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Webbench源码分析

• 简介

  Webbench是一个在Linux下使用的非常简单的网站侧压工具。它使用fork()模拟多个客户端同时访问url，测试网站在压力下工作的性能。

• 工作原理

  • 主函数进行必要的准备工作，进入bench开始压测
  • bench函数使用fork模拟出多个客户端，调用socket并发请求，每个子进程记录自己的访问数据，并切入管道
  • 父进程从管道读取子进程的输出信息
  • 使用alarm函数进行时间控制，到时间后会差生SIGALRM信号，调用信号处理函数使子进程停止
  • 最后只留下父进程将所有子进程的输出数据汇总计算，输出到屏幕上。

• **其工作流程如下图：

  

• 源码分析

  Webbench源码中主要包括两个源文件，一个是socket.c和webbench.c两个文件。socket.c主要是封装的一个socket模块，webbench.c是主要文件，完成网站测压的整个过程。webbench.c源码的阅读主要从mian，其整体流程为：main——>对命令行进行参数解析——>调用build_request函数构建HTTP的“Get”请求头——>调用bench测试函数（其中子进程调用benchcore函数进行压力测试），之后主进程从管道读取消息，并输出到标准输出上即可。

  下面是对socket.c函数的解析：

  // socket描述符，主要以host和clientPort构成一对TCP的套接字（host支持域名），创建失败返回-1，成功返回一个
  int Socket(const char *host, int clientPort)
  {
      int sock;
      unsigned long inaddr;
      struct sockaddr_in ad;
      struct hostent *hp;
  
      memset(&ad, 0, sizeof(ad));
      ad.sin_family = AF_INET;
  
      // 若字符串有效，则将字符串转换为32位二进制。网络字节序的IPV4地址，否则为INADDR_NONe
      inaddr = inet_addr(host);
      if (inaddr != INADDR_NONE)
          memcpy(&ad.sin_addr, &inaddr, sizeof(inaddr));
      else
      {
          // 返回对应于给定主机名的包含主机名字和地址信息的hostent结构指针
          hp = gethostbyname(host);
          if (hp == NULL)
              return -1;
          memcpy(&ad.sin_addr, hp->h_addr, hp->h_length);
      }
      // 将一个无符号短整型的主机数值转换为网络字节顺序
      ad.sin_port = htons(clientPort);
  
      // 创建socket套接字
      sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
      if (sock < 0)
          return sock;
      // 连接到相应的主机
      if (connect(sock, (struct sockaddr *)&ad, sizeof(ad)) < 0)
          return -1;
      return sock;
  }
  

  Webbench.c源码分析

  首先是main函数，mian函数首先进行参数解析，然后执行build_request函数，构建HTTP请求头，最后调用核心函数bench()执行网站测压测试。

  // 主函数
  int main(int argc, char *argv[])
  {
   // getopt_long的返回字符
   int opt=0;
   // getopt_long的第五个参数，一般为0
   int options_index=0;
   char *tmp=NULL;
  
   if(argc==1)
   {
        usage();
      return 2;
   }
   // 使用getopt_long函数读取命令行参数，来设置所涉及到的全局变量的值。
   // getopt_long函数支持长选项的命令行解析，其声明如下：
   // int getopt_long(int argc, char *const argv[], const char *optstring, const struct option *long_options, int *longindex)
   while((opt=getopt_long(argc,argv,"912Vfrt:p:c:h",long_options,&options_index))!=EOF )
   {
    switch(opt)
    {
     case  0 : break;
     case 'f': force=1;break;
     case 'r': force_reload=1;break;
     case '9': http10=0;break;
     case '1': http10=1;break;
     case '2': http10=2;break;
     case 'V': printf(PROGRAM_VERSION"\n");exit(0);
     // -t 后跟压力测试时间，optarg返回，使用atoi转换成整数
     case 't': benchtime=atoi(optarg);break;
     case 'p':
           /* proxy server parsing server:port */
           tmp=strrchr(optarg,':');
           proxyhost=optarg;
           if(tmp==NULL)
           {
               break;
           }
           if(tmp==optarg)
           {
               fprintf(stderr,"Error in option --proxy %s: Missing hostname.\n",optarg);
               return 2;
           }
           if(tmp==optarg+strlen(optarg)-1)
           {
               fprintf(stderr,"Error in option --proxy %s Port number is missing.\n",optarg);
               return 2;
           }
         // 获取代理地址
           *tmp='\0';
           proxyport=atoi(tmp+1);break;  // 获取代理端口
     case ':':
     case 'h':
     case '': usage();return 2;break;
     case 'c': clients=atoi(optarg);break; // 并发数目 -c N
    }
   }
  
