Нагрузочное тестирование (Load test). Руководство для начинающих

Что такое нагрузочное тестирование?

Нагрузочное тестирование — это методика проверки качества программных систем, направленная на оценку и установление устойчивости и производительности приложения или инфраструктуры путем симуляции реальных условий эксплуатации и наращивания нагрузки, с целью выявления ее пределов, узких мест и обеспечения надежной работы системы под разнообразными условиями и нагрузками.

Нагрузочное тестирование относится к области тестирования производительности (Performance Testing) программного обеспечения. Эта область тестирования направлена на оценку и проверку производительности и надежности системы или приложения под нагрузкой, а также на выявление проблем, связанных с производительностью и стабильностью в условиях реального использования. Нагрузочное тестирование является важной составной частью обеспечения качества ПО и позволяет обнаруживать проблемы, которые могут возникнуть при одновременной работе большого числа пользователей или при интенсивном использовании системы.

Цели нагрузочного тестирования

Цели нагрузочного тестирования направлены на обеспечение надежной и эффективной работы вашей системы под нагрузкой пользователей, что важно для обеспечения удовлетворения клиентов и успешного функционирования бизнеса.

Определение пределов нагрузки. Одной из основных целей является определение максимальной нагрузки, которую система способна выдержать без снижения производительности или сбоев. Это помогает предупредить проблемы, связанные с неожиданными перегрузками.

Проверка производительности. Оценка производительности приложения или системы в условиях реальной нагрузки. Это включает в себя измерение времени отклика, пропускной способности и задержек.

Выявление узких мест. Определение участков в системе, которые могут требовать оптимизации или улучшения. Это могут быть слабые места в коде, неэффективные запросы к базе данных и другие проблемы.

Проверка стабильности. Гарантирование стабильной работы системы под нагрузкой без сбоев, утечек ресурсов или других проблем.

Оценка масштабируемости. Определение того, насколько легко систему можно масштабировать, добавляя новые ресурсы, чтобы справляться с увеличением нагрузки.

Оценка производительности третьих сторон. Если ваша система зависит от сторонних сервисов или API, нагрузочное тестирование может помочь определить, как эти сервисы влияют на производительность вашей системы.

Как проводить нагрузочное тестирование

Проведение нагрузочного тестирования — это комплексный процесс, который требует тщательной подготовки и выполнения определенных шагов. Давайте рассмотрим подробно, как проводить нагрузочное тестирование пошагово:

Шаг 1: Определение целей и требований тестирования

Определение целей и требований тестирования — это первый и один из наиболее важных шагов при проведении нагрузочного тестирования. На этом этапе вы устанавливаете, что именно вы хотите достичь с помощью тестирования и какие параметры будут использованы для оценки успешности тестирования. Давайте рассмотрим этот шаг подробнее с примерами:

1.1. Определение целей тестирования

Цели тестирования определяются на основе ожиданий и требований вашего проекта. Вот несколько типичных целей нагрузочного тестирования:

Оценка максимальной производительности. Определить сколько запросов или пользователей ваша система может обслуживать за определенный период времени, прежде чем производительность начинает падать.

Пример: «Веб-сайт должен поддерживать 1000 одновременных пользователей и обрабатывать не менее 500 запросов в секунду.»

Оценка стабильности и надежности. Подтвердить, что ваша система остается стабильной и надежной даже при длительной нагрузке.

Пример: «Система должна работать непрерывно в течение 24 часов под нагрузкой, не вызывая сбоев или утечек ресурсов.»

Оценка масштабируемости. Определить, как ваша система масштабируется при увеличении числа пользователей или объема данных.

Пример: «Система должна быть способной масштабироваться для обслуживания удвоенной нагрузки без изменения архитектуры или инфраструктуры.»

1.2. Определение требований к тестированию

На этом этапе также определяются требования к нагрузочному тестированию, которые помогут установить критерии успешности. Эти требования могут включать в себя:

Нагрузка и распределение. Определить, какие объемы нагрузки будут генерироваться в ходе тестирования, сколько пользователей будет одновременно активно и как будет распределена нагрузка по различным компонентам системы.

