基于云計(jì)算的軟件測試平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

賀敏超，劉思洋，霍朝賓

(中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京 100083)

0 引言

隨著云計(jì)算由概念化步入實(shí)質(zhì)性應(yīng)用階段，各國紛紛加快推動(dòng)云計(jì)算的發(fā)展和應(yīng)用。我國也把云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)納入到了“十三五”規(guī)劃當(dāng)中，加強(qiáng)了對(duì)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的研究。云計(jì)算是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的計(jì)算方法，它自己有著完備的數(shù)據(jù)庫，是一種新流行的科學(xué)計(jì)算方法[1]。目前我國的云計(jì)算技術(shù)處于重要的導(dǎo)入和發(fā)展階段，云計(jì)算在核心技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系、商業(yè)模式和安全穩(wěn)定等方面與國外還存在著差距，還需要更多的積極探索和應(yīng)用實(shí)踐。云計(jì)算具有高可靠性、高性價(jià)比和高便捷性的特點(diǎn)[2]。云計(jì)算技術(shù)主要通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式向用戶交付所需資源，其中，云計(jì)算技術(shù)在測試領(lǐng)域的應(yīng)用也為軟件系統(tǒng)測試帶來了新的曙光。

1 概述

云測試是基于云計(jì)算技術(shù)的一種新型測試模式。通過云測試平臺(tái)，測試人員能夠充分地整合測試資源，敏捷的開發(fā)管理，利用最少的資源投入來完成軟件測試工作，進(jìn)一步提高測試工具和環(huán)境的利用效率，避免重復(fù)建設(shè)。云測試平臺(tái)可以提供一整套測試環(huán)境，測試人員利用虛擬桌面等手段登錄到該測試環(huán)境，不同用戶只需要列出測試目的、環(huán)境要求及使用時(shí)間，即可從云端獲得相應(yīng)的測試資源。利用虛擬化技術(shù)，在指定硬件配置、軟件棧(操作系統(tǒng)、中間件、工具軟件)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?，測試人員就可以立即展開測試，既降低了軟硬件安裝、環(huán)境配置和維護(hù)的代價(jià)，又增強(qiáng)了測試的靈活性。云測試平臺(tái)還能夠提供過程管理平臺(tái)，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)測試過程質(zhì)量的監(jiān)督。

2 云測試平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)

云測試平臺(tái)主要分為4層，平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。物理設(shè)備層和虛擬資源層主要為云測試平臺(tái)提供物理基礎(chǔ)設(shè)施支撐，管理平臺(tái)層主要在設(shè)備資源、用戶、安全、過程以及知識(shí)庫管理方面提供軟件管理策略及手段；頂層即測試服務(wù)層，主要提供虛擬測試資源的在線共享業(yè)務(wù)和開展在線測試業(yè)務(wù)。

2.1 物理設(shè)備層

物理設(shè)備層是云測試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，主要包括通用的云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)硬件設(shè)施，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、磁盤陣列主機(jī)、核心交換機(jī)、路由器和測試工具等硬件，并具有測試業(yè)務(wù)實(shí)施所需的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)配置。

圖1 云測試平臺(tái)架構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)環(huán)境可以容納多款軟硬件產(chǎn)品并發(fā)執(zhí)行測試，測試工具區(qū)由測試儀表、專用測試設(shè)備、交換機(jī)組成，具有良好的兼容性，是支持云計(jì)算平臺(tái)的主要物理基礎(chǔ)。

2.2 虛擬資源層

虛擬資源層處于物理設(shè)備層之上，支持虛擬計(jì)算資源、虛擬存儲(chǔ)資源和虛擬網(wǎng)絡(luò)資源。虛擬資源層能夠?qū)⒗寐实拖碌挠布O(shè)備虛擬化，并向上層提供使用接口，根據(jù)實(shí)際硬件設(shè)備資源實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配。

