【摘 要】數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化是數(shù)據(jù)庫(kù)商業(yè)化的前提，按用戶需求開發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不僅要滿足大數(shù)據(jù)量并發(fā)需求，還需要有穩(wěn)定、安全、可靠的性能，采取科學(xué)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試方法，可為優(yōu)化提升數(shù)據(jù)庫(kù)性能提供數(shù)據(jù)支持。本文通過(guò)分析數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試方法步驟，結(jié)合實(shí)例，為數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)試優(yōu)化提供思路。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 性能優(yōu)化 性能測(cè)試

一、引言

自上世紀(jì)四十年代世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世后，在短短幾十年的發(fā)展歷程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展，人們?cè)谙硎軘?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)便利的同時(shí)，也為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存在的一系列隱患和問(wèn)題所困擾，伴隨著數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)的升級(jí)和發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全隱患也時(shí)時(shí)威脅著人們的“數(shù)據(jù)庫(kù)生活”安全。

從性能和安全意義上說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)的性能是否穩(wěn)定、可靠是衡量數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要要素。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)建立后，能否滿足用戶的需求，能否實(shí)現(xiàn)用戶在使用、安全、可靠等要求和愿意，必須要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能優(yōu)化測(cè)試，以先期發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)在使用功能上、交互使用上、數(shù)據(jù)維護(hù)管理上是否存在穩(wěn)定性、可靠性、安全性方面的漏洞或缺陷，以較低的技術(shù)成本換取數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)改進(jìn)、完善的方法和技術(shù)措施，為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺善贰蓖度胗脩羰褂?，提供技術(shù)支持。

二、關(guān)注的主要問(wèn)題

作為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試，應(yīng)把數(shù)據(jù)庫(kù)整個(gè)集成系統(tǒng)納入測(cè)試關(guān)注的范圍，要根據(jù)目標(biāo)用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在性能和安全方面的要求來(lái)明確測(cè)試目的，確定測(cè)試規(guī)約，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，關(guān)注數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行性能和效果，以此確定測(cè)試類型。

（一）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試的任務(wù)目標(biāo)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試的主要任務(wù)和目標(biāo)就是要在測(cè)試中了解系統(tǒng)運(yùn)行的特征數(shù)據(jù)一致性、完整性、安全性等的綜合測(cè)試，發(fā)現(xiàn)各類性能要素瓶頸和功能極限，以滿足改進(jìn)和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的要求，達(dá)到目標(biāo)用戶使用需求。

1.整體評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案要求，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能進(jìn)行系統(tǒng)性的測(cè)試，以衡量數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的整體性能，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)系統(tǒng)能否滿足用戶需求，同時(shí)，找出系統(tǒng)設(shè)計(jì)與用戶使用上存在的問(wèn)題和差距，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修正設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

2.查找缺陷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，逐個(gè)條件進(jìn)行臨界極限測(cè)試，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并根據(jù)用戶對(duì)系統(tǒng)要求，對(duì)臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改或重新設(shè)計(jì)，以期突破設(shè)計(jì)瓶頸，改進(jìn)系統(tǒng)性能和功能。

3.提升和優(yōu)化系統(tǒng)性能。通過(guò)系統(tǒng)性測(cè)試和反復(fù)驗(yàn)證，掌握系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)此數(shù)據(jù)，不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以期系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

4.負(fù)載驗(yàn)證穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)一定時(shí)間、一定量的數(shù)據(jù)、用戶等模擬加載，從多角度驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，有效評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，為系統(tǒng)提交用戶使用提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)參考。

（二）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)把握的問(wèn)題

1.掌握用戶需求。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)是在用戶需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此，該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)和次要業(yè)務(wù)是哪些、單位時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)量是多少、并發(fā)量是多少等都構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫(kù)使用性能的重要要素，只有根據(jù)用戶需求進(jìn)行測(cè)試，才能有效保證測(cè)試的結(jié)果和結(jié)論是否符合要求。

