《核電領域?qū)崟r數(shù)據(jù)庫技術要求與測試方法》標準解讀楊佳星｜中國信通院工程師01標準研發(fā)背景WHY實時數(shù)據(jù)庫核電站的運行過程中，會持續(xù)生成大量高頻率的實時數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于監(jiān)控和分析核電站的運行狀況至關重要。實時數(shù)據(jù)庫是為應對這類挑戰(zhàn)而設計，專門優(yōu)化了對高頻率、實時性要求高的數(shù)據(jù)的存儲和處理能力。這些數(shù)據(jù)庫在工業(yè)領域，尤其是核電行業(yè)中的應用，已經(jīng)成為關鍵的數(shù)據(jù)基礎設施，對確保核電站的穩(wěn)定和安全測試需求在核電領域的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構建過程中，除了需要滿足業(yè)務的功能性需求外，還必須具備卓越的性能表現(xiàn)。核電機組產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、更新頻率高、以及對實時性要求高等特點。核電行業(yè)對這些數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理能力、可靠性、功能、數(shù)據(jù)吞吐、實時性等性能指標有著極高的標準。核電領域亟需一種標準化的、針對核電領域需求的實時數(shù)據(jù)庫測試標準。技術選型對數(shù)據(jù)庫進行功能綜合評估、性能指標測試，可保障數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠在核電站的復雜環(huán)境中穩(wěn)定運行，及時準確地處理和分析數(shù)據(jù)，為核電站的安全管理提供強有力的數(shù)據(jù)支持。通過這樣的測試和評估，可以使所選用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠滿足核電行業(yè)對數(shù)據(jù)處理的嚴格要求，從而為核電站的平穩(wěn)、安全運行提供堅實的數(shù)據(jù)保障。02測試數(shù)據(jù)集編號名稱含義長度/字節(jié)數(shù)據(jù)類型1AV輸出值4float2采集實時值4float3Q信號質(zhì)量14強制開關15質(zhì)量位強制值16強制輸入4float7強制狀態(tài)18TEW實時值越限狀態(tài)字1char9CST信號采集通道狀態(tài)2ushort編號名稱含義長度/字節(jié)數(shù)據(jù)類型1輸出值12采集實時值13Q信號質(zhì)量14強制開關15質(zhì)量位強制值16強制輸入17強制狀態(tài)18TEW實時值越限狀態(tài)字1char9CST信號采集通道狀態(tài)2ushortll測試數(shù)據(jù)的格式模擬核電場景中采集的傳感器數(shù)據(jù)，每個傳感器產(chǎn)生的一組數(shù)據(jù)稱為一個測點，分為模擬量測點和開關量測點l每個測點產(chǎn)生9個隨時間變化的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式如上表所示02測試數(shù)據(jù)集實時數(shù)據(jù)集l實時數(shù)據(jù)集模擬運行機組產(chǎn)生實時數(shù)據(jù)，一個實時數(shù)據(jù)集模擬1個機組3600秒（1小時）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)l每個機組共有20萬個測點，其中500個測點為快采點，1ms變化一次，其余為普通點，400ms變化一次快采點500個普通點199500個1ms變化一次400ms變化一次開關量測點350個快采點500個普通點199500個1ms變化一次400ms變化一次開關量測點350個開關量測點139650個模擬量測點150個模擬量測點59850個歷史數(shù)據(jù)集l歷史數(shù)據(jù)集共具備100個普通點