游戏思考26：游戏服务器压力测试文档（新增linux相关命令，02/10未完待续）

一、压力测试关注点

①流量
②内存
③一些主要的功能才做压力测试，比如同时注册，最大在线，战斗，地图移动，数据存取等。
④2个压力宏观数据保持不变：
a. 各接口的压力比例不变， 首先从同类型游戏或者本游戏内测阶段，日志插桩，收集各个接口的调用比例；然后，将接口比例转化为场景比例，如同时会有个2%完结登陆、15%玩家战斗、20%玩家拉取好友列表、10%玩家赌博（一个手游场景例子）。
b.玩家平均每分钟操作频率不变。同样在内测阶段收集玩家平均操作频率。
因此，压力测试目标就转变成了如何模拟符合ab数据的压力。

⑤服务器配置信息

• 静态信息

1）CPU核数
2）内存
3）操作系统
4）带宽
5）网卡
6）硬盘

• 动态信息
  1）CPU利用率监控
  2）内存监控
  3）内网带宽监控（内网出带宽、内网入带宽、内网出包量、内网入包量、TCP连接数）

⑥其他指标
●吞吐量：固定时间间隔内的处理完毕事务个数。通常是1秒内处理完毕的请求个数，单位：事务/秒（tps）。

●平均吞吐量：一段时间内吞吐量的平均值。无法体现吞吐量的瞬间变化。

●峰值吞吐量：一段时间内吞吐量的最大值。是用来评估系统容量的重要指标之一。

●最低吞吐量：一段时间内吞吐量的最小值。如果最小值接近0，说明系统有“卡”的现象。

●70%的吞吐量集中区间：通过统计15%和85%的吞吐量边界值，计算出70%的吞吐量集中区间。区间越集中，吞吐量越稳定。

●响应时间：一次事务的处理时间。通常指从一个请求发出，到服务器进行处理后返回，再到接收完毕应答数据的时间间隔，单位：毫秒。

●平均响应时间：一段时间内响应时间的平均值。无法体现响应时间的波动情况。

●中间响应时间：一段时间内响应时间的中间值，50%响应时间，有一半的服务器响应时间低于该值而另一半高于该值。

●90%响应时间：一段时间内90%的事务响应时间比此数值要小。反应总体响应速度，和高于该值的10%超时率。是用来评估系统容量的重要指标之一。

●最小响应时间：响应时间的最小值。反映服务最快处理能力。

●最大响应时间：响应时间的最大值。反映服务器最慢处理能力。

●CPU占用率：1-CPU空闲率，表示CPU被使用情况，反映了系统资源利用情况。

二、计算最耗时的加载操作

1）从数据库读取数据，对加载的类型进一步划分各种类型，计算最耗时操作

2）查看CPU随着在线人数的变化所占百分比

可以看出从晚上8时到次日下午14时，各个服务器CPU变化区间是固定的。

3）查看内存变化

这个同样是晚上8时到下午14时，随着机器人数量变化而生成的图表。
（内存处于一个区间段，说明程序没有内存泄漏。）

4）备注

对于具体的内存，CPU所占的百分比，各个游戏之间对比是没有任何意义的，设计和数据的存储方式和存储结构都不相同，而这样的测试目的是在于了解 针对本款游戏在线玩家人数与服务器所占内存，CPU之间的一个关系，为了上线更好地控制每个服承载的最大人数做准备。

三、MMORPG服务器对于压力测试来说，设计的特点

1）MMORPG共同特点

①百分之八十以上的开发成本消耗在正常的逻辑处理上，而百分之八十以上的性能消耗点在和视野有关的模块上。

• 举例
  比如《御龙在天》，移动包和技能包在CPU上的消耗占比之和在30%以上；战斗做的好的《天涯明月刀》在群战时，仅技能逻辑消耗就在50%以上；另一款腾讯在研MMORPG，因为有后台寻路、体素判定、行为树定义的复杂AI以及分段技能设计，CPU消耗比同类产品要高,统计如下：

