Tài liệu Nghiên cứu phương pháp kiểm thử hiệu năng trong quá trình xây dựng website

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ---------------------------------------- LA THỊ THÀNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP KIỂM THỬ HIỆU NĂNG TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG WEBSITE Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01.01 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HUỲNH QUYẾT THẮNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 1 MỞ ĐẦU Kiểm thử hiệu năng website để tìm ra điểm “thắt cổ chai” của hệ thống trước khi chúng xảy ra trong môi trường sử dụng thực. Nó có thể giúp giải quyết các vấn đề chẳng hạn như sự sẵn sàng của máy chủ web cho số lượng ngày càng cao người sử dụng, khả năng sống sót trong lưu lượng truy cập của người dùng.Việc bỏ qua các vấn đề kiểm thử hiệu năng website trước khi chuyển giao cho người sử dụng có thể dẫn đến số người truy cập website thấp và sự tồn tại của website khó được đảm bảo. Kiểm thử hiệu năng website càng diễn ra sớm bao nhiêu thì việc tìm ra các lỗi càng sớm bấy nhiêu, qua đó kịp thời có những thay đổi thích hợp để tăng khả năng thực thi của website. Nhận thấy tầm quan trọng của kiểm thử hiệu năng website trong quá trình xây dựng và phát triển web, em quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp kiểm thử hiệu năng trong quá trình xây dựng website”. Nội dung của luận văn bao gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan về kiểm thử hiệu năng Chương 2: Phương pháp kiểm thử hiệu năng trong quá trình xây dựng website Chương 3: Áp dụng kiểm thử hiệu năng trong quá trình xây dựng website trung tâm công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT &TT) của Sở thông tin và truyền thông tỉnh Bắc Giang. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIỂM THỬ HIỆU NĂNG Kiểm thử hiệu năng (Performance testing) là một khái niệm phức tạp, là hoạt động công nghệ trả lời cho các câu hỏi liên quan tới hiệu năng của hệ thống. Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét các khái niệm liên quan tới kiểm thử hiệu năng, lý thuyết về kiểm thử hiệu năng, đặc biệt là quy trình kiểm thử hiệu năng. 1.1. Các khái niệm 1.1.1. Kiểm thử hiệu năng Gao và cộng sự định nghĩa kiểm thử hiệu năng như là hành động để xác nhận hiệu năng hệ thống và đo công suất hệ thống. Có ba mục tiêu chính được đề cập tới. Đầu tiên là để xác nhận khả năng hệ thống đáp ứng các yêu cầu hiệu năng. Mục tiêu thứ hai là tìm kiếm thông tin về công suất và giới hạn biên. Mục tiêu cuối cùng là để hỗ trợ những người thiết kế và phát triển hệ thống trong việc tìm kiếm các vấn đề hiệu năng, nút cổ chai và/hoặc để tiếp tục điều chỉnh, cải thiện hiệu năng hệ thống. Kiểm thử hiệu năng là tiến trình thu thập và phân tích thông tin mà trong đó dữ liệu đo lường được tập hợp để dự đoán khi nào các mức tải sẽ vượt quá khả năng chịu đựng của nguồn tài nguyên hệ thống. 1.1.2. Thời gian đáp ứng, độ trễ Thời gian đáp ứng là thời gian trôi qua giữa sự kết thúc của một yêu cầu trên một máy tính và bắt đầu của sự đáp ứng. Độ trễ (latency) là thời gian cần thiết để hoàn thành một yêu cầu. Thời gian cần để dữ liệu truyền từ một máy tính đến một máy 3 tính khác được gọi là độ trễ mạng (network latency). Thời gian để một trình chủ hoàn thành xử lý một yêu cầu được gọi là độ trễ trình chủ (server latency). 