[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……

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10client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.cwebbench.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1static 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HTTP0.9HTTP1.0HTTP1.1三个版本;支持GETHEADOPTIONSTRACE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3void 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strcpystrstrstrncasecmpstrlenstrchrindexstrncpystrcat。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6int 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45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4static 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5void 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!

 

posted on 2014-08-03 23:42 Horstxu 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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