Пример: «Тестирование должно моделировать нагрузку эквивалентную активности 1000 пользователей одновременно, с пиковой нагрузкой в течение определенных часов дня.»

Длительность теста: Определить, как долго будет выполняться нагрузочное тестирование. Это важно для оценки долгосрочной стабильности системы.

Пример: «Тестирование должно продолжаться не менее 8 часов, интервалами для сбора данных и анализа.»

Метрики производительности: Определить, какие конкретные метрики производительности будут измеряться и какие значения считаются приемлемыми.

Пример: «Среднее время отклика сервера не должно превышать 200 миллисекунд, и уровень загрузки CPU не должен превышать 80% в течение всего тестирования.»

Сценарии и поведение пользователей: Определить, какие конкретные сценарии будут моделироваться, и какие действия будут выполнять виртуальные пользователи в ходе тестирования.

Пример: «В ходе тестирования 70% пользователей будут просматривать страницы каталога, 20% будут оформлять заказы, а 10% будут выполнять поиск.»

Определение целей и требований тестирования помогает установить фокус и ориентировать процесс тестирования на достижение конкретных результатов. Это также предоставляет основу для последующих этапов, включая создание тестовых сценариев и анализ результатов тестирования.

Шаг 2: Выбор инструментов

Выбор подходящих инструментов для нагрузочного тестирования является важным этапом, который определит, каким образом вы будете создавать и выполнять тесты. Важно учитывать требования вашего проекта, бюджетные ограничения и собственные навыки.

На основе требований и ограничений выберите подходящий инструмент для нагрузочного тестирования. Вот несколько популярных инструментов с примерами:

Apache JMeter: Этот бесплатный инструмент с открытым исходным кодом является популярным выбором для нагрузочного тестирования веб-приложений. Он предоставляет широкие возможности для создания тестовых сценариев и сбора метрик производительности.

LoadRunner: LoadRunner, предоставляемый компанией Micro Focus, является коммерческим инструментом, специализирующимся на нагрузочном тестировании. Он предоставляет множество функций для создания сложных сценариев и анализа результатов.

Gatling: Этот инструмент с открытым исходным кодом специализируется на тестировании производительности и отличается высокой производительностью. Он позволяет создавать сценарии на языке Scala.

Locust: Еще один инструмент с открытым исходным кодом, предназначенный для нагрузочного тестирования. Он известен своей простотой в использовании и способностью создавать сценарии на Python

Шаг 3: Создание тестовых сценариев

Создание тестовых сценариев — это процесс разработки детальных планов того, какие действия будут выполняться в ходе нагрузочного тестирования. Тестовые сценарии определяют, какие действия будут симулированы в течение теста, и какая нагрузка будет генерироваться. Вот подробное описание этого шага с примерами:

3.1. Определение типов пользовательских действий

Начните с определения типов действий, которые пользователи выполняют в вашей системе. Это может быть поиск, просмотр страниц, регистрация, вход в систему, добавление товара в корзину, оформление заказа и так далее. Каждое действие представляет собой отдельный сценарий.

Пример: Предположим, вы тестируете интернет-магазин. Ваши пользовательские действия могут включать просмотр товаров, добавление товара в корзину, оформление заказа и оплату.

3.2. Создание тестовых сценариев

Для каждого типа пользовательских действий создайте соответствующий тестовый сценарий. В каждом сценарии опишите последовательность шагов, которые пользователь должен выполнить. Каждый шаг может включать в себя HTTP-запросы, формы, клики по элементам интерфейса и другие действия.

Пример: Для сценария «Оформление заказа» в интернет-магазине, шаги могут включать в себя следующие действия:

1. Вход пользователя в систему.
2. Выбор товара и добавление его в корзину.
3. Переход в корзину и оформление заказа.
4. Ввод адреса доставки и платежных данных.
5. Подтверждение заказа.

3.3. Задание параметров и данных

Для каждого действия укажите параметры и данные, которые будут использоваться в тестовом сценарии. Это могут быть параметры запросов (например, ID товара) и данные пользователя (например, логин и пароль).

