阵列15（2022）100196在32位和64位操作系统Riyad Dhunya，*，Arshad Ahmud Iqbal Peera，Nawaz Ali Mohamudally a，Nabriya Nissanke ba毛里求斯科技大学创新技术和工程学院，La Tour Koenig，Pointe-aux-Sables，11134，Mauritiusb伦敦南岸大学，英国A R T I C L EI N FO关键词：Web服务器Raspberry PiPortable3层性能64位LAMPRPI64BoXA B S T R A C T在这项工作中，我们提出了一个3层架构，在64位操作系统（OS）和Raspberry Pi（RPI）内的固态磁盘上运行LinuX，Apache/Nginx，MariaDB和PHP（LAMP）堆栈进行性能评估。我们测量了32位操作系统的相对响应时间和应用程序性能指数（Apdex），并将其与Moodle作为应用程序的不断增加的负载进行了比较。我们选择Moodle作为测试平台是受到以下因素的影响：MoodleBoX作为RPI镜像的3层LAMP架构，Moodle底层相对较大的数据库（有200多个关系表），以及其示例测试课程和测试计划在开发性能测试方面提供的便利。Moodle可以很容易地从环境中替代，以创建可移植的基于LAMP的应用程序。对于一个有100名用户的中型课程，升级后的相对响应时间提高了11.9秒。Apdex表明，RPI的CPU是阻止Web应用程序扩展到中型课程超过40个用户的限制因素。这项工作的方法，测试和调查结果是很重要的管理员，教育工作者和用户一般参与容量规划使用的便携式应用程序运行在LAMP堆栈。便携式64位LAMP堆栈的现成映像可供下载。有关本文的视频摘要，请访问https：//rpi64bo x.com。1. 介绍在本文中，我们的目标是通过利用（1）64位操作系统和（2）固态硬盘（SSD）的可用性来提高运行LAMP堆栈的便携式Raspberry Pi（RPI）[1，2] 3层架构的性能。LAMP栈[3]最初代表LinuX，Apache，MySQL和PHP（LAMP），代表3层架构和操作系统（OS）的软件。三层架构是一种由三个层次或层组成的架构，旨在模块化逻辑计算的不同方面，以促进独立于其余部分更新应用程序的任何特定部分。LAMP堆栈是最广泛使用的服务器架构之一[4一个很好的应用用例是MoodleBoX，用于卡昂监狱中心[7];它使被监禁的学生能够从数字环境中受益，以便在诺曼底的卡昂大学学习课程。MoodleBoX项目通过取代三层架构中的Moodle [8与其他可用的LAMP堆栈应用程序的架构。RPI的LAMP堆栈提高了现有Web应用程序的可移植性出于容量规划的目的，必须了解这种便携式系统可以支持多少用户以及应用性能指数（Apdex）方面的用户体验[9，10]。本文还提出了一种简单的方法，可以通过Moodle作为应用测试平台来测试三层LAMP架构的性能MoodleBoX项目[11]主要提供的是一个磁盘映像转移到SD卡来引导RPI。MoodleBoX将RPI的Wi-Fi转换为便携式热点，并通过LAMP堆栈通过无线局域网（WLAN）提供Moodle。在MoodleBoX的Moodle管理区域中，Moodle要求管理员将操作系统和PHP版本升级到64位，以确保未来的兼容性，如表1所示。换句话说，系统本身请求管理员升级OS。MoodleBoX使用了设计RPI的公司的官方操作系统，即Pi OS，一个基于Debian的32位内核[12]。Pi OS有一个64位版本，仍处于实验阶段，正在进行中Ubuntu* 通讯作者。 毛里求斯科技大学，La Tour Koenig，Pointe-auX-Sables，11134，Mauritius。电子邮件地址：dhuny@umail.utm.ac.mu（R.Dhuny），apeer@umail.utm.ac.mu（A.A.I.Peer）、alimohamudally@umail.utm.ac.mu（N.A.Mohamudally），nissanke@umail.utm.ac.mu（N.Nissanke）。https://doi.org/10.1016/j.array.2022.100196接收日期：2021年10月31日;接收日期：2022年5月25日;接受日期：2022年5月29日2022年6月14日在线提供2590-0056/© 2022作者。爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表阵列期刊首页：www.sciencedirect.com/journal/arrayR. Dhuny等人阵列15（2022）1001962表1PHP 32位操作系统版本的Moodle信息消息信息报告第3.1节介绍磁盘I/O性能;第3.2节介绍3层体系结构的系统基准测试;第3.3节介绍性能测试的Apdex评级;第3.4节介绍服务器PHP不是64位检测到您的网站未使用64位PHP版本。建议您升级您的网站以确保将来的兼容性。在负载下。先前试验的结果见第4节。第5节提出了结论。2. 材料和方法Server for ARM [13]是另一个可用于64位RPI的操作系统发行版。之前对RPI版本4（RPI 4）[14]进行的一些基准测试表明，64位操作系统可以在特定领域提高系统RPI被设计为从安全数字（SD）卡引导和运行其操作系统。SD卡比固态硬盘（SSD）慢，影响性能。截至2020年10月，RPI4不支持从USB 3.0或SSD等更快的磁盘启动。一些已知的黑客可能会迫使RPI从SSD操作操作系统[18]。 MoodleBoX官方网站估计，当它运行在32位操作系统、Wi-Fi和SD卡上时，最大用户数在20到30之间。考虑到Moodle基础上相对较大的关系数据库，以及其样本测试课程和测试计划在开发性能测试方面提供的便利，Moodle影响了我们对3层LAMP堆栈性能评估测试平台应用程序之前有一些在RPI上使用Moodle进行的性能测试Henriette [20]在使用Apache JMeter [21]进行测试时，使用MoodleBoX测量了最多20个可能的连接。不幸的是，测试的详细结果没有公布。使用类似的性能评估，Basuki et al.[22]观察到运行Moodle的Pi-BoX可以处理30个用户，Apdex得分为0.414然而，当评分时，该分数被认为是不可接受的用户体验。MoodleBoX也被Mustapha Said [23]评价为移动学习平台，以解决摩洛哥部分地区与互联网覆盖相关的学习管理系统（LMS）问题。&流动学习平台包括最多30名学员同时参加。前面提到的三项工作是在Raspberry Pi的旧版本3（RPI3）上进行的在Manchanda进行的负载测试实验中[24]，优化技术被用来改善用户响应时间的Web应用程序通过Moodle上的四2.9 GHz处理器的计算机。在一个测试中，50个并发用户从一个硬盘访问Moodle，其吞吐量为每分钟7.8个请求，平均响应时间为364.48秒。当SSD用于LAMP堆栈时，平均响应时间急剧减少到5.27秒，但没有吞吐量的指示。Merce Buana大学[25]实现了负载均衡集群（LBC）来克服性能问题，以总共为超过30，000个用户提供服务，最高可达1371个用户/分钟。Apache ab基准测试工具[26]用于执行负载测试。 作为LBC设计实现的Apache ab基准测试结果的一部分&，一台服务器每秒处理大约6-7个请求，或者吞吐量为420个用户/分钟。前面的两个工作表明了负载测试下专用服务器的预期吞吐量。在这项工作中，我们在64位版本的Ubuntu上构建了一个3层LAMP堆栈，同时保持与MoodleBoX相同的环境，并将其标记为RPI64BoX以进行比较。MoodleBoX和RPI64BoX从SD卡和SSD运行，以测量性能差异。据我们所知，这项工作是MoodleBoX到64位LinuxX的Ubuntu版本的第一个端口。本文的结构如下：第2节详细介绍了设置、测试环境、用于3层架构的数据集以及用作测试床的应用程序。我们在第3节中介绍了测试。部分2.1. 设置实验中使用了两个具有4 GB内存的RPI 4。当不超频时，RPI以1.5GHz的时钟速度工作。两个RPI都由能够提供3.1A以上电流的USB适配器供电，并安装了CPU风扇以保持温度低于60° C摄氏第一个RPI4被设置为Web、应用程序和数据库服务器，另一个作为客户端向服务器发送页面请求。服务器被配置为提供Wi-Fi接入点，客户端通过Wi-Fi接入点连接，创建WLAN，如图所示。1 .一、图1中RPI 4与接入点的软件和硬件环境因32位和64位操作系统的组合而异。