基于云計(jì)算組件模型的測(cè)試方法和技術(shù)研究

李建軍

(1. 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十二研究所，上海 200233；2. 廣西大學(xué) 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院，廣西 南寧 530004)

基于云計(jì)算組件模型的測(cè)試方法和技術(shù)研究

李建軍1,2

(1. 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十二研究所，上海 200233；2. 廣西大學(xué) 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院，廣西 南寧 530004)

在分析云計(jì)算技術(shù)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，基于云計(jì)算組件模型研究了云計(jì)算產(chǎn)品的測(cè)試方法和技術(shù)，并在聯(lián)通云計(jì)算綜合管理云平臺(tái)的測(cè)試中進(jìn)行應(yīng)用，取得了較好的效果。

云計(jì)算組件模型測(cè)試；云計(jì)算；云平臺(tái)測(cè)試

0 引言

隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷完善，云計(jì)算已成為IT行業(yè)最新的發(fā)展趨勢(shì)。借助云計(jì)算架構(gòu)下虛擬化、自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論最終用戶、SaaS提供商還是PaaS提供商都能以按需付費(fèi)的形式從基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)中獲得應(yīng)用所需的計(jì)算能力。

云計(jì)算的出現(xiàn)給軟件開(kāi)發(fā)和軟件測(cè)試帶來(lái)巨大影響，這種新的環(huán)境要求軟件測(cè)試的方法和技術(shù)也隨之變化。當(dāng)前，市場(chǎng)上涌現(xiàn)了大量的云計(jì)算產(chǎn)品，但作為一個(gè)新興的技術(shù)和領(lǐng)域，還缺乏完整的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，文獻(xiàn)[1-3]主要研究了如何基于云計(jì)算環(huán)境開(kāi)展軟件測(cè)試，本文主要基于云計(jì)算組件模型探討云計(jì)算產(chǎn)品的測(cè)試策略和測(cè)試內(nèi)容。

1 云計(jì)算產(chǎn)品組件模型

從功能實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行分析，一個(gè)典型的云計(jì)算產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可以分為多個(gè)組件，如圖1所示[4]。

平臺(tái)：面向應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)、集成和交付的環(huán)境和工具集。

展示：用戶與云計(jì)算產(chǎn)品之間的人機(jī)交互接口。

集成：與外部子系統(tǒng)的交互接口。

彈性：應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)算能力及容量規(guī)劃，強(qiáng)調(diào)可伸縮性。

存儲(chǔ)：提供高可伸縮存儲(chǔ)能力的外部存儲(chǔ)庫(kù)，可存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化的和非結(jié)構(gòu)化的、靜態(tài)的和易失性數(shù)據(jù)。

部署：應(yīng)用的發(fā)布過(guò)程，包括開(kāi)發(fā)、測(cè)試和最終部署到生產(chǎn)環(huán)境。

運(yùn)行維護(hù)：對(duì)已投入生產(chǎn)環(huán)境的應(yīng)用進(jìn)行監(jiān)控和提供支持。

計(jì)費(fèi)：對(duì)占用資源的測(cè)量、計(jì)費(fèi)和支付結(jié)算。

身份認(rèn)證：應(yīng)用的直接使用者的信息，可以使用該信息來(lái)優(yōu)化和定制用戶體驗(yàn)。

2 測(cè)試方法

云計(jì)算產(chǎn)品的測(cè)試方法與傳統(tǒng)系統(tǒng)的測(cè)試方法和策略有很大的不同，針對(duì)云計(jì)算產(chǎn)品進(jìn)行軟件測(cè)試時(shí)應(yīng)特別關(guān)注平臺(tái)能力、展示能力、集成能力、存儲(chǔ)能力、彈性能力、計(jì)費(fèi)能力、部署和運(yùn)行維護(hù)能力、身份認(rèn)證等，云組件測(cè)試模型如圖1所示。

圖1 云組件測(cè)試模型

2.1 平臺(tái)組件測(cè)試

測(cè)試云計(jì)算平臺(tái)組件時(shí)重點(diǎn)關(guān)注物理資源虛擬化能力、物理設(shè)備管理能力、平臺(tái)安全管理能力及容錯(cuò)性等方面。

(1)驗(yàn)證虛擬化能力首先要關(guān)注云計(jì)算平臺(tái)對(duì)計(jì)算資源(計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)進(jìn)行虛擬化再進(jìn)行分配的能力， 包括設(shè)備添加、部署、配置和拆除等功能。

