CN113259195A - 一种消息中间件性能测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于消息处理和性能测试技术领域，提供一种消息中间件性能测试方法。包括如下步骤，测试软件环境和硬件环境的准备；根据实际使用中常用的消息传递场景决定消息中间件需要测试的消息传递模式，并确定消息传递参与者中消息发布者和消息消费者的参与数量；消息生产者程序和消息消费者功能实现方式设计；消息生产者和消息消费者程序运行；监控消息传递过程中资源消耗；进行数据记录与分析；如果决定消息中间件需要测试的消息传递模式不止一个，则重复上述步骤直至完成所有所需测试的消息传递模式为止。本发明提出了在测试消息中间件性能时消息消费者、消息生产者程序功能实现方式，明确了评价消息中间件性能的指标。

Description

一种消息中间件性能测试方法
技术领域
本发明属于消息处理和性能测试技术领域，具体涉及一种消息中间件性能测试方法。
背景技术
消息中间件是可以进行消息发布、订阅以及管理的组件。消息中间件的组成包含消息生产者、消息消费者、消息主题。部分消息中间件还存在消息代理服务器组件。消息中间件可以起到降低耦合度、流量削峰的作用，在信息通信领域起着非常重要的作用。目前市面上存在的消息中间件有：ActiveMQ、Kafka、RockeMQ、RabbitMQ、Fast RTPS、OpenDDS等。消息中间件的性能测试可以帮助开发人员进行技术选型，预测消息中间件在部署环境中的信息处理能力，辅助决策当前组织架构的合理性。
目前较为广泛使用的性能测试工具有LoadRunner、JMeter等，其中LoadRunner通过配置多个虚拟用户用于模拟真实场景，Jemeter能通过多个线程并发取样。但它们都偏向于HTTP服务器和FTP服务器的测试且操作流程较为复杂，不能满足消息中间件的性能测试需求。同时在实际使用过程中，开发人员需要了解消息中间件的处理时延、资源消耗等非常细节的事务。这些问题使得对于消息中间件的性能测试仍需定制开发测试工具。
发明内容
本发明的目的是提供一种消息中间件性能测试方法，解决如何方便地测试消息中间件性能以及从哪些方面评判消息中间件性能的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种消息中间件性能测试方法。具体步骤如下:
S1、测试软件环境和硬件环境的准备；
S2、根据实际使用中常用的消息传递场景决定消息中间件需要测试的消息传递模式，并确定消息传递参与者中消息发布者和消息消费者的参与数量；
S3、消息生产者程序功能实现方式设计；
消息生产者具备以下功能：建立消息发布连接，发布主题消息可选择，发布模拟数据的大小可选择，对于确定的模拟数据发布的消息总数可选择，对于确定的模拟数据发布频率可选择，可在每一条模拟数据中附加一个发送时间戳STi；
S4、消息消费者程序功能实现方式设计；
消息消费者具备以下功能：建立消息订阅连接，订阅主题消息可选择，可解析每条消息中的发送时间戳STi，统计接收流量统计Flow，统计接收消息总数RN，接收数据长度l，接收消息后获取接收时间RTi，统计每条接收消息时延DTi，统计最大时延DTmax，统计最小时延DTmin，统计平均时延DTavg,统计丢包率FP，其中
Figure BDA0003057363380000021
DTi＝RTi-STi(i＝1,..,RN) (2)
DTmax＝max(DTi)(i＝1,..,RN) (3)
DTmin＝min(DTi)(i＝1,..,RN) (4)
Figure BDA0003057363380000031
Figure BDA0003057363380000032
其中(6)中TRN为期望接收消息总数；
S5、消息生产者程序运行；
确定某次测试过程中消息生产者发布的主题消息T，发布模拟数据的大小为L，发布的消息总数为SN，发布频率为F，根据步骤S2中确定的消息发布者参与数量运行相应数量的消息发布者程序，确定每个消息生产者发布的主题消息t，发布的模拟数据的大小l,发布的消息总数sn,发布频率f，其中sm为消息发布者参与数量
