基于虛擬化架構(gòu)的軟件開發(fā)與測試環(huán)境自動化

1、基于虛擬化架構(gòu)的軟件開發(fā)與測試環(huán)境自動化龔愛斐1,張文靜21. 重慶郵電大學(xué)移動通信重點實驗室,重慶 (4000652. 北京郵電大學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)綜合技術(shù)研究所,北京 (100876E-mail:gongaifei摘要:基于虛擬化架構(gòu)的軟件開發(fā)與測試自動化環(huán)境是一個新的概念。通過架設(shè)基于Hipervisor 層的虛擬化服務(wù)器,并輔以軟件開發(fā)測試自動化工具VMware Lab Manager進(jìn)行管理、優(yōu)化,提出了一種新的軟件開發(fā)測試自動化方案,闡述了該方案相對于傳統(tǒng)的軟件測試環(huán)境搭建的優(yōu)越性。并進(jìn)行環(huán)境搭建和實施實驗論證了該方案在配置和部署開發(fā)測試環(huán)境的靈活性和良好的可用性。關(guān)鍵詞:虛擬機(jī);虛擬化;

2、軟件開發(fā)測試環(huán)境;自動化中圖分類號: TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A0 引言軟件開發(fā)與測試環(huán)境的搭建是整個軟件開發(fā)流程中一個重要環(huán)節(jié),不同版本的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)再加上不同的系統(tǒng)架構(gòu)的組合,使得要構(gòu)建的軟件測試環(huán)境種類繁多,大部分的軟件開發(fā)環(huán)境具有可重用性,但往往不同的軟件開發(fā)與測試環(huán)境需要交替進(jìn)行,而且隨著軟件運行環(huán)境的多樣性、配置各種相關(guān)參數(shù)的復(fù)雜性以及測試軟件的兼容性等各方面的需求增多,構(gòu)建軟件開發(fā)測試環(huán)境的工作變得愈加復(fù)雜和頻繁。因此有必要引入自動化的方法來對軟件開發(fā)測試環(huán)境的搭建方案進(jìn)行改進(jìn)?；谔摂M機(jī)技術(shù)的封裝性和隔離性等優(yōu)點,可以創(chuàng)建具有復(fù)用性的軟件開發(fā)環(huán)境庫1

3、,這對提高軟件開發(fā)測試效率以及靈活性是一種更有效的方法。1 開發(fā)、測試虛擬機(jī)及其集合的概念虛擬機(jī)(Virtual Machine是利用虛擬機(jī)監(jiān)視器(Virtual Machine Monitor,簡稱VMM作為一個軟件抽象層(Hipervisor插入硬件層與軟件層之間2,可以為應(yīng)用提供獨立的運行環(huán)境,屏蔽硬件平臺的動態(tài)性、分布性以及異構(gòu)性,將單個的物理硬件平臺虛擬成多個虛擬機(jī),使得不同的操作系統(tǒng)可以同時在其上運行,支持同一硬件之本課題得到863計劃引導(dǎo)項目(課題名稱:TD-SCDMA 手機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用,課題編號:2004AA001390的資助。上的虛擬機(jī)之間共享和復(fù)用硬件資源,以及共享

4、相同的內(nèi)核運行代碼,并且為每個開發(fā)人員和用戶提供獨立、隔離的使用環(huán)境。虛擬機(jī)與真實的計算機(jī)類似,擁有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)、網(wǎng)卡等,可以安裝Windows、linux等各種版本的操作系統(tǒng)(視軟件抽象層VMM的架構(gòu)不同而稍有區(qū)別。在操作系統(tǒng)之上安裝相關(guān)的開發(fā)測試工具,并配置好系統(tǒng)參數(shù)就形成了開發(fā)測試虛擬機(jī)。在實際開發(fā)測試過程中往往需要多臺虛擬機(jī)組成的聯(lián)合環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)性的開發(fā)測試,而與具體的軟件開發(fā)測試相關(guān)的多臺虛擬機(jī)環(huán)境,就形成了一個集合。在實施基于虛擬化架構(gòu)的軟件開發(fā)和測試自動化環(huán)境搭建過程中,我們往往面對的是一組虛擬機(jī)的集合所構(gòu)建的環(huán)境。由于硬件平臺的升級、維護(hù)等情況會影響軟件

