基于智能云测试平台通信模块的设计

王 亮, 谢锡海2，尹成瑞

(1.青海大学 信息化技术中心， 西宁 810016；2.西安邮电大学 通信与信息工程学院， 西安 710061)

0 引言

自动化测试技术[1-3]的发展经历了捕获回放[4]、单脚本执行、关键字驱动的测试集执行[5-6]这3个阶段的发展，已经逐步走向成熟，这三者的共同特点是基于单机版的测试平台执行[7]。对于单机版测试平台来说，其测试套中的脚本运行是串行化的，当测试套中脚本规模较大时，运行一次所需的时间比较长。

智能云测试系统[8-9]的目标是在实现测试资源管理自动化的基础上，提供更高效的自动化脚本执行平台，在智能云测试系统中，需要存在大量的执行机运行在独立的计算机或者虚拟机[10]上。这些执行机需要在统一的调度程序控制下，完成启动进程、打开相应的控制台、接受并运行指定脚本、反馈当前的执行状态、结束进程的动作。然而 通用测试平台执行机的启动、运行及停止均是无人值守的。智能云测试系统内部通过命令来驱动执行机来完成，这个需求对测试平台的通信机制提出了新的挑战，并且这一通信机制对于后续测试工具及自动化的发展带来了新思路。

1 通用测试平台及通信机制

通用测试平台提供多种连接方式来连接设备，以TCL语言为基础，为测试人员提供了广泛的手工测试和自动化测试支持。通用测试平台实质是将多种不同的设备连接方式作了统一管理。避免了用户分别使用超级终端、SSH Client等不同的客户端来访问设备。所以通用测试平台需要支持同时以不同的连接方式连接设备，并与设备CLI接口进行交互。通用测试平台集成文本编辑器来支持TCL脚本的编写，使得通用测试平台集TCL脚本编辑、执行功能于一体，更加接近于TCL语言集成开发环境。

测试平台作为一个标准的Windows程序，其绝大部分功能是由主界面的各项菜单来驱动的。用户在通用测试平台主界面上的各项操作，包括点击各类菜单，编辑器中输入字符等操作，最终都会产生一系列的Windows消息，通用测试平台通过接收并处理这些消息来响应用户，并进行各项处理，大致的流程如图1所示。

图1 消息驱动

现有通用测试平台系统并不支持任何分布式特性，面对来自智能云测试系统的新需求时，进行相应升级改造。智能云测试系统执行机的功能需求实际只是当前通用测试平台系统所实现功能的一个子集，通过将外部的驱动方式由Windows消息修改为特定命令格式后，可以满足智能云测试的实际应用，将具体操作理解为驱动模块，将通用测试平台的实际功能模块理解为业务模块。将驱动模块由Windows消息转换为其他特定命令，而业务模块即可透明的支持多种应用场景，如图2所示。

图2 命令驱动

在实际实现时，考虑到通信机制的通用性，重点考虑单机版测试平台与分布式测试平台实现上的统一；通信机制需要有良好的扩展性来支撑未来需求。通过正常方式启动的通用测试平台不受任何影响，仍然是由用户通过GUI菜单产生的Windows消息来驱动；而在启动通用测试平台时给出特定命令行参数，通用测试平台会在启动时进行智能云测试服务注册，注册成功后会自动开启另外一条命令通道，接受并处理Carbon命令。

2 智能云测试系统

智能云测试[11]是在云计算的基础下一种新型测试方法。由云系统维护资源池，统一管理测试所需的环境：设备、仪器和PC机等。智能云测试系统以云为中心，将测试资源集中管理，按需动态分配，同时脚本集中在云端并发分布式执行。用户通过web接口向系统提交测试任务，设定被测设备型号，选定测试版本，测试用例，提交后系统会自动计算该任务所需要的环境，并动态分配测试组网、执行机来执行相应测试例，并及时给出结果反馈。

2.1 智能云测试系统通信机制

智能云测试通信机制本质是一种Client-Server通信机制的扩展，通过将消息报文采用标准的HTTP消息进行封装，来支持多种语言实现的服务端和客户端。也就是与编程语言无关的多客户端多服务端通信机制，如图3所示。

