區塊鏈:區塊鏈性能測試與優化-上篇_MET

本篇文章目的是通過具體示例，介紹完整的性能項目過程，具體內容介紹區塊鏈性能測試中使用的：1.?基本概念

2.?常用工具

3.?性能調優的常見情況

這?3?塊內容涵蓋的內容非常多，每一個內容都有很多書籍和文章介紹，詳細的內容不會出現在本文中。

區塊鏈的性能測試，方法論上與傳統的性能測試沒有不同。性能測試有很多混亂的概念，這里我列出本文描述概念做一些定義。性能測試是對系統或者服務的性能指標建立監控策略，在特定場景下執行測試，分析判斷性能瓶頸并調優，最終得出性能結果來評估系統或者服務的性能指標是否滿足既定值。這里結合?cosmos-sdk?的?simapp?區塊鏈來解釋。1.需要明確指標，一般指兩類指標:技術指標、業務指標。技術指標一般是?TPS，響應時間，資源利用率，對應到區塊鏈一般是指每秒可以處理多少筆交易？這些交易的響應時間或者統計結果是多少？在這種情況下系統使用的資源處于什么狀態？期望滿足的業務指標，應該來源于生產環境統計，以?cosmos-sdk?的生產應用?cosmos-hub?為例，其現階段出塊時間大約?6?秒，每個區塊中的交易數大多數小于?10?。期望的業務指標設定為?TPS?為?100?是較為合理的。。

2.測試模型:是真實場景的抽象，描述業務模型是什么樣的。以?cosmos-hub?為例大致就是，分布在全球的區塊鏈節點，在驗證者節點約?500?個，活躍驗證者節點約為?200?的情況下處理交易。測試時可以按比例抽象實際情況。

王一鳴：利用區塊鏈等技術推動金融機構數字化與產品線上化:12月12日，第四屆粵港澳大灣區金融發展論壇——“大灣區國際金融樞紐建設與金融制度型開放”在廣州舉辦，論壇由國務院發展研究中心金融研究所和廣東省地方金融監督管理局共同主辦。中國國際經濟交流中心副理事長、國務院發展研究中心原副主任、央行貨幣政策委員會委員王一鳴在論壇上就“就推進大灣區科技創新和金融支持大灣區建設國際科創中心”主題發表演講。王一鳴表示，要提高金融支持科技創新的水平，利用區塊鏈、大數據、人工智能等技術，推動金融機構數字化與產品線上化，為科技企業數字化轉型賦能，降低金融服務科技企業的隱性成本，加大三地金融監管合作交流，推進跨區域支付、托管、清算等金融基礎設施建設，密切監測跨境資金流動風險，加大對以金融創新為名，規避金融監管進行制度套利的監管力度，推廣跨境監管沙盒子應用，為大灣區金融支持創新發展，提供安全保障。（21jingji）[2021/12/12 7:34:17]

3.測試方案:包括測試環境，測試數據，測試模型，性能指標等。對比區塊鏈系統的測試，就是確定測試架構，準備好如?1000?個用戶，每個用戶余額?1000?stake?這樣的內容。

4.需要有監控:監控的對象有壓力機、區塊鏈節點、其他如負載均衡服務器等。云原生時代的監控一般是?KubernetesPrometheusGrafana。

聲音 | 外媒：年收入超2500萬美元的加州區塊鏈企業或需受即將生效的CCPA法案規管:據Cointelegraph消息，2018年加州消費者隱私法案（CCPA）將于2020年1月1日生效，Cointelegraph發文就區塊鏈企業何時受該法案規管進行了分析。具體而言，CCPA的義務僅限于“企業”，即在加州從事商業活動、收集個人信息并至少滿足下列條件之一的營利性企業： 1. 每年總收入超過2500萬美元； 2. 每年購買、銷售或出于商業目的接收、共享至少50000名加州消費者、家庭或設備的個人信息； 3. 其年收入的50%或更多來自“銷售”加州消費者個人信息。[2019/8/18]

5.需要測試條件：硬件環境，測試執行策略等。例如:4?C?8?G,前?60?秒，每秒增加?10?個線程。

6.需要有場景：指性能場景，正式化的描述是:在既定的環境、既定的數據、既定的執行策略、既定的監控之下，執行性能腳本，同時觀察系統各層級的性能狀態參數變化，并實時判斷分析場景是否符合預期。性能場景，有時被稱為測試用例其實是不對的。

