性能理论——性能测试指标
TPS QPS RT TOP RT 吞吐量
一．系统吞吐量要素：
一个系统的吞吐量（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
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
性能测试的基本概念和计算公式
一、软件性能的关注点
对一个软件做性能测试时需要关注那些性能呢？
我们想想在软件设计、部署、使用、维护中一共有哪些角色的参与，然后再考虑这些角色各自关注的性能点是什么，作为一个软件性能测试工程师，我们又该关注什么？
首先，开发软件的目的是为了让用户使用，我们先站在用户的角度分析一下，用户需要关注哪些性能。
对于用户来说，当点击一个按钮、链接或发出一条指令开始，到系统把结果已用户感知的形式展现出来为止，这个过程所消耗的时间是用户对这个软件性能的直观印象。也就是我们所说的响应时间，当相应时间较小时，用户体验是很好的，当然用户体验的响应时间包括个人主观因素和客观响应时间，在设计软件时，我们就需要考虑到如何更好地结合这两部分达到用户最佳的体验。如：用户在大数据量查询时，我们可以将先提取出来的数据展示给用户，在用户看的过程中继续进行数据检索，这时用户并不知道我们后台在做什么。
用户关注的是用户操作的响应时间。
其次，我们站在管理员的角度考虑需要关注的性能点。
1、 响应时间
2、 服务器资源使用情况是否合理
3、 应用服务器和数据库资源使用是否合理
4、 系统能否实现扩展
5、 系统最多支持多少用户访问、系统最大业务处理量是多少
6、 系统性能可能存在的瓶颈在哪里
7、 更换那些设备可以提高性能
8、 系统能否支持7×24小时的业务访问
再次，站在开发（设计）人员角度去考虑。
1、 架构设计是否合理
2、 数据库设计是否合理
3、 代码是否存在性能方面的问题
4、 系统中是否有不合理的内存使用方式
5、 系统中是否存在不合理的线程同步方式
6、 系统中是否存在不合理的资源竞争
那么站在性能测试工程师的角度，我们要关注什么呢？
一句话，我们要关注以上所有的性能点。
二、软件性能的几个主要术语
1、响应时间：ResponseTime响应时间
响应时间(RT)是指从客户端发一个请求开始计时，到客户端接收到从服务器端返回的响应结果结束所经历的时间，响应时间由请求发送时间、网络传输时间和服务器处理时间三部分组成。
网络传输时间：N1+N2+N3+N4
应用服务器处理时间：A1+A3
数据库服务器处理时间：A2
响应时间=N1+N2+N3+N4+A1+A3+A2
2、并发用户数的计算公式
系统用户数：系统额定的用户数量，如一个OA系统，可能使用该系统的用户总数是5000个，那么这个数量，就是系统用户数。
同时在线用户数：在一定的时间范围内，最大的同时在线用户数量。
同时在线用户数=每秒请求数RPS（吞吐量）+并发连接数+平均用户思考时间
平均并发用户数的计算：C=nL / T
其中C是平均的并发用户数，n是平均每天访问用户数（login session），L是一天内用户从登录到退出的平均时间（login session的平均时间），T是考察时间长度（一天内多长时间有用户使用系统）
并发用户数峰值计算：C^约等于C + 3*根号C
其中C^是并发用户峰值，C是平均并发用户数，该公式遵循泊松分布理论。
并发数计算：根据产品提供系统用户量，算出每秒的访问数，该数乘3倍上下就是并发数
3、吞吐量的计算公式
指单位时间内系统处理用户的请求数
从业务角度看，吞吐量可以用：请求数/秒、页面数/秒、人数/天或处理业务数/小时等单位来衡量
从网络角度看，吞吐量可以用：字节/秒来衡量
对于交互式应用来说，吞吐量指标反映的是服务器承受的压力，他能够说明系统的负载能力
以不同方式表达的吞吐量可以说明不同层次的问题，例如，以字节数/秒方式可以表示数要受网络基础设施、服务器架构、应用服务器制约等方面的瓶颈；已请求数/秒的方式表示主要是受应用服务器和应用代码的制约体现出的瓶颈。
当没有遇到性能瓶颈的时候，吞吐量与并发数之间存在一定的联系，并发数越高吞吐量越高；遇到瓶颈后并发数越高吞吐量下降
4、思考时间的计算公式
Think Time，从业务角度来看，这个时间指用户进行操作时每个请求之间的时间间隔，而在做新能测试时，为了模拟这样的时间间隔，引入了思考时间这个概念，来更加真实的模拟用户的操作。
在吞吐量这个公式中F=VU * R / T说明吞吐量F是VU数量、每个用户发出的请求数R和时间T的函数，而其中的R又可以用时间T和用户思考时间TS来计算：R = T / TS
下面给出一个计算思考时间的一般步骤：
A、首先计算出系统的并发用户数 C=nL / T F=R×C
B、统计出系统平均的吞吐量 F=VU * R / T R×C = VU * R / T
C、统计出平均每个用户发出的请求数量 R=u*C*T/VU
D、根据公式计算出思考时间 TS=T/R
TOP
top显示系统当前的进程和其他状况,是一个动态显示过程,即可以通过用户按键来不断刷新当前状态.如果在前台执行该命令,它将独占前台,直到用户 终止该程序为止. 比较准确的说,top命令提供了实时的对系统处理器的状态监视.它将显示系统中CPU最“敏感”的任务列表.该命令可以按CPU使用.内存使用和执行时间 对任务进行排序；而且该命令的很多特性都可以通过交互式命令或者在个人定制文件中进行设定。