t＝T (7)
l＝L (8)
sn＝SN/sm (9)
f＝F (10)
S6、消息消费者程序运行；
确定某次测试过程中消息消费者订阅的主题消息T，根据步骤S2中确定的消息消费者参与数量运行相应数量个消息消费者程序，记录每一个消息消费者端的统计信息包含：接收流量、接收消息总数、接收数据长度、每条接收消息时延、接收消息最大时延、接收消息最小时延、接收消息平均时延、丢包率，可选择的统计时延标准差；
S7、监控消息传递过程中资源消耗；
S8、数据记录与分析；
将S4，S5，S6，S7的数据记录在表，通过分析消息传递过程中的时延相关数据、丢包率、资源消耗进行技术选型，预测消息中间件在部署环境中的信息处理能力；
S9、如果S2中决定消息中间件需要测试的消息传递模式不止一个，则重复S2-S8，直至完成所有所需测试的消息传递模式为止。
进一步的，步骤4为减少统计时延的偶然误差，可以采用统计学方法去除奇异值点。
进一步的，步骤4为更直观的展示每条消息的时延，采用曲线图展示或解析并展示接收每条数据中包含的信息。
进一步的，步骤4通过分段计算时延标准差代表时延的抖动并采用曲线图展示，更清楚的描述时延的波动性。
进一步的，对于存在代理服务器的消息中间件，选择测试平均处理时延；将S5中消息生产者消息直接通过点对点的方式发给S6中的消息消费者，可得到当前网络环境下的发布每条消息平均网络时延DTW，因此消息中间的代理服务器处理每条消息的平均处理时延DTB为
DTB＝DTavg-DTW (11)
并将计算结果参与步骤S8的数据记录与分析。
一种可读存储介质，可读存储介质上存储有程序，程序被处理器执行时上述消息中间件性能测试方法。
本发明相比于现有技术的有效收益如下：
(1)本发明提出了在测试消息中间件性能时消息消费者、消息生产者程序功能实现方式设计方法。测试过程中，消息生产者应能建立消息发布连接，发布主题消息可选择，发布模拟数据的大小可选择，对于确定的模拟数据发布的消息总数可选择，对于确定的模拟数据发布频率可选择，可在每一条模拟数据中附加一个发送时间戳；消息消费者应能建立消息订阅连接，订阅主题消息可选择，可解析每条消息中的发送时间戳，统计接收流量、接收消息总数、接收数据长度、每条接收消息时延、接收消息最大时延、接收消息最小时延、接收消息平均时延、丢包率，可选择的统计时延标准差；
(2)本发明提出了评价消息中间件性能的指标。本发明的方法提出从消息传递中资源消耗率包含：CPU、内存、网络、磁盘，消息传递中相关时延包含：最小时延、最大时延，平均时延、时延标准差、平均处理时延，丢包率评价消息中间件的性能。
附图说明
图1为消息中间件性能测试方法流程图；
图2为Fast RTPS消息中间件消息生产者的程序界面图；
图3为消息中间件消息消费者的程序界面图；
图4为PDXP消息中间件消息生产者的程序界面图；
图5为PDXP消息中间件消息消费者的程序界面图；
图6为资源监控程序界面图。
具体实施方式
下面结合具体测试实例，并对照附图对本发明的方法作进一步说明。本发明的流程图如图1所示，一种中间件性能测试方法，包括如下步骤：
S1，测试软件环境和硬件环境的准备；
硬件环境包含主机型号和规格，时间统一等。软件环境为消息中间件类型，操作系统类型，网络环境等。
S2，根据实际使用中常用的消息传递场景决定消息中间件需要测试的消息传递模式；
不同消息中间件包含不同的消息传递模式，通常根据消息传递参与者的数量，包括消息生产者和消息消费者)，消息中间件可分为：一对一、多对一、一对多、多对多；根据传输协议不同消息中间件可分为：TCP通信、UDP单播通信、UDP组播通信；此外，部分消息中间件的构成还包含代理节点，根据代理节点数量消息中间件可分为：单节点、多节点。因此可以根据实际使用中常用的消息传递场景决定消息中间件需要测试的传递模式，例如：一对多的多节点TCP通信、多对多的UDP组播通信等等。在具体的测试过程中，依据实际的使用场景最终决定消息中间件的哪些消息传递模式需要测试，是所有的组合模式都需要测试，还是选择部分组合模式进行测试即可满足测试需求，这个本领域人员可以自行灵活的掌握。
