PROYECTO FINAL DE CARRERA. Desarrollo de un plugin de JMeter para la minería de datos de estructuras de páginas web.

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1 ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR UNIVERSITAT DE LES ILLES BALEARS PROYECTO FINAL DE CARRERA Estudios : Ingeniería en Informática Título: Desarrollo de un plugin de JMeter para la minería de datos de estructuras de páginas web. Documento : Alumno: Director : Memoria del proyecto Agustín Sabater Piñeiro Carlos Guerrero Tomé Fecha: lunes 26 de septiembre de 2011

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3 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos Desarrollo de un plugin de JMeter para la minería de datos de estructuras de páginas web. Memoria del Proyecto Fin de Carrera de Agustín Sabater Piñeiro. Este proyecto comprende el análisis, diseño y desarrollo de una herramienta para la minería de datos de estructuras de páginas web. Universidad de las Islas Baleares Página 3 de 29

4 INDICE 1 INTRODUCCIÓN CONCEPTOS TEÓRICOS... 7 A. 2.1 ORIENTACIÓN A OBJETOS Y JAVA Introducción Orientación a objetos Características de Java A. 2.2 APACHE SOFTWARE LICENSE A. 2.3 PRUEBAS DE CARGA A. 2.4 JMETER DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN A. 3.1 OBJETIVOS INICIALES A. 3.2 COMPARACIÓN DE HERRAMIENTAS DE TESTING HTTP JCrawler SOLEX JMeter A. 3.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO A. 3.4 IDENTIFICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS A. 3.5 SOLUCIONES ADOPTADAS Código abierto Facilitar la adicción de nuevos desarrollos IMPLEMENTACIÓN DE LA SOLUCIÓN A. 4.1 HTML DOWNLOADER TRABAJOS FUTUROS CONCLUSIONES LISTADO DE ACRÓNIMOS ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS BIBLIOGRAFÍA REFERENCIAS ANEXOS A. 1. CÓDIGO FUENTE DE LOS DESARROLLOS A Plugin HTML Downloader A Plugin XPath Model Analyzer A Plugin XPath Model Analyzer A Plugin XPath Model Analyzer GUI... 29

5 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos Universidad de las Islas Baleares Página 5 de 29

6 1 Introducción Último apartado a escribir.

7 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos 2 Conceptos teóricos A. 2.1 Orientación a objetos y Java En este capítulo se estudian los conceptos de la orientación a objetos y las características de Java, ya que la aplicación se ha desarrollado en este lenguaje, tanto los plugins de JMeter como el propio JMeter Introducción Java es actualmente uno de los lenguajes de programación más populares. Con él se pueden diseñar todo tipo de aplicaciones: Programas ejecutables, Applets, aplicaciones de servidor, aplicaciones para teléfonos móviles, etcétera. Diseñado por Sun Microsystems alrededor de 1991, nació como un proyecto de investigación para desarrollar software de comunicación entre aparatos electrónicos de consumo como televisores, equipos de música, etc. El problema surgió al observar que cada aparato podía contar con un procesador diferente y un muy limitado espacio de memoria, por lo tanto, el objetivo de este nuevo diseño eran crear un leguaje independiente de la plataforma. Java es un lenguaje orientado a objetos, por lo tanto, su sintaxis ayuda al programador a generar programas modulares y a que éstos sean fácilmente sostenible Orientación a objetos La programación orientada objetos es un modelo de programación que utiliza objetos, ligados mediante mensajes, para la solución de problemas. En el fondo es como una extensión natural de la programación estructurada, para potenciar los conceptos de modularidad y reaprovechamiento de código. Pensando en un determinado problema que intentemos resolver, se pueden identificar entidades de interés, que pueden ser potencialmente objetos y que poseen un conjunto de propiedades, también llamados atributos, y un conjunto de métodos que definen su comportamiento. También se pueden identificar un conjunto de interrelaciones entre ellos conducidas por mensajes a los que se responden mediante métodos. Universidad de las Islas Baleares Página 7 de 29

