2 基于QoS的網(wǎng)格服務質量保證框架
    在網(wǎng)格環(huán)境中，由于節(jié)點的不穩(wěn)定性(可以隨時加入或退出)而導致存在大量暫時性的服務。采取逐個簽訂SLA的做法，不但會增加運行消耗，也會降低暫時性服務的靈活性。SLA是Web服務質量得以保證的重要協(xié)議，它存放了Web服務中的約束信息和管理信息。因此將WSOL(Web Service0ffering Language)中用于描述客戶QoS需求的服務等級概念引入到網(wǎng)格服務中，并以服務等級為中心，形成了包括服務等級定義、注冊發(fā)布、部署以及服務等級監(jiān)控3部分的服務質量保證框架。該框架的結構如圖1所示。

    服務提供方根據(jù)自己的處理能力確定所能支持的服務等級，并將對應的WSDL(Web Service Deseiption Language)和CGSL(Class of Grid Service Language)文檔發(fā)送給服務注冊中心注冊。用戶通過查找和選取服務提供方所提供的服務等級來表示對服務質量的需求。網(wǎng)格服務節(jié)點根據(jù)用戶選擇的服務等級對用戶實行服務區(qū)分，采取一定的監(jiān)控措施監(jiān)控服務等級的滿足情況，并且利用監(jiān)控結果對網(wǎng)格服務環(huán)境實時調(diào)整以確保最佳服務狀態(tài)。
    采用WRR(Weighted Round Robin)隊列調(diào)度算法。保證區(qū)分不同服務等級的請求，優(yōu)先保證高服務等級的服務質量。這種支持網(wǎng)格服務等級的請求調(diào)度策略是在HP支持Web QoS的服務器軟件體系結構的基礎上提出的，以服務等級為劃分標準，將不同服務等級的請求分發(fā)到具有不同優(yōu)先級的等待隊列中，在部署服務等級時，以保證不同服務等級的服務質量。
    目前優(yōu)秀的HTTP壓力測試工具主要有QALoad(Compuware)、LoadRunner(Mercury Interactive)、Web Application StressTool(Microsoft)和Apache ab等。但從擴展難易程度、執(zhí)行效率、跨平臺性以及實際需求幾方面綜合考慮，最終確定Apache ab為擴展對象。
    Apache ab是Apache提供的一種超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的性能測試工具。其設計意圖是描繪所安裝的Apache在多請求環(huán)境下的執(zhí)行性能。在使用Apache ab時，可使用其提供的選項參數(shù)滿足各種測試的需要。Apache ab的簡要流程如圖2所示。

3 Apache ab的擴展
    通過對源代碼的分析及其流程的剖析可得出Apache ab存在一些不足，主要表現(xiàn)在沒有完整地實現(xiàn)HTTP／1.x，僅接受某些“預想”的響應格式；請求分布過于簡單，僅僅是同時建立多次連接，無法模擬真實的網(wǎng)絡請求情況：測試結果只是針對總體測試而言，沒有單個請求的測試信息；對命令行參數(shù)、服務器的響應頭和其他外部輸入的解析也很簡單，這可能會有不良后果；不支持Web Service，Grid Service。
3．1 修改請求信息
    為了支持基于服務等級的網(wǎng)格服務的功能測試和壓力測試，把Apache ab中HTTP頭的初始化修改成SOAP請求的構造。采用了直接構造SOAP消息并發(fā)送的方式來請求服務并獲取返回消息，需要對ab進行修改：①SOAP是一個HTTP POST請求，另外Content-Type必須指定為text／xml；charset=utf-8用于指明服務器腳本應該動態(tài)生成XML文檔以及字符編碼應該為UTF一8(否則會出現(xiàn)編碼錯誤)；②在HTTP頭中增加SOAPAction字段，使服務器能正確的過濾HTTP中SOAP請求消息；③一個SOAP請求的HTTP體是一個XML文檔，包含請求服務的參數(shù)信息，這個XML就是SOAP信封，所以在構造SOAP請求時，必須在HTTP頭初始化完畢后附加SOAP信封。為了讓服務器準確的獲取SOAP信封，必須在SOAP信封前加上HTTP體的長度(即SOAP信封的長度)；④為了支持基于服務等級的網(wǎng)格服務測試，程序中還隨機生成了各種服務等級并附加在SOAP請求中，用于模擬請求基于服務等級的網(wǎng)格服務。由于單一的HTTP請求信息是唯一的，所以Apache ab中只對HTTP請求初始化一次即可。這種情況在具有多服務等級的網(wǎng)格服務中是不適用的，所以，對SOAP請求的構造必須在發(fā)送前進行多次。
3．2 修改請求發(fā)送過程
    為了更加準確的模擬真實的網(wǎng)絡請求，從而獲取更加可信的測試結果，必須修改Apache ab中請求分布，使其更符合真實的網(wǎng)絡請求。因為在Apache ab中，多請求的情況是通過與服務器同時建立多次連接來模擬的，這并不符合真實的網(wǎng)絡請求狀況。
    為了模擬網(wǎng)格環(huán)境中真實的服務請求，對Apache ab中的請求分布進行修改使其符合泊松分布，通過近似真實的網(wǎng)絡請求獲取更加準確的測試結果。泊松分布是一種分布規(guī)律，在統(tǒng)計中常用于描述時間、平面或空間中“質點”數(shù)的隨機分布規(guī)律，也是目前比較公認的一般網(wǎng)絡分組到達的分布。

