[软件测试]网站压测工具Webbench源码分析
一、我与webbench二三事
Webbench是一个在linux下使用的非常简单的网站压测工具。它使用fork()模拟多个客户端同时访问我们设定的URL，测试网站在压力下工作的性能。Webbench使用C语言编写，下面是其下载链接：
http://home.tiscali.cz/~cz210552/webbench.html
说到这里，我赶脚非常有必要给这个网站局部一个截图，如下图：
第一次看到这张图片，着实吃了一精！居然是2004年最后一次更新，我和我的小伙伴们都惊呆了。不过既然现在大家还都使用，其中一定有些很通用的思想，所以我不妨学习一下，也能为以后的工具开发做铺垫。当然，另外一个让我冲动地想研究一下的原因是，webbench的代码实在太简洁了，源码加起来不到600行……
把webbench-1.5.tar.gz这个文件下载下来之后解压缩，进入webbench-1.5文件夹，然后执行make，就可以看到文件夹下多了一个可执行程序webbench。尝试运行一下，就可以得到如图所示的结果。
可以看到，我们模拟了10个client同时访问URL所示的某个图片，测试执行了5秒。最终得到的结果是，我们发送http GET请求的速度为188892pages/min，服务器响应速度为5518794bytes/sec，请求中有15741个成功，0个失败。
大概知道了怎么用以后，我们就可以深入了解其源代码了。
二、与webbench的初步相识
我们首先来看一下webbench的工作流程，如下图：
webbench主要的工作原理就是以下几点：
1. 主函数进行必要的准备工作，进入bench开始压测
2. bench函数使用fork模拟出多个客户端，调用socket并发请求，每个子进程记录自己的访问数据，并写入管道
3. 父进程从管道读取子进程的输出信息
4. 使用alarm函数进行时间控制，到时间后会产生SIGALRM信号，调用信号处理函数使子进程停止
5. 最后只留下父进程将所有子进程的输出数据汇总计算，输出到屏幕上
三、走进webbench的内心世界
接下来我们详细截图webbench的源代码。查看webbench的源代码，发现代码文件只有两个，Socket.c和webbench.c。首先看一下Socket.c，它当中只有一个函数int Socket(const char *host, int clientPort)，大致内容如下：
int Socket(const char *host, int clientPort) { //以host为服务器端ip，clientPort为服务器端口号建立socket连接 //连接类型为TCP，使用IPv4网域 //一旦出错，返回-1 //正常连接，则返回socket描述符 }
这段代码比较直观，因此就不列举其中的细节了。此函数供另外一个文件webbench.c中的函数调用。
接着我们来瞧一下webbench.c文件。这个文件中包含了以下几个函数，我们一一列举出来：
static void alarm_handler(int signal); //为方便下文引用，我们称之为函数1。 static void usage(void); //函数2 void build_request(const char *url); //函数3 static int bench(void); //函数4 void benchcore(const char *host, const int port, const char *req); //函数5 int main(int argc, char *argv[]); //函数6
下面我们分别做讲解。
（1）全局变量列表
源文件中出现在所有函数前面的全局变量，主要有以下几项，我们以注释的方式解释其在程序中的用途
volatile int timerexpired=0;//判断压测时长是否已经到达设定的时间 int speed=0; //记录进程成功得到服务器响应的数量 int failed=0;//记录失败的数量（speed表示成功数，failed表示失败数） int bytes=0;//记录进程成功读取的字节数 int http10=1;//http版本，0表示http0.9，1表示http1.0，2表示http1.1 int method=METHOD_GET; //默认请求方式为GET，也支持HEAD、OPTIONS、TRACE int clients=1;//并发数目，默认只有1个进程发请求，通过-c参数设置 int force=0;//是否需要等待读取从server返回的数据，0表示要等待读取 int force_reload=0;//是否使用缓存，1表示不缓存，0表示可以缓存页面 int proxyport=80; //代理服务器的端口 char *proxyhost=NULL; //代理服务器的ip int benchtime=30; //压测时间，默认30秒，通过-t参数设置 int mypipe[2]; //使用管道进行父进程和子进程的通信 char host[MAXHOSTNAMELEN]; //服务器端ip char request[REQUEST_SIZE]; //所要发送的http请求
（2）函数1： static void alarm_handler(int signal);
首先，来看一下最简单的函数，即函数1，它的内容如下：
static void alarm_handler(int signal) { timerexpired=1; }
