桌面linux操作系統(tǒng)整機(jī)兼容性測試方法研究

許侃+張志華+牟永敏

摘要：本論文的研究內(nèi)容就是按照軟件測試的流程對桌面linux操作系統(tǒng)的整機(jī)兼容性測試的測試需求及測試對象進(jìn)行分析，方法為通過對linux內(nèi)核的硬件管理以及電源管理功能的分析與研究，使用自動化工具結(jié)合測試腳本對整機(jī)兼容性進(jìn)行測試，這種測試方法有針對性且覆蓋了測試對象的測試點(diǎn)，從而提高桌面linux操作系統(tǒng)的測試質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：linux內(nèi)核；硬件管理；電源管理

中圖分類號：TP316.81 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0069-02

1 引言

1.1 背景

操作系統(tǒng)作為管理和控制計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的計(jì)算機(jī)程序，是直接運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何其他軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。

隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，電腦在辦公自動化中的作用愈發(fā)凸顯，使人們越來越接近并熟悉了操作系統(tǒng)，尤其是微軟開發(fā)的windows操作系統(tǒng)。據(jù)市場調(diào)研結(jié)構(gòu)StarCounter公布的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，中國目前使用的windows各個(gè)版本操作系統(tǒng)PC市場份額不低于97.1%。但是隨著2014年5月20日中央國家政府采購中心的一則通告“國家機(jī)關(guān)進(jìn)行信息類協(xié)議供貨強(qiáng)制節(jié)能產(chǎn)品采購，所有計(jì)算機(jī)類產(chǎn)品不允許安裝windows8操作系統(tǒng)”發(fā)布之后，國產(chǎn)桌面linux操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)猶如雨后春筍一般大量涌現(xiàn)，而作為政府采購windows操作系統(tǒng)的繼任者，國產(chǎn)桌面linux系統(tǒng)是否可以肩負(fù)起替代者的責(zé)任就是首先要面對的問題。如果拋開操作系統(tǒng)的易用性以及使用習(xí)慣等因素，與整機(jī)運(yùn)行的兼容性就稱為了桌面linux系統(tǒng)能否適應(yīng)辦公環(huán)境的重要因素。

1.2 研究內(nèi)容

操作系統(tǒng)也可以視為一種特殊的軟件，既然是軟件那么在出廠前就應(yīng)該按照軟件測試流程進(jìn)行全方位的測試。操作系統(tǒng)主要需要完成的兩個(gè)功能為：

第一，與硬件部分進(jìn)行交互，未包含在硬件平臺上的所有底層可編程部件提供服務(wù)；

第二，為運(yùn)行在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用程序提供執(zhí)行環(huán)境；

本次研究的主要內(nèi)容是通過對操作系統(tǒng)整機(jī)兼容性測試進(jìn)行分析，找到一種較為完善的整機(jī)兼容性測試方法。只有擁有完善的測試方法，有效的指導(dǎo)測試的進(jìn)行，測試結(jié)果才是有效的且具有說服力，從而更好的保證操作系統(tǒng)的質(zhì)量，使得國產(chǎn)桌面linux操作系統(tǒng)可以在市場中長期而穩(wěn)定的存在下去，而不是僅僅作為一個(gè)傀儡在政府的強(qiáng)制約束下取代windows系統(tǒng)。

1.3 整機(jī)兼容性測試概述

兼容性測試指的是測試軟件在特定的硬件平臺上、不同的應(yīng)用軟件之間、不同的操作系統(tǒng)平臺上，不同的網(wǎng)絡(luò)等環(huán)境中是否能夠正常運(yùn)行的測試。整機(jī)兼容性測試屬于兼容性測試范疇中的硬件兼容性測試，具體到本篇報(bào)告中測試的核心內(nèi)容是測試操作系統(tǒng)是否可以在特定的整機(jī)平臺上長時(shí)間穩(wěn)定的工作。

整機(jī)兼容性測試的意義在于：

（1）使用特定硬件平臺對操作系統(tǒng)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)問題，推動操作系統(tǒng)質(zhì)量的提升；

（2）通過長時(shí)間的帶載運(yùn)行測試系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證了系統(tǒng)存在的價(jià)值；

（3）覆蓋盡可能多的整機(jī)硬件對操作系統(tǒng)進(jìn)行測試，測試操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)硬件應(yīng)有的功能。

2 測試對象研究

2.1 操作系統(tǒng)與硬件關(guān)系概述

按照軟件測試的流程，首先要對測試對象進(jìn)行測試需求的分析。對整機(jī)兼容性測試進(jìn)行需求分析的理論基礎(chǔ)，是要首先明確操作系統(tǒng)與硬件的關(guān)系，只有理解了操作系統(tǒng)與硬件的工作原理，才能有針對性的對測試對象進(jìn)行測試。

linux作為一個(gè)操作系統(tǒng)包含了最主要的內(nèi)核以及內(nèi)核提供的工具，它提供了一個(gè)完整的操作系統(tǒng)中最底層的硬件控制與資源管理結(jié)構(gòu)。linux系統(tǒng)的內(nèi)核被稱為“kernel”，硬件管理是內(nèi)核的主要工作之一，它通過設(shè)備驅(qū)動去“認(rèn)識”硬件設(shè)備對硬件進(jìn)行管理。內(nèi)核對硬件進(jìn)行管理的輸入來自于用戶通過用戶界面（包括shell，桌面，應(yīng)用等）的命令，經(jīng)過命令與內(nèi)核的溝通產(chǎn)生了系統(tǒng)調(diào)用，而最終由系統(tǒng)調(diào)用觸發(fā)內(nèi)核的函數(shù)對硬件進(jìn)行操作。