在linux系统中，top命令可谓是分析系统性能最方便的工具，而且top还是个交互式工具；通过top命令可以清楚地了解到正在执行的进程信息包括进程ID,内存占用率，CPU占用率等。其实就跟window的任务管理器类似。
运行top命令的结果如下：
第一行是任务队列信息，跟 uptime 命令的执行结果类同，具体参数说明如下：
- 14:06:13 — 指当前系统时间
- up 2 days, 23:00 — 表示系统已经运行了2天23小时0分钟（是指在这期间系统没有重新启动过，持续运行）
- 3 users — 当前有3个用户登录系统
- load average: 0.00, 0.00, 0.00 — load average后面的三个数分别是1分钟、5分钟、15分钟的负载情况。
- load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。
第二行，Tasks — 任务（进程），具体信息说明如下：
- 系统现在共有162个进程，其中处于运行中的有1个，161个在休眠（sleep），stoped状态的有0个，zombie状态（僵尸）的有0个，要特别留意zombie的进程哦。
第三行，cpu状态信息，具体属性说明如下：
- 0.1%us — 用户空间占用CPU的百分比。
- 0.1%sy — 内核空间占用CPU的百分比。
- 0.0%ni — 改变过优先级的进程占用CPU的百分比
- 99.6%id — 空闲CPU百分比
- 0.2%wa — IO等待占用CPU的百分比
- 0.0%hi — 硬中断（Hardware IRQ）占用CPU的百分比
- 0.0%si — 软中断（Software Interrupts）占用CPU的百分比
第四行, Mem内存状态，具体信息说明如下：
- 16201614k total — 物理内存总量（15GB）
- 659960k used — 使用中的内存总量（0.6G）
- 9601812k free — 空闲内存总量（9G）
- 577412k buffers — 缓存的内存量（0.5G）
第五行，swap交换分区信息，具体信息说明如下：
- 16777208k total — 交换区总量（16G）
- 0k used — 使用的交换区总量（0K）
- 16777208k free — 空闲交换区总量（16G）
- 1805408k cached — 缓冲的交换区总量（1.7G）
第六行，空行。
第七行以下：各进程（任务）的状态监控，列信息说明如下：
- PID — 进程id
- USER — 进程所有者
- PR — 进程优先级
- NI — nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
- VIRT — 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
- RES — 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
- SHR — 共享内存大小，单位kb
- S — 进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程
- %CPU — 上次更新到现在的CPU时间占用百分比
- %MEM — 进程使用的物理内存百分比
- TIME+ — 进程占用的CPU时间总计，单位1/100秒
- COMMAND — 进程名称（命令名/命令行）
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top 命令参数：
- -b 批处理
- -c 显示完整的 COMMAND
- -I 忽略失效过程
- -s 保密模式
- -S 累积模式
- -i<时间> 设置间隔时间
- -u<用户名> 指定用户名
- -p<进程号> 指定进程
- -n<次数> 循环显示的次数
top 的交互命令(在top命令运行过程中输入以下命令即可)：
- q：退出程序。
- h或者? ：显示帮助画面，给出一些简短的命令总结说明。
- k ：终止一个进程。系统将提示用户输入需要终止的进程PID，以及需要发送给该进程什么样的信号。一般的终止进程可以使用15信号；如果不能正常结束那就使用信号9强制结束该进程。默认值是信号15。在安全模式中此命令被屏蔽。
- i：忽略闲置和僵尸进程。这是一个开关式命令。
- M：根据驻留内存大小进行排序。
- P：根据CPU使用百分比大小进行排序。
- T：根据时间/累计时间进行排序。
- W：将当前设置写入~/.toprc文件中。这是写top配置文件的推荐方法。
- r：重新安排一个进程的优先级别。系统提示用户输入需要改变的进程PID以及需要设置的进程优先级值。输入一个正值将使优先级降低，反之则可以使该进程拥有更高的优先权。默认值是10。
- l：切换显示平均负载和启动时间信息。即显示影藏第一行
- m：切换显示内存信息。即显示影藏内存行
- t：切换显示进程和CPU状态信息。即显示影藏CPU行
- c：切换显示命令名称和完整命令行。 显示完整的命令。 这个功能很有用。
- S：切换到累计模式。
- s：改变两次刷新之间的延迟时间。系统将提示用户输入新的时间，单位为s。如果有小数，就换算成ms。输入0值则系统将不断刷新，默认值是5s。需要注意的是如果设置太小的时间，很可能会引起不断刷新，从而根本来不及看清显示的情况，而且系统负载也会大大增加。
- f或者F：从当前显示中添加或者删除项目。
- o或者O：改变显示项目的顺序。