webbench在运行时可以设定压测的持续时间，以秒为单位。例如我们希望测试30秒，也就意味着压测30秒后程序应该退出了。webbench中使用信号（signal）来控制程序结束。函数1是在到达结束时间时运行的信号处理函数。它仅仅是将一个记录是否超时的变量timerexpired标记为true。后面会看到，在程序的while循环中会不断检测此值，只有timerexpired=1，程序才会跳出while循环并返回。
（3）函数2 ：static void usage(void);
其内容如下：
static void usage(void) { fprintf(stderr, "webbench [option]... URL\n" " -f|--force Don't wait for reply from server.\n" " -r|--reload Send reload request - Pragma: no-cache.\n" " -t|--time <sec> Run benchmark for <sec> seconds. Default 30.\n" " -p|--proxy <server:port> Use proxy server for request.\n" " -c|--clients <n> Run <n> HTTP clients at once. Default one.\n" " -9|--http09 Use HTTP/0.9 style requests.\n" " -1|--http10 Use HTTP/1.0 protocol.\n" " -2|--http11 Use HTTP/1.1 protocol.\n" " --get Use GET request method.\n" " --head Use HEAD request method.\n" " --options Use OPTIONS request method.\n" " --trace Use TRACE request method.\n" " -?|-h|--help This information.\n" " -V|--version Display program version.\n" ); };
从名字来看就很明显，这是教你如何使用webbench的函数，在linux命令行调用webbench方法不对的时候运行，作为提示。有一些比较常用的，比如-c来指定并发进程的多少；-t指定压测的时间，以秒为单位；支持HTTP0.9，HTTP1.0，HTTP1.1三个版本；支持GET，HEAD，OPTIONS，TRACE四种请求方式。不要忘了调用时，命令行最后还应该附上要测的服务端URL。
（4）函数3：void build_request(const char *url);
这个函数主要操作全局变量char request[REQUEST_SIZE]，根据url填充其内容。一个典型的http GET请求如下：
GET /test.jpg HTTP/1.1 User-Agent: WebBench 1.5 Host:192.168.10.1 Pragma: no-cache Connection: close
build_request函数的目的就是要把类似于以上这一大坨信息全部存到全局变量request[REQUEST_SIZE]中，其中换行操作使用的是”\r\n”。而以上这一大坨信息的具体内容是要根据命令行输入的参数，以及url来确定的。该函数使用了大量的字符串操作函数，例如strcpy，strstr，strncasecmp，strlen，strchr，index，strncpy，strcat。对这些基础函数不太熟悉的同学可以借这个函数复习一下。build_request的具体内容在此不做过多阐述。
（5）函数6：int main(int argc, char *argv[]);
之所以把函数6放在了函数4和函数5之前，是因为函数4和5是整个工具的最核心代码，我们把他放在最后分析。先来看一下整个程序的起始点：主函数（即函数6）。
int main(int argc, char *argv[]) { /*函数最开始，使用getopt_long函数读取命令行参数， 来设置（1）中所提及的全局变量的值。 关于getopt_long的具体使用方法，这里有一个配有讲解的小例子，可以帮助学习： http://blog.csdn.net/lanyan822/article/details/7692013 在此期间如果出现错误，会调用函数2告知用户此工具使用方法，然后退出。 */ build_request(argv[optind]); //参数读完后，argv[optind]即放在命令行最后的url //调用函数3建立完整的HTTP request， //HTTP request存储在全部变量char request[REQUEST_SIZE] /*接下来的部分，main函数的所有代码都是在网屏幕上打印此次测试的信息， 例如即将测试多少秒，几个并发进程，使用哪个HTTP版本等。 这些信息并非程序核心代码，因此我们也略去。 */ return bench(); //简简单单一句话，原来，压力测试在这最后一句才真正开始！ //所有的压测都在bench函数（即函数4）实现 }
这真是一件很浪费感情的事情，看了半天，一直到最后一句才开始执行真正的测试过程，前面的都是一些准备工作。好了，那我们现在开始进入到static int bench(void)中。
（6）函数4：static int bench(void);
源码如下：