5、開發(fā)測試的持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行,因此屏蔽硬件資源的動態(tài)變化以及增強(qiáng)開發(fā)測試環(huán)境部署的靈活性就成為實現(xiàn)軟件開發(fā)測試環(huán)境自動化中的重要問題。通過VMM虛擬的虛擬機(jī)硬件平臺具有通用性。以往當(dāng)新的硬件或者操作系統(tǒng)發(fā)布時,一些不兼容這些新的硬件和操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件往往會制約硬件平臺的升級,而虛擬機(jī)技術(shù)允許在新的硬件平臺上構(gòu)建的不同的虛擬機(jī)硬件,同時支持新老版本的軟件。目前,硬件平臺和操作系統(tǒng)對虛擬機(jī)的支持已非常普遍。因此,虛擬機(jī)的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性在底層環(huán)境的得到了保證。2 基于虛擬化架構(gòu)的軟件開發(fā)測試環(huán)境2.1 虛擬化架構(gòu)種類的選擇在虛擬機(jī)的發(fā)展過程中,對應(yīng)于不同的應(yīng)用需求出現(xiàn)了多種虛擬機(jī),可以按照虛擬化的規(guī)模

6、、指令集、宿主環(huán)境等方面的多種標(biāo)準(zhǔn)對虛擬化架構(gòu)進(jìn)行分類2,本文研究的開發(fā)測試環(huán)境主要考慮虛擬機(jī)的性能和環(huán)境部署的靈活性等方面的內(nèi)容,因此從虛擬機(jī)的宿主環(huán)境的選擇來考慮虛擬化架構(gòu)。按照虛擬機(jī)的宿主環(huán)境可以將虛擬機(jī)分為寄生虛擬機(jī)和經(jīng)典虛擬機(jī)。宿主環(huán)境是虛擬機(jī)的運行支撐環(huán)境,寄生虛擬機(jī)是指宿主環(huán)境是操作系統(tǒng)的虛擬機(jī),如VMWare、Virtual PC,這種情況中,VMM是位于操作系統(tǒng)層以上的。而經(jīng)典虛擬機(jī)的宿主環(huán)境是硬件平臺本身,即VMM 是存在于物理硬件層與虛擬機(jī)之間的,如VMWare面向企業(yè)推出的VMWare ESX Server 等。通常我們所熟知的是寄生虛擬機(jī),并且使用較多,但經(jīng)典虛擬機(jī)可

7、以繞過操作系統(tǒng)直接訪問硬件,因此在性能上具有更大的優(yōu)勢?；谶@點,我們選擇經(jīng)典虛擬機(jī)作為本文所述開發(fā)測試環(huán)境的虛擬化架構(gòu)的基礎(chǔ)。2.2 虛擬機(jī)的關(guān)鍵特性虛擬機(jī)技術(shù)通過解除硬件和軟件資源的體系結(jié)構(gòu)、用戶感知的行為與其物理實現(xiàn)之間的耦合,去解決計算機(jī)系統(tǒng)的安全、性能和可靠性等問題3。根據(jù)虛擬機(jī)的應(yīng)用分析,我們認(rèn)為虛擬機(jī)具有以下關(guān)鍵特性:1硬件獨立性:虛擬機(jī)可以轉(zhuǎn)移到其他物理服務(wù)器上不加修改地運行。2封裝性:虛擬機(jī)中操作系統(tǒng)、軟件及其運行環(huán)境都被封裝在一個獨立的虛擬機(jī)硬盤文件中。虛擬機(jī)的安裝、備份、復(fù)制、分發(fā)都可以通過對該虛擬硬盤文件進(jìn)行操作,減小軟件開發(fā)測試環(huán)境分發(fā)和配置的難度,提高了部署的靈活性

8、。3隔離性:多臺虛擬機(jī)可以在同一物理主機(jī)上互不干擾地同時運行,即共享底層硬件資源,又可以各自安裝不同版本的操作系統(tǒng)與軟件。并且一個虛擬機(jī)出現(xiàn)故障不會影響其他虛擬機(jī)的正常運行。4易管理性:虛擬機(jī)硬件的添加、修改、刪除以及開機(jī)、關(guān)機(jī)、休眠等都有特定的編程接口。通過將這些編程接口封裝成遠(yuǎn)程服務(wù),可以實現(xiàn)硬件資源的集中管理和遠(yuǎn)程控制,從而形成一體化的軟件開發(fā)測試環(huán)境。2.3 開發(fā)測試環(huán)境的自動化基于虛擬機(jī)建立的軟件開發(fā)環(huán)境往往只關(guān)注單個虛擬機(jī)的上的技術(shù),缺乏對多臺虛擬機(jī)組成的聯(lián)合開發(fā)環(huán)境及其如何實施自動化的研究。此外,由于缺乏對虛擬開發(fā)測試環(huán)境的設(shè)計、管理、監(jiān)控等功能的支持,傳統(tǒng)的由虛擬機(jī)建立的開發(fā)測