8 Viendo un ejemplo de cómo puede ser una entidad bancaria se pueden identificar diversas entidades como pueden ser, por ejemplo, las cuentas de los clientes. Estas cuentas pueden verse como objetos que tienen unos atributos como pueden ser el nombre, el número de la cuenta, etc. Además, poseen un conjunto de métodos que pueden ser ingresar dinero, consultar el saldo, hacer una transferencia, etc. Se podría pensar en hacer una transferencia de la siguiente manera: cuenta1.transferencia(cuenta2); Transferencia es el mensaje que el objeto cuenta2 envía al objeto cuenta1, teniendo como resultado la ejecución del método transferencia. Trabajar a este nivel de abstracción simplifica un poco más el trabajo Elementos básicos de la programación orientada a objetos Los elementos básicos son: objetos, mensajes, métodos y clases Objetos Un programa orientado a objetos se compone únicamente de objetos, que son una encapsulación de datos y los métodos necesarios para manipularlos. En definitiva, un objeto es una entidad que tiene unos atributos propios, propiedades, y una forma determinada de operar sobre éstos, que son los métodos Mensajes Cuando se ejecuta un programa orientado a objetos, los objetos reciben e interpretan mensajes de otros objetos, a diferencia de la programación tradicional, en que los datos son pasivos. Un mensaje está asociado a un método, así cuando un objeto recibe un mensaje la respuesta es ejecutar un método Métodos Un método se implementa en una clase de objetos y determina cómo tiene que actuar el objeto cuando recibe un mensaje vinculado a ese método. Al mismo tiempo, un método puede enviar mensajes a otros métodos.

9 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos Clases Una clase es un tipo de objetos, equivale a la generalización de un conjunto de objetos. Una instancia es una representación concreta de una clase. En el ejemplo de la entidad bancaria, cuenta1 y cuenta2 son instancias de la clase Cuenta y cada una tiene sus propios datos, sus métodos son comunes a ambos objetos. En definitiva, cuando se diseña una clase, la estructura interna del objeto se oculta a los usuarios, éstos sólo tienen que conocer los mensajes. Los datos internos del objeto sólo deben ser manipulados por los métodos asociados a este objeto. Objeto Mensajes Datos Métodos Figura 1 Representación de un objeto Características de la programación orientada a objetos Las características fundamentales son la abstracción, el encapsulamiento, la herencia y el polimorfismo. Abstracción Gracias a la abstracción, podemos no detenernos en los detalles concretos de las cosas que no interesen en cada momento y ver las cosas a un nivel más global. No interesa ver la implementación de las clases en sí (a la hora de utilizarlas), sino que basta con saber la especificación de los métodos que tiene, esto incluye parámetros de entrada, valores de salida y qué hace el método. Universidad de las Islas Baleares Página 9 de 29

10 Encapsulamiento Gracias al encapsulamiento los objetos se ven como una caja negra, permaneciendo oculta su estructura interna. La abstracción y el encapsulamiento están representadas por la clase. La clase es una abstracción, porque en ella se definen las propiedades o atributos de un conjunto de objetos con características comunes, y también es una encapsulación porque constituye una caja negra que encierra los datos que almacena cada objeto y los métodos para manipularlos. Herencia La herencia permite la reutilización del código y organiza las clases en jerarquías. Una clase que herede de otra contendrá todos los métodos y atributos que ésta última tenía, además de que los métodos se pueden redefinir en las clases que hereden para especializarlos en esta subclase. Por ejemplo, si tenemos la clase FiguraGeometrica, esta clase tendrá unos atributos como pueden ser el número de lados o el color de la figura. También tendrá, entre otros, un método como puede ser pintar, aunque en esta clase en sí no interesa definir este método. Podemos tener clases que hereden de FiguraGeometrica que se especialicen en una determinada forma como pueden ser la clase Cuadrado o la clase Triangulo. Esas clases tendrán información adicional, como por ejemplo, en caso del triángulo, los ángulos de los lados. Además redefinirán el método pintar para que cada clase pinte lo necesario. FiguraGeometrica Triángulo Cuadrado Figura 2 Ejemplo de Herencia