S3，消息生产者程序功能实现方式设计；
消息生产者具备以下功能：建立消息发布连接，发布主题消息可选择，发布模拟数据的大小可选择，对于确定的模拟数据发布的消息总数可选择，对于确定的模拟数据发布频率可选择，可在每一条模拟数据中附加一个发送时间戳STi。
S4，消息消费者程序功能实现方式设计；
消息消费者具备以下功能：建立消息订阅连接，订阅主题消息可选择，可解析每条消息中的发送时间戳STi，统计接收流量统计Flow，统计接收消息总数RN，接收数据长度l，接收消息后获取接收时间RTi，统计每条接收消息时延DTi，统计最大时延DTmax，统计最小时延DTmin，统计平均时延DTavg,统计丢包率FP。其中
Figure BDA0003057363380000071
DTi＝RTi-STi(i＝1,..,RN) (2)
DTmax＝max(DTi)(i＝1,..,RN) (3)
DTmin＝min(DTi)(i＝1,..,RN) (4)
Figure BDA0003057363380000072
Figure BDA0003057363380000073
其中(6)中TRN为期望接收消息总数。
进一步，为减少统计时延的偶然误差，可以采用统计学方法去除奇异值点。为直观的展示每条消息的时延，可以采用曲线图展示。进一步，还可以解析并展示接收每条数据中包含的信息。为进一步描述时延的波动性，可以通过分段计算时延标准差代表时延的抖动并采用曲线图展示。
S5，消息生产者程序运行；
确定某次测试过程中消息生产者发布的主题消息T，发布模拟数据的大小L，发布的消息总数SN，发布频率F。根据S2中确定的消息发布者参与数量sm运行相应数量的消息发布者程序，确定每个消息生产者发布的主题消息t，发布的模拟数据的大小l,发布的消息总数sn,发布频率f。其中
t＝T (7)
l＝L (8)
sn＝SN/sm (9)
f＝F (10)
S6，消息消费者程序运行；
确定某次测试过程中消息消费者订阅的主题消息T，根据S2中确定的消息消费者参与数量运行相应数量个消息消费者程序。记录每一个消息消费者端的统计信息包含：接收流量、接收消息总数、接收数据长度、每条接收消息时延、接收消息最大时延、接收消息最小时延、接收消息平均时延、丢包率，可选择的统计时延标准差。
S7，监控消息传递过程中资源消耗；
资源消耗也是评价消息中间件性能指标之一，因此在消息传递过程中，可以获取消息生产者，消息消费者，消息代理服务器的CPU、内存资源消耗。本功能可以利用psutil跨平台库，它能够轻松获取系统运行的进程和资源利用率包含CPU、内存，磁盘，网络等。
这里，对于存在代理服务器的消息中间件，可选择测试平均处理时延；
将S5中消息生产者消息直接通过点对点的方式发给S6中的消息消费者，可得到当前网络环境下的发布每条消息平均网络时延DTW，因此消息中间的代理服务器处理每条消息的平均处理时延DTB为
DTB＝DTavg-DTW (11)
并将计算结果参与下述步骤S8的数据记录与分析。
S8，数据记录与分析；
将S4，S5，S6，S7，S8的数据记录在表，通过分析消息传递过程中的时延相关数据、丢包率、资源消耗可以帮助开发人员进行技术选型，预测消息中间件在部署环境中的信息处理能力，辅助决策当前组织架构的合理性。
S9，如S2中决定消息中间件需要测试的传递模式不止一个，则需要重复S2-S8步骤，直至完成所有需要测试的消息传递模式为止。
实施例1
Fast RTPS是eProsima公司对RTPS标准的一个实现，此消息中间件无代理服务器。利用本方法完成了对Fast RTPS消息中间件的测试。
(1)准备测试环境。在Linux系统上编译Fast RTPS库，并将测试所需的服务器全部安装时码卡，达到高精度时间统一的目的。
(2)分析消息中间件的消息传递模式并决定消息中间件需要测试的传递模式。Fast RTPS消息中间件主要采用UDP组播实现消息通信，无消息代理服务器。本次测试过程主要测试三对三的通信方式。