Пример: Для действия «Выбор товара и добавление в корзину» параметры могут включать в себя ID товара и количество единиц товара для добавления в корзину.

3.4. Определение сценариев для разных типов пользователей

В больших системах может быть несколько типов пользователей с разными ролями и поведением. Определите сценарии для каждого типа пользователей, учитывая их уникальные действия и цели.

Пример: В интернет-магазине могут быть обычные пользователи и администраторы. Сценарии для администраторов будут отличаться, так как у них есть доступ к административной панели для управления товарами и заказами.

3.5. Учет параметров нагрузки

Определите, какие параметры нагрузки будут использоваться в тестовых сценариях. Это включает в себя количество виртуальных пользователей, частоту выполнения действий и общую нагрузку, которую вы хотите смоделировать.

Пример: Если вашей целью является моделирование нагрузки от 1000 одновременных пользователей, то ваши сценарии должны быть настроены на выполнение действий с такой интенсивностью.

3.6. Создание скриптов

На основе определенных тестовых сценариев создайте скрипты, которые будут выполнять действия пользователей. Инструменты для нагрузочного тестирования позволяют записывать или программировать скрипты, в которых описаны действия, параметры и последовательность запросов.

Пример: Используя инструмент JMeter, вы можете создать тестовый скрипт, который выполняет действия пользователя, такие как отправка запросов на сервер для добавления товара в корзину.

3.7. Проверка и отладка

После создания скриптов проведите тщательную проверку и отладку. Убедитесь, что скрипты корректно выполняют действия пользователей и что все параметры и данные правильно передаются.

Пример: Запустите скрипты в режиме отладки и проверьте, что каждый шаг сценария выполняется без ошибок.

Шаг 4: Настройка тестовой среды

Настройка тестовой среды — это этап нагрузочного тестирования, который включает в себя подготовку окружения, в котором будут проводиться тесты. Это включает в себя установку и настройку серверов, загрузку тестовых данных и создание мониторинга производительности. Рассмотрим этот шаг подробно с примерами:

4.1. Задание конфигурации серверов

Определите, какие серверы или ресурсы потребуются для проведения тестирования. Это может включать в себя следующие задачи:

Создание серверов: Зависит от типа вашей системы. Это могут быть физические серверы, виртуальные машины или контейнеры.

Установка необходимого ПО: Установите операционные системы и необходимое программное обеспечение, включая веб-серверы, базы данных и другие зависимости вашей системы.

Конфигурация сети: Убедитесь, что сетевая инфраструктура поддерживает нагрузку и обеспечивает соединение между серверами и клиентами.

Пример: Если вы тестируете веб-приложение, вам может потребоваться несколько виртуальных машин для размещения веб-сервера, базы данных и приложения.

4.2. Установка тестовых данных

Загрузите необходимые тестовые данные в тестовую среду. Тестовые данные могут включать в себя пользовательские аккаунты, товары, заказы и другие данные, необходимые для выполнения тестовых сценариев.

Пример: Если вы тестируете интернет-магазин, загрузите данные о продуктах, пользователях и заказах в базу данных.

4.3. Настройка мониторинга производительности

Настройте инструменты мониторинга производительности, которые будут использоваться во время тестирования. Эти инструменты позволяют собирать данные о работе системы в реальном времени и анализировать их.

Пример: Используйте инструменты мониторинга, такие как Prometheus, Grafana или встроенные средства мониторинга операционных систем, для сбора данных о загрузке CPU, использовании памяти, пропускной способности сети и других метриках производительности.

4.4. Создание окружения для виртуальных пользователей

Настройте окружение, в котором будут выполняться виртуальные пользователи (или «генераторы нагрузки»). Это может включать в себя следующие шаги:

Установка инструмента нагрузочного тестирования: Установите выбранный инструмент на машины, которые будут генерировать нагрузку.

Настройка параметров виртуальных пользователей: Определите, сколько виртуальных пользователей будет использоваться, какие сценарии они будут выполнять и с какой интенсивностью.

Настройка скриптов и сценариев: Загрузите ваши тестовые скрипты и сценарии на машины генераторов нагрузки.