另一个变化是通过使用SSD而不是SD卡来实现更快的磁盘访问。所有测试均使用32 GB SanDisk SD和128 GB SanDisk SSD Plus。操作系统和磁盘存储变化产生了标记为32SD、32SSD、64SD和64SSD的四种组合来表示差异。SSD版本后来被超频到2 GHz，并在标签上添加了“-OV”。对 于32 位 操 作系 统 ， 使 用了 MoodleBoX 3.9 版 本 ，其 中 包 含 在Raspberry Pi OS（32位）上运行的Moodle 3.10版本。对于64位操作系统，通过将MoodleBoX ansible脚本移植到Ubuntu-64，创建了一个运行Moodle的Ubuntu 20.04.1。这四种环境分别命名为p32SD、p32SSD、u64SD和u64SSD。前两个使用MoodleBoX。u64 SD和u64 SSD使用了RPI64 BoX，这对这项工作做出了重大贡献。描述设置、环境和测试的简短视频可在https：//rpi64box.com[28]上获得。2.2. 测试环境所有四个环境在服务器上都包含相同版本的Nginx，MariaDB和PHP。在Ubuntu上，PHP版本7.3不可用，最接近和最新的更新代表版本7.4已使用所有其他参数保持不变。考虑到许多变量会影响服务器的整体软件性能，因此在测试中保持不变。这些值列在代码段1和代码段2下。对于PHP，使用了php-fpm库，变量被维护为MoodleBoX的原始值，如代码片段所示1.一、这些值表示PHP每单位时间最多5个服务器请求。此值与服务器的吞吐量密切相关对于MariaDB，Moodle建议启用数据库的查询缓存。在/etc/mysql/中调整数据库变量Fig. 1. 表示RPI 4服务器与接入点和客户端计算机的网络拓扑的示意图。R. Dhuny等人阵列15（2022）1001963表3Moodle针对不同课程规模和队列规模的测试计划测试计划标签说明最大并发用户爬坡期xx超小型课程10 110个用户ss 30名学员的小型课程sm 100人小型课程30 6100 40m3-中型课程，100名学员三○100 40我的.cnf按照代码片段2。innodb_log_file_size （代码片段2）被保持为64 M，以比较标准MoodleBoX和RPI64BoX的结果。可以进一步增加此值以利用可用RAM。LinuX的文件系统表也被修改为为/var/cache/moodle和/var/www/moodledata/temp 文 件 夹 创 建 64 MB 的 临 时 文 件 系 统 缓 存 。 在/var/www/moodledata/sessions中还为会话创建了一个16 MB的缓存。这些修改作为tmpfs添加到/ etc/fstab中，它利用可用的RAM来创建缓存。2.3. 数据集测试课程是在Moodle中构建的，测试计划将不同的用户添加到测试课程中。本节介绍所使用的测试课程和测试计划。Moodle标准测试课程使用Moodle的测试脚本构建Moodle JMeter测试计划是使用Moodle中为超小型（Xs）、小型(s)中等（M）班规模：EX tra small最多使用10个并发用户，上升周期为1;表2用于测试MoodleBoX和RPI64BoX的Moodle课程大小。课程规模EX tra Small（Xs）小号中等（m）作业110100页150200小文件164128大文件125用户帐户11001000用户进入课程11001000论坛（职位数目）220500Small最多使用30个并发用户，斜升周期为6;Medium最多使用100个并发用户，上升期为40。测试计划是为表2中的课程创建的，并发用户的最大数量如表3所示。每项测试均配有唯一的测试计划标签。表3的m33. 测试为了评估RPI 4的性能，进行了四个不同的测试，即设备存储性能测试，LAMP堆栈的综合性能测试，生成页面的整体响应时间的评估和服务器资源使用的监控。所有测试均基于现有可用脚本，详见第3.1节至第3.4节。3.1. 磁盘I/O性能测试在读写速度方面的磁盘I/O性能可以通过使用HDParm、DD、FIO和IOZone命令从UniX/LinuXshell中测量。此外，James Chambers提出了一个基准脚本[18]，它在执行之前的命令后提供了一个独特的分数，以指示测试中存储介质的性能。