云測試平臺(tái)支持基于SDN技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了第2層和第3層網(wǎng)絡(luò)的完全真實(shí)的模擬，并可實(shí)現(xiàn)不同虛擬網(wǎng)絡(luò)在第2層網(wǎng)絡(luò)下的完全隔離[3]。采用虛擬化技術(shù)，根據(jù)測試任務(wù)和測試環(huán)境的變化，能夠快速改變系統(tǒng)組織模式、硬件與軟件結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高測試效率。

2.3 管理平臺(tái)層

管理平臺(tái)層處于虛擬資源層之上，由測試資源和用戶資源的多個(gè)管理模塊組成，管理平臺(tái)層的各個(gè)模塊提供了對(duì)測試項(xiàng)目的管理功能。

由于測試項(xiàng)目部署在云平臺(tái)上，設(shè)備資源管理模塊能夠?qū)μ摂M機(jī)功能、物理機(jī)功能、資源調(diào)控和項(xiàng)目動(dòng)態(tài)遷移功能進(jìn)行管理，直接為用戶提供對(duì)底層設(shè)備物理資源虛擬化的使用接口，對(duì)測試項(xiàng)目進(jìn)行資源調(diào)控和動(dòng)態(tài)遷移。同時(shí)，系統(tǒng)具備用戶權(quán)限配置管理模塊，不同角色的用戶具有不同權(quán)限，實(shí)現(xiàn)測試項(xiàng)目的安全訪問控制。平臺(tái)通過安全管理和過程管理模塊，負(fù)責(zé)項(xiàng)目配置和測試流程管理，提供對(duì)每個(gè)測試項(xiàng)目的全生命周期管理和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)輔助分析。

測試知識(shí)庫是云測試平臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫，建立了完整的知識(shí)體系，并在測試使用過程中持續(xù)構(gòu)建、不斷擴(kuò)展知識(shí)庫內(nèi)容。在測試知識(shí)庫中，對(duì)測試標(biāo)準(zhǔn)、測試方案、測試用例和報(bào)告等信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。具有通用的測試腳本，便于進(jìn)行二次開發(fā)；知識(shí)庫中保存了常用測試拓?fù)滟Y源，能夠有效提高測試效率。

2.4 測試服務(wù)層

測試服務(wù)層能夠提供虛擬測試資源共享服務(wù)和在線測試服務(wù)。

虛擬測試資源共享服務(wù)的載體為云測試管理平臺(tái)。最底層是由高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安全防護(hù)設(shè)備組成的云計(jì)算物理資源池，在云計(jì)算物理資源池之上是一個(gè)高性能的云計(jì)算資源管理平臺(tái)，對(duì)下管理云計(jì)算物理資源池中的物理資源，對(duì)上為云測試平臺(tái)網(wǎng)站上的在線測試服務(wù)、應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)及云測試平臺(tái)網(wǎng)站本身提供計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源。

虛擬測試資源共享服務(wù)可實(shí)現(xiàn)：

(1)為測試業(yè)務(wù)提供計(jì)算資源

在云計(jì)算資源管理后臺(tái)，通常可在短時(shí)間內(nèi)獲得任意數(shù)量測試業(yè)務(wù)所需的主機(jī)，這一特性使得測試業(yè)務(wù)的實(shí)施可以完全動(dòng)態(tài)、按需使用計(jì)算能力[4]。

(2)為測試業(yè)務(wù)提供存儲(chǔ)資源

云計(jì)算資源管理后臺(tái)設(shè)計(jì)了塊存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化的功能，該功能可以為主機(jī)提供虛擬的塊存儲(chǔ)設(shè)備(blockstorage)，存儲(chǔ)了公共資源知識(shí)庫，分別為案例庫、用例庫、缺陷庫和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫；還包括了測試環(huán)境、測試過程所需要的數(shù)據(jù)等[5]。它獨(dú)立于主機(jī)的生命周期而存在，可以被連接到任意運(yùn)行中的主機(jī)上。