1）场景心跳 75.5%
2）战斗请求：11.3%
3）移动请求：3.8%
4）其他 ： 6.6%
5）剩余客户端请求：2.8%

2）MMORPG后台的两大驱动力

• ①消息驱动：
  包含玩家上行协议的驱动和其他server的消息驱动，这部分的主要耗时来源时战斗请求包和移动请求包,战斗和移动占这部分80%的性能消耗

• ②定时器：
  包含各大系统的心跳逻辑以及各个OBJ的心跳逻辑，在承载5000个玩家在线时，怪物和NPC往往要打到10W个之多，因此定时器的主要耗时来源是场景心跳（AI\CD检查\扫敌等），这部分占整个CPU耗时处理的75%左右。

• ③这两部分组成了灰色区域，累计占比高达百分之90%。共同点是有很少的跨场景操作，以及少量公共数据访问（比如邮件、帮会等）。而百分之10%是UI上的各种请求

3）LuaJIT的备注

①LuaJIT有2GB内存的限制（截至目前，官方的最新版本对64位支持是默认关闭的，不建议在release阶段使用），如果线程过多，有可能出现内存不够的情况。
②如果在移动、技能、AI的处理上没有过多使用Lua，那么建议还是使用LuaJIT保持效率。
③如果多线程逻辑过于依赖Lua，那么使用原生的Lua保持多线程的运行也是不错的选择

四、各种测试方法的测评

1）现网数据预估

• 背景
  现网数据预估是根据压力测试过程中的部分数据，对未来大量用户访问的情况机型预估。图中的横轴代表现吞吐量，纵轴代表CPU压力。
• 方法流程
  图中绿色的部分代表当前的服务器压力，当收集一段时间数据之后，可以模拟一条曲线。假设对服务器的上线成本预估是80%，可以通过曲线拟合的方式推测出现网的能力是多少，也从而推断出最大上限是多少。
• 优缺点
  ①优点：测试结果方便可视
  ②缺点：通常游戏服务器都是比较复杂的，这种方式只适合简单的服务器拟合，复杂服务器数据就不太准确。

2）真人买量压测

• 方法流程
  真人压测就是通过邀请一定数量的真实用户来玩游戏，从而对服务器达到一个测试效果。这种方式他最大特点在于用户的行为相对是最真实的，因为用户的使用完全不会受到限制，和线上一个真实用户一样。目前游戏上线过程中的“封测”，就可以被认为是一种真人压测，可以帮助开发者发现一些性能问题。
• 缺点
  ①暴露出的性能问题有限：许多经过封测的游戏到上线还会产生问题，原因之一就是封测人数通常还是太少，虽然有几百或者几千用户在玩，但是并发并不够，不足以暴露服务端性能问题；
  ②不适合调优：服务器性能测试不光需要暴露服务器的问题，暴露问题之后还需要不断的回归调优，但是真人是无法完全重复这些行为方式的。

3）接口测试

• 方法流程
  服务器方面的接口测试与传统意义上的接口测试略有不同，当开发人员需要对一套服务器进行评估，但是又时间不足的情况下，我们可以考虑选择一些具有代表性的功能，以及一些高风险功能进行测试，通过以小见大的方式，来评估整套服务器性能。
• 缺点
  主要问题就是无法遍历整个服务器的接口，难以避免一些微小的问题。

4）录制回放

• 方法流程
  ，“录制”就是通过抓取数据包的方式，来获取游戏时的协议，比如用户登录游戏时抓取登录包；“回放”即把这些捕获的协议重新发送给服务端，这样理论上就可以通过工具放大协议量级达到性能测试的目的，比如将之前录制的登入协议扩大1w倍给服务器，这样就模拟了1w人同时登入的情况。