(2)驗(yàn)證平臺(tái)是否具備物理設(shè)備控制功能，具體包括：①管理人員可以根據(jù)需要關(guān)閉、打開(kāi)設(shè)備的服務(wù)。②在指定服務(wù)器上創(chuàng)建虛擬機(jī)，創(chuàng)建指定服務(wù)器上的虛擬機(jī)快照，卸載指定服務(wù)器上的虛擬機(jī)等。③提供遠(yuǎn)程控制。

(3)驗(yàn)證平臺(tái)是否具備物理設(shè)備監(jiān)控功能，包括：①支持主機(jī)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能。②在基礎(chǔ)設(shè)施管理層面，系統(tǒng)能夠?qū)λ惺芸卦O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監(jiān)控。③支持故障節(jié)點(diǎn)。對(duì)異常設(shè)備實(shí)施控制，并能人為或自動(dòng)地隔離故障設(shè)備，將設(shè)備上的運(yùn)行信息遷移到其他設(shè)備上，能夠正常運(yùn)行。④支持告警功能。對(duì)物理服務(wù)器的性能指標(biāo)設(shè)定閾值，當(dāng)接近或超過(guò)閾值時(shí)，可以對(duì)管理人員進(jìn)行報(bào)警，支持短信、郵件發(fā)送等方式的報(bào)警信息，保證管理人員第一時(shí)間收到報(bào)警信息，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

(4)測(cè)試平臺(tái)是否具備物理網(wǎng)絡(luò)管理能力，包括對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器等的管理、控制和維護(hù)，并為用戶提供物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，實(shí)時(shí)查看物理網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，支持對(duì)故障設(shè)備的隔離和恢復(fù)。驗(yàn)證系統(tǒng)是否提供基于物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)隔離和寬帶控制功能，實(shí)現(xiàn)多租戶環(huán)境下的物理隔離，更好地保護(hù)租戶的應(yīng)用和數(shù)據(jù)[5]。

(5)測(cè)試平臺(tái)的虛擬存儲(chǔ)管理能力，包括：①可以為存儲(chǔ)卷創(chuàng)建快照，用于快速恢復(fù)存儲(chǔ)卷和虛擬機(jī)。出于安全考慮，每個(gè)存儲(chǔ)卷都有配額設(shè)置和訪問(wèn)控制，只允許有權(quán)限的用戶和虛擬機(jī)讀寫(xiě)卷中的數(shù)據(jù)，默認(rèn)情況下存儲(chǔ)卷可以被所有用戶訪問(wèn)。查看是否能創(chuàng)建快照，在存儲(chǔ)發(fā)生故障時(shí)能快速恢復(fù)；查看是否為每個(gè)存儲(chǔ)分配不同的權(quán)限，非授權(quán)用戶訪問(wèn)時(shí)被禁止[6]。②支持對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)，防范非法用戶對(duì)數(shù)據(jù)的濫用；查看是否為關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密。③測(cè)試是否支持多存儲(chǔ)方案，包括傳統(tǒng)的NAS和SAN、分布式存儲(chǔ)以及本地存儲(chǔ)[7]。用戶可根據(jù)實(shí)際需求選取其中一種存儲(chǔ)方案或?qū)追N方案混用。④測(cè)試是否支持跨物理和虛擬機(jī)訪問(wèn)共享虛擬磁盤(pán)和應(yīng)用數(shù)據(jù)程序數(shù)據(jù)，以擴(kuò)展云平臺(tái)的應(yīng)用范圍。

(6)驗(yàn)證虛擬網(wǎng)絡(luò)管理能力，具體包括：①虛擬網(wǎng)絡(luò)管理主要是針對(duì)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如對(duì)虛擬機(jī)網(wǎng)卡、網(wǎng)關(guān)、虛擬交換機(jī)等的管理和維護(hù)，在虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟晥D上查看網(wǎng)絡(luò)劃分情況、IP使用情況及各種虛擬設(shè)備的在線狀態(tài)，查看各業(yè)務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)。②物理、虛擬的主機(jī)能夠同時(shí)對(duì)外提供服務(wù)，必須能夠提供完整、有效、可控的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的管理、控制能力，能靈活、可靠地實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)(含企業(yè)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng))間的映射和必要的安全保障。③根據(jù)用戶訪問(wèn)和資源控制需要，提供比較全面的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制，包括訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)隔離和帶寬控制等，從而保證安全和提高網(wǎng)絡(luò)資源使用均衡。④實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)和虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的互通，即虛擬機(jī)可以和物理服務(wù)器進(jìn)行通信，支持在用戶在服務(wù)器上部署關(guān)鍵應(yīng)用，同時(shí)又能保證整個(gè)云平臺(tái)業(yè)務(wù)的互通性和一致性。

