务器硬件配置越高，吞吐量越大。

• 网络越差，吞吐量越小。

在低吞吐量下的响应时间的均值、分布比较稳定，不会产生太大的波动。

在高吞吐量下，响应时间会随着吞吐量的增长而增长，增长的趋势可能是线性的，也可能接近指数的。当吞吐量接近系统的峰值时，响应时间会出现激增。

错误率和服务的具体实现有关。通常情况下，由于网络超时等外部原因造成的错误比例不应超过5%%，由于服务本身导致的错误率不应超过1% 。

一个系统的吞度量（承压能力）与request对CPU的消耗、外部接口、IO等等紧密关联。

单个reqeust 对CPU消耗越高，外部系统接口、IO影响速度越慢，系统吞吐能力越低，反之越高。

系统吞吐量几个重要参数：QPS（TPS）、并发数、响应时间

QPS（TPS）：每秒钟request/事务 数量

并发数： 系统同时处理的request/事务数

响应时间： 一般取平均响应时间

（很多人经常会把并发数和TPS理解混淆）

理解了上面三个要素的意义之后，就能推算出它们之间的关系：

QPS（TPS）= 并发数/平均响应时间

一个系统吞吐量通常由QPS（TPS）、并发数两个因素决定，每套系统这两个值都有一个相对极限值，在应用场景访问压力下，只要某一项达到系统最高值，系统的吞吐量就上不去了，如果压力继续增大，系统的吞吐量反而会下降，原因是系统超负荷工作，上下文切换、内存等等其它消耗导致系统性能下降。

决定系统响应时间要素

我们百思特网做项目要排计划，可以多人同时并发做多项任务，也可以一个人或者多个人串行工作，始终会有一条关键路径，这条路径就是项目的工期。

系统一次调用的响应时间跟项目计划一样，也有一条关键路径，这个关键路径是就是系统影响时间；

关键路径是有CPU运算、IO、外部系统响应等等组成。

我们在做系统设计的时候就需要考虑CPU运算、IO、外部系统响应因素造成的影响以及对系统性能的初步预估。

而通常境况下，我们面对需求，我们评估出来的出来QPS、并发数之外，还有另外一个维度：日PV。

通过观察系统的访问日志发现，在用户量很大的情况下，各个时间周期内的同一时间段的访问流量几乎一样。比如工作日的每天早上。只要能拿到日流量图和QPS我们就可以推算日流量。

通常的技术方法：

1. 找出系统的最高TPS和日PV，这两个要素有相对比较稳定的关系（除了放假、季节性因素影响之外）

2. 通过压力测试或者经验预估，得出最高TPS，然后跟进1的关系，计算出系统最高的日吞吐量。B2B中文和淘宝面对的客户群不一样，这两个客户群的网络行为不应用，他们之间的TPS和PV关系比例也不一样。

从服务器的角度看，性能测试主要关注CPU、内存、服务器负载、网络、磁盘IO等

CPU

后台服务的所有指令和数据处理都是由CPU负责，服务对CPU的利用率对服务的性能起着决定性的作用。

Linux系统的CPU主要有如下几个维度的统计数据

• us：用户态使用的cpu时间百分比

• sy：系统态使用的cpu时间百分比

• ni：用做nice加权的进程分配的用户态cpu时间百分比

• id：空闲的cpu时间百分比

• wa：cpu等待IO完成时间百分比

• hi：硬中断消耗时间百分比

• si：软中断消耗时间百分比

us & sy：大部分后台服务使用的CPU时间片中us和sy的占用比例是最高的。同时这两个指标又是互相影响的，us的比例高了，sy的比例就低，反之亦然。通常sy比例过高意味着被测服务在用户态和系统态之间切换比较频繁，此时系统整体性能会有一定下降。另外，在使用多核CPU的服务器上，CPU 0负责CPU各核间的调度，CPU 0上的使用率过高会导致其他CPU核心之间的调度效率变低。因此测试过程中CPU 0需要重点关注。

ni：每个Linux进程都有个优先级，优先级高的进程有优先执行的权利，这个叫做pri。进程除了优先级外，还有个优先级的修正值。这个修正值就叫做进程的nice值。一般来说，被测服务和服务器整体的ni值不会很高。如果测试过程中ni的值比较高，需要从服务器Linux系统配置、被测服务运行参数查找原因

id：线上服务运行过程中，需要保留一定的id冗余来应对突发的流量激增。在性能测试过程中，如果id一直很低，吞吐量上不去，需要检查被测服务线程/进程配置、服务器系统配置等。

wa：磁盘、网络等IO操作会导致CPU的wa指标提高。通常情况下，网络IO占用的wa资源不会很高，而频繁的磁盘读写会导致wa激增。如果被测服务不是IO密集型的服务，那需要检查被测服务的日志量、数据载入频率等。

hi & si：硬中断是外设对CPU的中断，即外围硬件发给CPU或者内存的异步信号就是硬中断信号；软中断由软件本身发给操作系统内核的中断信号。通常是由硬中断处理程序或进程调度程序对操作系统内核的中断，也就是我们常说的系统调用(System Call)。在性能测试过程中，hi会有一定的CPU占用率，但不会太高。对于IO密集型的服务，si的CPU占用率会高一些。

常见性能瓶颈

• 吞吐量到上限时系统负载未到阈值：一般是被测服务分配的系统资源过少导致的。测试过程中如果发现此类情况，可以从ulimit、系统开启的线程数、分配的内存等维度定位问题原因

• CPU的us和sy不高，但wa很高：如果被测服务是磁盘IO密集型型服务，wa高属于正常现象。但如果不是此类服务，最可能导致wa高的原因有两个，一是服务对磁盘读写的业务逻辑有问题，读写频率过高，写入数据量过大，如不合理的数据载入策略、log过多等，都有可能导致这种问题。二是服务器内存不足，服务在swap分区不停的换入换出。

• 同一请求的响应时间忽大忽小：在正常吞吐量下发生此问题，可能的原因有两方面，一是服务对资源的加锁逻辑有问题，导致处理某些请求过程中花了大量的时间等待资源解锁；二是Linux本身分配给服务的资源有限，某些请求需要等待其他请求释放资源后才能继续执行。

• 内存持续上涨：在吞吐量固定的前提下，如果内存持续上涨，那么很有可能是被测服务存在明显的百思特网内存泄漏，需要使用valgrind等内存检查工具进行定位。

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