esrally 如何进行简单的自定义性能测试？

1.基础概念

Rally 最初于 2016 年发布，直到 2018 年 7 月才发布 1.0 版本，Rally 工具 是 Elasticsearch 开发团队用来运行夜间基准测试的工具。

Rally 的美妙之处在于它不仅可以充当负载生成器，还可以为构建、设置Elasticsearch 集群，从而帮助我们进行性能测试。

我们可以使用 Rally 对现有的 Elasticsearch 集群进行基准测试、管理基准配置、运行和比较结果，并使用指标和报错（例如 JIT、GC、perf）发现潜在的性能问题。

Rally 并发默认是配置多进程,基础进程数 8+1（client数量）。一台服务器只能运行一个 Rally 实例。

Rally 的 git 地址：

https://github.com/elastic/rally

下文中的：esrally 等价于 Rally 工具。

1.1 相关概念与参数

track：是赛道的意思，在这里是指压测用的数据和测试策略，track.json 便是压测策略的定义文件。

• track.json ：track主要的操作定义，定义被操作的索引、执行的测试操作和被测试的数据文件。是必要文件。
• 索引名.json：被测试的索引的mapping数据，也是必要文件。
• documents.json(.bz2)：被压测的索引数据，-1k的是用于test的部分数据。非必要文件。

operations: 指定具体的操作，比如 index 索引数据的操作、force-merge 强制合并 segment 的操作、search 搜索的操作等等。

schedule: 指定了 challenge 中按顺序执行的 task，其中每个 task 都指定了 一个 operation，除此之外还可以设定 clients （并发客户端数）、warmup-iterations（预热的循环次数）、iterations（operation 执行的循环次数）等。

指定特定的 schedule 可以使用命令行参数--include-tasks和exclude-tasks

challenges: 通过组合 schedule 定义一系列 task ，再组合成一个压测的流程。

指定 challenges 可以使用命令行参数--challenge

pipeline：指的是压测的流程。在生产中，一般都是远端集群，因此主要选择 benchmark-only。

1.2 关注指标

在 Metric 一栏，是压测结果指标数据，一般要关注的数据有：

• throughput 每个操作的吞吐量，比如 index、search等
• latency 每个操作的响应时长数据
• Heap used for x 记录堆栈的使用情况

1.3 配置schedule

• clients：(可选，默认为1):并发执行一个任务的客户端数量。
• warmup-iterations(可选，默认为0):每个客户机应该执行的迭代数，以预热候选基准测试。热身迭代不会显示在测量结果中。
• iterations (可选，默认为1):每个客户端执行的度量迭代的数量。命令行报告将根据这个数字自动调整百分位数(例如，如果您只运行5次迭代，您将不会得到99.9个百分位数，因为我们需要至少1000次迭代来精确地确定这个值)。
• ramp-up-time-period(可选，默认为0):Rally将逐步启动客户端。在指定时间段结束时达到客户端指定的数量(以秒为单位)。此属性还需要设置预热时间周期，它必须大于或等于预热时间。有关更多细节，请参阅ramp-up一节。
• warmup-time-period(可选，默认为0):Rally考虑的基准测试候选者预热的时间周期，以秒为单位。所有在热身过程中捕获的响应数据都不会显示在测量结果中。
• time-period(可选):Rally考虑测量的以秒为单位的时间段。注意，对于批量索引，通常不应该定义此时间段。拉力将只是批量索引所有的文件，并考虑每个样本后的预热时间周期作为测量样本。
• schedule(可选，默认为确定性的):为这个任务定义时间表，也就是说，它定义了在基准测试期间应该执行某个操作的时间点。例如，如果你指定了一个确定的调度和目标时间间隔为5(秒)，Rally将尝试在秒0,5,10,15 ... .执行相应的操作Rally支持确定性和泊松，但您可以定义自己的自定义时间表。
• target-throughput(可选):定义基准测试模式。如果没有定义，Rally将假设这是一个吞吐量基准，并将以尽可能快的速度运行任务。对于批处理风格的操作，这是最需要的，因为实现最佳吞吐量比获得可接受的延迟更重要。如果定义了它，它将指定所有客户端的每秒请求数。例如，如果你指定8个客户机的目标吞吐量为1000，这意味着每个客户机每秒将发出125(= 1000 / 8)个请求。总的来说，所有客户端每秒将发出1000个请求。如果Rally报告的吞吐量小于指定的吞吐量，那么Elasticsearch就无法到达它。
• target-interval(可选):这仅仅是1 / target-throughput(以秒为单位)，对于吞吐量小于每秒一个操作的情况可能更方便。
• completed-by(可选)：根据提供的任务名来结束并发的task，如果设置为any那么一旦有一个任务结束，整个schedule结束。假设有八个并发的相同任务，其中一个结束，另外7个结束。
• ignore-response-error-level(可选):当基准测试运行时，控制是否忽略任务执行过程中遇到的错误。唯一允许的值是非致命的，它结合cli选项——on-error=abort，将在任务执行期间忽略非致命错误。