1.1.3. Sức tải công việc Sức tải công việc (workload) là lượng xử lý và quản lý lưu thông được yêu cầu của một hệ thống. Để đánh giá sức tải của một hệ thống, ba yếu tố cần được xem xét là người sử dụng, ứng dụng và nguồn tài nguyên. 1.1.4. Độ đo hiệu năng Các độ đo phổ biến thường dùng là: giao tác trên mỗi giây, số yêu cầu trên mỗi giây, kết nối đồng thời, thông lượng. 1.1.5. Use-case và Kịch bản Use – case mô tả các kiểu hành vi của một cá nhân người dùng. Một kịch bản test được xác định như một luồng thông điệp giữa các thành phần tương tác. Nó mô tả một sự tương tác được xác định bởi hành vi của người dùng và các nhân tố khác của hệ thống. 1.1.6.Test case, test script * Một trường hợp kiểm thử (Test case -TC) là một tình huống kiểm tra, được thiết kế để kiểm tra một đối tượng có thỏa mãn yêu cầu đặt ra hay không. Một test case thường bao gồm 3 phần cơ bản: - Điều kiện: đặc tả các điều kiện cần có để tiến hành kiểm - Đầu vào: đặc tả đối tượng hay dữ liệu cần thiết, được sử tra. dụng làm đầu vào để thực hiện việc kiểm tra. 4 - Kết quả mong chờ: kết quả mong đợi trả về từ đối tượng kiểm tra. * Một kịch bản (Test Script) là một nhóm mã lệnh dạng đặc tả kịch bản dùng để tự động hóa một trình tự kiểm tra, giúp cho việc kiểm tra nhanh hơn, hoặc cho những trường hợp mà kiểm tra bằng tay sẽ rất khó khăn hoặc không khả thi. Các Test Script có thể tạo thủ công hoặc tạo tự động dùng công cụ kiểm tra tự động. Test Script được thực hiện khi kiểm thử tự động. 1.2.Vai trò của kiểm thử hiệu năng Kiểm thử hiệu năng giúp: Đoán trước được những lỗi có thể xảy ra khi triển khai phần mềm vào thực tế trong môi trường có nhiều người dùng, tìm ra hiệu năng thực thi tối đa của phần mềm và tìm ra nơi cần cải tiến cho phần mềm. Kiểm thử hiệu năng mang các đặc tính ưu việt của kiểm thử tự động. Kiểm thử hiệu năng là phương pháp đánh giá một cách hiệu quả hiệu suất của hệ thống, tự động kiểm tra quá trình giúp tạo ra thêm những thông tin xác thực, ngăn chặn thời gian chết của hệ thống và các vấn đề khác. 1.3. Các kiểu kiểm thử hiệu năng 1.3.1. Kiểm thử tải 1.3.2. Kiểm thử sự căng thẳng 1.3.3. Kiểm thử khối lượng 1.4. Quy trình kiểm thử hiệu năng Hình 1.1 minh họa tổng quan quy trình kiểm thử hiệu năng. 5 Hình 1.1. Quy trình kiểm thử hiệu năng 1.5. Một số công nghệ xây dựng website Hiện nay có rất nhiều công nghệ được sử dụng để phát triển website như PHP, Joomla, Drupal, ASP, ASP.NET, JSP, EJB 3.0... Sau đây sẽ đưa ra một vài so sánh cơ bản về các công nghệ này: 6 Bảng 1.1. Bảng so sánh các giải pháp .Net, Java, Joomla, Drupal .NET Java Joomla Drupal Tốt Tốt Tốt Không Không Không có sẵn có sẵn có sẵn Có Có Không Có Rất tốt Rất tốt Kém Rất tốt Khả năng xây dựng hệ quản trị nội dung Tốt (CMS) Khả năng tạo lập kiểu nội dung nhanh chóng trên nền web Khả năng thiết lập quy trình xử lý Khả năng xây dựng ứng dụng web Khả năng phát triển nhanh ứng dụng Có Cần môi Cần môi Các trường trường modul IDE IDE có sẵn Có Có Có Sẵn có Ko Ko