9、試系統(tǒng)無法體現(xiàn)聯(lián)合虛擬開發(fā)環(huán)境的特點。而多臺虛擬機(jī)之間依據(jù)開發(fā)環(huán)境所含有的內(nèi)在聯(lián)系綁定在一起更符合實際的軟件開發(fā)測試環(huán)境。1開發(fā)測試環(huán)境的模板化。軟件開發(fā)環(huán)境與操作系統(tǒng)的選擇,參數(shù)的配置,相關(guān)數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件的安裝等相關(guān)聯(lián)。一般的軟件測試環(huán)境都是專用的測試環(huán)境,測試腳本、測試用例的選擇以及測試環(huán)境接口都與被測軟件密切相關(guān)。當(dāng)測試不同的軟件時,需要針對特定的測試對象構(gòu)建專用的測試環(huán)境、配置系統(tǒng)參數(shù)等等。而且一些可重用的測試腳本在更改測試環(huán)境參數(shù)后無法在新的測試環(huán)境中得到有效的利用,因此如果能把開發(fā)測試環(huán)境封裝成一個模板,在需要的時候快速實例化該模板,生成即配即用的環(huán)境5,對于聯(lián)合開發(fā)和測試將節(jié)省

10、用于重復(fù)配置測試環(huán)境的時間。2聯(lián)合開發(fā)測試。一般的軟件開發(fā)測試往往是由幾種開發(fā)測試環(huán)境組成的,如客戶端、服務(wù)器端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。而某種軟件的測試往往同時跟一種以上的測試環(huán)境有關(guān),需要聯(lián)合幾種環(huán)境進(jìn)行開發(fā)和測試?；谔摂M機(jī)的封裝性和隔離型,可以將多個開發(fā)環(huán)境組成虛擬機(jī)的集合,并依據(jù)該集合內(nèi)多種虛擬機(jī)環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)性,對這個集合進(jìn)行模板化和實例化的操作。3 虛擬化軟件開發(fā)測試環(huán)境的體系結(jié)構(gòu) 圖1 虛擬化開發(fā)測試環(huán)境體系結(jié)構(gòu)如圖1所示,虛擬化軟件開發(fā)測試環(huán)境體系結(jié)構(gòu)中核心部分為:Lab Manager服務(wù)器、被管理主機(jī)以及存儲服務(wù)器。1Lab Manager服務(wù)器:為整個測試環(huán)境提供Web與SOA

11、P接口。Lab Manager服務(wù)器對被管服務(wù)器資源池進(jìn)行配置的管理和部署工作。開發(fā)和測試人員可以通過IE瀏覽器遠(yuǎn)程登陸Lab Manager服務(wù)器所提供的管理頁面或通過相應(yīng)的軟件工具調(diào)用Lab Manager服務(wù)器提供的SOAP API接口4對虛擬機(jī)集合進(jìn)行管理和使用。Lab Manager正是利用了虛擬機(jī)的相關(guān)管理編程接口對被管服務(wù)器中的虛擬機(jī)進(jìn)行各種操作?？梢酝瑫r對多臺被管服務(wù)器進(jìn)行開發(fā)測試環(huán)境的配置和管理。2被管服務(wù)器:安裝了虛擬化軟件層(如VMware ESX Server等和管理代理軟件的高性能服務(wù)器。實際中往往選取高性能服務(wù)器進(jìn)行開發(fā)測試環(huán)境所需的虛擬機(jī)的安裝和配置。被管服務(wù)器可