注意:

• 只能定义 target-interval 或target-throughput的一个，但不能两者都定义(否则 Rally 将引发错误)。
• iterations与time-period这两类的参数也不能同时定义。

1.3.1 schedule examples

基础配置

{
  "schedule": [
    {
      "operation": {
        "operation-type": "search",
        "index": "_all",
        "body": {
          "query": {
            "match_all": {}
          }
        }
      },
      "warmup-iterations": 100,
      "iterations": 100,
      "target-throughput": 10
    }
  ]
}

• 使用一个 client 每秒10个操作
• 并使用100个迭代作为热身，然后使用100个迭代来测量

并发配置
默认 rally 对每个 operation 分配一个 client 进行处理。

在 parallel 和每个 task 都可以指定 clients。

如果两者的clients参数出现冲突，则可参考以下示例：

"schedule": [
  {
    "parallel": {
      "warmup-iterations": 50,
      "iterations": 100,
      "clients": 2,
      "tasks": [
        {
          "operation": "match-all",
          "target-throughput": 50
        },
        {
          "operation": "term",
          "target-throughput": 200
        },
        {
          "operation": "phrase",
          "target-throughput": 200
        }
      ]
    }
  }
]

Rally 不会同时运行所有三个任务，Rally 将首先同时运行“match-all”和“term”(每个任务一个client)。在他们完成之后，Rally将与一个客户运行“phrase”。

如果 parallel 指定比任务更多的 client，但这些 client 将是空闲的。

{
  "parallel": {
    "clients": 3,
    "warmup-iterations": 50,
    "iterations": 100,
    "tasks": [
      {
        "operation": "default",
        "target-throughput": 50
      },
      {
        "operation": "term",
        "target-throughput": 200
      },
      {
        "operation": "phrase",
        "target-throughput": 200,
        "clients": 2
      }
    ]
  }
}

这种方式确保 phrase 由两个 client 执行，其他任务一个client执行。

2 rally安装

2.1 依赖工程以及相关版本

1. 开发包：curl-devel expat-devel gettext-devel openssl-devel zlib-devel gcc perl-ExtUtils-MakeMaker libffi-devel bzip2-devel
2. python：3.8以上
3. jdk：1.8
4. git：2.7.5

2.2 离线安装esrally

 yum -y install curl-devel expat-devel gettext-devel openssl-devel zlib-devel gcc perl-ExtUtils-MakeMaker libffi-devel bzip2-devel
 wget https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/scm/git/git-2.7.5.tar.gz --no-check-certificate
 wget https://www.python.org/ftp/python/3.8.7/Python-3.8.7.tgz
 cd Python-3.8.7/
 ./configure prefix=/usr/local/python3
 make && make install
 echo 'export PYTHON3_HOME=/usr/local/python3' >> /etc/profile
 echo 'export PATH=$PATH:$PYTHON3_HOME/bin' >> /etc/profile
 source /etc/profile
 pip3.8 install sklearn
 tar -zxvf git-2.7.5.tar.gz
 cd git-2.7.5/
 make prefix=/usr/local/esrally/git all
 make prefix=/usr/local/esrally/git install
 rpm -qa | grep -w git
 rpm -e git-1.8.3.1-23.el7_8.x86_64 --nodeps
 echo 'export GIT2_HOME=/usr/local/esrally/git' >> /etc/profile
 echo 'export PATH=$PATH:$GIT2_HOME/bin' >> /etc/profile
 source /etc/profile
 wget https://github.com/elastic/rally/releases/esrally-dist-linux-2.3.1.tar.gz --no-check-certificate
 tar -zxf esrally-dist-linux-2.3.0.tar.gz 
 cd  esrally-dist-2.3.0/
 bash install.sh

如果是已存在python3其他版本，后安装的python3.8，需要修改 install.sh中的python3修改成python3.8

默认rally参数和压测文件路径：/root/.rally/

使用 /root/.rally/benchmarks/tracks/default/download.sh 选择下载离线测试数据

安装后测试

esrally race  --track=metricbeat  --challenge=append-no-conflicts --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'passwd'"  --pipeline=benchmark-only --offline