（400ms變化一次時間跨度共1年l其中開關量測點70個，模擬量測點30個普通點普通點100個400400ms變化一次開關量測點70個模擬量測點30個03測試環(huán)境設計ll每組測試環(huán)境需6個服務器節(jié)點，其中1個節(jié)點作為發(fā)壓機，2個節(jié)點組成雙機熱備，3個節(jié)點組成三機集群，組成形式為為1+2+3l服務器節(jié)點可以是物理機或虛擬機，但每組測試環(huán)境中除發(fā)壓機外的5個節(jié)點的規(guī)格需一致l在測試時可以設置多組不同硬件規(guī)格或架構的測試環(huán)境，以便對照數(shù)據(jù)庫在不同硬件條件下的表現(xiàn)l每組測試環(huán)境中的服務器節(jié)點間的網(wǎng)絡帶寬需萬兆以上，如果設置多組測試環(huán)境，則每組測試環(huán)境的網(wǎng)絡互相獨立雙機熱備環(huán)境 萬兆網(wǎng)數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集雙機熱備環(huán)境 萬兆網(wǎng)數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集隔離發(fā)壓機F_1發(fā)壓機雙機熱備環(huán)境 萬兆網(wǎng)萬兆網(wǎng)三機集群環(huán)境C_2三機集群環(huán)境三機集群環(huán)境C_2三機集群環(huán)境D_1ARM測ARM測試環(huán)境04測試前檢查硬盤性能驗證l在測試開始前應對每個節(jié)點的硬盤的性能進行驗證順序讀順序讀隨機讀順序?qū)戨S機寫F_1到A_1丟包率F_1到B_1丟包率…………平均速度和延遲符合預期且各節(jié)點間基本一致平均速度和延遲符合預期且各節(jié)點間基本一致網(wǎng)絡性能驗證l在測試開始前應對各節(jié)點間的網(wǎng)絡性能進行驗證l確保網(wǎng)絡帶寬接近萬兆且無異常抖動或丟包帶寬符合萬兆網(wǎng)表現(xiàn)無異常抖動丟包率小于帶寬符合萬兆網(wǎng)表現(xiàn)無異常抖動丟包率小于0.1%05測試用例設計ll測試用例專門針對核電領域的實時數(shù)據(jù)庫應用設計l主要分為功能測試、性能測試、健壯性測試、故障測試、過載保護測試5個部分功能測試性能測試基礎功能測試健壯性測試96小時持續(xù)寫入不丟數(shù)功能測試性能測試基礎功能測試健壯性測試96小時持續(xù)寫入不丟數(shù)寫入性能測試故障測試進行寫入時發(fā)生故障不丟數(shù)查詢性能測試寫入性能測試故障測試進行寫入時發(fā)生故障不丟數(shù)兼容性測試周期性寫入急速寫入實時數(shù)據(jù)快采點+普通點過載保護測試超大量高頻數(shù)據(jù)寫入運維管理能力測試PI數(shù)據(jù)監(jiān)控告警擴縮容配置管理安裝部署SOE數(shù)據(jù) 歷史斷面值兼容性測試周期性寫入急速寫入實時數(shù)據(jù)快采點+普通點過載保護測試超大量高頻數(shù)據(jù)寫入運維管理能力測試PI數(shù)據(jù)監(jiān)控告警擴縮容配置管理安裝部署SOE數(shù)據(jù) 歷史斷面值 歷史存儲值 歷史統(tǒng)計值 等間隔插值 趨勢曲線值壓縮比測試壓縮比測試06寫入性能測試ll寫入性能測試共有6個測試用例：l周期性寫入實時數(shù)據(jù)、急速寫入實時數(shù)據(jù)、周期性寫入PI數(shù)據(jù)、急速寫入PI數(shù)據(jù)、周期性寫入SOE數(shù)據(jù)、急速寫入SOE數(shù)據(jù)l每個用例分為2個子用例，分別在雙機熱備和三機集群配置下執(zhí)行，如果有多套測試環(huán)境，可進行對比測試寫入類型寫入類型分為周期性寫入和急速寫入，每次寫入1個機組1小時產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)l周期性寫入指按照實時數(shù)據(jù)集的測點變化周期向待測數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