基准测试的优点是它已经有了 绝大多数的唱片制作都是根据剧本进行评分的，他们的分数都列在网上。此列表使RPI 4的存储介质选择更容易，特别是在提前规划性能改进时。3.2. 系统基准测试Web服务器响应查询所需的总时间取决于几个因素，即磁盘的读写性能、处理器性能、数据库查询的处理速度和网络延迟。一种简单的基准测试方法是测量这些特定服务器区域的执行时间。例如，处理器速度可以通过计算完成1000万次循环所需的时间来衡量。数据库性能可以通过测量执行特定结构化查询语言（SQL）操作的时间来评估。Moodle有一个名为系统基准测试工具的插件[29]，它对3层架构的各个组件进行类似的性能检查。虽然这种方法使用了一种简单的方法来测量服务器性能，但由于测试的元素不同，因此系统基准测试是理想的。这些值不是代表服务器性能的明确度量，而是对各个领域性能的指示性概述的代码片段1MoodleBoX和RPI 64 BoX的php-fpm变量。pm.max_children= 5pm.start_servers= 2pm.min_spare_servers= 1pm.max_requests = 50pm.max_spare_servers= 3代码片段2MoodleBoX和RPI64BoX的MySQL变量。[mysqld]innodb_log_file_size= 64Mquery_cache_type= 1query_cache_size= 32Mquery_cache_limit= 1Mjoin_buffer_size= 2Kperformance_schema = OFFkey_buffer_size= 16M···R. Dhuny等人阵列15（2022）1001964=时间系统基准测试的输出结果是基于多个脚本执行的平均时间的分数;因此，分数越低越好。3.3. Apdex测量Apdex衡量用户对应用程序响应时间的满意度。例如，假设期望服务器在500 ms（ms）内响应以使用户满意，并且用户的挫折阈值高达1500ms。在这种情况下，该值可以表示为1：3的比率。这个比率表示用户只能等待比预期长三倍的时间。为了生成应用程序索引，需要满意用户的响应时间，从中可以计算挫折时间通常使用满意和沮丧用户响应时间的两个阈值之间的1：3，1：4和1：5的比率 [9]。这项工作使用1：3的阈值比率来维持RPI4的高紧急度Apdex被定义为满意样本数加上耐受样本数的一半除以所有样本数。Apdex的计算方法如下，其中时间表示满意用户的目标时间Apdex满意样品+耐受样品/2总样本Apdex结果的范围为0到1，其中1被认为是最好的，0被认为是最差的[9，10，30]。Apdex值也被评定为代表应用程序响应性。表4[30]显示了Apdex范围如何映射到标记为Apdex评级的用户体验评级。Moodle生成的JMeter测试脚本，如2.3节所述，已经在它们的报告中包含了Apdex值。除了Apdex， 还可以比较页面的平均响应时间3.4. 资源使用监控为了提前计划3层架构的任何优化，了解哪些硬件资源稀缺非常重要虽然通过PerfMon插件在JMeter内部执行测试时直接收集这些值是可行的[31]，但某些硬件资源的输出将这些值转换为百分比使用率可以产生更有意义的实时信息。因此，为了将数值转换为百分比，需要每次测量可达到的最大限度，并按如下方式获得：总RAM值是从LinuX shell磁盘活动值是从'iostat %util '命令中收集的这表示发出I/O请求的CPU时间接近100%，表示设备饱和。值得注意的是，iostats的磁盘利用率百分比试图计算最接近秒的平均值。有时，计算中的微小延迟会提供大于或小于1 s的结果，导致百分比高于100%，可以安全地舍入为100%[33，34]。Iperf3 [35]测量提供了57.0 Mbps作为无线网络的最大传输速率。周期性地表4应用性能指标评级。Apdex范围Apdex评级传输速率将超过57.0 Mbps阈值，并在图表上表示为超过100%。将CPU、RAM、网络传输和磁盘读取值转换为百分比后，对这些值进行监控和绘图。4. 结果上述试验的结果见第4.1至4.4节;适当时，还可提供图表或条形图。4.1. 磁盘I/O性能结果表5中记录了James Chambers脚本[18]提供的结果，该脚本表示不同操作系统环境下的不同磁盘传输速度（MB/s）和James Chambers评分。