2.2 整機(jī)兼容性測試需求分析

2.2.1 硬件資源測試對象分析

整機(jī)中的硬件資源通過操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能的原理是：

（1）用戶通過操作系統(tǒng)界面發(fā)出操作指令；

（2）API接口程序接收用戶指令并發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用，例如read（），write（），fork（）；

（3）系統(tǒng)調(diào)用通過中斷向內(nèi)核發(fā)出請求，內(nèi)核調(diào)用相關(guān)函數(shù)來完成指令，例如sys_read（），sys_write（），sys_fork（）；

2.2.2 電源管理模塊測試對象分析

高級電源管理（Advanced Power Manager），簡稱電源管理模塊APM。在整機(jī)兼容性測試中，電源管理模塊主要功能體現(xiàn)為：系統(tǒng)電源管理與設(shè)備電源管理。

（1）系統(tǒng)電源管理。linxu系統(tǒng)的電源管理掛起的實(shí)現(xiàn)原理為系統(tǒng)收到掛起指令后首先凍結(jié)用戶態(tài)進(jìn)程和內(nèi)核態(tài)任務(wù)，按照注冊設(shè)備的注冊順序調(diào)用suspend的回調(diào)函數(shù)，掛起核心設(shè)備和使CPU進(jìn)入掛起態(tài)由內(nèi)核將所有進(jìn)程設(shè)置為停止并保存所有進(jìn)程的相關(guān)信息。

掛起的具體流程見圖 1。

系統(tǒng)電源管理為掛起提供了兩種方式；

1）suspend to mem（掛起到內(nèi)存）系統(tǒng)把當(dāng)前信息儲存在內(nèi)存中，只有內(nèi)存等幾個(gè)關(guān)鍵部件通電，這時(shí)計(jì)算機(jī)處在高度節(jié)電狀態(tài)，按任意鍵后，計(jì)算機(jī)從內(nèi)存中讀取信息很快恢復(fù)到原來狀態(tài)，在運(yùn)行掛起操作時(shí)增加mem參數(shù)即可執(zhí)行suspend to mem操作。

2）suspend to disk（掛起到硬盤）計(jì)算機(jī)自動關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)前將當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲在硬盤上，用戶下次按開關(guān)鍵開機(jī)時(shí)計(jì)算機(jī)將無須啟動系統(tǒng)，直接從硬盤讀取數(shù)據(jù)，恢復(fù)原來狀態(tài)，在運(yùn)行掛起操作時(shí)增加disk參數(shù)即可執(zhí)行suspend to disk操作。endprint

（2）設(shè)備電源管理。在Linux系統(tǒng)的硬件設(shè)備管理方面，電源管理系統(tǒng)已經(jīng)封裝好了統(tǒng)一的接口，各種類型的設(shè)備驅(qū)動只需要實(shí)現(xiàn)相關(guān)的接口函數(shù)，操作系統(tǒng)在收到操作信號的時(shí)候就會通知驅(qū)動完成這些操作。在一般設(shè)備驅(qū)動基礎(chǔ)之上，使用pm_register和pm_unregister進(jìn)行注冊和注銷，使用pm_access進(jìn)行掛起的可行性檢測，使用pm_callback函數(shù)執(zhí)行狀態(tài)通知后的回調(diào)響應(yīng)，以此來控制設(shè)備的供電。

2.2.3 明確測試對象

通過了以上分析，我們對操作系統(tǒng)的硬件管理功能有了更深入的了解，有了理論的支持，接下來就可以做整機(jī)硬件兼容性的測試需求分析了。整機(jī)兼容性涉及到的硬件測試對象為：

（1）中央處理器；

（2）主存儲器：內(nèi)存；

（3）外存儲器：硬盤，光驅(qū)，U盤；

（4）輸出設(shè)備：顯卡等；

以上設(shè)備為普通臺式計(jì)算機(jī)包含的基本硬件，可以概括為一個(gè)測試對象既整機(jī)硬件，進(jìn)行整機(jī)兼容性測試時(shí)測試點(diǎn)與測試用例均應(yīng)涵蓋以上硬件的測試。

（5）電源管理功能作為內(nèi)核的一個(gè)重要功能獨(dú)立作為一個(gè)測試對象，對于該測試對象的測試用例既要涵蓋電源管理功能里的系統(tǒng)電源管理中不同掛起方式的測試，還有設(shè)備管理的功能實(shí)現(xiàn)。