11 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos La herencia puede ser múltiple en caso de que una clase herede de más de una, o simple, en el caso de que una clase herede de otra. Esta última clase recibe el nombre de superclase. En el ejemplo, FiguraGeometrica es la superclase y la herencia es simple. Polimorfismo Gracias a esta característica se pueden implementar múltiples formas de un mismo método dependiendo de la clase sobra la que realice la implementación. En el ejemplo anterior, cada clase redefinía su método pintar, que era común a todos. Con esto se consigue acceder a una variedad de métodos, todos con el mismo nombre, con el mismo medio de acceso. Constructores y destructores Un constructor es un procedimiento de una clase que se llama automáticamente siempre que se crea una instancia nueva de esta clase con los parámetros que se especifique en la clase. Se encarga de iniciar el objeto. Un destructor es un procedimiento que se llama cada vez que se destruye un objeto de la clase. Se encarga de hacer cualquier tarea final antes de destruir el objetivo Características de Java Una de las características que más diferencian a Java es que es un lenguaje semi-interpretado. En los lenguajes tradicionales, el proceso de compilación tiene como resultado un fichero en ensamblador (más concretamente en código máquina) que el procesador puede interpretar. En este caso es necesario un compilador distinto para cada tipo de arquitectura de la máquina, ya que las instrucciones a nivel de procesador son distintas. Programa escrito en lenguaje de alto nivel Compilador (dependiente HW) Programa en lenguaje máquina (dependiente HW) Figura 3 Proceso de compilación de un lenguaje tradicional A diferencia de este caso, Java es independiente de la plataforma. Esto quiere decir que un programa compilado en Java puede ejecutarse en cualquier tipo de máquina a condición de que tengan instalada la máquina virtual de Java (que sí es dependiente de la plataforma). La máquina virtual hace de intérprete, leyendo los programas y ejecutándolos sobre la plataforma en concreto. Universidad de las Islas Baleares Página 11 de 29

12 Normalmente los intérpretes no necesitan un proceso de compilación, es decir, pueden interpretar directamente el código de alto nivel. Sin embargo, el gran inconveniente de estos intérpretes es que los programas sufren una importante pérdida de rendimiento, ya que deben ʻcompilarʼ el programa a medida que lo ejecutan. Es por este motivo que en Java los programas se compilan y el resultado es un código intermedio, conocido como bytecodes. Estos bytecodes son interpretados por la máquina virtual, por lo que también hay una pérdida de rendimiento, pero no es tan acusada como en un lenguaje puramente interpretado. Programa escrito en Java Compilador Bytecodes Ejecución en máquina virtual de Java Figura 4 Proceso de compilación en Java Java está desarrollado por Oracle en la actualidad y hay disponibles máquinas virtuales para la gran mayoría de plataformas actuales. Java tiene todos los aspectos comentados anteriormente sobre la programación orientada a objetos, como rasgos más generales se pueden destacar: Sólo permite herencia simple, es decir, una clase sólo puede heredar de otra. Hay una excepción a esta regla, y es que todas las clases heredan siempre de la clase Object. Para intentar arreglar el problema de la herencia simple existen los interfaces, que son parecidos a plantillas que las clases están obligadas a implementar. Por ejemplo, cualquier objeto que escuche eventos del sistema operativo deberá implementar la interfaz ActionListener, que son un conjunto de llamadas que hará la máquina virtual cuando se produzca un evento. No existe memoria dinámica, la maneja automáticamente la máquina virtual de Java al crear o destruir objetos. Todos los parámetros se pasan por referencia, con la única diferencia de todos los tipos simples o primitivos, que son: int, char, boolean, float, etc., que se pasan siempre por valor. Su sintaxis es muy parecida a la de C++, aunque hay diferencias. Dispone de numerosos paquetes (agrupaciones de clases) que sirven de apoyo para realizar aplicaciones más rápidamente.