云計(jì)算的安全是指確保數(shù)據(jù)只能被授權(quán)的實(shí)體訪問(wèn)，而且數(shù)據(jù)是機(jī)密的、真實(shí)的、最新的、存在的。安全性方面一般都提供授權(quán)和基于角色的訪問(wèn)控制功能，其正確驗(yàn)證主要通過(guò)分析云計(jì)算產(chǎn)品的訪問(wèn)管理架構(gòu)和評(píng)估云基礎(chǔ)設(shè)施中基于安全證書(shū)的RBAC實(shí)現(xiàn)。云企業(yè)用戶需要綜合權(quán)衡安全性與速度、效率，而無(wú)須考慮云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)安全，因此云產(chǎn)品應(yīng)該提供一組安全服務(wù)和工具，使企業(yè)能滿足個(gè)性化需求的安全服務(wù)，測(cè)試時(shí)重點(diǎn)驗(yàn)證以下控制點(diǎn)：

(1)網(wǎng)絡(luò)接入控制功能：對(duì)于非法占用IP資源、內(nèi)部設(shè)備非法跨網(wǎng)段接入等可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，保障全網(wǎng)的IP管理秩序和網(wǎng)絡(luò)接入安全；可對(duì)虛擬機(jī)MAC地址與IP地址進(jìn)行強(qiáng)綁定，一旦其中任意一項(xiàng)被非法修改，則虛擬機(jī)與外界連接的網(wǎng)絡(luò)立刻被斷開(kāi)(管理員可以通過(guò)特別工具恢復(fù))，從而保護(hù)用戶的權(quán)益不受到損害。

(2)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：不斷獲取設(shè)備各類指標(biāo)參數(shù)，在問(wèn)題發(fā)生前及時(shí)了解非正常情況，分析非法入侵、病毒、物理故障等現(xiàn)象。

(3)測(cè)試是否能通過(guò)設(shè)置閾值實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的預(yù)警，是否支持全自動(dòng)防DDoS攻擊。

(4)測(cè)試審計(jì)功能是否完整有效等。

(5)平臺(tái)的容錯(cuò)性方面，當(dāng)大量服務(wù)器進(jìn)行同一個(gè)計(jì)算時(shí)，測(cè)試單節(jié)點(diǎn)故障是否影響應(yīng)用的正常運(yùn)行。

2.2 集成組件測(cè)試

測(cè)試是否支持Xen、KVM、VMware等異構(gòu)虛擬化平臺(tái)統(tǒng)一管理，并支持對(duì)物理機(jī)統(tǒng)一管理。

測(cè)試其接口管理能力，是否對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)IaaS訪問(wèn)接口，包括圖形化界面、命令行界面和可編程開(kāi)放接口。另外，其提供的接口要求與標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的云計(jì)算接口與技術(shù)相兼容。云平臺(tái)的API支持兼容AmazonEC2、EBS、S3、LoadBalancing、CloudWatch、ElasticMapReduce等公有云標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 部署和運(yùn)行維護(hù)組件測(cè)試

部署和運(yùn)行維護(hù)能力是衡量云計(jì)算平臺(tái)可用性的一個(gè)重要方面，測(cè)試時(shí)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：

(1)是否提供虛擬機(jī)全生命周期創(chuàng)建、運(yùn)行和刪除中各個(gè)階段的相應(yīng)管理功能。主要包括虛擬機(jī)的啟動(dòng)、停止、重啟、掛起、恢復(fù)、克隆、刪除、增量備份、在線熱遷移，提供基于VNC的虛機(jī)連接機(jī)制。

(2)是否支持主機(jī)選擇，對(duì)資源能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)配。

(3)是否支持虛擬機(jī)的恢復(fù)。

(4)是否支持P2V(PhysicaltoVirtual)能力，可以將用戶已有的應(yīng)用環(huán)境整體遷移至云平臺(tái)，保護(hù)用戶投資。