3 自定义测试

这里分三个场景：

1. 自定义查询压测:对当前索引进行自定义dsl查询压测。

2. 重建索引测试：重建索引，修改分片数，并进行dsl查询测试。

3. 使用challengs方式进行压测。

其中查询的dsl为：

{"query":{"term":{"meta.cloud.instance_id":{"value":"1983702708814995873"}}}}

3.1 自定义简单查询压测

创建track路径

/usr/local/esrally/tracks/acms

获取索引的mapping文件

#命令格式
curl -k --user 用户名:密码 -XGET http://<es域名>:9200/<索引名>/_mapping?pretty=true > <索引名>.json
#实际命令
curl -k --user elastic:abc123 -XGET http://127.0.0.1:9200/metricbeat/_mapping?pretty=true > metricbeat.json

创建track.json

{% import "rally.helpers" as rally with context %}
{
  "version": 2,
  "description": "Tracker-generated track for test",
  "indices": [
    {
      "name": "metricbeat",      --------索引名
      "body": "metricbeat.json"  --------索引mapping文件名
    }
  ],
  "schedule": [
    {
      "operation": {
        "name": "query-dsl",
        "operation-type": "search",
        "body": {
          "query": {
            "term": {
              "meta.cloud.instance_id": {
                "value": "1983702708814995873"
                 }
              }
            }
          }
          },
      "warmup-time-period": 10, ------warmup10s
      "time-period": 120,       ------实际测试120s
      "target-throughput": 4500,------目标吞吐量
      "clients": 5              ------启动的客户端数量
    }
  ]
}

运行自定义查询测试

esrally race --track-path=/usr/local/esrally/tracks/acme  --pipeline=benchmark-only  --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'abc123'" --include-tasks="query-dsl" --report-file=/usr/local/esrally/report/20220128-5-10k.csv 

使用 --report-file 定义测试结果输出文件。

3.2 重建索引测试

创建 track ,获取压测数据，此处会生产索引数据文件，因此需要注意track路径的文件使用。

esrally create-track --track=acme --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'passwd'" --indices="metricbeat" --output-path=/usr/local/esrally/tracks

在 track.json 中添加 operation

{% import "rally.helpers" as rally with context %}
{
  "version": 2,
  "description": "Tracker-generated track for acme",
  "indices": [
    {
      "name": "metricbeat",
      "body": "metricbeat.json"
    }
  ],
  "corpora": [
    {
      "name": "metricbeat",
      "documents": [
        {
          "target-index": "metricbeat",
          "source-file": "metricbeat-documents.json.bz2",
          "document-count": 1079600,
          "compressed-bytes": 97535962,
          "uncompressed-bytes": 1249705758
        }
      ]
    }
  ],
  "schedule": [
    {
      "operation": "delete-index"
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "create-index",
        "settings": {{index_settings | default({}) | tojson}}
      }
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "cluster-health",
        "index": "metricbeat",
        "request-params": {
          "wait_for_status": "{{cluster_health | default('green')}}",
          "wait_for_no_relocating_shards": "true"
        },
        "retry-until-success": true
      }
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "bulk",
        "bulk-size": {{bulk_size | default(5000)}},
        "ingest-percentage": {{ingest_percentage | default(100)}}
      },
      "clients": {{bulk_indexing_clients | default(8)}}
    },
 #### 此处新增
    {
   "operation": {
        "name": "query-dsl",
        "operation-type": "search",
        "body": {
          "query": {
            "term": {
              "meta.cloud.instance_id": {
                "value": "1983702708814995873"
                 }
              }
            }
          }
   },
   "warmup-time-period": 60,
      "time-period": 120,
      "target-throughput": 450,
      "clients": 5
    }
  ]
}

修改索引 metricbeat 的分片数，即修改 metricbeat.json 文件中分片参数

"number_of_shards": "12"

重建索引

esrally race --track-path=/usr/local/esrally/tracks/acme  --pipeline=benchmark-only  --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'passwd'" --exclude-tasks="type:search"

测试自定义查询

esrally race --track-path=/usr/local/esrally/tracks/acme  --pipeline=benchmark-only  --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'passwd'" --include-tasks="query-dsl" --report-file=/usr/local/esrally/report/20220128-5-10k.csv