)（快采點1ms變化一次，普通點400ms變化一次）l急速寫入指按照最快速度向待測數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)，檢驗待測數(shù)據(jù)庫的最高寫入能力數(shù)據(jù)類型l實時數(shù)據(jù)：實時數(shù)據(jù)集的普通點+快采點lPI數(shù)據(jù)：僅普通點lSOE數(shù)據(jù)：僅快采點測試指標平均入庫耗時、峰值入庫耗時、所有任務完成總耗時，數(shù)據(jù)庫入庫吞吐量、CPU占用率、內(nèi)存占用率、IO占用率07查詢性能測試l查詢性能測試共有6個測試用例：l查詢歷史斷面值、查詢歷史存儲值、查詢歷史統(tǒng)計值、等間隔插值查詢、趨勢曲線值查詢、混合場景查詢l每個用例分為2個子用例，分別在雙機熱備和三機集群配置下執(zhí)行，如果有多套測試環(huán)境，可進行對比測試混合場景 歷史斷面值查詢某一個歷史斷面 歷史存儲值查詢某一段時間的歷史存儲值混合場景混合進行上述5種查詢 歷史統(tǒng)計值查詢某一段時間的歷史存儲值的統(tǒng)計學結果 等間隔插值對某一段歷史數(shù)據(jù)進行等間隔插值 趨勢曲線值對某一段歷史數(shù)據(jù)混合進行上述5種查詢測試指標平均入庫耗時、峰值入庫耗時、所有任務完成總耗時，數(shù)據(jù)庫入庫吞吐量、CPU占用率、內(nèi)存占用率、IO占用率08健壯性測試和故障測試健壯性測試l健壯性測試的目的是檢驗數(shù)據(jù)庫在連續(xù)進行寫入時提供服務的能力l需連續(xù)按照實時數(shù)據(jù)集的測點變化周期向待測數(shù)據(jù)庫寫入實時數(shù)據(jù)，保持96小時不間斷l(xiāng)寫入結束后，對比應寫入的數(shù)據(jù)條數(shù)和實際寫入的數(shù)據(jù)條數(shù)，應完全一致996小時實時數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)條數(shù)應完全致雙機熱備環(huán)境對比對比三機集群環(huán)境C故障測試故障測試的目的是檢驗數(shù)據(jù)庫在在故障恢復后不丟數(shù)的能力要求進行節(jié)點故障、操作系統(tǒng)故障、數(shù)據(jù)庫服務故障三種故障場景l(fā)節(jié)點故障：kill其中一個節(jié)點的數(shù)據(jù)庫進程l操作系統(tǒng)故障：reboot其中一個節(jié)點的操作系統(tǒng)l數(shù)據(jù)庫服務故障：刪除其中一個節(jié)點的數(shù)據(jù)文件在進行實時數(shù)據(jù)寫入的過程中，構造上述故障條件l對于雙機熱備環(huán)境，對任意一個節(jié)點構造故障條件l對于三機集群環(huán)境，三個節(jié)點輪流構造故障條件待測數(shù)據(jù)庫恢復后，對比應寫入的數(shù)據(jù)條數(shù)和實際寫入的數(shù)據(jù)條數(shù)數(shù)據(jù)條數(shù)應完全一致檢查數(shù)據(jù)條數(shù)故障恢復故障條件寫入實時檢查數(shù)據(jù)條數(shù)故障恢復故障條件寫入實時數(shù)據(jù)過程中09過載保護測試ll過載保護測試的目的是檢驗被測數(shù)據(jù)庫承受極端大量數(shù)據(jù)的能力l同時進行多個機組的實時數(shù)據(jù)集寫入，在前2秒內(nèi)，普通點的變化周期縮短為50ms，之后恢復400ms，快采點的變化周期不變l寫入開始10分鐘后，kill數(shù)據(jù)庫進程并重啟操作系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)因大量數(shù)據(jù)涌入而產(chǎn)生故障的場景l(fā)待測數(shù)據(jù)庫恢復后，檢查成功寫入的數(shù)據(jù)條數(shù)，與產(chǎn)生的數(shù)據(jù)條數(shù)進行對比，檢查是否發(fā)生丟數(shù)，如果發(fā)生丟數(shù)則計算丟數(shù)比例l如果未發(fā)生丟數(shù)