   // 扫描参数选项时，optind标识下一个选项的索引；扫描结束后，标识第一个非选项参数索引；如
   // 果optind=argc，说明非选项参数即服务器URL缺失。此变量是系统定义的。
   // optind返回第一个不包含选项的命令名参数，此处为URL值
   if(optind==argc)
   {
      fprintf(stderr,"webbench: Missing URL!\n");
      usage();
      return 2;
    }
   // 此处多做一次判断，可预防BUG，因为上文并发数目用户可能写0
   if(clients==0) clients=1;
   // 压力测试时间默认为30s，如果用户写成0，则默认为60s
   if(benchtime==0) benchtime=60;
   /* Copyright */
   fprintf(stderr,"Webbench - Simple Web Benchmark "PROGRAM_VERSION"\n"
       "Copyright (c) Radim Kolar 1997-2004, GPL Open Source Software.\n"
       );
   // 调用build_request函数构建完整的HTTP请求头，HTTP request存储在全局变量char request[REQUEST_SIZE]
   build_request(argv[optind]);   // 参数为URL值
   /* print bench info */
   // 在屏幕上打印测试的信息，如HTTP协议，请求方式，并发个数，请求时间等
   printf("\nBenchmarking: ");
   switch(method)
   {
       case METHOD_GET:
       default:
           printf("GET");break;
       case METHOD_OPTIONS:
           printf("OPTIONS");break;
       case METHOD_HEAD:
           printf("HEAD");break;
       case METHOD_TRACE:
           printf("TRACE");break;
   }
   printf(" %s",argv[optind]);
   switch(http10)
   {
       case 0: printf(" (using HTTP/0.9)");break;
       case 2: printf(" (using HTTP/1.1)");break;
   }
   printf("\n");
   if(clients==1) printf("1 client");
   else
     printf("%d clients",clients);
  
   printf(", running %d sec", benchtime);
   if(force) printf(", early socket close");
   if(proxyhost!=NULL) printf(", via proxy server %s:%d",proxyhost,proxyport);
   if(force_reload) printf(", forcing reload");
   printf(".\n");
   // 调用bench函数，开始压力测试，bench()为压力测试核心代码
   return bench();
  }
  

  下面是build_request函数分析

  // 此函数主要目的是要把类似于http GET请求的信息全部存储到全局变量request[REQUEST_SIZE]
  // 中，其中换行操作使用"\r\n"。其中应用了大量的字符串操作函数。
  // 创建url请求连接，HTTP头，创建好的请求放在全局变量request中
  void build_request(const char *url)
  {
    char tmp[10];
    int i;
  
    bzero(host,MAXHOSTNAMELEN);
    bzero(request,REQUEST_SIZE);
  
    // 协议适配
    if(force_reload && proxyhost!=NULL && http10<1) http10=1;
    if(method==METHOD_HEAD && http10<1) http10=1;
    if(method==METHOD_OPTIONS && http10<2) http10=2;
    if(method==METHOD_TRACE && http10<2) http10=2;
  
    switch(method)
    {
        default:
        case METHOD_GET: strcpy(request,"GET");break;
        case METHOD_HEAD: strcpy(request,"HEAD");break;
        // 请求方法相应的不能缓存
        case METHOD_OPTIONS: strcpy(request,"OPTIONS");break;
        case METHOD_TRACE: strcpy(request,"TRACE");break;
    }
  
    // 追加空格
    strcat(request," ");
  