• 缺点
  游戏的协议交互非常复杂，如果只是单纯的放大数据包，对于服务器是产生不了多大的压力的。这类方法比较适合固定输入输出服务类型的测试

5）机器人测试

• 方法流程
  机器人模拟测试是对以上各种测试做了一个平衡， 通过高还原真实玩家的用户行为，模拟高并发场景，从而得到类似很多人同时游戏的测试效果。
• 机器人模拟的优势
  ①并发性不受限制，从1W到10W，压力能够自主设置；
  ②可以反复执行，便于性能调优回归；
  ③实现7*24小时不断监控，在开发提交代码之后，版本在自动编译之后就跑新的测试，这样每天都能进行性能监控，在调优方面，完全地进行一个重复性测试，可以不断的进行回归和调优。这个方法的问题就在于机器人模拟需要专人开发，对测试者的开发能力，分析能力都有一个比较高的要求。

五、linux测试相关命令

• 原文链接传送门：Linux 大牛，Netflix 高级性能架构师 Brendan Gregg的博客

0）铺垫命令及火焰图使用

• 火焰图介绍及链接
  ①https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/78885908
  ②https://zhuanlan.zhihu.com/p/85654612
• free
• ping
• vmstat(VirtualMeomoryStatistics,虚拟内存统计)
• iostat 用于报告中央处理器（CPU）统计信息和整个系统、适配器、tty 设备、磁盘和 CD-ROM 的
• 输入/输出统计信息
• dstat 显示了cpu使用情况，磁盘io情况，网络发包情况和换页情况，输出是彩色的，可读性较强，相对于vmstat和iostat的输入更加详细且较为直观。
• pidstat 主要用于监控全部或指定进程占用系统资源的情况,如CPU,内存、设备IO、任务切换、线程等。
• top 命令的汇总区域显示了五个方面的系统性能信息：负载、进程状态、cpu使用率、内存使用、
  交换分区。
• iotop LINUX进程实时监控工具，界面风格类似top命令
• htop 是Linux系统中的一个互动的进程查看器,一个文本模式的应用程序(在控制台或者X终端中),需要ncurses。
• mpstat Report processors related statistics. 报告CPU的统计信息。
• netstat 用于显示与IP、TCP、UDP和ICMP协议相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络连接情况。
• ps 显示当前进程的状态
• strace Trace system calls and signals。跟踪程序执行过程中产生的系统调用及接收到的信号，帮助分析程序或命令执行中遇到的异常情况。
• ltrace A library call tracer 跟踪进程调用库函数的情况
• uptime 能够打印系统总共运行了多长时间和系统的平均负载，uptime命令最后输出的三个数字的含义分别是1分钟，5分钟，15分钟内系统的平均负荷
• lsof (list open files)是一个列出当前系统打开文件的工具。
• perf 是Linux kernel自带的系统性能优化工具。优势在于与Linux Kernel的紧密结合，它可以最先应用到加入Kernel的new feature，用于查看热点函数，查看cashe miss的比率，从而帮助开发者来优化程序性能。
• tcpdump
• sar
• blktrace
  

1）CPU

• 问题 1：top 输出的利用率信息是如何计算出来的，它精确吗？

• 问题 2：ni 这一列是 nice，它输出的是 cpu 在处理啥时的开销？

• 问题 3：wa 代表的是 io wait，那么这段时间中 cpu 到底是忙碌还是空闲？

（1）平均负载

（2）CPU上下文切换

（3）遇到CPU利用率高怎么排查

（4）相关工具

• ①vmStat -Sm 1
  r : 表示在这个CPU上正在执行的和等待执行的进程数量
  （r比较高表示CPU处于饱和状态）
• ②pidstat 1
  对比top能滚动打印每个进程使用CPU的情况，这里的%CPU是可以超过100的，
  %400等于4个%100运行的CPU
• ③mpstat -p ALL 1
  将每个CPU分解到各个状态的时间打印出来
  ①若用户态的CPU百分比占比高达100%，表明单线程遇到瓶颈
• ④ON_CPU火焰图
  （1）使用说明
  ①纵轴代表调用栈的深度（栈桢数），用于表示函数间调用关系：下面的函数是上面函数的父函数。
  ②横轴代表调用频次，一个格子的宽度越大，越说明其可能是瓶颈原因。
  ③不同类型火焰图适合优化的场景不同，比如 on-cpu 火焰图适合分析 cpu 占用高的问题函数，off-cpu 火焰图适合解决阻塞和锁抢占问题
  （2）无意义的事情：
  ①横向先后顺序是为了聚合，跟函数间依赖或调用关系无关；
  ②火焰图各种颜色是为方便区分，本身不具有特殊含义
  （3）使用步骤
  使用步骤：
  ①采集堆栈：perf、System Tap、sample-bt

