DICOM：基于JMeter+dcm4che2测试PACS服务器性能的解决方案（前篇）

背景：

目前对于传统WEB网站性能（压力/负载）的测试工具有很多，loadrunner、iperf、siege等，操作都比较简单，这里就不介绍了。然而对于医疗领域内的服务器，通常指的是DICOM服务器，提供满足DICOM3.0标准规定的各项DIMSE服务，诸如DIMSE-C(C-STORE、C-FIND、C-MOVE、C-ECHO)、DIMSE-N(N-CREATE、N-DELETE)等等。倘若使用传统的压力测试工具会有几大局限性：

1. 常见压力测试工具，通过模拟上千万用户实施并发负载及实时性能监测的方式来实现对WEB服务端的压力测试，且模拟的并发请求多以HTTP或TCP为主。然而DICOM服务无法直接通过HTTP请求进行访问（WADO、WADO-RS服务除外）。
2. 虽然部分压力测试工具（例如LoadRunner、JMeter等）可以发送TCP请求进行压力测试，但是DICOM服务在TCP基础上还需要继续多次“请求-响应”来完成，通过常见的手动填充TCP数据体的方式无法模拟真实的DICOM请求。
3. 遵循DICOM协议的PACS影像服务器自身通常有一定的约束，例如模拟多用户同时上传同一组图像（即同时发送同一套数据）时服务端可能会直接忽略数据体来减少负载，即使我们成功模拟了请求，此时的检测的性能并不能代表影像服务器性能上限，测试结果不准确。

资料搜集：

鉴于以上几点原因，我们需要寻找一款合适的能够监测DICOM服务器性能的工具，初步设想有几种可能的方案：
第一种，利用python等语言手动编写测试脚本，循环调用dcm4che2工具包中的dcmsnd.bat工具模拟多用户并发访问。这种方案的优点是思路简单，直接模拟真实用户操作；缺点是利用python调用dcmsnd.bat批处理指令我们只能获取简单的运行时间，且结果不具有可视化，应付简单的测试（比如内部开发人员自我测试）比较可行，不适用于实际项目发布测试。
第二种，利用JMeter、LoadRunner等工具的TCP请求测试，将DICOM文件以二进制形式放到TCP请求数据体中。该方案的优点是可以利用JMeter、LoadRunner等工具诸多可视化功能，对服务器性能进行全面分析；缺点是需要对DICOM协议进行抓包分析，梳理出具体的完整的数据包，难度较大。
第三种，尝试搜索现有工具或解决方案。通过gfsoso、baidu等搜索引擎，检索与DICOM Server performance相关的资料，发现相关性大的很少。主要有以下几篇有参考价值的资料：
JMeter-wiki中jakarta-jmeter-dev中Germany用户的使用实例。
DICOMetrix与Performance Tools for your PACS systems
利用JMeter测试TCP服务器发送十六进制请求
自定义jar包利用JMeter的“Java请求”模拟测试

实施方案：

整理分析上述资料，确定可以实施的方案有以下几种，各方案按照实施可行性高低进行排列：
1）利用开源JMeter工具，通过扩展自己的jar包（在jar包内部模拟dcmsnd请求）结合JMeter现有的”Java请求“完成DICOM服务端测试。具体实施方案可参考以下资料：
【可行性★★★★☆】
【注】：初步设想可以直接在jar包中调用dcm4che工具包中的dcmsnd.jar，实际情形以具体编码时为准，可能会出现很多问题。
2）利用开源JMeter工具，使用wireshark等抓包工具对现有的dcmsnd与DICOM服务器之间的交互数据包进行提取分析，找出在TCP协议上发送的实际数据包，然后将该数据包手动填充到TCP请求数据体中，利用JMeter的”TCP请求“完成DICOM服务端性能测试。
【可行性★★★☆☆】
【注】：该方法可能的问题是，DICOM整个协议的数据包无法通过一次TCP数据体完成发送，即使顺利完成数据包发送，也很难手动替换每个数据包中的dcm文件体，无法真正模拟多用户并发上传多套数据的应用场景。
3）通过注册DICOMetrix官网账号，申请DICOMetrix60天免费试用版对DICOM服务器进行测试。
【注】：由于该工具使用者较少，目前没找到破解版，即使获得试用版对其测试性能也有所怀疑。