3.3 使用 challenges 定义压测内容

创建track的方式与3.2一致。 以添加 challenges 文件的方式增加schedule；

#####原来track.json
{% import "rally.helpers" as rally with context %}
{
  "version": 2,
  "description": "Tracker-generated track for acme",
  "indices": [
    {
      "name": "metricbeat",
      "body": "metricbeat.json"
    }
  ],
  "corpora": [
    {
      "name": "metricbeat",
      "documents": [
        {
          "target-index": "metricbeat",
          "source-file": "metricbeat-documents.json.bz2",
          "document-count": 1079600,
          "compressed-bytes": 97377230,
          "uncompressed-bytes": 1249705758
        }
      ]
    }
  ],
  "schedule": [
    {
      "operation": "delete-index"
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "create-index",
        "settings": {{index_settings | default({}) | tojson}}
      }
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "cluster-health",
        "index": "metricbeat",
        "request-params": {
          "wait_for_status": "{{cluster_health | default('green')}}",
          "wait_for_no_relocating_shards": "true"
        },
        "retry-until-success": true
      }
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "bulk",
        "bulk-size": {{bulk_size | default(5000)}},
        "ingest-percentage": {{ingest_percentage | default(100)}}
      },
      "clients": {{bulk_indexing_clients | default(8)}}
    }
  ]
}
#####修改后
{% import "rally.helpers" as rally with context %}
{
  "version": 2,
  "description": "Tracker-generated track for acme",
  "indices": [
    {
      "name": "metricbeat",
      "body": "metricbeat.json"
    }
  ],
  "corpora": [
    {
      "name": "metricbeat",
      "documents": [
        {
          "target-index": "metricbeat",
          "source-file": "metricbeat-documents.json.bz2",
          "document-count": 1079600,
          "compressed-bytes": 97377230,
          "uncompressed-bytes": 1249705758
        }
      ]
    }
  ],
  "challenges": [   #####此处添加
    {{ rally.collect(parts="challenges/*.json") }}
  ]
}

在/usr/local/esrally/tracks/acme路径下添加 challenges 路径，在其中新建query-dsl.json。

{
  "name": "query-dsl",
  "default": false,
  "schedule": [{
    "operation": {
      "name": "query-dsl",
      "operation-type": "search",
      "body": {
        "query": {
          "term": {
            "meta.cloud.instance_id": {
              "value": "1983702708814995873"
      }
    }
  }
   }
 },
 "warmup-time-period": 60,
    "time-period": 120,
    "target-throughput": 450,
    "clients": 5
  }]
}

将原来的 operations 迁移到default.json，设置 "default": true 使其成为默认的 challenges。

{
 "name": "default",
 "default": true,
 "schedule": [
    {
      "operation": "delete-index"
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "create-index",
        "settings": {{index_settings | default({}) | tojson}}
      }
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "cluster-health",
        "index": "metricbeat",
        "request-params": {
          "wait_for_status": "{{cluster_health | default('green')}}",
          "wait_for_no_relocating_shards": "true"
        },
        "retry-until-success": true
      }
    },
    {
      "operation": {
        "operation-type": "bulk",
        "bulk-size": {{bulk_size | default(5000)}},
        "ingest-percentage": {{ingest_percentage | default(100)}}
      },
      "clients": {{bulk_indexing_clients | default(8)}}
    }
 ]
}  

修改索引 metricbeat 的分片数，即修改 metricbeat.json 文件中分片参数

"number_of_shards": "12"

重建索引

esrally race --track-path=/usr/local/esrally/tracks/acme  --pipeline=benchmark-only  --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'passwd'" 

测试自定义查询：

esrally race --track-path=/usr/local/esrally/tracks/acme --challenge=query-dsl --pipeline=benchmark-only  --target-hosts=127.0.0.1:9200 --client-options="use_ssl:false,verify_certs:false,basic_auth_user:'elastic',basic_auth_password:'passwd'" --report-file=/usr/local/esrally/report/20220128-5-10k.csv 

使用 --report-file 定义测试结果输出文件。

4. 总结

1. 在使用 track进行测试内容定义的时候，如果仅仅是对查询内容的qps测试，则不需要create-track这个命令项创建track，直接创建track.json文件来减少测试的时间和存储成本。
2. 面对比较复杂的测试场景，比如有多次bulk和search的流程，建议定义不同的challenges进行区分。
3. 在实际测试（16c32g的虚机）中，esrally单 client 的 bulk 写入性能不到2w docs/s，如果需增加压力则需要加 client。
4. rally 的报告中，latency 减去 service_time 即为 rally 等待 Elasticsearch 的响应时间。

参考文档

• rally 详解：
  https://elasticsearch.cn/article/275
• 部署参考文档： https://cloud.tencent.com/developer/article/1892344
• 压测结果指标： https://esrally.readthedocs.io/en/stable/metrics.html
• 测试数据源地址： http://benchmarks.elasticsearch.org.s3.amazonaws.com/

作者介绍

作者：金多安，Elastic 认证工程师、Elastic 中文社区日报编辑、运维工程师。

审稿人：铭毅天下，Elastic 认证工程师，Elastic 中国合作培训讲师，阿里云 MVP，Elastic Stack 技术博文全网累计阅读量 1000万+。

说明

上个月，死磕 Elasticsearch 知识星球搞了：“群智涌现”杯输出倒逼输入——Elastic干货输出活动。

后续会不定期逐步推出系列文章，目的：以文会友，“输出倒逼输入”。

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