(3)消息生产者程序功能实现方式设计；测试程序界面如图2所示。界面中域ID可选，发布主题可选，发送时间间隔即发送频率可选，发送消息数量可选，发送数据长度可选，发送消息文件位置可选。
(4)消息消费者程序功能实现方式设计；测试程序界面如图3所示。界面中域ID可选，订阅主题可选。界面中可统计信息包括：接收流量，接收消息总数，时延标准差，最大时延，最小时延，平均时延，平均时延抖动。在计算平均时延过程中，去除超过全部数据均值1.5倍标准差以上的数据后重新计算平均时延。同时还可以解析接收的结构化数据。图形展示每条消息的时延和每1000条消息的时延抖动。
(5)消息生产者程序运行。以测试三对三为例，运行三个消息发送工具，分别发送设定的数据。
(6)消息消费者程序运行。以测试三对三为例，运行三个消息接收工具，接收数据后统计相关信息。
(7)监控消息传递过程中资源消耗。当消息生产者开始发送数据之前，需要添加被监控进程的PID。当开始发送数据时，自动监控添加的PID进程的CPU，内存资源并将数据展现如图6。当一段时间资源消耗为0时，程序可以选择取消资源监控。
(8)数据记录与分析。将时延数据记录在表格1或2种，将(7)中的资源消耗曲线，时延曲线，时延抖动曲线保存，测试完成后再分析。
表1为消息消费者数量为1时，关于时延信息的记录表格；
Figure BDA0003057363380000101
表2为消息生产者数量为多个时，消息消费者数量为3时，关于时延信息的记录表格
Figure BDA0003057363380000102
实施例2
自定义编写一个基于PDXP协议(包数据交换协议，GJB7337-2011中有具体定义，即：《火箭、航天器与航天发射场信息传输规程》中的UDP协议传输数据域格式)的消息中间件，此消息中间件接收数据后解析BID，并通过查表方式转发至相应的DID。通过消息中间件的配置文件可以实现一对一，一对多，多对多的通信方式。
(1)准备测试环境。Linux系统上编写自定义的消息中间件，并将测试所需的服务器全部安装时码卡，达到高精度时间统一的目的。
(2)分析消息中间件的消息传递模式并决定消息中间件需要测试的传递模式。本消息中间件主要采用UDP单播实现消息通信，有消息代理服务器。本次测试过程主要测试三对三的通信方式。
(3)消息生产者程序功能实现方式设计；测试程序界面如图4所示。界面中消息代理服务器信息可设置，消息生产者的自身信息可设置，发送时间间隔即发送频率可选，发送消息数量可选，发送数据长度可选，发送消息文件位置可选。
(4)消息消费者程序功能实现方式设计；测试程序界面如图5所示。界面中消息消费者自身信息可设置，订阅主题可选。界面中可统计信息包括：接收流量，接收消息总数，时延标准差，最大时延，最小时延，平均时延，平均时延抖动。在计算平均时延过程中，去除超过全部数据均值1.5倍标准差以上的数据后重新计算平均时延。同时还可以解析接收的结构化数据。图形展示每条消息的时延和每1000条消息的时延抖动。
(5)消息生产者程序运行。以测试三对三为例，运行三个消息发送工具，分别发送设定的数据。
(6)消息消费者程序运行。以测试三对三为例，运行三个消息接收工具，接收数据后统计相关信息。
(7)监控消息传递过程中资源消耗。当消息生产者开始发送数据之前，需要添加被监控进程的PID。当开始发送数据时，自动监控添加的PID进程的CPU，内存资源并将数据展现如图6。当一段时间资源消耗为0时，程序可以选择取消资源监控。
(8)进一步，可以测试消息中间件平均处理时延。将消息生产者消息直接通过点对点的方式发给消息消费者，可得到当前网络环境下的发布每条消息平均网络时延,进而得到消息中间件平均处理时延。
(9)数据记录与分析。将时延数据记录在如表1或2中，将(7)中的资源消耗曲线，时延曲线，时延抖动曲线保存，测试完成后再分析。

Claims (7)

1.一种消息中间件性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤:
S1、测试软件环境和硬件环境的准备；