具体实施：

本文基于JMeter+dcm4che2工具的基础上，决定尝试实施第一解决方案。通过“扩展JMeter”方式初步实现了模拟多用户并发调用dcmsnd发送多组数据到PACS影像服务器的测试，具体实现方式如下：

扩展JMeter的方法：

JMeter是Apache下开源测试框架，扩展方式有多种，诸如自定义协议扩展、Java请求扩展等等。此处采用的JMeter扩展方式为“Java请求扩展”，即通过继承AbstractJavaSamplerClient类，重写其中的runTest函数来完成对dcm4chee2影像服务器的存储服务压力测试。

扩展JMeter具体实现：

在runTest函数内部直接调用现有的dcmsnd工具包的main函数，通过在runTest中自动构建main函数的命令行参数arg0，来实现模拟多用户并发调用dcmsnd发送dcm文件到dcm4chee2服务器的场景。具体实现代码如下：

    public SampleResult runTest(JavaSamplerContext arg0) {

        String ipAddr=arg0.getParameter("IP","127.0.0.1");
        String portString=arg0.getParameter("Port", "11112");
        String calledAET=arg0.getParameter("AET", "DCM4CHEE");
        String callingAET=arg0.getParameter("CallingAET", "DCM4CHEE");
        String filePath=arg0.getParameter("FilePath", ".\\");
        int threadnum=arg0.getIntParameter("ThreadNumber");
        ++dirIndex;
        String dirPath=String.valueOf((int)(Thread.currentThread().getId())%threadnum+1);
        System.out.println("Current Thread id is "+String.valueOf(Thread.currentThread().getId()));
        String[] args=new String[]{
                calledAET+"@"+ipAddr+":"+portString,
                filePath+"\\"+dirPath
        };
        SampleResult sampleResult=new SampleResult();
        sampleResult.sampleStart();
        try {
            DcmSnd.main(args);
            sampleResult.sampleEnd();
            sampleResult.setSuccessful(true);
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
            sampleResult.sampleEnd();
            sampleResult.setSuccessful(false);
        }
        return sampleResult;
    }

使用说明：

1）将上述备选方案导出为jar包，例如jMeterTestDICOM.jar。
2）拷贝jMeterTestDICOM.jar包到JMeter的lib/ext目录下；
3）将jMeterTestDICOM.jar包依赖的jar包同时拷贝到lib/ext目录下，即dcm4che2-2.0.28/lib下的所有jar包（为了保险起见，拷贝所有jar包）
4）进入JMeter源码的bin目录，运行jMeter.bat脚本，弹出启动界面：

5）在JMeter中新建Java请求测试方案（具体操作参考：http://www.cnblogs.com/yuki-lau/archive/2013/04/20/3033010.html）
6）在Java请求中选中刚才新建的jMeterTestDICOM.jar包的dcmSendSamper类，如下图：

7）如图中输入IP、Port、AET、CallingAEt、FilePath、ThreadNumber参数，即可启动压力测试。

【说明】：上图中的参数最终会传递到dcmSendSampler类中，runTest中会自动构造dcmsnd的命令行参数，即AET@IP:Port。其中需要格外说明的是FilePath参数，为了尽最大可能模拟现实中多用户并发上传，希望JMeter的每个线程传递的数据是不同的，因此在FilePath中是根目录，通过结合ThreadNumber（即总的JMeter线程并发数）来自动构造不同的二级目录，构造方式是：FilePath+”\”+String.valueOf(Thread.CurrentThread().getId()%ThreadNumber+1)，即JMeter并发线程数有多少，就需要在FilePath根目录下创建从1到并发线程数对应数量的文件夹，内用任意数量的dcm文件填充。

测试结果：

由于直接使用的是dcm4che2工具包的工具，对于具体的测试结果就不分析了，直接贴几张实测结果图：

作者：[email protected]
时间：2015-05-24