如表5的最后一行所示，SSD环境的得分至少是SD卡环境的3.4倍。4.2. 系统基准测试结果在不同操作系统环境下运行Moodle系统基准测试工具得到的结果如表6所示。结果表示执行每个所述测试的时间（以秒为单位）以及脚本应执行的可接受限制和关键限制。最后两行包含所有脚本运行的平均时间（以秒为单位）和基准测试工具提供的从表6中可以看出，在比较存储介质的影响时，SSD不断提高系统的性能。对于32位OS（p32SD vs p32SSD），评分提高了7分或0.077秒，对于64位OS（u64SD vs u64SSD），评分提高了11分或0.11秒。SSD改进整个系统的主要方面是“编写课程性能-数据库速度”和“访客/假帐户的每次登录时间”。这些值如图2所示，可以观察到，使用SSD时，数据库速度的响应时间至少提高了1.6倍。受OS位深影响最大的区域如图所示。 3.The相比之下，据观察，最后，仅仅迁移到64位并没有提高基准测试的整体得分.p32SD评分优于u64SD（表6）。4.3. Apdex对于性能测试，执行JMeter脚本时使用表5James Chambers盘测试p32SD、p32SSD、u64SD和u64SSD的速度和评分。0.94至1.00 EX优异0.85至0.93良好0.70至0.84一般0.50至0.69较差0.00 - 0.49不可接受···类别测试p32SDp32SSDu64SDu64SSDHDParm磁盘读取40.92156.1441.52225.11HDParm缓存磁盘读取40.55125.0036.30177.15DD磁盘写入20.50122.0018.3096.80FIO4k随机读取12.4412.6112.5913.70FIO4k随机写入3.0915.722.8916.11IOZone4K读取9.7120.939.4523.05IOZone4K写入3.7617.953.5523.35IOZone4k随机读取9.6712.269.3912.32IOZone4k随机写入2.4714.502.3216.03评分詹姆斯·钱伯斯得分1203416511464133R. Dhuny等人表5阵列15（2022）1001965p32SD、p32SSD、u64SD和u64SSD的Moodle基准评分。#描述p32SDp32SSDu64SDu64SSD可接受限度临界极限1Moodle加载时间0.0300.0260.0380.0250.50.8加载配置文件2处理器处理速度0.3610.3610.1870.1870.50.8使用循环调用PHP函数来检查处理器速度3读取文件性能0.0560.0550.0810.080.50.8多次读取文件以检查Moodle临时文件的读取速度文件夹4写文件性能0.2470.2470.3390.33511.25多次写入文件以检查Moodle临时文件的写入速度文件夹5阅读课程表现0.0980.0990.0830.0840.751多次读取课程以检查数据库的读取速度6写作课程表现0.1020.0490.1340.08411.25多次写一个课程，检查数据库7数据库性能（#1）0.0170.0180.0190.0190.50.7运行复杂的SQL查询以检查数据库的速度8数据库性能（#2）0.0390.0390.0420.0380.30.5运行复杂的SQL查询以检查数据库的速度9访客帐户0.0940.0860.1210.1120.30.8检查访客帐户登录页面的加载时间10虚假用户帐户0.1140.1010.1540.1230.30.8检查加载时间的一个假的用户帐户登录页面总时间1.158s1.081s1.198s1.087s评分116109点120109点点点图二、 条形图比较了p32SD、p32SSD、u64SD和u64SSD的写作课程表现和登录时间。图3. 比较p32SD、p32SSD、u64SD和u64SSD处理器处理速度、临时文件夹读写性能和登录时间的条形图。R. Dhuny等人阵列15（2022）1001966表7在p32 SD、p32 SSD、p32 SSD-OV、u64 SD、u64 SSD和u64 SSD-OV服务器环境上运行的xX、ss、sm、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9和mm测试计划的Apdex值。