2.關(guān)注系統(tǒng)的臨界性能。所謂臨界就是系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)的有效限值。當(dāng)負(fù)荷、負(fù)載達(dá)到臨界數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)負(fù)荷、負(fù)載超過(guò)臨界數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)隨著負(fù)載逐步增加其運(yùn)行效率或速度逐步降低，但系統(tǒng)仍能保持正常運(yùn)行，不至于出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰和死機(jī)現(xiàn)象。此外，還應(yīng)關(guān)注系統(tǒng)是否有隨著時(shí)間的延長(zhǎng)存在性能衰減的現(xiàn)象。

3.預(yù)有準(zhǔn)備應(yīng)急措施。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，制定測(cè)試應(yīng)急措施和方案，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面測(cè)試過(guò)程中，能夠針對(duì)不同的意外情況有有效的應(yīng)對(duì)措施和方案，測(cè)試系統(tǒng)在保持正常運(yùn)行的條件下，對(duì)各種情況處置的可行性和有效性。

4.充分了解業(yè)務(wù)特性。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化測(cè)試的實(shí)踐中，發(fā)生系統(tǒng)性能問(wèn)題主要集中在中間件服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等的參數(shù)設(shè)置上，應(yīng)充分了解業(yè)務(wù)特點(diǎn)，以期在Oracle的內(nèi)存分配和SGA分配上給予合理區(qū)分，否則就行對(duì)運(yùn)行性能帶來(lái)極大影響。

5.充分預(yù)估數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)是建立在用戶數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，有些數(shù)據(jù)量甚至呈量級(jí)增長(zhǎng)，這對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)管理帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，應(yīng)充分預(yù)估數(shù)據(jù)庫(kù)容量增長(zhǎng)情況，通過(guò)反復(fù)多次測(cè)試，科學(xué)合理地確定內(nèi)存的最優(yōu)配置。

三、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化測(cè)試步驟

數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化測(cè)試通常有強(qiáng)度測(cè)試、負(fù)載測(cè)試、壓力模型測(cè)試、多用戶并發(fā)測(cè)試、配置測(cè)試、大數(shù)據(jù)量測(cè)試、可靠性測(cè)試等等。測(cè)試步驟包括編制測(cè)試方案、構(gòu)建測(cè)試集群環(huán)境、開發(fā)測(cè)試程序、執(zhí)行測(cè)試和測(cè)試報(bào)告分析五個(gè)步驟。如下圖解。

（一）編制測(cè)試方案

首先是做好對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)文件資料的分析研究工作。結(jié)合業(yè)務(wù)模型和系統(tǒng)開發(fā)框架結(jié)構(gòu)，深入分析研究數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)介紹說(shuō)明書、用戶使用手冊(cè)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖、系統(tǒng)配置說(shuō)明及服務(wù)器配置等等相關(guān)文件資料，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)有個(gè)較為系統(tǒng)的了解和掌握；其次是做好溝通交流進(jìn)一步系統(tǒng)開發(fā)的目標(biāo)、性質(zhì)和用途。通過(guò)與用戶、系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)人員的溝通，對(duì)測(cè)試中可能涉及到的相關(guān)問(wèn)題和要素進(jìn)行了解和確認(rèn)；第三，編制測(cè)試方案和計(jì)劃，綜合所掌握的資料，結(jié)合測(cè)試所要達(dá)到的目標(biāo)，擬定測(cè)試方法步驟，列出測(cè)試指標(biāo)及關(guān)鍵點(diǎn)性能要求，完成測(cè)試方案計(jì)劃。

（二）構(gòu)建測(cè)試集群環(huán)境

測(cè)試集群環(huán)境主要是指數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)測(cè)試所必備的軟、硬件條件，包括待測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件，以及用于壓力模型測(cè)試的控制臺(tái)、發(fā)起工具等測(cè)試系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立和網(wǎng)關(guān)、防火墻等應(yīng)用軟件的安裝，同時(shí)，進(jìn)行相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，以符合測(cè)試要求，保證 構(gòu)造數(shù)據(jù)與實(shí)際工作環(huán)境數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的要求。在建立硬件、軟件應(yīng)用系統(tǒng)和相關(guān)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備后，再對(duì)環(huán)境可用性進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