   
    (1)式中給出了在時間t內(nèi)到達k個幀的概率Pk(t)的計算方法，其中λ是平均到達間隔的倒數(shù)。
    實驗中，根據(jù)公式分別計算k=0，k=1，k=2的概率，然后通過概率的相加獲得k≤0，k≤1，k≤2對應的概率，由程序生成一個0～1的隨機數(shù)與上一步結果比較，從而確定每秒鐘請求的個數(shù)。連續(xù)進行數(shù)百秒測試，驗證擴展的正確性，可以看出擴展后的Apache ab服務請求分布近似于泊松分布。測試結果統(tǒng)計如圖3所示，計算結果如圖4所示。

3．3 修改輸出結果
    實驗中，還需要修改Apache ab的輸出結果，使其可以打印出單個服務的請求到達時間、完成時間、耗費時間以及服務等級信息。目的在于觀察統(tǒng)計單個服務的執(zhí)行情況以及不同服務等級請求的排隊和調(diào)度情況。在每次建立連接前獲取系統(tǒng)的當前時間即請求到達時間，關閉連接后獲取系統(tǒng)的當前時間即完成時間并計算兩次時間的間隔即耗費時間，服務等級信息可以從請求服務的SOAP中獲取。圖5程序輸出結果是一個服務的執(zhí)行信息。

4 服務的壓力測試
    為了驗證擴展后的Apache ab具有支持網(wǎng)格環(huán)境下網(wǎng)格服務壓力測試功能，并具有一定的統(tǒng)計分析功能，在globus環(huán)境下部署了一個Math服務作為測試對象并修改其中的add操作，采用執(zhí)行過程中空等30 s這種方式模擬服務的執(zhí)行過程。并且，設置globus的最大服務進程數(shù)為4個即如果系統(tǒng)中到達請求數(shù)超過4個就要等待(可理解為服務的能力)，分別以請求到達數(shù)為1個、2個…25個為測試用例描述服務平均響應時間的變化情況。在同一臺主機(AMD Sempron2500+，448MB RAM)上同時運行服務和測試程序后，得到如圖6所示的結果。目的在于支持多個用戶并行訪問服務并且系統(tǒng)能很快超載。綜上所述，測試目的確定為測試服務的平均響應時間，因為服務是模擬的，其執(zhí)行過程是空等30 s，CPU利用率、內(nèi)存占有情況等無法表示節(jié)點當前的性能，只有平均響應時間能反映真實的服務情況。

    從圖6中可知，擴展后的Apache ab完成了對服務的壓力測試，與模擬服務器處理能力相吻合，即服務只能同時提供給4個用戶，如果用戶過多就會造成等待，導致響應時間增加。

5 結語
    擴展后的Apache ab可以較好的完成網(wǎng)格環(huán)境下基于服務等級的服務功能和壓力測試，并具有一定的統(tǒng)計分析功能。如果令請求分布近似于泊松分布，可以模擬真實環(huán)境中的請求到達情況，從而得到更加準確詳細的測試數(shù)據(jù)，有利于滿足不同需求的測試。