S2、根据实际使用中常用的消息传递场景决定消息中间件需要测试的消息传递模式，并确定消息传递参与者中消息发布者和消息消费者的参与数量；
S3、消息生产者程序功能实现方式设计；
消息生产者具备以下功能：建立消息发布连接，发布主题消息可选择，发布模拟数据的大小可选择，对于确定的模拟数据发布的消息总数可选择，对于确定的模拟数据发布频率可选择，可在每一条模拟数据中附加一个发送时间戳STi；
S4、消息消费者程序功能实现方式设计；
消息消费者具备以下功能：建立消息订阅连接，订阅主题消息可选择，可解析每条消息中的发送时间戳STi，统计接收流量统计Flow，统计接收消息总数RN，接收数据长度l，接收消息后获取接收时间RTi，统计每条接收消息时延DTi，统计最大时延DTmax，统计最小时延DTmin，统计平均时延DTavg,统计丢包率FP，其中
Figure FDA0003057363370000011
DTi＝RTi-STi(i＝1,..,RN) (2)
DTmax＝max(DTi)(i＝1,..,RN) (3)
DTmin＝min(DTi)(i＝1,..,RN) (4)
Figure FDA0003057363370000012
Figure FDA0003057363370000013
其中(6)中TRN为期望接收消息总数；
S5、消息生产者程序运行；
确定某次测试过程中消息生产者发布的主题消息T，发布模拟数据的大小为L，发布的消息总数为SN，发布频率为F，根据所述步骤S2中确定的消息发布者参与数量运行相应数量的消息发布者程序，确定每个消息生产者发布的主题消息t，发布的模拟数据的大小l,发布的消息总数sn,发布频率f，其中sm为消息发布者参与数量
t＝T (7)
l＝L (8)
sn＝SN/sm (9)
f＝F (10)
S6、消息消费者程序运行；
确定某次测试过程中消息消费者订阅的主题消息T，根据所述步骤S2中确定的消息消费者参与数量运行相应数量个消息消费者程序，记录每一个消息消费者端的统计信息包含：接收流量、接收消息总数、接收数据长度、每条接收消息时延、接收消息最大时延、接收消息最小时延、接收消息平均时延、丢包率，可选择的统计时延标准差；
S7、监控消息传递过程中资源消耗；
S8、数据记录与分析；
将S4，S5，S6，S7的数据记录在表，通过分析消息传递过程中的时延相关数据、丢包率、资源消耗进行技术选型，预测消息中间件在部署环境中的信息处理能力；
S9、如果S2中决定消息中间件需要测试的消息传递模式不止一个，则重复S2-S8，直至完成所有所需测试的消息传递模式为止。
2.根据权利要求1所述的一种消息中间件性能测试方法，其特征在于，所述步骤4为减少统计时延的偶然误差，可以采用统计学方法去除奇异值点。
3.根据权利要求2所述的一种消息中间件性能测试方法，其特征在于，所述步骤4为更直观的展示每条消息的时延，采用曲线图展示或解析并展示接收每条数据中包含的信息。
4.根据权利要求3所述的一种消息中间件性能测试方法，其特征在于，所述步骤4通过分段计算时延标准差代表时延的抖动并采用曲线图展示，更清楚的描述时延的波动性。
5.根据权利要求1任一所述的一种消息中间件性能测试方法，其特征在于，对于存在代理服务器的消息中间件，选择测试平均处理时延；
将S5中消息生产者消息直接通过点对点的方式发给S6中的消息消费者，可得到当前网络环境下的发布每条消息平均网络时延DTW，因此消息中间的代理服务器处理每条消息的平均处理时延DTB为
DTB＝DTavg-DTW (11)
并将计算结果参与所述步骤S8的数据记录与分析。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种消息中间件性能测试方法，其特征在于，所述步骤S7利用psutil跨平台库监控消息传递过程中资源消耗。
7.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的消息中间件性能测试方法。
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