Пример: Если вы используете Apache JMeter, создайте конфигурационные файлы для ваших тестов и настройте параметры виртуальных пользователей.

4.5. Проверка стабильности среды

Перед началом нагрузочного тестирования убедитесь, что ваша тестовая среда стабильна и работоспособна. Проведите несколько пробных запусков, чтобы выявить и устранить возможные проблемы.

Пример: Запустите несколько тестовых сценариев с минимальной нагрузкой и проверьте, что все компоненты работают корректно.

Настройка тестовой среды играет решающую роль в успешном проведении нагрузочного тестирования. Обеспечьте стабильность и надежность среды, чтобы получить надежные результаты тестирования.

Шаг 5: Конфигурация и запуск теста

В выбранной вами программе для тестирования настройте определенные на предыдущих шагах параметры теста, такие как количество виртуальных пользователей, длительность теста, распределение нагрузки и другие параметры. После этого запустите тест.

Шаг 6: Мониторинг и сбор данных

Мониторьте производительность системы в режиме реального времени во время выполнения теста. Собирайте данные о времени отклика, загрузке серверов, использовании ресурсов и других метриках производительности.

Шаг 7: Анализ результатов

По завершении теста анализируйте полученные данные и результаты. Оцените, насколько система соответствует целям и требованиям, определенным на первом шаге. Выявите узкие места и проблемы производительности.

Шаг 8: Оптимизация и повторное тестирование

Если в результате анализа были выявлены проблемы, выполните оптимизацию системы и проведите повторное тестирование. Это поможет убедиться, что проблемы были устранены.

Шаг 9: Документирование и отчетность

Создайте отчет о результатах тестирования, включая описание тестовой среды, параметры, результаты и рекомендации по оптимизации. Этот отчет полезен для команды разработки и управления проектом.

Проведение нагрузочного тестирования требует внимательной подготовки и выполнения всех этапов процесса. Только так можно достичь надежных результатов и убедиться в стабильности вашей системы под нагрузкой.

Лучшие практики в нагрузочном тестировании

Нет лучшего способа обеспечить успешное функционирование вашего веб-сайта или приложения, которое вы используете в своем бизнесе, чем регулярное тестирование перед тем, как любые недостатки или сбои окажутся в сфере видимости ваших клиентов.

Нагрузочное тестирование — это вид тестирования, при котором вы симулируете трафик на своем сайте или приложении, чтобы выявить уязвимые места до их появления и предотвратить негативные последствия при реальном использовании вашей услуги.

Успешное тестирование предоставляет вам ключевую информацию, которая дает вам время исправить проблему перед запуском вашей услуги или внесением любых обновлений за пределами среды тестирования.

Проведение такого типа тестирования может быть не так просто. Поэтому мы обсудим лучшие практики, которые должны быть применены при выполнении этого теста.

Реалистичный уровень нагрузки

Нагрузочное тестирование, предполагает, что вы хотите узнать, насколько хорошо ваша служба выдержит нагрузку. Вам не нужно разрушать вашу систему, если только вы не проводите тестирование на прочность. Основная цель последнего — сломать систему и работать над ее последствиями, чтобы довести предел прочности дальше или знать свои ограничения и быть готовыми к прогнозируемым разрывам. Это имеет больший смысл, когда вы ожидаете внезапного увеличения трафика.

Однако, если вы хотите узнать, насколько хорошо ваша система выдержит обычный или незначительно увеличенный трафик, вам необходимо провести тестирование нагрузки на реалистичном уровне трафика.

Поэтому вам следует сосредоточиться на реалистичных уровнях нагрузки и проверять свои системы только на этом уровне нагрузки, чтобы убедиться, что вы будете готовы к тому, что произойдет при реальном использовании вашей службы.

Используйте прокси-серверы для создания реалистичного трафика

Если вы хотите, чтобы результаты нагрузочного тестирования были точными, вам необходимо имитировать трафик, который кажется максимально подлинным. В конце концов, вам нужно, чтобы ваша система могла выдержать реальный трафик, когда ваша система работает на полной рабочей мощности.