查看CPU和内存占用前十的进程
ps aux|head -1;ps -aux | sort -k3nr | head -n 10 //查看前10个最占用CPU的进程
ps aux|head -1;ps -aux | sort -k4nr | head -n 10 //查看前10个最占用内存的进程

1、安装perf：我目前的服务器发行版是Ubuntu 16.04.6 LTS因此需要先安装perf才能使用，该工具由linux-tools-common提供，但是它需要安装后面的依赖。

#ubantu安装
root@master:~# apt install linux-tools-common linux-tools-4.4.0-142-generic linux-cloud-tools-4.4.0-142-generic -y

root@master:~# perf -v #显示perf的版本
perf version 4.4.167

#centos安装
yum install perf

2、在安装完成时候，我们就可以对上图CPU使用率最高的进程ID为25633的进程进行采样分析。首选我们采集一下该进程的调用栈信息:

root@master:~# sudo perf record -F 99 -p 25633 -g -- sleep 30
[ perf record: Woken up 1 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.039 MB perf.data (120 samples) ]

3、参数说明
这个命令会产生一个大的数据文件，取决与你采集的进程与CPU的配置，如果一台服务器有16个 CPU，每秒抽样99次，持续30秒，就得到 47,520 个调用栈，长达几十万甚至上百万行。生成的数据采集文件在当前目录下，名称为perf.data。

1）perf record表示记录，命令可以从高到低排列统计每个调用栈出现的百分比
2）-F 99表示每秒99次，
3）-p 25633是进程号，即对哪个进程进行分析，
4）-g表示记录调用栈，
5）sleep 30则是持续30秒

可以简单在linux下展示每个调用栈出现的百分比

root@master:~# sudo perf report -n --stdio

②解析数据:statckcollapse/pl(用perf script工具对perf.data进行解析，生成perf.unfold)

# perf script -i /root/perf.data &> /root/perf.unfold
或
perf script -i perf.data &> perf.unfold

用 stackcollapse-perf.pl 将 perf 解析出的内容 perf.unfold 中的符号进行折叠

#安装stackcollapse
git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git
#拷贝stackcollapse-perf.pl和flamegraph.pl到目标机器上。
chmod +x flamegraph.pl
chmod +x stackcollapse-perf.pl

# ./stackcollapse-perf.pl /root/perf.unfold &> /root/perf.folded  //这里折叠堆栈

③生成火焰图: flamegraph.pi

./flamegraph.pl /root/perf.folded > /root/perf.svg
或
./flamegraph.pl perf.folded > perf.svg

浏览器打开。

• ⑤OFF-CPU火焰图

• ⑥内存火焰图

• ⑦显示lua堆栈（chatgpt说的，我没试过）

1. 安装perf工具
2. 在终端输入以下命令：perf record -g -p $(pgrep lua)
3. 运行lua程序
4. 在终端输入以下命令：perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > lua.svg
5. 在浏览器中打开lua.svg文件，即可查看火焰图
   在perf record命令中加入–call-graph dwarf参数，即可在火焰图中看到lua的堆栈信息。修改后的命令如下：
   perf record -g --call-graph dwarf -p $(pgrep lua)
   $(pgrep lua)是一个命令，用于查找正在运行的名为"lua"的进程的进程ID。在这里，它被用作perf record命令的参数，以便perf工具可以记录正在运行的lua程序的性能数据。如果这个进程是C++写的，只是调用接口的时候使用lua，那么在perf工具记录性能数据时，只能看到C++的堆栈信息，无法看到lua的堆栈信息。在perf record命令中加入–call-graph dwarf参数，即可在火焰图中看到lua的堆栈信息。修改后的命令如下：
   perf record -g --call-graph dwarf -p $(pgrep lua)
   -g: 开启调用图(call graph)功能，记录函数调用关系
   –call-graph dwarf: 使用dwarf调试信息来生成调用图
   -p $(pgrep lua): 指定要记录的进程ID，这里使用pgrep命令查找名为"lua"的进程的进程ID