图3 智能云测试从通信机制

通信机制有如下特点：1)语言无关性：对于客户端和服务提供端来说，可以采用任意语言编程实现，且支持混合调用。TCL语言客户端可以调用C++服务提供端的服务，反之亦然。客户端需要调用某服务时，不需要关心还服务是采用何种语言实现；2)平台无关性：客户端、Carbon-Server和服务提供者可以运行在Windows及Linux操作系统，并且Windows系统上的客户端程序也可以向Linux系统下的某个服务发起请求并得到处理，整个过程对客户端完全透明；3)部署简单：客户端、Carbon-Server和服务提供者在同一台物理机器，亦可以完全在不同的物理机器；4)可扩展性高：由于服务和客户程序的松耦合性，在本系统中添加新的服务是极为便利的事情。不需要更改任何现有的服务提供者和客户端，相应的是，某服务提供者提供更多的功能命令时，也只需要修改该服务本身，不对其他服务造成影响。

2.2 Carbon-Server框架

Carbon-Server以C/S模式实现一个简便的进程间通信平台。基于命令行形式的服务命令调用;简便的客户端/服务实现接口;多编程语言支持;选用Selenium作为基础框架进行开发，Selenium是一款为实现 Web应用程序开源的自动化测试框架[[12-15]，其服务程序的开发和部署都相对容易，对操作系统和服务平台依赖小，可扩展性强。Selenium的通信过程如图4所示。

图4 Selenium通信结构

这个通信过程中，客户端接口将用户调用的服务器命令及参数封装在HTTP请求当中发送给Selenium-Server，Selenium-Server解析命令内容并构造JSON字符串写入到对应浏览器的命令队列。浏览器中运行的Java-Script服务程序(Core)定时向Selenium-Server发送HTTP响应(带有POST消息)。如果命令队列不为空，Selenium-Server就把命令字符串通过HTTP响应发送给服务程序运行。服务程序执行命令并把结果封装在下一个HTTP响应当中返回给Selenium-Server，最后Selenium-Server把命令结果封装在HTTP响应命令当中返回给客户端。要满足Carbon-Server的要求，Selenium-Server需要删除其中的浏览器支持部分，而主要保留了其中的通信机制、命令队列、日志处理这3个部分。并对以下几个方面进行了改进，改进后Carbon-Server的通信结构如图2所示。

图5 Carbon-Server通信结构

2.2.1 注册/撤消服务

Carbon-Server支持服务的注册和撤消。使用Carbon-Server提供的服务程序开发接口编写的服务程序，通过向Carbon-Server发送registerService命令来完成注册。Carbon-Server接受到注册命令时为服务程序创建命令队列。注册之后，服务程序就可以定时从命令队列当中读取命令。相应的，unregisterService命令撤消服务的注册。Carbon-Server会删除服务对应的命令队列，并停止处理客户端对该服务的命令请求。

2.2.2 服务队列标识

服务程序在注册Carbon-Server时，在register Service 命令中包含了服务的名称信息。Carbon-Server使用服务队列管理类来维护服务名称到对应的命令队列的映射。每一个服务创建一个命令队列，并映射到一个唯一的服务名称标识。因此，在Carbon-Server上注册的服务不能存在重名的现象。客户端在请求某个服务的命令时也必须指定服务的ServiceId。

2.2.3 并发访问

Carbon-Server的应用环境中，通常存在两种情况的并发需求:多客户端并发访问同一个服务、多客户端并发访问不同的服务。Carbon-Server使用Apache的Http包来提供HTTP服务。对于每一个HTTP请求(响应)都会创建一个处理线程。因此，并发访问实际上体现为多线程并发读写命令队列。实现时使用同步阻塞的方法来限制同时只有一个线程写入指定服务的命令队列并等待结果。

2.2.4 定时老化

Carbon-Server为每一个注册成功的服务创建一个计数器，并使用一个专门的定时器线程对所有定时器进行刷新，定时器刷新线程每隔一定时间将所有计数器的值加1。如果计数器的值达到限制的数值，则认为该服务已超时，需要删除其命令队列。另一方面，当Carbon-Server接受到服务程序发送的命令获取消息时，计数器设置为0。