（三）開發(fā)測(cè)試場(chǎng)景

測(cè)試場(chǎng)景是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用戶業(yè)務(wù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行模擬的程序腳本，以通過(guò)進(jìn)行參數(shù)化編程、模擬和調(diào)試等工作，測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下性能運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)性能偏差數(shù)據(jù)。

（四）執(zhí)行測(cè)試

根據(jù)測(cè)試方案，在一定的測(cè)試環(huán)境下，按照設(shè)計(jì)測(cè)試用例運(yùn)行測(cè)試程序，執(zhí)行系統(tǒng)測(cè)試條件。

（五）測(cè)試報(bào)告分析

按測(cè)試方案完成測(cè)試后，收集整理測(cè)試數(shù)據(jù)及相關(guān)監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)試運(yùn)行中系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比分析，研究被測(cè)試系統(tǒng)存在的性能和問(wèn)題。

1.理定缺陷和問(wèn)題。系統(tǒng)的性能問(wèn)題一般集中在操作系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫(kù)配置、應(yīng)用程序代碼以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和條件等，應(yīng)根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)或偶發(fā)情況分析，厘清確定缺陷或問(wèn)題的性質(zhì)。

2.問(wèn)題原因分析。根據(jù)查找系統(tǒng)缺陷或問(wèn)題，進(jìn)行延伸分析其相互關(guān)聯(lián)關(guān)系及影響區(qū)域和范圍，以針對(duì)性地分析出現(xiàn)問(wèn)題的根源。

3.擬定優(yōu)化方案。根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)要求，結(jié)合測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和分析的原因?qū)ο到y(tǒng)優(yōu)化的影響，擬出優(yōu)化方案。優(yōu)化方案應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注資源利用率（對(duì)不同系統(tǒng)資源的使用程度，是我們測(cè)試和分析瓶頸的主要對(duì)象）、吞吐量（對(duì)不同系統(tǒng)資源的使用程度，是我們測(cè)試和分析瓶頸的主要對(duì)象）、并發(fā)（指許多的用戶同時(shí)做同樣的一個(gè)操作。通過(guò)并發(fā)操作，我們可以看到系統(tǒng)是否穩(wěn)定，并發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題）和請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間（指從客戶端發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求，到接收到服務(wù)器端返回的結(jié)果之間的時(shí)間）等關(guān)鍵指標(biāo)。

4.測(cè)試優(yōu)化方案。對(duì)原測(cè)試環(huán)境作出相應(yīng)調(diào)整，并按優(yōu)化方案要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，即根據(jù)性能基準(zhǔn)設(shè)計(jì)測(cè)試程序要求搭建測(cè)試環(huán)境，完成性能測(cè)試，比較測(cè)試結(jié)果與相同測(cè)試程序在相同系統(tǒng)或另外系統(tǒng)上的運(yùn)行結(jié)果。

5.結(jié)果分析。優(yōu)化方案測(cè)試后，對(duì)比分析測(cè)試結(jié)果，了解優(yōu)化方案與預(yù)定目標(biāo)間的結(jié)果偏差、問(wèn)題或缺陷是否得到有效解決、系統(tǒng)在局部或整體上的優(yōu)化程度等，對(duì)優(yōu)化效果進(jìn)行評(píng)估，以確定是否再進(jìn)一步優(yōu)化。

6.驗(yàn)證測(cè)試。在優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，以驗(yàn)證系統(tǒng)優(yōu)化或局部?jī)?yōu)化的性能和效果。

四、運(yùn)用LoadRunner實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)試實(shí)例