2）内存

（1）内存说明：虚拟内存和物理内存

（2）内存中的buffer和cache

（3）内存检测工具

（1）vmstat统计虚拟内存使用情况

• • 使用举例
    1）动态查看内存变化
    
    2）查看内存量和使用量
    

• 参数意义

swpd  交换出的内存量
free 空闲的可用内存
buff 用于缓冲缓存的内存
cache 用于页缓存的内存
si   换入的内存(换页)
so 换出的内存(换页)

• 注释
  若so和si一直为非0，说明有大量换页的操作，用top或ps可以看每个进程使用的内存

• 命令

Usage:
 vmstat [options] [delay [count]]

Options:
 -a, --active           active/inactive memory
 -f, --forks            number of forks since boot
 -m, --slabs            slabinfo
 -n, --one-header       do not redisplay header
 -s, --stats            event counter statistics 输出列表
 -d, --disk             disk statistics
 -D, --disk-sum         summarize disk statistics
 -p, --partition <dev>  partition specific statistics
 -S, --unit <char>      define display unit  ### 单位，按照多少内存对齐k(1000),K(1024),m(1000000),M(1048576) bytes
 -w, --wide             wide output
 -t, --timestamp        show timestamp

 -h, --help     display this help and exit
 -V, --version  output version information and exit
 
For more details see vmstat(8).

（2）PSI略过，需要linux版本4.20

（3）PS 查看进程报错内存使用的细节

• 使用
  建议用 ps aux
• 注释
  %MEM 主存使用(物理内存\RSS)占总内存的百分比
  RSS：常驻集合大小(KB)，显示内存使用量，包括如系统库在内的共享内存端，可能会被几十个进程映射，这里重复计算了部分共享内存
  VSZ：虚拟内存大小

root:# ps aux

USER      PID       %CPU    %MEM    VSZ    RSS    TTY    STAT    START    TIME    COMMAND

smmsp    3521    0.0    0.7    6556    1616    ?    Ss    20:40    0:00    sendmail: Queue runner@01:00:00 f

root    3532    0.0    0.2    2428    452    ?    Ss    20:40    0:00    gpm -m /dev/input/mice -t imps2

htt    3563    0.0    0.0    2956    196    ?    Ss    20:41    0:00    /usr/sbin/htt -retryonerror 0

htt    3564    0.0    1.7    29460    3704    ?    Sl    20:41    0:00    htt_server -nodaemon

root    3574    0.0    0.4    5236    992    ?    Ss    20:41    0:00    crond

xfs    3617    0.0    1.3    13572    2804    ?    Ss    20:41    0:00    xfs -droppriv -daemon

root    3627    0.0    0.2    3448    552    ?    SNs    20:41    0:00    anacron -s

root    3636    0.0    0.1    2304    420    ?    Ss    20:41    0:00    /usr/sbin/atd

dbus    3655    0.0    0.5    13840    1084    ?    Ssl    20:41    0:00    dbus-daemon-1 --system

（4）TOP查看内存和CPU占比

常用命令
-o表示按照什么标准排序

top -0 %MEM
top -o %CPU

（5）pmap 内存映射相关，共享内存相关（略）

（7）perf工具

3）文件IO性能监控

（1）I/O的两种方式（缓存I/O和直接I/O）

（2）监控磁盘I/O的命令

4）网络IO性能监控

（1）性能指标

（2）网络信息

（3）相关命令

5）其他工具

（1）nmon性能监控

（2）glances系统监控

（3）w

（4）日志监控工具tail和mutitail

（5）火焰图种类说明