2.2.5 状态查询

Carbon-Server提供listAllService命令来查询所有服务的状态。返回信息以换行符分隔，每一行对应一个服务的状态信息。行的内容又以逗号分隔为不同的列。

2.2.6 服务类型

Carbon-Server的配置文件中可以定义两种类型的服务，Internal和External：对于Internal类型的服务，Carbon-Server在启动时会自动根据配置文件的信息来启动服务程序；而对于External类型的服务，Carbon-Server不会自动启动服务(用户可以手动启动服务或在客户端通过stsrtService命令启动)。当服务的定时器超时时，对于Internal的服务，Carbon-Server会关闭原来的服务程序并重新启动，而对于External类型的服务则只是删除命令队列。

2.2.7 并发方式及命令封装

Carbon-Server支持两种服务并发方式：基于线程的并发和基于进程的并发。如果服务程序支持基于线程的并发，则主线程只处理getNewSession/releaseSession命令。则当客户端发送getNewSession命令时，服务器程序需要启动一个新的服务线程并注册到Carbon-Server。新线程的ServiceId包含一个随机的GUID和最初的服务名称。Carbon-Server会把这个ServiceId返回为客户端。这个新的线程可以作为一个单独的服务来使用。处理结束时，客户端需要发送releaseSession来释放服务线程。如果服务程序支持基于进程的并发，则不管Internal还是External类型的服务，Carbon-Server都不会自动服务程序。只有当接受到客户端的startService命令时才会通过命令行来启动服务程序。这类服务程序的第一个命令行参数必须为一个字符串参数，服务程序使用该字符串参数加上内置的服务名称作为ServiceId注册到Carbon-Server。因此，Carbon-Server在启动服务程序时需要生成一个随机的GUID作为服务启动参数。Carbon-Server使用XML字符串来封装客户端发送给服务程序的命令信息。

2.2.8 服务与客户接口

Carbon-Server提供Java/C++/TCL的服务端开发接口。不管哪种语言形式，服务开发接口都需要提供3个功能:注册命令、启动服务、停止服务。注册命令接口至少包含两个参数：命令名称和命令执行对象。通过调用注册命令接口可以建立命令名称到命令执行对象之间的映射。服务程序根据这个映射关系来执行客户端的命令请求。首先生成一个CarbonAgent对象。构造函数的参数分别指定Carbon-Server的地址、服务名称。然后使用register接口注册一系列命令。所以命令类都需要实现接口AbstractCarbonAgentCommand的方法execute。该方法传入一个字符串数组参数，返回结果也为一个字符串。Carbon-Server提供Java/C++/TCL的客户端开发接口。客户端接口实际上只需要把命令行封装在 HTTP请求中发送即可。客户程序只需要调用submit接口把命令发送给服务器执行即可。

2.3 智能云测试系统服务提供方

在智能云测试通信系统中，服务提供方由业务模块、代理模块及监听服务器组成。其中业务模块与代理模块在同一进程中，通过函数调用及回调的方式来交互。监听服务器一般在单独进程中实现，进程间采用Socket方式封装HTTP消息来实现。

对于执行机分布式执行的场景来说，业务模块代表通用测试平台进程，代理模块在CCarbonAgent.dll中实现，为通用测试平台进程提供业务注册，消息封装及解封装，保活操作；监听服务器则对应Canbon-Server进程。它们之间的关系如图6所示。

图6 provider组成

由于Canbon-Server服务器对外完全采用HTTP消息的方式通信，这样的方式决定了业务模块与代理模块的实现不受语言限制。一般情况下，对于不同形态的业务模块来说，分别提供不同的代理模块来配合，如图7所示。

图7 多代理框架

代理模块实现时，通常要遵循的原则是:实现上尽量独立，与业务模块通过接口集成，代理模块的实现要充分考虑不同语言的特点。对于C/C++代理程序来说，比较适合的实现是独立的标准DLL。这样的话可以方便任意C/C++程序经过简单的改造演变成服务模块。对于Java程序来说，比较合适的实现是封装成独立的Jar包来完成。对于TCL代理来说，封装成Lib库是合适的选择。