环境/ApdexXxSSSMM3M4M5M6M7M8M9mmp32SD0.8910.7910.6590.6060.4230.3980.3830.3780.3710.3650.373p32SSD0.9280.8440.7110.6950.4310.4300.4420.4300.4000.4000.444p32SSD-OV0.9690.9350.8210.8120.6300.5450.5330.5240.5280.5260.557u64SD0.9190.8240.7290.7070.4940.4530.4650.4850.4690.4820.502u64SSD0.9170.8530.7490.7210.5370.4870.4760.4730.4720.4830.498u64SSD-OV0.9470.9130.8140.8100.6560.5510.5470.5360.5370.5450.555表8在不同的服务器环境中，在不同的测试计划（范围从XX到mm）下加载页面的平均响应时间（秒）环境/响应时间（秒）xxSSSMM3M4M5M6M7M8M9mmp32SD0.40.53.91.24.28.413.821.131.140.946.9p32SSD0.30.43.90.74.38.313.621.131.739.442.8p32SSD-OV0.20.32.20.52.26.411.217.625.932.838.9u64SD0.40.53.00.62.07.111.618.126.133.537.9u64SSD0.30.43.00.62.87.011.918.627.135.140.1u64SSD-OV0.30.32.10.51.76.010.216.023.631.435.0它们的吞吐量设置上限为180个请求/分钟。表7和表8中公布了测试中可用的Apdex和响应时间。根据Apdex评级，低于0.500的Apdex值被视为不可接受。最初，我们评估了四种服务器环境：p32SD、p32SSD、u64SD和u64SSD。当40个或更多并发用户在线时，p32SD、u64SD和p32SSD的Apdex评级不可接受，如表7中的m4所示。然而，u64SD Apdex评分为0.494，表示评分接近于超出不可接受范围。另一方面，64位操作系统和SSD允许u64SSD移动到m4不可接受的范围第3.4节的资源使用监控工作的结果提供了有见地的图表[28]，表明在测试m4及以后的更长时间内，CPU使用率逐渐接近100%为了进一步评估SSD升级的RPI 4是否可以在更强大的处理器上表现更好，CPU被超频到2.0 GHz。两个用于超频的最终环境被标记为p32 SSD-OV和u64 SSD-OV，如表7所示。超频版本的环境在使用SSD运行时，使测试环境在Apdex评级中得分超过0.5，并证实CPU访问是稀缺的。为了过滤出低于Apdex评级可接受提及的环境的所有测试结果，表7针对高于0.5的Apdex值绘制了图表，并在图4中显示。图（Fig.） 四、仅代表测试环境、课程规模以及RPI 4根据Apdex评级可以承受的并发用户数量。RPI4可以支持50到100个用户，用于CPU超频的中型课程。但是，Apdex评级的质量将很差。Moodle中课程的大小会影响服务器支持多个并发用户的能力。MoodleBoX运行32位Pi OS，经过适当优化，可以充分发挥RPI硬件的潜力。MoodleBo x支持的用户数量为20-30是合理的。SD卡（u64SD）上的RPI64Bo x有助于提高课程Apdex值，适用于30名用户以下的课程或CPU使用率未饱和的课程。除了Apdex之外，另一种比较JMeter测试结果的方法是查看所执行测试的平均响应时间。不同测试和环境的响应时间（秒）见表8。当将运行在SD卡（p32 SD）上的原始MoodleBoX与运行在具有CPU超频的SSD（u64 SSD- OV）上的RPI 64 BoX进行页面的平均响应时间被放置在一个条形图上，如图所示。 5、让时间差看得见。总的来说，RPI64BoX提高了中等课程规模的平均响应时间，但并没有显著支持更多的用户，因为稀缺资源是CPU本身。超频是一个很好的选择，见图4。在p32 SD、p32 SSD、p32 SSD-OV、u64 SD、u64 SSD和u64 SSD-OV服务器环境上运行的xXR. Dhuny等人阵列15（2022）1001967图五. p32SD上各种测试的页面平均响应时间（秒） vs u64SSD。