Ko Tốt Tốt Khá Tốt TB Kém Rất tốt Rất tốt Đơn giản Các nền tảng phần mềm đi kèm miễn Không phí Hỗ trợ kết nối cơ sở dữ liệu Sql server Phát triển ứng dụng linh hoạt Hosting phổ biến và dễ dàng 7 Chi phí bản quyền Dễ dàng bảo trì phát triển hệ thống Yêu cầu trình độ lập trình Tốc độ xử lý Yêu cầu cấu hình máy chủ An ninh bảo mật Có Không Không Không Khá Khá Khá Tốt Cao Cao TB Khá Tốt TB Tốt Tốt Cao TB TB TB Tốt Rất tốt tốt Rất tốt 8 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP KIỂM THỬ HIỆU NĂNG TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG WEBSITE Chương này nghiên cứu quá trình kiểm tra hiệu năng trong giai đoạn thiết kế, xây dựng website. Ở đây, xem xét những kết quả khác nhau khi sử dụng các thiết kế khác nhau, người thiết kế có thể sớm phát hiện ra nút “thắt cổ chai” và quyết định làm thế nào để hạn chế tác động của sự thỏa hiệp về hiệu năng trong dự án phần mềm. Thực hiện kiểm thử hiệu năng trong quá trình thiết kế giúp cho người phát triển phần mềm tránh đưa ra quyết định thiết kế ban đầu mà mang lại hiệu suất kém khi triển khai phần mềm sau này. 2.1. Giới thiệu Thành công của kiểm thử hiệu năng trong quá trình thiết kế phần mềm (design-time performance testing - DTPT) dựa vào khả năng xác định nhanh chóng và chính xác những kết quả hiệu năng của các giải pháp tùy chọn cho một bài toán thiết kế. Có hai điều quan trọng của DTPT: tốc độ, độ chính xác. Thông qua thiết kế bộ kiểm thử hiệu năng, người thiết kế có thể xem lại và thay đổi quyết định thiết kế khi dự án yêu cầu thay đổi. Điều này giúp cho các thiết kế thích ứng với các thay đổi trong khi giảm số việc cần làm lại để thu thập các ước tính khi đối mặt với các yêu cầu thay đổi. 2.2. Một số phƣơng pháp DTPT Có một số phương pháp để tính toán hiệu năng phần mềm trong thời gian thiết kế. Trong chương này, người viết luận văn (NVLV) trình bày bốn phương pháp tiếp cận cơ bản: thực hiện theo 9 luật hiệu năng chung, tìm kiếm lời khuyên của các chuyên gia hiệu năng, sử dụng mô phỏng hoặc các mô hình phân tích, và xây dựng một nguyên mẫu cho kiểm thử hiệu năng. 2.2.1. Phương pháp luật hiệu năng Luật hiệu năng thường là những chính sách và thông lệ chung. Tính toán được tạo bởi luật hiệu năng được dựa trên kinh nghiệm của những người khác và mặc dù một vài kinh nghiệm này được ghi chép lại cẩn thận, các tài liệu cung cấp có một lượng độc giả lớn nhưng không phải đều đặc trưng với các dự án. 2.2.2. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia Các chuyên gia có kinh nghiệm thực hiện tối ưu hóa hiệu năng cho các ứng dụng tương tự như đang thiết kế hệ thống. Dựa vào kinh nghiệm của họ, các chuyên gia hiệu năng có thể giúp nhà thiết kế hiểu được hậu quả của việc lựa chọn các giải pháp khác khau. Mỗi lần ứng dụng được thực thi, chuyên gia hiệu năng sử dụng công cụ ghi hình và giám sát để tối ưu hiệu năng của ứng dụng. Với kinh nghiệm ghi hình, giám sát và tối ưu của họ, các chuyên gia có thể đưa ra dự đoán về việc thực hiện các quyết định thiết kế. Với những dự đoán của chuyên gia, nhà thiết kế có thể đưa ra nhiều hơn thông tin cho việc thực hiện quyết định. 2.2.3. Phương pháp sử dụng mô hình phân tích Mô hình phân tích