Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司(現(xiàn)在的施耐德電氣 Schneider Electric)于1979年為使用可編程邏輯控制器(PLC)通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)(De facto)，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。
采樣命令
Modbus協(xié)議同樣也是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的流行協(xié)議之一，采樣命令作為Modbus協(xié)議的主要功能，其主要流程是設(shè)備在平臺(tái)設(shè)置周期采樣命令，平臺(tái)會(huì)周期性主動(dòng)對(duì)在線設(shè)備下發(fā)采樣命令。
我們?cè)跒樾郯步ㄔO(shè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)，正好平臺(tái)就有Modbus的能力，平臺(tái)交付就必須要測(cè)試Modbus的采樣命令并發(fā)。
物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Modbus協(xié)議采樣命令下發(fā)流程如下：
創(chuàng)建設(shè)備，在平臺(tái)給設(shè)備設(shè)置采樣命令：采樣周期、功能編號(hào)、從機(jī)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息。
設(shè)備上線后，平臺(tái)按照采樣周期對(duì)設(shè)備進(jìn)行周期性發(fā)送采樣命令。
設(shè)備收到采樣命令后將寄存器數(shù)據(jù)返回結(jié)果給平臺(tái)，并保存采樣數(shù)據(jù)。
通常情況下我們做性能測(cè)試都是客戶(hù)端發(fā)起請(qǐng)求服務(wù)的響應(yīng)客戶(hù)端，而Modbus的采樣命令恰好相反，以往我們常用的性能測(cè)試工具就不可行了。
要如何才能測(cè)試服務(wù)的采樣命令的并發(fā)呢?
測(cè)試方法
為了測(cè)試物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Modbus協(xié)議采樣命令并發(fā)性能，我們研究出了一種高并發(fā)的采樣命令并發(fā)性能測(cè)試方法。該方法采用異步IO的方式批量模擬設(shè)備連接服務(wù)器、接收采樣命令并響應(yīng)命令，并統(tǒng)計(jì)每秒接收的命令數(shù)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下：
1、通過(guò)API批量創(chuàng)建Modbus設(shè)備，并給每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建n個(gè)采樣命令。即無(wú)需提前創(chuàng)建設(shè)備和設(shè)備的采樣命令;
2、批量初始化設(shè)備的socket連接，socket設(shè)置為非阻塞，生成socket列表。采用異步IO，減少多線程線程切換帶來(lái)的資源消耗，提升CPU利用率;
3、同時(shí)啟動(dòng)以下三個(gè)線程：
①批量設(shè)備注冊(cè)線程：批量上報(bào)注冊(cè)報(bào)文，設(shè)備注冊(cè)完成后線程退出;
②采樣命令條數(shù)統(tǒng)計(jì)線程：所有設(shè)備注冊(cè)成功后，每秒統(tǒng)計(jì)一次最近1秒內(nèi)收到采樣命令條數(shù);
③采樣命令接收處理線程：采用select批量管理設(shè)備socket列表，接收并立即響應(yīng)采樣命令，并實(shí)時(shí)記錄采樣命令條數(shù)。select模型為非阻塞式IO，能夠一定程度上減少服務(wù)器瞬間的并發(fā)線程數(shù)，從而提高CPU執(zhí)行效率;
Python代碼示例(片段)
4、根據(jù)運(yùn)行設(shè)備數(shù)量以及平均每秒接收到采樣命令數(shù)量來(lái)判斷平臺(tái)是否滿足當(dāng)前的采樣命令的處理性能。性能滿足的條件下預(yù)期結(jié)果為
預(yù)期每秒命令接收數(shù)量 ≈ 設(shè)備數(shù)量 * n
逐步增加設(shè)備數(shù)量，當(dāng)預(yù)期每秒命令接收數(shù)量 > 設(shè)備數(shù)量 * n時(shí)，即服務(wù)已達(dá)到瓶頸。則最終測(cè)試服務(wù)的采樣命令最大并發(fā)量為，滿足預(yù)期結(jié)果時(shí)的設(shè)備最大接入量 * n。
該測(cè)試方法優(yōu)點(diǎn)：
1、無(wú)需單獨(dú)添加創(chuàng)建設(shè)備和設(shè)備的采樣命令，簡(jiǎn)化了Modbus協(xié)議采樣命令性能測(cè)試的準(zhǔn)備工作;
2、在設(shè)備端統(tǒng)計(jì)并發(fā)量，無(wú)需在服務(wù)端增加任何統(tǒng)計(jì)邏輯;
3、采用模擬設(shè)備，無(wú)需準(zhǔn)備大量真實(shí)設(shè)備，降低了Modbus協(xié)議采樣命令性能測(cè)試的成本;
4、通過(guò)非阻塞式IO，顯著提升Modbus協(xié)議采樣命令并發(fā)性能測(cè)試的設(shè)備響應(yīng)速度，解決Modbus協(xié)議采樣命令并發(fā)性能測(cè)試高并發(fā)狀態(tài)下的資源浪費(fèi)問(wèn)題;
5、設(shè)備響應(yīng)速度的提升，有效提高M(jìn)odbus協(xié)議采樣命令并發(fā)性能測(cè)試的準(zhǔn)確度。
我們采用此種方法編寫(xiě)的Python代碼，單個(gè)腳本可以支撐1秒內(nèi)1萬(wàn)+次的命令處理能力。在雄安物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的性能測(cè)試中起到了非常好的作用，同時(shí)運(yùn)行10個(gè)腳本，完成了雄安平臺(tái)Modbus協(xié)議采樣命令10萬(wàn)并發(fā)的測(cè)試。