(3)為測試業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)資源

云計(jì)算資源管理后臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以SDN方式來實(shí)現(xiàn)，具備二層網(wǎng)絡(luò)和三層網(wǎng)絡(luò)的功能，分別稱之為路由器和私有網(wǎng)絡(luò)(VxNet)。路由器用于多個(gè)受管私有網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)，并提供五項(xiàng)附加服務(wù)：DHCP服務(wù)、端口轉(zhuǎn)發(fā)、隧道服務(wù)、VPN服務(wù)、過濾控制，涵蓋了常用的網(wǎng)絡(luò)配置與管理工作。私有網(wǎng)絡(luò)(Virtual Extensible Network，VxNet)類似物理世界中使用交換機(jī)將多臺(tái)物理服務(wù)器連接在一起組成的局域網(wǎng)。云計(jì)算資源管理后臺(tái)為每個(gè)用戶提供了一個(gè)缺省基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)VxNet-0，其內(nèi)置有DHCP服務(wù)，用戶只需要將主機(jī)接入缺省基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)即可獲得內(nèi)網(wǎng)IP地址，并與其他主機(jī)內(nèi)部連通。

(4)為測試實(shí)施提供備份

云測試平臺(tái)具有在塊設(shè)備級(jí)別上進(jìn)行硬盤的備份與恢復(fù)的能力，可以同時(shí)對(duì)多張硬盤(包括系統(tǒng)盤和數(shù)據(jù)盤)做備份，也可以對(duì)正在運(yùn)行的主機(jī)做在線備份。一張硬盤可以有多個(gè)備份鏈，每條備份鏈包括一個(gè)全量備份點(diǎn)以及多個(gè)增量備份點(diǎn)，備份可用于捕捉硬盤在某一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)，未來可以隨時(shí)恢復(fù)到這個(gè)狀態(tài)。

(5)為測試資源提供負(fù)載均衡器

負(fù)載均衡器可以將來自多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的訪問流量分發(fā)到多臺(tái)主機(jī)上，且支持自動(dòng)檢測并隔離不可用的主機(jī)，從而提高業(yè)務(wù)的服務(wù)能力和可用性[6]。同時(shí)，還可以隨時(shí)通過添加或刪減主機(jī)來調(diào)整服務(wù)能力，而且這些操作不會(huì)影響業(yè)務(wù)的正常訪問。

(6)為測試業(yè)務(wù)的實(shí)施提供映像服務(wù)

映像(Image)是一個(gè)包含了軟件及必要配置的機(jī)器模版。作為基礎(chǔ)軟件，操作系統(tǒng)是必需的，用戶也可以根據(jù)自己的需求將任何應(yīng)用軟件(比如數(shù)據(jù)庫、中間件等)放入映像中。云測試平臺(tái)為了使測試用戶快速建設(shè)測試環(huán)境，為用戶提供了兩類映像。其一是在云測試平臺(tái)云計(jì)算資源管理后臺(tái)提供的“系統(tǒng)映像”，包括了Linux、Windows等操作系統(tǒng)。其二是用戶通過捕獲一個(gè)主機(jī)來自行創(chuàng)建的，為“自有映像”。

測試服務(wù)層直接面向用戶提供主要的測試功能。云測試平臺(tái)為用戶提供了可覆蓋軟件測試全生命周期的測試過程管理平臺(tái)，集成了開展測試所需的各種測試工具和環(huán)境，可向用戶提供專業(yè)的靜態(tài)分析、單元測試、集成測試、配置項(xiàng)測試和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等在線測試服務(wù)[7]，測試過程如圖2所示。

圖2 軟件在線測試過程

(1)靜態(tài)分析

用戶可在云測試平臺(tái)使用C/C++語言靜態(tài)分析工具對(duì)軟件進(jìn)行代碼質(zhì)量檢查和度量分析，F(xiàn)PGA軟件使用編碼規(guī)則檢查工具和靜態(tài)時(shí)序分析工具進(jìn)行編碼規(guī)則檢查和靜態(tài)時(shí)序分析，并可在線生成分析報(bào)告。