    if(NULL==strstr(url,"://"))  // strstr(str1, str2)用于判断str2是否是str1的子串
    {
        fprintf(stderr, "\n%s: is not a valid URL.\n",url);
        exit(2);
    }
    if(strlen(url)>1500)
    {
           fprintf(stderr,"URL is too long.\n");
       exit(2);
    }
    if(proxyhost==NULL)
       // 未使用代理服务器的情况下，只允许HTTP协议
         if (0!=strncasecmp("http://",url,7))    // 比较前7个字符串
         { fprintf(stderr,"\nOnly HTTP protocol is directly supported, set --proxy for others.\n");
               exit(2);
             }
    /* protocol/host delimiter */
    // 指向"://"后的第一个字母
    i=strstr(url,"://")-url+3;
    /* printf("%d\n",i); */
    // URL后必须的'/'
    if(strchr(url+i,'/')==NULL)   //url + i 指向http://后第一个位置
    {
        fprintf(stderr,"\nInvalid URL syntax - hostname don't ends with '/'.\n");
        exit(2);
    }
    // 如果未使用代理服务器，就表示肯定是HTTP协议
    if(proxyhost==NULL)
    {
     /* get port from hostname */
     // 如果是server:port形式，解析主机和端口
     if(index(url+i,':')!=NULL &&
        index(url+i,':')<index(url+i,'/'))             // 判断url中是否指定了端口号
     {
         strncpy(host,url+i,strchr(url+i,':')-url-i);    // 取出主机地址
         bzero(tmp,10);
         strncpy(tmp,index(url+i,':')+1,strchr(url+i,'/')-index(url+i,':')-1);
         /* printf("tmp=%s\n",tmp); */
       // 目标端口
         proxyport=atoi(tmp);    // 端口号转换为int
         if(proxyport==0) proxyport=80;
     } else
     {
       strncpy(host,url+i,strcspn(url+i,"/"));
     }
     // printf("Host=%s\n",host);
     strcat(request+strlen(request),url+i+strcspn(url+i,"/"));
    } else
    {
     // printf("ProxyHost=%s\nProxyPort=%d\n",proxyhost,proxyport);
     // 如若使用代理服务器
     strcat(request,url);
    }
    if(http10==1)
        strcat(request," HTTP/1.0");
    else if (http10==2)
        strcat(request," HTTP/1.1");
      // 完成如 GET/HTTP1.1后，添加"\r\n"
    strcat(request,"\r\n");
    if(http10>0)
        strcat(request,"User-Agent: WebBench "PROGRAM_VERSION"\r\n");
    if(proxyhost==NULL && http10>0)
    {
        strcat(request,"Host: ");
        strcat(request,host);
        strcat(request,"\r\n");
    }
    // force_reload=1和存在代理服务器，则不缓存
    if(force_reload && proxyhost!=NULL)
    {
        strcat(request,"Pragma: no-cache\r\n");
    }
    // 如果为HTTP1.1，则存在长连接，应将Connection置位close
    if(http10>1)
        strcat(request,"Connection: close\r\n");
    /* add empty line at end */
    // 最后不要忘记在请求后添加“\r\n”
    if(http10>0) strcat(request,"\r\n");
    // printf("Req=%s\n",request);
  }
  

  下面是bench函数解析，此函数开始先进行一次socket连接，确认能连接以后，才进行后续步骤；调用pipe函数初始化一个管道，用于子进程想父进程汇总测试数据。而子进程是主进程通过fork函数复制出来的；之后每隔子进程都调用benchcore函数进行测试，并将结果输出到管道，供父进程读取。父进程负责收集所有子进程的测试数据，并进行汇总输出显示即可。

  static int bench(void)
  {
    int i,j,k;
    pid_t pid=0;
    FILE *f;
  
    /* check avaibility of target server */
    // 进行socket连接，调用了Socket.c文件中的函数，主要是为了测试远程主机是否能够连通
    i=Socket(proxyhost==NULLhost:proxyhost,proxyport);
    if(i<0)
    {
       // 错误处理
       fprintf(stderr,"\nConnect to server failed. Aborting benchmark.\n");
       return 1;
    }
    close(i);
    /* create pipe */
    // 创建管道，管道用于子进程想父进程汇报数据
    if(pipe(mypipe))
    {
      // 错误处理
        perror("pipe failed.");
        return 3;
    }
  
    /* not needed, since we have alarm() in childrens */
    /* wait 4 next system clock tick */
    /*
    cas=time(NULL);
    while(time(NULL)==cas)
          sched_yield();
    */
  
    /* fork childs */
    // 根据clients大小fork出来足够的子进程进行测试
    for(i=0;i<clients;i++)
    {
         pid=fork();
         if(pid <= (pid_t) 0)   // pid=0 ->子进程.pid < 0 -> error
         {
             /* child process or error*/
             // 注意这里子进程sleep(1)
             sleep(1); /* make childs faster */
             break;   // 子进程跳出循环orfork出错父进程跳出循环
         }
    }
  
    if( pid< (pid_t) 0)    // fork出错
    {
        // 错误处理
        fprintf(stderr,"problems forking worker no. %d\n",i);
        perror("fork failed.");
        return 3;
    }
  
    // 如果是子进程，调用benchcore进行测试
    if(pid== (pid_t) 0)     // 子进程
    {
      /* I am a child */
      // 子进程执行请求，尽可能多的发送请求，直到超时返回为止
      if(proxyhost==NULL)
        benchcore(host,proxyport,request);
      else
        benchcore(proxyhost,proxyport,request);
  
     /* write results to pipe */
     // 子进程将测试结果输出到管道
     f=fdopen(mypipe[1],"w");
     // 错误处理
     if(f==NULL)
     {
        perror("open pipe for writing failed.");
        return 3;
      }
      /* fprintf(stderr,"Child - %d %d\n",speed,failed); */
      // 子进程将speed failed bytes写进管道
      fprintf(f,"%d %d %d\n",speed,failed,bytes);
      fclose(f);
      // 子进程完成任务，返回退出
      return 0;
    }
    else
    {
        // 父进程从管道读取子进程输出，并做汇总，然后输出显示
        f=fdopen(mypipe[0],"r");   // mypipe[0]与标准流相结合
        // 错误处理
        if(f==NULL)
        {
            perror("open pipe for reading failed.");
            return 3;
        }
        // _IONBF（无缓冲）：直接从流中读入数据或直接向流中写入数据，而没有缓冲区
        setvbuf(f,NULL,_IONBF,0);    // 设置无缓冲区
        // 虽然子进程不能污染父进程的这几个变量，但用前重置一下，在这里是个好习惯
        speed=0;
        failed=0;
        bytes=0;
  