mô tả các thành phần chính của một ứng dụng và trừu tượng hóa những chi tiết không quan trọng. Thường các mô hình này bao gồm các thành phần gửi thông điệp qua mạng xếp hàng, và có thể được sử dụng vào giai đoạn đầu của quá trình phát 10 triển để biết được kết quả hiệu năng của một kiến trúc hệ thống nhất định. 2.2.4. Phương pháp nguyên mẫu Nguyên mẫu (prototype) là một phần thực thi của hệ thống phần mềm mà hành vi ta quan tâm biểu lộ trong khi phân tích. Nguyên mẫu có thể không thực thi đầy đủ hoặc chính xác các chức năng của toàn bộ quá trình thực hiện. Trong cùng một bối cảnh như xây dựng mô hình mô phỏng, nhà thiết kế có thể tạo nguyên mẫu cho những phần quan trọng của các phương án thiết kế và so sánh hiệu năng của các nguyên mẫu. Mặc dù nguyên mẫu không có hiệu năng hoàn toàn giống như của việc thực thi đầy đủ, nhưng vẫn xây dựng một tập hợp các nguyên mẫu có thể cung cấp các ước tính chính xác dùng để so sánh với các phương pháp khác. 2.2.5. Nhận xét đánh giá các phương pháp Mặc dù mỗi phương pháp tiếp cận giai đoạn thiết kế (giai đoạn đầu) cung cấp cái nhìn sâu sắc quá trình thiết kế phần mềm, giải pháp nguyên mẫu cho phép nhà thiết kế nhanh chóng so sánh các giải pháp thiết kế ít nhất là trong các tình huống mà Denaro và Kruger đã xem xét. Hơn nữa, Denaro chỉ ra rằng các nguyên mẫu này có thể khá chính xác (khoảng 9,3%) khi so sánh với việc thực thi đầy đủ. Trong khi luật hiệu năng và lời khuyên chuyên gia có thể cung cấp trực giác một cách nhanh chóng, mức độ chi tiết thực hiện đang được xem xét dễ dàng hơn so với việc điều chỉnh các nguyên mẫu hiệu năng. Chúng ta có thể xây dựng các nguyên mẫu khởi tạo đơn giản sau đó 11 tinh chỉnh và phát triển những cái cần thiết để tạo ra những ước tính tốt của hiệu năng hệ thống theo các giải pháp thiết kế khác nhau. Các mô hình được định nghĩa trừu tượng từ các chi tiết của giải pháp, xây dựng nhiều mô hình để xử lý các mức độ chi tiết khác nhau sẽ tốn kém hơn so với phát triển một nguyên mẫu đơn giản. Bảng 2.1. Đánh giá các phƣơng pháp DTPT Chi Dự đoán chi Mức Tài liệu phí tiết độ chi đặc tả tiết Luật hiệu năng Thấp Dựa trên kinh Cao nghiệm Lời khuyên Cao cụ thể Cao Rõ ràng Cao Rõ ràng Dựa trên bằng Tùy Rõ ràng chứng biến nghiệm chuyên gia Mô hình Dựa trên kinh Không Cao Dựa trên bằng chứng Nguyên mẫu Thấp 2.3. Phƣơng pháp nguyên mẫu của Denaro và Kruger 2.3.1. Ý tưởng Trong luận văn, tôi quyết định sử dụng nghiên cứu của Denaro và Kruger dựa trên phương pháp nguyên mẫu có thể được xây dựng để biết được hoạt động của hệ thống trong trường hợp chung, không cần phần mềm trung gian, các thành phần thực hiện. Trong luận văn của mình, tôi áp dụng quy trình kiểm thử hiệu năng theo phương 12 pháp Denaro và Kruger để tạo điều kiện cho sự hiểu biết ban đầu về chất lượng hiệu năng trong quá trình phát triển phần mềm. Việc này dựa trên nghiên cứu của Denaro và Kruger, nhưng mở rộng cách tiếp cận kiến trúc của họ, phần mềm trung gian và kiến trúc hướng dịch vụ tương ứng, với mục đích tạo mẫu chung. Tôi cũng cung cấp sự xét duyệt tạo nguyên mẫu ước tính phù hợp với việc thực thi đầy đủ. 2.3.2. Các thành phần của quy trình kiểm thử hiệu năng theo phương