7.要有結果報告：報告內容當然就是實際的指標數據。

1.基準性能場景：做單交易/接口的容量，為混合容量做準備。

2.容量性能場景：混合容量測試是因為線上真實場景就是由不同的業務組成的，所以由這些業務按照不同并發比例發起梯度壓測就是混合容量測試場景。

聲音 | 陳偉星：未來三年應該是區塊鏈最黃金的三年:泛城資本、快的打車創始人陳偉星在社群中表示，2019-2021年，應該是區塊鏈最黃金的三年。而針對網友提出的“黃金的標準是”，陳偉星指出是這三年基礎設施的完善階段。陳偉星表示：“我現在主力開發都在做區塊鏈，一起創業12年的合伙人都全身心搞區塊鏈。我的猜想是這樣的：每天看各種資料書籍，每天都在拼命思考，每天凌晨快天亮了才睡。不說百分之一百，但歷史上我對技術的判斷大方向沒錯過，只能相信自己。三年內奠定大格局。”[2019/1/25]

3.穩定性性能場景：核心就是時長，在長時間的運行之下，觀察系統的性能表現。這個時長的設置，應該來源于運維周期。

4.異常性能場景：在強壓力之下，模擬異常。

性能測試的指標有很多，比如：1.?RT,ResponseTime

2.?HPS,HitsPerSecond

3.?TPS,TransactionsPerSecond,這里的?Transactions?在傳統的應用中一般稱為”事務“，在區塊鏈領域指”交易“

4.?QPS,QueriesPerSecond

5.?PV,PageView

6.?Throughput

金色晨訊 | 美國國防部：區塊鏈在改進救災方面擁有“巨大”潛力 Electrum錢包被黑近250枚比特幣被盜:1. 美國國防部：區塊鏈技術在改進救災工作方面擁有“巨大”潛力

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7.?IOPS,Input/OutputOperationsPerSecond

比較重要的指標有資源使用率、吞吐量、響應時間，服務提供方比較關心前兩者，用戶更更新后者。關于這些指標的一般情況引用?PerformanceTestingMethodology(http://hosteddocs.ittoolbox.com/questnolg?22106?java.pdf)中的經典圖來說明，實際情況可能不同。圖中定義了?3?線?3?區域?3?狀態，這個圖值得多看看，能夠大致理解指標簡的關系。

中工院趙春江：區塊鏈可真正實現農產品追溯:6月14日，在重慶市科協年會物聯網與區塊鏈技術發展論壇上，中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心主任趙春江提出了自己的見解——讓區塊鏈技術在農產品溯源中發揮作用，真正實現農產品可追溯。在他看來，利用區塊鏈技術，可以構建新型供應鏈的協作網絡，搭建包括生產商、供應商、分銷商、零售商、物流公司、終端消費者在內的聯盟鏈，將資金流、信息流、貨物流等信息都記錄在區塊鏈上。如此一來，區塊鏈技術就能在農產品追溯體系中發揮出重要作用。[2018/6/15]

1.?3?線:Utilization，Throughput，ResponseTime

2.?3?區域:LightLoad,HeavyLoad,BuckleZone

3.?3?狀態:ResourceSaturated,ThroughputFalling,?EndUsersEffected

1.一般需要在什么時候做性能測試。

a.項目上線前，估計系統承載能力

b.?項目重構后，評估效果

2.如果一個項目得到性能報告就終止，這樣就只是性能驗證。做完全面的性能測試，同時將系統調優到最優狀態，才算是一個完整的性能項目了。性能調優耗時長，還可能需要開發參與，代價高。

區塊鏈性能測試

區塊鏈的性能測試的指標最重要的是?TPS?與延遲，a16z的文章Whyblockchainperformanceishardtomeasure?對此做了很有洞察的討論，說明了為什么這兩個指標很難測量和比較。其主要內容有以下方面：