13 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos A. 2.2 Apache Software License 2.0 Licencia permisiva y moderna (de Enero de 2004), la Apache Software License es una nueva versión de otra licencia permisiva y simple, la Apache 1.0 y 1.1. Se usa para distribuir el software de la fundación Apache (servidor apache, compilador ANT, servidor Tomcat, JMeter, etc.) y otro software con tecnología Java. La versión original era muy similar a BSD, añadía la obligación de publicitar ( This Software includes software developed by the Apache Software Foundation") y una prohibición de usar el nombre Apache sin autorización de la Fundación (como que es una marca, esta prohibición es una repetición del que lo que dice la ley). Per eso, es incompatible con la GPL. Se renovó a principios de 2004 pera seguir el camino tomado por licencias de tipo Mozilla, con definiciones más precises ("contribuciones", "obras", "obras derivadas" etc.), pactos sobre patentes y la inclusión de un archivo "notice.txt" per a resaltar cualquier comentario legal. Así mismo, va precisar los derechos cedidos en las licencias, per ejemplo para incluir el derecho de sublicenciar el producto. A. 2.3 Pruebas de carga Un aspecto que, a veces, solemos olvidar es el de la concurrencia de visitas a un sitio web. Si un sitio web tiene cierto éxito, es lógico pensar que reciba múltiples visitas simultáneas y, claro, conforme aumenta el número de visitas aumenta la carga de nuestro sitio, lo que puede derivar en un aumento del tiempo de respuesta o, en el peor de los casos, la caída de nuestra web. A. 2.4 JMeter JMeter es una herramienta de escritorio de software libre, desarrollada en Java y auspiciada por Apache, con la cual podemos lanzar un aluvión de visitas a nuestra web (mediante una "visita tipo" definida en una plantilla) y medir los tiempos de respuesta y el rendimiento global del sistema. En su origen, esta herramienta estaba orientada a sitios web, de hecho, todavía se sigue usando, pero con el paso del tiempo ha ido incluyendo más escenarios de pruebas y, prácticamente, podemos realizar pruebas en servidores de correo o bases de datos. Universidad de las Islas Baleares Página 13 de 29

14 En la Figura 5 puede observarse una ejecución del programa JMeter midiendo el desempeño de un servidor Web. Figura 5 JMeter midiendo el desempeño de un servidor

15 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos 3 Desarrollo de la solución A. 3.1 Objetivos iniciales El objetivo del proyecto es desarrollar una herramienta que haga posible analizar la evolución del código fuente de las páginas de un servicio web. Para ello, es necesario que la aplicación sea capaz de conectarse tanto a webs públicas como a aquellas que necesiten autenticación. Tenemos libertad para elegir el lenguaje de desarrollo, la plataforma de funcionamiento de la aplicación y el tipo de licencia que queremos para la herramienta a desarrollar. En definitiva, queremos conseguir un medio que haga posible comprobar como evolucionan las páginas en el tiempo. Como primer paso, se hizo una búsqueda de herramientas que hiciesen la parte de gestión de la capa de red pudiesen incluir plugins. Después de una primera ojeada a las soluciones existentes refinamos los requerimientos para el software de testing, que se definieron en base a la siguiente lista ordenada por prioridad:: 1. El software debe ser gratuito 2. El software debe dar acceso al su código fuente 3. El software debe dar la posibilitad de desarrollar añadidos (plugins) 4. El software debe tener una documentación completa i actualizada 5. El software debe tener una comunidad activa per resolver el dudas técnicas A. 3.2 Comparación de herramientas de testing HTTP Antes de comenzar a desarrollar una herramienta para realizar la tarea encomendada, hicimos un análisis comparativo de las herramientas existentes, y son, las que a continuación se muestran: JCrawler Aplicación opensource para realizar test de estrés a aplicaciones web. A partir de una dirección URL puedes realizar una navegación. Admite redirecciones HTTP y cookies. Es independiente de la plataforma, incluye un modo consola y es sencillo de configurar. Es apropiado para portales complejos, en los que hay que probar todas las páginas de portal y no tan sólo algunas direcciones. Permite realizar test de redirects http y cookies. Esta ventaja no era algo específicamente solicitado por Carlos Guerrero. Universidad de las Islas Baleares Página 15 de 29