2.3 測試點(diǎn)歸納

通過上述對測試對象的分析我們可得出結(jié)論，整機(jī)兼容性測試的測試點(diǎn)可歸納為：

（1）對硬件資源的兼容性測試可通過硬件的功能是否實(shí)現(xiàn)來驗(yàn)證。1）CPU可正常進(jìn)行處理指令、執(zhí)行操作、控制時(shí)間，處理數(shù)據(jù)等操作；2）內(nèi)存可對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫；3）硬盤，光驅(qū)，U盤均可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫；4）顯卡可正常顯示；

（2）對電源管理模塊的兼容性測試可通過兩部分來測試：1）系統(tǒng)電源管理可通過掛起功能是否實(shí)現(xiàn)來驗(yàn)證；2）設(shè)備電源管理可通過掛起喚醒后設(shè)備是否加電來驗(yàn)證。

3 測試設(shè)計(jì)

3.1 確定測試方法

整機(jī)的兼容性測試需要操作系統(tǒng)長時(shí)間在硬件平臺上運(yùn)行，與整機(jī)的硬件進(jìn)行充分的“磨合”，以便容易發(fā)現(xiàn)兼容性問題。通過對歸納的測試點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）硬件資源的測試方法固定而且為單一的長時(shí)間重復(fù)性操作；

（2）電源管理模塊的測試方法為單一的長時(shí)間重復(fù)性操作；

針對上述特點(diǎn)，本次測試比較符合使用自動化工具進(jìn)行測試的條件，所以可以選擇采用自動化測試工具進(jìn)行測試，好處是可以自動化工具模擬手動測試并施加測試負(fù)載，達(dá)到長時(shí)間手動測試的效果。

硬件資源的自動化測試可以選擇適合linux系統(tǒng)的“燒機(jī)”軟件進(jìn)行測試，“燒機(jī)”軟件的測試項(xiàng)基本都包含了整機(jī)的常用硬件設(shè)備，并且相應(yīng)設(shè)備的測試套件可覆蓋該硬件設(shè)備的功能測試點(diǎn)。

電源管理模塊可使用rtcwake命令來實(shí)現(xiàn)測試實(shí)施。Rtcwake命令可以用來是系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，也可以在制定的時(shí)間喚醒系統(tǒng)，可通過腳本的形式使用rtawake命令進(jìn)行循環(huán)來測試電源模塊的功能。關(guān)于設(shè)備電源管理測試時(shí)可著重關(guān)注板載USB接口的喚醒加電測試，所以可以在使用腳本進(jìn)行掛起測試時(shí)將板載USB接口滿插U盤測試喚醒后的加電狀態(tài)。

3.2 測試的可行性分析

在確定了整機(jī)兼容性測試方法后，我們要做的就是對該測試方法進(jìn)行可行性的分析；

適用于Linux的烤機(jī)軟件工具目前并不少見，這類軟件可同時(shí)用于計(jì)算機(jī)所有及部分子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性測試，它會通過對各個(gè)常用硬件設(shè)備進(jìn)行帶載的持續(xù)性測試使那些間歇出現(xiàn)或隱藏的問題暴露出來，以便在測試軟件運(yùn)行過后使系統(tǒng)與整機(jī)使用起來有更大的把握。

電源管理模塊的使用rtcwake命令編寫腳本可以長時(shí)間（時(shí)間可以由腳本設(shè)置）重復(fù)進(jìn)入和離開掛起狀態(tài)，并將運(yùn)行結(jié)果以日志的形式打印出來，以便于人工讀取測試結(jié)果對其進(jìn)行判斷和分析。因?yàn)閞tcwake命令使用RTC架構(gòu)，可驅(qū)動任何支持標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動模式的設(shè)備，所以在對設(shè)備電源管理測試時(shí)同樣可使用rtcwake命令，可通過腳本實(shí)現(xiàn)每次系統(tǒng)喚醒后U盤設(shè)備需加電自動掛載，每成功掛載一次可向U盤中寫入當(dāng)前掛載次數(shù)，當(dāng)測試結(jié)束后將該掛載次數(shù)與喚醒次數(shù)進(jìn)行對比來檢查設(shè)備加電情況。

4 結(jié)語

本文按照軟件測試流程對整機(jī)兼容性測試的測試對象進(jìn)行分析，通過細(xì)化測試點(diǎn)并根據(jù)其特點(diǎn)制定了采用自動化工具測試以及編寫腳本輔助測試的方法，使測試方法覆蓋了對所有測試對象。

從理論上分析，本次研究歸納的測試點(diǎn)與測試項(xiàng)基本符合整機(jī)兼容性的測試需求，測試方法基本覆蓋了測試對象的功能點(diǎn)，測試工具和腳本均可運(yùn)行在linux系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行，所以該整機(jī)兼容性測試方法有一定的可行性。在今后的實(shí)際測試中，可以按照該方法與思路進(jìn)行測試并在實(shí)踐中不斷完善，以期為提高桌面linux系統(tǒng)測試質(zhì)量保駕護(hù)航。

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