2.3.1 服务提供方通信细节

在通用测试平台的实践中，代理模块向通用测试平台提供如下的接口来注册命令。

DLL_API int CarbonServer_InstallService(struct sCarbonServiceInfo *pService)

入参的数据结构定义如下(所有参数以字符串的形式统一传递)：

typedef struct sCarbonCmdList {

Std::string strName;

int (*fCmdHandle) (std::string);

}sCarbonCmdList；

注册本地服务基本信息

typedef struct sCarbonServiceInfo {

DWORD dServerIpAddr;

UINT uServerPort;

Std::string strServiceName;

Std::vectorvecCmdList;

}sCarbonServiceInfo;

其中，字符串变量strServiceName表示通用测试平台所提供的服务名称，向量vecCmdList包含了通用测试平台服务所提供的所有有效命令列表。对于每个命令结构，由sCarbonCmdList结构来记录命令的名称及回调函数指针。注册后，当监听服务器Carbon-Server收到该服务对应的命令请求时，会从以上命令列表中进行匹配，检查是合法命令时，则直接通过回调函数来调用通用测试平台服务触发相应操作。

2.4 智能云测试系统服务调用方

智能云测试通信系统中，调用方一般是由Client、Agent及Carbon-Server组成。其实现机制与服务提供方类似，如图8所示。

图8 调用方通信机制

一般情况下，Carbon-Server与服务提供方运行在一台服务器，并向外提供TCP端口服务。调用方通过代理模块向该服务发送命令请求，并接受运行结果。同一种语言的代理模块需要分别支持Provider服务和Caller客户端操作接口。

服务调用方通信细节：通用测试平台的实践中，通用测试平台主机注册就是采用向注册服务器请求，并由注册服务器记录到数据库中。注册程序是一个独立的GUI程序，内部通过调用代理模块提供的命令请求接口来实现通信。代理模块提供的请求接口如下:

DLL_API int CarbonClient_ExecCommand(bool bIsNewSession,Struct sExeRegInfo *pRegInfo,std::string &strOutput)

其中，入参中的sExeRegInfo结构记录了待请求的服务及命令，strOutput变量为输出参数，记录了命令的执行结果。值得注意的是，该接口会触发请求服务的相应功能，不会立刻返回。sExeRegInfo结构的定义如下:

Typedef struct sExeRegInfo{

DWORD dServerIpAddr;

UINT uServerPort;

std::string strServiceName;

Std::vector vecCmdInfo;

}sExeRegInfo;

这里包含了带请求服务所注册的Carbon-Server地址信息，包含其IP地址和TCP端口号，以及具体服务的名称和命令名称、参数。

3 大规模混合性能测试平台

当前的性能测试主要以采用测试仪为主，外加单机版测试工具辅助的方法来进行，当测试工具的性能达不到要求时，极端情况下会采用多单机版工具同时运行的情况。但到指标相差太多时，此种方式基本无法适用。可以考虑基于智能云测试通信机制对大量单机版测试工具进行整合，在客户端以TCL脚本的形式来驱动其执行，如图9所示。

图9 Tcl驱动通信机制

Server1，Server2等对应不同的性能测试模块，由客户端TCL脚本的运行来统一驱动。好处:1)支持大量相同的性能测试模块同时运行：通过TCL脚本，同时驱动大量的相同性能测试模块来运行，相当于极大增加了单机版性能测试模块的性能指标；2)支持大量不同的性能测试模块同时运行：可以较高的模拟大规模组网，使得测试平台能通过PC进行大规模混合流量测试。

4 实验结果与分析

该分布式通信系统在任意单机版程序中经过简单改造后均能提供分布式的统一服务，其充分利用现有软件资源及各类语言的特点来实现强大统一的工具平台，并且Carbon-Server在一个比较便捷的分布式开发架构下，其管理机制以及开发接口都比较简单，易于理解和实现，功能强大的优点。但在实际的应用中还存在不足之处，缺少GUI管理界面，命令执行超时处理可靠性不够，后续开发中应该解决这些问题。