16 Es código abierto lo cual ofrece confianza, ya que cuando se detecte un fallo, este podrá ser detectado y corregido por la comunidad. Esta es una gran ventaja si la maquina sobre la que se quiere hacer correr el test carece de grandes recursos de hardware. Funciona a través del terminal, modo consola, por lo que gana en velocidad a su competidores a la hora de mostrar los resultados. JCrawler está basado en peticiones/segundos y no en X hilos atacando una web (ya que en estos últimos casos puede ser que realmente sólo haya 2 peticiones por segundo aunque haya 200 hilos activos). Otra ventaja es que es multiplataforma, funciona en cualquier sistema operativo soportado por JAVA como Windows, Mac o Linux. Como última ventaja destacar que es fácil de configurar ya que toda la configuración se reduce a un fichero de configuración XML. En la figura 1 se puede observar un ejemplo de ejecución del programa JCrawler dentro de una Línea de Comandos de Windows. Como se puede suponer, la interfaz gráfica le permite aumentar considerablemente el rendimiento a costa de hacer más complicado su uso. Figura 6 Línea de Comandos de Windows ejecutando JCrawler Después de una serie de pruebas decidimos no seguir por este camino, ya que la herramienta no nos daba todas las características deseadas. No teníamos una documentación completa, ni una comunidad de soporte, ni módulos de descarga, ni módulos de análisis XHTML. Por todo ello, se dejó de pensar en JCrawler como una herramienta para desarrollar la tarea encomendada.

17 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos SOLEX Es una herramienta Opensource para el testing creada para ser implantada como un Plugin de Eclipse. Solex permite grabar la sesión de un usuario, facilitando su configuración en función de diferentes parámetros para poder ser utilizado posteriormente y ser repetida, de manera que aseguremos la no regresión de la aplicación. Así mismo, también nos permite realizar pruebas de estrés y rendimiento contra la aplicación web. Figura 7 Ventana del IDE Eclipse con el Plugin Solex Después de hacer unas cuantas pruebas con este plugin determinamos que no nos servía para el proyecto porque necesitábamos una serie de características que no proporcionaba, como son: módulo para autenticación de usuarios, módulo de gestión de descargas, etcétera. Por todo ello, decidimos abandonar esta opción. Universidad de las Islas Baleares Página 17 de 29

18 3.2.3 JMeter JMeter es una herramienta de código abierto desarrollado por la fundación Apache, que se utiliza para realizar test de rendimiento, normalmente contra aplicaciones web. Con JMeter podemos realizar simulaciones de gran carga en el servidor, red o aplicación para comprobar su capacidad de aguante y para analizar el rendimiento delante de diferentes tipos de sobrecarga. JMeter permite realizar test sobre servidores Web, SOAP, Base de datos, LDAP, JMS, de correo. Funciona en cualquier sistema que tenga una versión de Java (Windows, Apple, Linux i Solaris). Permite la realización de test de forma concurrente, hecho que se consigue en situaciones de mucha carga de usuarios. Se pueden realizar test distribuidos, multihilo y es extensible mediante la inclusión de plugins; y tiene una extensa documentación, y una gran comunidad que invita a desarrollar nuevos plugins opensource. En la Figura 8 podemos ver una ventana del programa JMeter. Figura 8 Ventana del JMeter