(5)支持V2V(VirtualtoVirtual)能力，簡(jiǎn)化虛擬機(jī)復(fù)制，在此基礎(chǔ)上可以提供虛擬機(jī)在線熱遷移能力，保證在發(fā)生故障時(shí)，用戶業(yè)務(wù)不中斷。支持熱備份、冷備份、增量備份、全備份等。遷移包括在線熱遷移和冷遷移方式。

運(yùn)行維護(hù)組件,另外需要驗(yàn)證其日志管理和審計(jì)功能，測(cè)試其是否支持全面管理用戶系統(tǒng)訪問(wèn)操作日志，方便查詢和回溯用戶行為。審計(jì)日志包含系統(tǒng)錯(cuò)誤/告警事件記錄。提供INFO、Debug兩種基本運(yùn)行日志，方便管理員監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、查找詳細(xì)錯(cuò)誤信息和排除故障。

2.4 云計(jì)算彈性測(cè)試

云計(jì)算彈性最直接的就是云計(jì)算服務(wù)的可靠性，其具體體現(xiàn)在服務(wù)的可靠性、可使用性、可恢復(fù)性、連續(xù)性等方面?？捎眯酝ǔＪ褂谜＿\(yùn)行時(shí)間所占的百分比來(lái)衡量，一般通過(guò)提高單個(gè)組件的可靠性來(lái)獲得可用性，同時(shí)采用冗余和故障遷移技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的目的。

彈性測(cè)試需要集合彈性評(píng)測(cè)模型來(lái)進(jìn)行。服務(wù)等級(jí)協(xié)議SLA定義了云服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)費(fèi)用，確定了消費(fèi)者或企業(yè)與云服務(wù)提供商之間所希望的基本服務(wù)水平[8]。

云計(jì)算中比較核心的功能是資源的彈性伸縮、動(dòng)態(tài)調(diào)度、租戶隔離等，所以測(cè)試時(shí)重點(diǎn)驗(yàn)證以下方面：

(1)彈性伸縮管理。集群的伸縮類型目前定義了三種模式：橫向模式(通過(guò)增減實(shí)例數(shù)量滿足需求)、縱向模式(通過(guò)增減性能滿足需求)、動(dòng)態(tài)遷移(故障情況或反應(yīng)不及時(shí)的情況下通過(guò)將實(shí)例遷移到性能更好的物理機(jī)上)。各種模式下，管理員可以自由組合，形成不同的策略類別，以滿足用戶不同的應(yīng)用需求。

(2)負(fù)載均衡策略。提供多種負(fù)載均衡策略，如CPU占用最少策略、內(nèi)存使用最少策略、訪問(wèn)量最少策略等，用戶可以根據(jù)應(yīng)用選擇不同的策略實(shí)施負(fù)載均衡，也可以多種策略混用。

(3)基于工作流的服務(wù)流程定義能力?；诠ぷ髁饕?，提供內(nèi)置的資源申請(qǐng)流程、事件管理流程、問(wèn)題管理流程和變更管理流程的運(yùn)維流程支持。

2.5 身份認(rèn)證

測(cè)試平臺(tái)是否提供多種用戶接入控制，如用戶/密碼、Ukey認(rèn)證、手機(jī)驗(yàn)證等多種方式，防止非法用戶對(duì)云平臺(tái)資源濫用。

驗(yàn)證是否提供用戶管理能力，包括提供基于角色的平臺(tái)用戶管理功能。包括用戶登錄、用戶查詢、新建用戶、修改用戶、刪除用戶及角色管理。

系統(tǒng)是否能夠提供軟件資源模板、硬件資源模板、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)空間等對(duì)象權(quán)限分配機(jī)制，控制用戶可創(chuàng)建虛擬機(jī)的類型和配置。授權(quán)的操作包括隱藏、創(chuàng)建、更新和刪除。用戶的功能界面顯示根據(jù)其角色所決定，不同的用戶在前端顯示的操作菜單與其具備的權(quán)限一樣。頁(yè)面中的功能按鈕根據(jù)模塊中所包含的功能來(lái)定義，通過(guò)模板及角色所擁有的權(quán)限進(jìn)行控制。