pháp Denaro và Kruger (Quy trình DTPT) Quy trình DTPT xác định một số yếu tố đầu vào cần thiết để tạo ra số liệu hiệu năng như trong hình 2.1. Các yếu tố đầu vào này quan trọng để xem xét khi đưa ra so sánh hiệu năng. Hình 2.1. Quy trình DTPT xấp xỉ so sánh các phƣơng án thiết kế trong kịch bản sử dụng. 13 2.3.2.1. Nguyên mẫu Thay vì thực hiện từng phương án thiết kế, nguyên mẫu được sử dụng để ước tính các hành vi thời gian thực của việc triển khai thực tế. Bởi vì một nguyên mẫu là sự đơn giản hóa việc thực thi đầy đủ, một nguyên mẫu chung có thể được tạo ra nhanh hơn nhiều so với việc thực thi gần như đầy đủ. Nguyên mẫu được viết như các ứng dụng phần mềm có thể được thực hiện để có được kết quả hiệu năng. Khi xây dựng nguyên mẫu, điều quan trọng là nắm bắt được hành vi thực hiện của phương án thiết kế gần đúng, trong khi loại bỏ các chi tiết ảnh hưởng không đáng kể đến việc thực hiện. 2.3.2.2. Bộ kiểm tra thiết kế 2.3.2.3. Độ đo hiệu năng (performance metrics) 2.3.2.4. Môi trường 2.3.3. Quy trình thực hiện kiểm thử hiệu năng DTPT Hình 2.2 dưới đây mô tả các pha trong quy trình DTPT. Nhà thiết kế phần mềm có thể khai báo và nâng cao chất lượng quá trình thiết kế của họ bằng cách sử dụng quy trình này cho việc kiểm thử hiệu năng trong thời gian thiết kế. Khi thiết kế cần phải đưa ra quyết định giữa các giải pháp và quan tâm đến chất lượng của những giải pháp đó, họ có thể sử dụng quy trình này để đưa ra các quyết định của mình. 14 Hình 2.2. Quy trình DTPT 2.4. Xây dựng các test case Các bước thiết kế test bao gồm: - Xác định và mô tả test case. - Mô tả các bước chi tiết để kiểm tra (thủ tục kiểm thử) - Xem xét và khảo sát độ bao phủ của việc kiểm tra. - Xem xét test case và các bước kiểm tra. 15 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG KIỂM THỬ HIỆU NĂNG TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG WEBSITE TRUNG TÂM CNTT BẮC GIANG Trong chương này, sẽ áp dụng phương pháp kiểm thử hiệu năng website trong giai đoạn thiết kế ở trên (phương pháp nguyên mẫu) vào một số website của trung tâm CNTT&TT tỉnh Bắc Giang để minh họa và đánh giá. 3.1. Khảo sát hiện trạng tại Trung tâm CNTT&TT 3.1.1. Dự án xây dựng website tại trung tâm Trung tâm CNTT & TT Bắc Giang là đơn vị sự nghiệp có thu trực thuộc Sở Thông tin và Truyền thông tỉnh Bắc Giang. Nhiệm vụ chính của trung tâm là: Xây dựng, duy trì, vận hành cổng giao tiếp điện tử; tư vấn, quản trị, phát triển mạng cho các đơn vị; nghiên cứu phát triển phần mềm và các ứng dụng CNTT. Việc ứng dụng phần mềm nguồn mở (PMNM) được đội ngũ cán bộ công chức của trung tâm tập trung nghiên cứu, phát triển bước đầu có kết quả đã đáp ứng yêu cầu công tác quản lý nhà nước phục vụ cải cách hành chính. Quy trình chung khi xây dựng website của trung tâm là: 1- Thiết kế. 2- Lựa chọn modul, thiết kế thử, đánh giá tính năng, hiệu năng. 3- Hiệu chỉnh modul theo yêu cầu cụ thể. 4- Test. 5- Chuyển giao. 6- Bảo trì. 16 3.1.2. Hiện trạng kiểm thử hiệu năng trong Dự án xây dựng Website tại Trung tâm Trung tâm gồm có 15 cán bộ viên chức và lao động làm việc. Trong mỗi dự án có sự phân chia về trách nhiệm cho từng thành viên tham gia. Công việc kiểm thử