19 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos A. 3.3 Justificación del proyecto El profesor Carlos Guerrero necesita una herramienta con la que pueda comprobar si su solución para el sistema de caché de servidores web ofrece un mejor rendimiento que los sistemas actuales. Como no se puede acceder a los logs del servidor de páginas web importantes, la única solución es realizar un muestreo analizando cada X segundos, según la página, para mirar cómo ha cambiado. O sea, que la idea es crear un robot que pueda explorar una lista de webs viendo como van cambiando con el tiempo. A. 3.4 Identificación de los requerimientos Analizando el apartado anterior se pueden obtener unos requerimientos básicos para la utilidad: Es necesario que la herramienta desarrollada pueda obtener el código fuente de las páginas web, cada cierto tiempo. Es necesario que la herramienta permita gestionar el conjunto de webs de las que se realizará la recuperación del código fuente. Es necesario poder recuperar webs públicas y privadas (que necesiten identificación). Es necesario que la herramienta pueda generar un modelo de los fragmentos que tienen los códigos fuente anteriormente obtenidos. Es necesario que la herramienta pueda comparar los modelos de una misma página web en diferentes planos de tiempo sucesivos, para ir creando un log de cambios de la página. A. 3.5 Soluciones adoptadas Código abierto Para poder liberar el código al terminar el desarrollo no utilizaremos programas propietarios ni herramientas propietarias. Al no querer obtener ningún beneficio económico por el trabajo realizado preferimos liberarlo a la comunidad para que lo aproveche Facilitar la adicción de nuevos desarrollos Para que una vez finalizado el proyecto otras personas puedan desarrollar nuevas clases que amplíen las funcionalidades del plugin o las mejoren, todo el código estará adaptado para admitir ampliaciones y cambios. Todos los detalles referentes a este punto están explicados capítulos posteriores. Universidad de las Islas Baleares Página 19 de 29

20 4 Implementación de la solución El proyecto se ha desarrollado como una estructura de plugins del programa JMeter, estos plugins tienen como objetivo ayudar al profesor Carlos Guerrero en su búsqueda de una mejora de los sistemas de cache de los servidores web. Así mismo estos plugins pueden usarse en planes de prueba destinados a comprobar el comportamiento de servidores web. La estructura de plugins se compone de los siguientes elementos: HTML Downloader, XPath Model Analyzer y Directed acyclic graph Viewer. A continuación se detallan el funcionamiento y la estructura de cada uno de ellos. A. 4.1 HTML Downloader El plugin HTML Downloader se encarga de guardar en un fichero de texto el código fuente de las páginas visitadas, así como crear un log de los ficheros descargados junto con el momento de la descarga. Es un plugin de tipo receptor (Listener) que solamente se encarga de recibir la respuesta del servidor y guardarla en ficheros. La buena programación de la comunidad de plugins de JMeter invita a no exceder las funciones de un Listener dejando cada plugin con una tarea bien diferenciada. Figura 9 - Captura del plugin HTML Downloader

21 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos El plugin está basado en el desarrollo original del plugin GraphVisualizer de la versión de JMeter 2.4 con licencia Apache License 2.0, dicha licencia se mantiene y se aplica a los otros plugins para cumplir con la ley y posibilitar el reaprovechamiento máximo del desarrollo efectuado. Universidad de las Islas Baleares Página 21 de 29

22 5 Trabajos futuros

23 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos 6 Conclusiones Universidad de las Islas Baleares Página 23 de 29

24 Listado de acrónimos URL Universal Resource Locator HTTP Hypertext Transfer Protocol XML Extensible Markup Language XHTML extensible HyperText Markup Language

25 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos Índice de figuras Figura 1 Representación de un objeto... 9 Figura 2 Ejemplo de Herencia Figura 3 Proceso de compilación de un lenguaje tradicional Figura 4 Proceso de compilación en Java Figura 5 JMeter midiendo el desempeño de un servidor Figura 6 Línea de Comandos de Windows ejecutando JCrawler Figura 7 Ventana del IDE Eclipse con el Plugin Solex Figura 8 Ventana del JMeter Figura 9 Captura del plugin HTML Downloader Universidad de las Islas Baleares Página 25 de 29

26 Índice de tablas

27 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos Bibliografía Universidad de las Islas Baleares Página 27 de 29

28 Referencias

29 PFC - Agustín Sabater Piñeiro Software para la minería de datos Anexos A. 1. Código fuente de los desarrollos A Plugin HTML Downloader A Plugin XPath Model Analyzer A Plugin XPath Model Analyzer A Plugin XPath Model Analyzer GUI Universidad de las Islas Baleares Página 29 de 29

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