(2)單元測試

軟件單元測試的目的是檢查每個(gè)軟件單元能否正確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)說明中的功能、性能、接口和其他設(shè)計(jì)約束等要求，發(fā)現(xiàn)單元內(nèi)可能存在的各種錯(cuò)誤。用戶可針對(duì)不同類型的軟件在云平臺(tái)選擇不同的單元測試工具，例如TBrun或C++test，針對(duì)軟件單元開展語句、分支、條件、路徑等覆蓋率測試，生成測試報(bào)告。

(3)集成測試

軟件集成測試的目的是檢驗(yàn)軟件單元和軟件部件之間的接口關(guān)系，并驗(yàn)證軟件部件是否符合設(shè)計(jì)要求。集成測試是在單元測試的基礎(chǔ)上，在將所有的軟件單元按照概要設(shè)計(jì)規(guī)格的要求組裝成模塊、子系統(tǒng)或系統(tǒng)的過程中各部分工作是否達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)及要求的活動(dòng)。用戶可在云平臺(tái)使用TBrun或C++test工具針對(duì)軟件開展集成測試，生成測試報(bào)告。

(4)配置項(xiàng)測試

軟件配置項(xiàng)測試的目的是檢驗(yàn)軟件配置項(xiàng)與軟件需求規(guī)格說明的一致性。軟件配置項(xiàng)測試內(nèi)容包括：功能測試、性能測試、接口測試、余量測試和邊界測試、人機(jī)交互界面測試、強(qiáng)度測試、可靠性測試、安全性測試、恢復(fù)性測試、安裝性測試等[8]；針對(duì)嵌入式系統(tǒng)，云測試平臺(tái)可提供全數(shù)字化仿真環(huán)境，用戶可利用該環(huán)境運(yùn)行被測軟件，檢驗(yàn)軟件的功能、性能等指標(biāo)是否滿足需求規(guī)格說明要求；FPGA軟件可開展功能仿真測試、門級(jí)仿真測試和時(shí)序仿真測試。

(5)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

云測試平臺(tái)能夠基于測試數(shù)據(jù)庫，支持對(duì)各類測試信息的查詢和統(tǒng)計(jì)，確保各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表的完整性、準(zhǔn)確性和一致性；針對(duì)每個(gè)被測對(duì)象，給出測試用例的執(zhí)行情況與執(zhí)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)表，軟件問題匯總及其分類統(tǒng)計(jì)表；支持各類報(bào)表的定制和自動(dòng)生成，支持?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比分析和圖像化顯示功能，并能夠?qū)Σ樵兘Y(jié)果進(jìn)行導(dǎo)出和備份。

3 云技術(shù)測試平臺(tái)優(yōu)勢分析

云測試平臺(tái)提供的服務(wù)范圍廣，可擴(kuò)展性強(qiáng)。相比于傳統(tǒng)測試方式，云測試的優(yōu)勢顯著：能夠隨著測試需求的頻繁變化，提供可在云端部署、配置的測試環(huán)境，集成大量測試工具集，極大地減少成本投入，并且能夠更加真實(shí)地模擬分布式虛擬用戶環(huán)境，滿足對(duì)不同測試工具和操作系統(tǒng)的需求。測試人員利用云測試平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)盡早測試，使得各種大型試驗(yàn)可以交叉并行開展，開發(fā)和測試并行推進(jìn)，不必在項(xiàng)目最后階段才進(jìn)行測試，從而能夠顯著提高效率，加速測試進(jìn)程。

4 結(jié)論

隨著云計(jì)算技術(shù)的推廣和普及，基于云技術(shù)的測試平臺(tái)將會(huì)成為今后的一個(gè)發(fā)展趨勢，云計(jì)算的快速發(fā)展在給人們帶來諸多好處的同時(shí)，也帶來了新的安全隱憂，其安全防護(hù)技術(shù)也有待進(jìn)一步深入研究，與傳統(tǒng)信息系統(tǒng)相比，云測試平臺(tái)有其自身的特殊性，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)架構(gòu)，加強(qiáng)安全防護(hù)措施，以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展。