chưa mang tính chuyên nghiệp, test chủ yếu về chức năng, hiệu năng phần mềm và dựa trên kinh nghiệm của người test (có thể có sự tham khảo thêm các thành viên khác). Có thể là một nhóm hay chỉ một thành viên thực hiện việc kiểm thử phần mềm/website, tùy thuộc vào tính chất, độ phức tạp của đối tượng chịu test. 3.1.3. Đề xuất giải pháp DTPT khi xây dựng Website tại trung tâm Dựa trên quy trình DTPT đã nghiên cứu ở chương 2, tôi đề xuất quy trình triển khai kiểm thử hiệu năng trong quá trình thiết kế website được chọn trong chương này như sau: Hình 3.1. Minh họa quy trình DTPT đƣợc đề xuất áp dụng 17 3.2. Lập kế hoạch kiểm thử 3.2.1. Thông tin chung Hình 3.2. Các chức năng của website: http://stttt.bacgiang.gov.vn/ Hệ thống Cổng thông tin được xây dựng trên nền tảng lõi Drupal 6.28 và các modul chính sau: Core, CCK, Ckeditor, Wysiwyg, Couter, Filefield, Views, Panels, Prints, Work flow, Videofield. 18 3.2.2. Xác định mục đích, yêu cầu kiểm thử 3.2.3. Môi trường, phạm vi kiểm thử * Tiêu chí kiểm thử hiệu năng: trong luận văn này NVLV lựa chọn các giá trị thời gian đáp ứng là tiêu chí đánh giá. 3.2.4. Các giải pháp thiết kế - Trường hợp 1: Xây dựng website trên nền tảng Drupal, với các lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu khác nhau, cụ thể ở đây là: mySQL và SQLite. - Trường hợp 2: Đánh giá hiệu năng website với các giải pháp tăng hiệu năng: no-cache, cache. 3.3. Xây dựng nguyên mẫu Ở đây, NVLV chỉ xây dựng một nguyên mẫu đơn giản của cổng thông tin điện tử bằng Drupal. Về bản chất, các nguyên mẫu website của từng phương án thiết kế đều là một, với hệ thống module, menu, view, block, node giống nhau. Cụ thể hệ thống Cổng thông tin được xây dựng trên nền tảng lõi Drupal 7.23 và các modul chính, các kiểu nội dung, menu như sau: Bảng 3.1. Các modul chính của nguyên mẫu Cổng thông tin điện tử TT Modul 1 Core 2 CCK 3 Ckeditor Wysiwyg 4 Ctools 5 Views Tính năng Drupal 7.23 Định nghĩa các kiểu nội dung: Tin bài, ... Trình soạn thảo bài viết Ctools là một tập các API và các công cụ để hỗ trợ xây dựng trang Drupal, quản lý trang, panel, CSS, cache, content... Thiết kế View Data, lọc và trình bày nội dung 19 Bảng 3.2. Các kiểu nội dung TT Tên 1 Bài viết 2 Văn bản chỉ đạo Các trƣờng Tiêu đề, nội dung, tags, Image, loại tin Ký hiệu, Cơ quan ban hành, ngày, File, Trích yếu Bảng 3.3. Các menu, views TT Menu 1 TIN TỨC, SỰ KIỆN 2 VĂN BẢN CHỈ ĐẠO Views Tin trong ngành, tin trong tỉnh, tin tổng hợp Văn bản pháp luật Ngoài ra, đối với từng trường hợp thiết kế, ta có thêm sự khác biệt về nguyên mẫu tương ứng: - Trường hợp thiết kế 1: Xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu tương ứng với hai giải pháp thiết kế. Cơ sở dữ liệu MySQL: tintuc. SQLite lưu trữ cơ sở dữ liệu trong một file:.\sites\default\files\.ht.sqlite. - Trường hợp thiết kế 2: Sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL. Để kích hoạt tính năng cache của Drupal thực hiện theo các bước sau: + Đăng nhập vào website với quyền quản trị web. + Chọn tab “Configuration”, sau đó chọn “Performance” trong mục “Development”. Chọn vào các mục caching, và các tùy chọn thời gian cache, có thể chọn thêm tối ưu băng thông.