static int bench(void){ int i,j,k; pid_t pid=0; FILE *f; i=Socket(proxyhost==NULL?host:proxyhost,proxyport); //调用了Socket.c文件中的函数 if(i<0){ /*错误处理*/ } close(i); if(pipe(mypipe)){ /*错误处理*/ } //管道用于子进程向父进程回报数据 for(i=0;i<clients;i++){//根据clients大小fork出来足够的子进程进行测试 pid=fork(); if(pid <= (pid_t) 0){ sleep(1); /* make childs faster */ break; } } if( pid< (pid_t) 0){ /*错误处理*/ } if(pid== (pid_t) 0){//如果是子进程，调用benchcore进行测试 if(proxyhost==NULL) benchcore(host,proxyport,request); else benchcore(proxyhost,proxyport,request); f=fdopen(mypipe[1],"w");//子进程将测试结果输出到管道 if(f==NULL){ /*错误处理*/ } fprintf(f,"%d %d %d\n",speed,failed,bytes); fclose(f); return 0; } else{//如果是父进程，则从管道读取子进程输出，并作汇总 f=fdopen(mypipe[0],"r"); if(f==NULL) { /*错误处理*/ } setvbuf(f,NULL,_IONBF,0); speed=0; failed=0; bytes=0; while(1){ //从管道读取数据，fscanf为阻塞式函数 pid=fscanf(f,"%d %d %d",&i,&j,&k); if(pid<2){ /*错误处理*/ } speed+=i; failed+=j; bytes+=k; if(--clients==0) break;//这句用于记录已经读了多少个子进程的数据，读完就退出 } fclose(f); //最后将结果打印到屏幕上 printf("\nSpeed=%d pages/min, %d bytes/sec.\nRequests: %d susceed, %d failed.\n", (int)((speed+failed)/(benchtime/60.0f)), (int)(bytes/(float)benchtime), speed, failed); } return i; }
这段代码，一上来先进行了一次socket连接，确认能连通以后，才进行后续步骤。调用pipe函数初始化一个管道，用于子进行向父进程汇报测试数据。子进程根据clients数量fork出来。每个子进程都调用函数5进行测试，并将结果输出到管道，供父进程读取。父进程负责收集所有子进程的测试数据，并汇总输出。
（7）函数5：void benchcore(const char *host,const int port,const char *req);
源码如下：
void benchcore(const char *host,const int port,const char *req){ int rlen; char buf[1500];//记录服务器响应请求所返回的数据 int s,i; struct sigaction sa; sa.sa_handler=alarm_handler; //设置函数1为信号处理函数 sa.sa_flags=0; if(sigaction(SIGALRM,&sa,NULL)) //超时会产生信号SIGALRM，用sa中的指定函数处理 exit(3); alarm(benchtime);//开始计时 rlen=strlen(req); nexttry:while(1){ if(timerexpired){//一旦超时则返回 if(failed>0){failed--;} return; } s=Socket(host,port);//调用Socket函数建立TCP连接 if(s<0) { failed++;continue;} if(rlen!=write(s,req,rlen)) {failed++;close(s);continue;} //发出请求 if(http10==0) //针对http0.9做的特殊处理 if(shutdown(s,1)) { failed++;close(s);continue;} if(force==0){//全局变量force表示是否要等待服务器返回的数据 while(1){ if(timerexpired) break; i=read(s,buf,1500);//从socket读取返回数据 if(i<0) { failed++; close(s); goto nexttry; }else{ if(i==0) break; else bytes+=i; } } } if(close(s)) {failed++;continue;} speed++; } }
benchcore是子进程进行压力测试的函数，被每个子进程调用。这里使用了SIGALRM信号来控制时间，alarm函数设置了多少时间之后产生SIGALRM信号，一旦产生此信号，将运行函数1，使得timerexpired=1，这样可以通过判断timerexpired值来退出程序。另外，全局变量force表示我们是否在发出请求后需要等待服务器的响应结果。
四、昨天，今天，明天
了解了webbench的具体代码以后，下面一步就要考虑一下如何进行改进了。代码中有一些过时的函数可以更新一下，加入一些新的功能，例如支持POST方法，支持异步压测等，这些就留到以后去探索了。第一次写源码分析，望多多指教。希望本文能帮助大家在以后与webbench愉快地玩耍。且用且珍惜！