Прокси-серверы — это посредники, которые изменяют ваш IP-адрес. Резиденциальные прокси используют реальные устройства от разных пользователей Интернета и используют их IP-адреса, которые работают вместо вашего первоначального.

Они предоставляют наилучший способ имитировать реальный трафик при тестировании нагрузки на вашу систему. Вы можете отправлять разные запросы с разных IP-адресов, используемых в разных географических местоположениях по всему миру с разных устройств с разными операционными системами.

Вам нужно видеть, насколько хорошо ваша система сможет справляться с этими различиями, когда они появятся.

Включите время «размышления» для ваших виртуальных пользователей

Еще одна важная практика при симуляции реального трафика — это учет времени, которое пользователи проводят на ваших страницах или в приложениях, чтобы читать или просматривать то, что там отображается.

Ваши результаты нагрузочного тестирования не будут точными, если вы просто бомбардируете вашу систему большим количеством запросов одновременно. Они должны различаться по времени. Некоторые пользователи читают быстрее, другие медленнее. Кто-то может остаться на вашей странице и заняться чем-то еще, сохраняя свою нагрузку на вашем трафике длительное время.

Все эти неравномерности среди разных пользователей должны найти свое место в вашем тесте.

Обеспечьте правильное функционирование вашего генератора нагрузки

Для генерации определенного уровня рабочей нагрузки вам необходим компьютер, способный поддерживать этот уровень в течение достаточного времени, чтобы тест был завершен.

Вы должны подготовить ваши компьютеры, чтобы они соответствовали всем условиям для проведения теста. Они должны быть подключены к сети и иметь достаточную пропускную способность. Во время теста не должно использоваться ненужное программное обеспечение. Вы также должны воздерживаться от просмотра других веб-сайтов во время проведения теста. Не создавайте дополнительных проблем, которые могут исказить результаты.

Если вы используете более одного компьютера для тестирования, убедитесь, что они взаимосвязаны и не имеют проблем с коммуникацией. Они должны работать и отправлять все запросы одновременно, чтобы распределить свои рабочие нагрузки так, будто бы они поступают от разных пользователей, не напоминая отдельных групп виртуальных пользователей на каждом компьютере.

Не тестируйте вашу нагрузку с реальным трафиком

Избегайте ошибки использования реальной среды для ваших тестов. Несмотря на то, что в этом может быть зерно истины, что лучший способ научиться чему-либо — это практика в реальной работе, мы говорим о тестировании уровня подготовки, а не о его улучшении.

Поэтому тестирование вашего продукта на реальном трафике может быть вредным. Вы не сможете избежать негативных впечатлений от реальных пользователей, которые повлияют на общий подход к вашей системе. Лучше провести нагрузочное тестирование в безопасной среде, чтобы избежать потенциально вредных результатов.

Если вы сосредотачиваетесь на тестировании и результатах ваших тестов, вам не придется сталкиваться с реальными последствиями выявления узких мест через неудовлетворенность реальных пользователей.

Сказав все это, вам необходимо максимально имитировать реальную среду вашей системы. В противном случае ваши результаты не будут точными и не предоставят необходимых идей, которые могли бы привести к ключевым улучшениям.

Тестируйте масштабируемость с умом

Будь то тестирование на меньшем или большем масштабе, вы не должны придерживаться постоянного масштаба на всем протяжении теста. Одна из более важных вещей, которые следует проверить при нагрузочном тестировании — это определение того, насколько хорошо ваша система будет работать, когда уровень трафика внезапно увеличится или уменьшится.

Такие колебания уровня нагрузки должны происходить время от времени. Эти изменения естественны для реальных пользователей, поэтому ваш тест должен также их включать. Если вы тестируете вашу систему только с стабильным уровнем трафика, вы не узнаете, насколько хорошо ваша система будет работать при таких изменениях.

Заключение

Все эти практики являются неотъемлемой частью успешного нагрузочного тестирования. Вы должны не только учитывать их, но и применять их с умом. В противном случае ваши результаты тестирования не будут точными и, следовательно, не будут вам полезными.