運(yùn)用LoadRunner 實(shí)施壓力測(cè)試是一種較為實(shí)用的方法。LoadRunner是一種預(yù)測(cè)系統(tǒng)行為和性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)負(fù)載測(cè)試工具。通過(guò)模擬呈數(shù)量級(jí)用戶實(shí)施并發(fā)負(fù)載及實(shí)時(shí)性能監(jiān)測(cè)，來(lái)確認(rèn)和查找系統(tǒng)性能問(wèn)題，能夠?qū)φ麄€(gè)用戶部門（或企業(yè)）架構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。運(yùn)用該方法測(cè)試，可有效縮短測(cè)試時(shí)間、優(yōu)化系統(tǒng)性能，加快應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)布周期。

LoadRunner可在運(yùn)行測(cè)試中監(jiān)控系統(tǒng)及Web服務(wù)器等資源運(yùn)行數(shù)據(jù)，同步分析響應(yīng)時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)性能瓶頸分析和定位具有一定的幫助。其負(fù)載測(cè)試流程有擬制計(jì)劃、創(chuàng)建腳本、定義場(chǎng)景、執(zhí)行場(chǎng)景、執(zhí)行監(jiān)視、分析結(jié)果等五個(gè)階段，運(yùn)行中，可監(jiān)視DataBase Server、Web Server等服務(wù)器的運(yùn)行，并通過(guò)添加性能計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視場(chǎng)景。

五、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化途徑

在系統(tǒng)測(cè)試中，結(jié)合結(jié)果報(bào)表分析，應(yīng)著重關(guān)注并發(fā)用戶數(shù)量、請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間、事務(wù)響應(yīng)時(shí)間、TPS、吞吐率、資源利用率、點(diǎn)擊率等關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)所反映出的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，找到優(yōu)化途徑。

1.數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)過(guò)量調(diào)用問(wèn)題。因應(yīng)用程序反復(fù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，一定程度上影響系統(tǒng)運(yùn)行性能，調(diào)優(yōu)時(shí)應(yīng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中大量取得所需要的數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)連接池資源泄漏問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)連接池因存在缺陷而導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源的泄漏，如程序代碼沒有close（）連接、缺少finally塊，或close（）無(wú)法運(yùn)行等，應(yīng)認(rèn)真分析程序代碼，查找程序編制中的缺陷和漏洞。在調(diào)優(yōu)時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理影響到應(yīng)用程序伸縮性和健壯性等性能指標(biāo)。負(fù)責(zé)分配、管理和釋放數(shù)據(jù)庫(kù)連接數(shù)的據(jù)庫(kù)連接池?cái)?shù)=每個(gè)線程需要連接數(shù)據(jù)庫(kù)的平均數(shù)×線程池?cái)?shù)×1.1（即增加10%的峰值負(fù)載）。一般情況下每個(gè)線程需要連接數(shù)據(jù)庫(kù)的平均數(shù)是1。

（2）在最初池大小設(shè)置時(shí)，應(yīng)考慮與最大池大小相等。

3.SQL及其索引問(wèn)題。應(yīng)關(guān)注SQL語(yǔ)句及其索引或鎖定屬性問(wèn)題，對(duì)SQL語(yǔ)句及其索引進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可有效提高系統(tǒng)性能。

六、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)化測(cè)試是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作，需要通過(guò)較低的成本來(lái)模擬真實(shí)環(huán)境，測(cè)試系統(tǒng)正式上線后的運(yùn)行性能，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果按預(yù)定性能目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，以保證用戶軟件系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。由于系統(tǒng)測(cè)試關(guān)注的內(nèi)容較多，技術(shù)繁瑣，優(yōu)化后的系統(tǒng)性能是否滿足用戶需求，是一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的運(yùn)行實(shí)踐過(guò)程，需要有持續(xù)的維護(hù)和關(guān)注，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，才能更好地解決系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的新情況、新問(wèn)題。

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[5] 張亞. 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能測(cè)試探討[M]北京。電子工業(yè)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：

肖曉枝，女（1973.05.03～），籍貫：安徽，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)管理，工作單位：福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院。