2.6 云計(jì)算展示測(cè)試

云計(jì)算所交付的功能需要提供一個(gè)人機(jī)交互界面(用于接收用戶輸入和顯示系統(tǒng)輸出內(nèi)容)，基于瀏覽器界面的部署和系統(tǒng)升級(jí)的便捷性，當(dāng)前主流云計(jì)算應(yīng)用的展示層一般都提供了瀏覽器界面，測(cè)試時(shí)重點(diǎn)驗(yàn)證是否提供統(tǒng)一的門(mén)戶功能，集成IaaS平臺(tái)和PaaS平臺(tái)的監(jiān)控和管理系統(tǒng)。提供集成式的Dashboard功能，對(duì)IaaS和PaaS平臺(tái)重要的KPI指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和展示，包括：提供部署服務(wù)相關(guān)的報(bào)表，用于統(tǒng)計(jì)和報(bào)告物理機(jī)、虛擬機(jī)數(shù)目和部署實(shí)施情況；提供監(jiān)控和管理服務(wù)報(bào)表，統(tǒng)計(jì)和報(bào)告服務(wù)器和虛擬機(jī)的資源利用率情況；提供流程服務(wù)報(bào)表，統(tǒng)計(jì)和報(bào)告服務(wù)流程執(zhí)行的相關(guān)情況。

2.7 計(jì)費(fèi)組件測(cè)試

為了合理地對(duì)云計(jì)算服務(wù)使用方收取費(fèi)用，需要對(duì)用戶使用情況進(jìn)行度量，比如以單位度量、應(yīng)用程序事件、用戶登錄、應(yīng)用的正常運(yùn)行時(shí)間、帶寬利用率、應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間、監(jiān)視警報(bào)和計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。

管理員可定制虛擬機(jī)實(shí)例、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等資源服務(wù)的使用費(fèi)用規(guī)則，包括計(jì)費(fèi)方式、費(fèi)率等，并可按照用戶所選擇的服務(wù)等級(jí)協(xié)議給予相應(yīng)折扣。對(duì)于用戶的繳費(fèi)狀態(tài)進(jìn)行全局監(jiān)控，可根據(jù)費(fèi)用設(shè)定相應(yīng)的啟停規(guī)則對(duì)用戶進(jìn)行管理。如果在設(shè)定的規(guī)則內(nèi)，用戶欠費(fèi)狀態(tài)一直未得到更新，則可自動(dòng)停止用戶對(duì)資源的使用權(quán)限，必要時(shí)可注銷(xiāo)賬戶等。

驗(yàn)證計(jì)費(fèi)組件記錄用戶虛擬機(jī)使用情況，包括使用時(shí)間、使用流量和操作序列等，支持最終用戶實(shí)時(shí)查詢自己資源使用情況，防止需求超過(guò)配額，影響對(duì)業(yè)務(wù)的有效支撐；查看能否進(jìn)行資源統(tǒng)計(jì)分析，以圖表的方式展示給用戶，并且支持報(bào)表生成。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從典型的云計(jì)算產(chǎn)品組件模型入手，分析并提出了云計(jì)算產(chǎn)品各功能組件的測(cè)試方法和要點(diǎn)，對(duì)于云計(jì)算平臺(tái)相關(guān)產(chǎn)品的測(cè)試和評(píng)估具有一定的參考價(jià)值。本研究成果已被用于中國(guó)聯(lián)通的的綜合管理云平臺(tái)測(cè)試工作中，取得了較好的效果。下一階段的研究方向?yàn)槿绾位谠朴?jì)算組件模型的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)云平臺(tái)進(jìn)行評(píng)估。

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Research on test method and technology based on Cloud computing component model

LiJianjun1,2

(1.The32ndInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation,Shanghai200233,China;2.SchoolofComputerandElectronicsInformation,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)

BasedontheanalysisofCloudcomputingtechnology,westudiedthetestingmethodandtechnologyofCloudcomputingproductbasedonthecomponentmodel.IthasbeenappliedinthetestprocessfortheintegratedmanagementCloudplatformofChinaUnicom,andachievedgoodresults.

Cloudcomputingcomponentmodeltest;Cloudcomputing;Cloudplatformtesting

TP

ADOI： 10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.22.004

李建軍. 基于云計(jì)算組件模型的測(cè)試方法和技術(shù)研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(22)：15-17,21.

2016-05-26)

李建軍(1983-)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：軟件工程、軟件測(cè)試技術(shù)、信息安全。