延遲的這段時間的起點和終點如何定義？1.起點是用戶點擊提交還是交易到達內存池？

2.終點是交易被第?1?個區塊確認？還是被第?6?個區塊確認？又或者是最終用戶收到接口響應的時間？

3.有些區塊鏈系統對交易會等待一定延遲和到達一定數量才開始處理。這樣比較幸運的就是最后加入的交易，其處理延遲最短。

4.對于上訴問題的一種折中方案是，即準確評估整個系統需要考慮延時的分布，而不是將其延遲看做單一數字。

5.有些區塊鏈系統的交易處理是有優先級的，fee?高的交易很快確認，fee?低的相對慢些。fee?的不同對交易的延時和?TPS?的統計是有影響的。

區塊鏈中的吞吐量，即?TPS(TransactionPerSecond)來衡量，這里的?transaction?顯示不是平等的，最簡單的例子就是以太坊中的交易，它可以是轉賬也可以是調用合約。因此，得出?TPS?需要指定?T?指代的是什么。

另外一個實際的問題是，用戶其實不關心一個區塊鏈的?TPS?是多少，用戶只關心如何少用?fee?并盡快完成交易。從這個角度來講，TPS?只對系統服務提供商有意義。

壓力工具

壓力工具一般用Jmeter或者特定應用專用測試工具如下:

1.?hyperbench/hyperbench

2.?hyperledger/caliper:Ablockchainbenchmarkframeworktomeasureperformanceofmultipleblockchainsolutions?

3.?https://github.com/xuperchain/xbench

4.?…

使用?Jmeter?應該是更貼近使用場景，更通用。一般與區塊鏈節點進行交互的方式有

1.?gRPC?協議

2.?HTTP?協議(REST?接口)

Jmeter?支持的?Sampler?支持有?HTTP，對?gRPC?協議的支持需要借助插件jmeter-grpc-request

監控工具一般用Prometheus這工具可以監控的內容比較多，其生態如圖(https://prometheus.io/assets/architecture.png)。在測試區塊鏈應用的實踐中，一般是先使用?docker-compose?部署多個區塊鏈節點模擬正式進行測試的環境，因為正式的測試環境一般硬件配置較高，如果不是自建機房，使用云服務廠商的機器，費用昂貴，這樣做可以節約成本。

docker-compose?中可以限制容器使用的資源，如內存和?CPU?算力，甚至綁定?CPU?核心，對這些資源的監控可以使用cadvisor。

為了驗證?CPU?限制是否準確，可以用stress-ng壓滿核心，看統計結果是否與限制值一致。

一般遇到性能瓶頸的常見元原因會是網絡、CPU、磁盤?IO。引發磁盤?IO?的瓶頸的操作有寫日志頻頻繁，打印不必要的日志，通過網絡訪問磁盤等。這些資源都會通過系統調用來完成，跟蹤系統調用，可以使用?strace?來查看執行了哪些系統調用，以及在這些調用上花費的時間等信息

還可能遇到的問題是系統不穩定，可以表現為?CPU?使用率/TPS不穩定。

如果在?LightLoad?區域選擇一定的并發壓力，TPS?波動較大的話，可能就是系統設計得不好，需要找到原因和優化了。

如果是?CPU?使用率不穩定，從?CPU?指令執行層面來看為?CPU?處于?idle?狀態的時長參差不齊。這種情況下的原因并不在于有?CPU?有?idle，而是在于處于?idle?的時間段有長有短。需要借助?Linux?系統工具、程序對應的?profilling?工具來觀測，找到原因。

要解決性能問題，首先需要找到原因，尋找原因的分析工具可以參考下圖(https://www.brendangregg.com/Perf/linux_perf_tools_full.png)。這是?Linux?性能分析最重要的參考資料了，顯示了在不同子系統出現性能問題后，應該用什么樣的工具來觀測和分析。

磁盤?IO?一般會導致系統瓶頸，磁盤?IO?棧比較長，分析起來難度不小。熟悉?IO?棧，有助于我們發現問題(https://www.thomas-krenn.com/en/wikiEN/images/c/c?2/Linux-storage-stack-diagram_v?6.2.pdf)

找到原因后，如果能夠通過調整操作系統參數或者應用系統參數優化性能是比較快捷的，如果需要修改代碼，則會涉及系統架構優化，會有涉及和編碼工作，調優周期會很長。

下一篇文章將分享使用?cosmos-sdk?中的?SimApp?來進行性能測試以及在性能調優方面的方法。

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