对于超过30个用户的中型课程，RPI的最大值。4.4. 资源使用将CPU、RAM、网络传输和磁盘读取的资源使用监控过程的结果绘制为每个测试的时间百分比，得到66个图表。此处省略，这些图表可以作为补充在线材料与详细的JMeter HTML报告一起查阅[28]。这些图表可以在rpi64bo x.com上访问[28]，其中发布了一个类似于表7的表格，每个单元格上都有单独的报告链接作为附加信息。每个链接都指向特定测试的JMeter HTML报告。从每个JMeter HTML报告中，可以在以下导航菜单下访问每个测试的资源使用情况，自定义图表→随时间推移→系统的资源使用温度。从这些图中可以观察到，CPU和RAM使用率百分比的降低与Apdex值的增加一致。对前面提到的图表的资源使用值进行平均，以获得每个测试的单个值，并绘制图表以确定资源消耗趋势。从ss到mm的不同测试计划的平均CPU使用率如图所示。第六章当比较操作系统的位深度时，64位操作系统提供了1.3%到4.8%的CPU使用率增益 对于磁盘存储，使用SSD可以释放0.2- 6.6%的CPU。64位操作系统、SSD和CPU超频使3层架构的CPU使用率降低了9.6-18.1%。从ss到mm的测试计划的平均RAM使用率如图所示。第七章在易失性内存使用方面，从图7可以观察到，u64 SD比p32 SD多消耗15.1-17.4%的RAM，u64 SSD比p32 SSD多消耗13.1-15.9%的RAM。据观察，SSD上的Ubuntu 64超频版本（u64 SSD- OV）消耗的RAM比SD卡上的Pi OS 32位（p32 SD）少10.8-15%。平均资源使用率图见图1和图2。6和7提供了对资源使用情况的深入了解。然而，它们并不反映资源使用的具体时间点的实际情况。在执行时，测试包含一个上升期，在此期间并发用户的数量逐渐增加或减少。这些变化影响平均资源使用。因此，图6的最大CPU使用率永远不会达到100%。虽然需要一些额外的步骤来转换成百分比-年龄并绘制成图表，但测试的实时资源使用图表提供了对资源使用的额外洞察，而这些洞察仅通过资源使用值的平均值是不可见的。例如，作为补充材料的图表显示，对于某些测试计划，CPU使用率在随后的时间内达到接近100%的峰值。5. 结论尽管在将32位操作系统环境与64位操作系统环境进行比较时，Apdex略有改进，但由于32位操作系统的限制，一个进程最多只能使用3 GB的RAM，而且现在可以使用4 GB以上的RAM来实现RPI，因此Apdex仍然是前进的方向。 SSD的使用确实进一步略微提高了Apdex评级。 鉴于市场上有不同的磁盘存储速度，结果取决于所使用的SSD速度。根据JamesChambers基准测试，用于测试的SSD这个基准测试很有帮助，因为它比较并发布了市场上不同磁盘的得分。比以前测试中使用的SSD更快的SSD可能会产生更好的性能增益，需要进一步测试。系统基准测试工具，一个简单的基准测试，见图6。 不同环境下测试计划的CPU使用率。R. Dhuny等人阵列15（2022）1001968见图7。 不同环境下测试计划的RAM使用。比较3层LAMP环境，显示SSD上的32位和64位操作系统具有相同的性能得分，并且比SD的得分高出不到10%。图1和图2的资源使用图。6和7显示，在64位操作系统中，平均CPU消耗降低1.3- 4. 8 % ， 但 在13.1 RAM平均增加17.4%在JMeter测试期间，对于中型课程，其中包含相当多的内容，如图所示 在表2中，当超过40个用户连接时，实时CPU使用率在较长时间内达到峰值，这影响了Apdex评级。 u64 SSD上m4的Apdex为0.537，认为较差，但可接受。Apdex评级表明，Pi上的便携式3层LAMP堆栈可以支持40个并发用户，这些用户期望在1.5秒内从服务器获得响应。随着CPU超频到2Ghz，便携式RPI最多可支持100个用户，Apdex评级可接受但较差，如表7所示。CPU超频也降低了RAM使用的平均百分比，u64 SD最初超过60%，超频的u64 SSD-OV低于41%，如图所示。第七章在容量规划方面，如果便携式RPI支持的用户少于30个，或者RPI的最大内存为2 GB，则实际上不需要迁移到u64 SSD，因为p32 SD的平均CPU使用率低于60%，平均RAM使用率低于50%。