        // 从管道读取数据，fscanf为阻塞式函数
        // 从管道中读取每个子进程的任务执行请求，并计数
        while(1)
        {
            // 通过f从管道读取数据，注意fscanf为阻塞式函数
            pid=fscanf(f,"%d %d %d",&i,&j,&k);
            // 错误处理
            if(pid<2)
            {
               fprintf(stderr,"Some of our childrens died.\n");
               break;
            }
            // 父进程利用管道负责统计子进程的三种数据和
            speed+=i;
            failed+=j;
            bytes+=k;
            /* fprintf(stderr,"*Knock* %d %d read=%d\n",speed,failed,pid); */
            // 用于记录已经读取了多少个子进程的数据，读完就退出
            if(--clients==0) break;
        }
        fclose(f);
        // 最后将结果打印到屏幕上
        printf("\nSpeed=%d pages/min, %d bytes/sec.\nRequests: %d susceed, %d failed.\n",
            (int)((speed+failed)/(benchtime/60.0f)),
            (int)(bytes/(float)benchtime),
            speed,
            failed);
    }
    return i;
  }
  

  由于bench函数子进程调用了benchcore函数，而benchcore函数是测试函数，它通过使用SIGALARM信息来控制时间，alarm函数设置了多少时间之后产生SIGALRM信号，一旦产生此信息，将运行alam_handler函数，是的timerexpired=1，这样之后可以通过判断timerexpired值来退出程序。此外，全局变量force表示是否发出请求后需要等待服务器的相应结果。

  // benchcore函数是子进程进行压力测试的函数，被每个子进程调用。其函数中参数信息如下：
  // host：地址
  // port：端口
  // req：http格式方法
  void benchcore(const char *host,const int port,const char *req)
  {
   int rlen;
   // 记录服务器相应请求所返回的数据
   char buf[1500];
   int s,i;
   struct sigaction sa;
  
   /* setup alarm signal handler */
   // 当程序执行到指定的秒数之后，发送SIGALRM信号，即设置alam_handler函数为信号处理函数
   sa.sa_handler=alarm_handler;
   sa.sa_flags=0;
   // sigaction成功则返回0，失败则返回-1，超时会产生信号SIGALRM，用sa指定函数处理
   if(sigaction(SIGALRM,&sa,NULL))
      exit(3);
   // 开始计时
   alarm(benchtime);
  
   rlen=strlen(req);
   // 无限执行请求，直到收到SIGALRM信号将timerexpired设置为1时
   nexttry:while(1)
   {
      // 一旦超时，则返回
      if(timerexpired)
      {
         if(failed>0)
         {
            /* fprintf(stderr,"Correcting failed by signal\n"); */
            failed--;
         }
         return;
      }
      // 连接远程服务器，通过调用Socket函数建立TCP连接
      s=Socket(host,port);
      // 连接失败，failed数加一
      if(s<0) { failed++;continue;}
      // 发出请求，header大小与发送的不相等，则失败
      if(rlen!=write(s,req,rlen)) {failed++;close(s);continue;}
      // 针对http0.9做的特殊处理，则关闭socket的写操作，成功返回0，错误返回-1
      if(http10==0)
          if(shutdown(s,1)) { failed++;close(s);continue;}
      // 全局变量force表示是否要等待服务器返回的数据
      // 如果等待数据返回，则读取响应数据，计算传输的字节数
      // 发出请求后需要等待服务器的响应结果 force=0表示等待从Server返回的数据
      if(force==0)
      {
        /* read all available data from socket */
          while(1)
          {
          if(timerexpired) break;   // timerexpired默认为0，在规定时间内读取当为1时表示定时结束
          // 从socket读取返回数据
            i=read(s,buf,1500);
          /* fprintf(stderr,"%d\n",i); */
            if(i<0)
          {
             failed++;
             close(s);
             goto nexttry;
          }
            else
                 if(i==0) break;
                 else
                     bytes+=i;
          }
      }
      // 关闭连接
      if(close(s)) {failed++;continue;}
      // 成功完成一次请求，并计数，继续下一次相同的请求，直到超时为止
      speed++;
   }
  }
  

• 参考文献

  http://armsword.com/2014/10/26/webbench-source-analyse/

  http://blog.csdn.net/jiange_zh/article/details/50461790

  http://www.cnblogs.com/xuning/p/3888699.html

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