这让MoodleBoX用户感到放心。为了支持更多的用户，应该首先考虑超频，其次是SSD和64位操作系统。在最好的情况下，CPU性能从SD卡上的32位操作系统（p32 SD）提高到SSD上的64位超频操作系统（u64 SSD-OV），提高了18.1%。相对响应时间提高了11.9秒，一个中等规模的课程与100个用户。用于安装创建所需软件的自动化脚本RPI64BoX环境基于MoodleBoX，并在GitHub上以ansible脚本的形式提供[27]。可供使用的磁盘映像也可在线下载[28]。这对于那些希望免除在Ubuntu 64位ARM操作系统上手动设置和配置LAMP堆栈以使其可移植的用户非常有用。最后，实验的意义是多重的。（1）它提供了RPI4作为便携式3层Web服务器的真实性能信息(2)它表明操作系统的选择会影响整体吞吐量。(3)它提供了通过USB 3.0总线在Web服务器的整体性能中使用更快磁盘的洞察力，以及评估和比较存储设备的简单方法。(4)将RPI4硬件推向极限和CPU超频的实验证实了稀缺资源是CPU本身。此信息为未来与RPI 4等物联网设备的3层性能改进相关的工作提供了重要提示;例如，优化CPU密集型操作可以进一步提高吞吐量和响应时间。(5)整个Web服务器环境作为磁盘映像可用，可以传输到磁盘并从RPI或类似的IoT设备引导磁盘映像可以用作基准，以评估其他RPI替代品，如RockPi 4 [36]，Orange Pi 4 [37]和即将推出的RPI设备版本与RPI 4相比，作为3层Web服务器的竞合利益作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作附录A. 补充数据本文的补充数据，包括视频摘要，可以在https://doi.org/10.1016/j.array.2022.100196在线找到，或通过扫描以下QR码。R. Dhuny等人阵列15（2022）1001969=引用[1] MagPi。销量飙升至64辆以上。 2017年：56：8。[2] 巴恩斯河Eben Upton谈Raspberry Pi 3。MagPi 2016.访问时间：2021年6月20日。[联机]。可通过以下网址获得：https://magpi.raspberrypi.org/articles/pi-3-interview。[3] 劳顿湾LAMP照亮企业发展努力。计算机（长。海滩. Calif）。2005;38（9）：18-20. https://doi.org/10.1109/MC.2005.304网站。[4] Louridas P.企业应用程序的组件堆栈。IEEE Softw. 2016;33（2）：93-8。https://doi.org/10.1109/MS.2016.57。Mar.[5] Wappalyzer。Web服务器市场份额。2020.https://www.wappalyzer.com/technologies/web-servers/. 2021年6月21日访问[6] 框架技术Web使用分布。2021. 8月26日，https：//trends.builtwith.com/framework网站。2021年8月30日访问[7] MoodleBoX. MoodleboX支持被拘留者的教育。2018. https：//moodleboX.net/en/news/caen-detention-centre/. 2021年4月6日访问[8] Moodle统计。2021年https://stats.moodle.org/网站。4月访问2021年6月[9] Sevcik PJ.定义应用程序性能指数。公共汽车评论2005;20：8-10 [在线].可查阅：http://apdex.org/docs/Defining_The_Application_Performance_Index.pdf。[10] 新遗物，Apdex。衡量用户满意度|新的遗物文件2013.https://docs.newrelic.com/docs/apm/new-relic-apm/apdex/apdex-measure-user-satisfaction/. 2021年4月6日访问[11] N. 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