12、以是多臺同時工作形成服務(wù)器群集。虛擬化層之下的圍欄驅(qū)動實現(xiàn)了對虛擬機(jī)集合的隔離,使得不同的開發(fā)測試環(huán)境可以重復(fù)生成和同時部署而不會在網(wǎng)絡(luò)上引起IP地址、MAC地址或者SID的沖突。3存儲服務(wù)器:用于存儲封裝虛擬機(jī)的虛擬硬盤文件以及開發(fā)測試人員常用的光盤鏡像文件等。當(dāng)實例化一個虛擬機(jī)環(huán)境模板時,虛擬機(jī)調(diào)用的是被管服務(wù)器的硬件資源,但對于虛擬機(jī)環(huán)境的讀寫操作最終會對存儲服務(wù)器中的虛擬機(jī)硬盤文件產(chǎn)生作用。4 虛擬化開發(fā)測試自動化環(huán)境的搭建及實驗如圖2所示,虛擬化開發(fā)測試自動化環(huán)境的系統(tǒng)拓?fù)鋱D的關(guān)鍵節(jié)點為Lab Manager服務(wù)器。被管服務(wù)器是安裝了VMware ESX Server虛擬化層的高性能

13、服務(wù)器。圖2 虛擬化開發(fā)測試自動化環(huán)境系統(tǒng)拓?fù)鋱D通過Lab Manager服務(wù)器中基于虛擬機(jī)編程接口提供的系統(tǒng)管理功能可以實現(xiàn)以下功能:1創(chuàng)建單臺虛擬機(jī)模板,并在其中安裝需要的操作系統(tǒng);2將不同的虛擬機(jī)模板組合成的開發(fā)測試環(huán)境導(dǎo)入配置集,形成虛擬機(jī)的集合,進(jìn)行統(tǒng)一管理、部署、監(jiān)控;3對于隸屬于不同項目的開發(fā)測試人員進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限的分配,以及開發(fā)環(huán)境的共享和獨占的設(shè)置;4實時捕獲運行中的虛擬機(jī)集合的狀態(tài),并保存到狀態(tài)庫,并交給后續(xù)流程的開發(fā)測試人員使用。后續(xù)的開發(fā)測試人員可以利用保存的狀態(tài)文件立即部署開發(fā)測試環(huán)境。5對虛擬機(jī)狀態(tài)可以實現(xiàn)增量復(fù)制和完全復(fù)制。增量復(fù)制可以有效減少新的虛擬機(jī)實例占用的硬

14、盤空間;而完全復(fù)制可以對虛擬機(jī)封裝文件進(jìn)行完整備份。 (NFS等通過對虛擬化開發(fā)測試自動化環(huán)境中虛擬機(jī)模板的創(chuàng)建和虛擬機(jī)集合的配置、部署、啟動、實時捕獲聯(lián)合開發(fā)測試環(huán)境中虛擬機(jī)的狀態(tài)等功能的測試6,得到如表1所示的實驗結(jié)果。實驗所用的環(huán)境為:被管理服務(wù)器為2臺HP dl380兩路服務(wù)器,Lab Manager服務(wù)器是安裝了Windows 2003 Server系統(tǒng)的普通PC機(jī),其中HP dl380服務(wù)器作為虛擬機(jī)創(chuàng)建和運行的環(huán)境。實驗結(jié)果中記錄了虛擬機(jī)模板的創(chuàng)建、操作系統(tǒng)的安裝、虛擬機(jī)復(fù)制、開發(fā)測試虛擬機(jī)集合的配置、環(huán)境部署時間、啟動時間等。該實驗中創(chuàng)建了3種虛擬機(jī)模板,分別安裝了WinXP、

15、Win 2003 Server、Linux RHEL4操作系統(tǒng),并安裝了相應(yīng)的開發(fā)測試軟件。每臺虛擬機(jī)分配的磁盤空間為5G,從表1的實驗結(jié)果可以看出,配置起始虛擬機(jī)模板的時間與一般的物理機(jī)配置時間類似。如果將這些虛擬機(jī)模板實例化,即生成可以用于實際開發(fā)測試的虛擬機(jī),所需時間僅為8-12s,而針對實時運行的虛擬機(jī)狀態(tài)的捕獲時間則與同時被捕獲的虛擬機(jī)數(shù)量相關(guān),捕獲后的狀態(tài)可以存儲到狀態(tài)庫中成為開發(fā)測試環(huán)境的鏡像拷貝,在需要的時候可以立即實例化狀態(tài)鏡像進(jìn)行作業(yè)。模板的實例化與虛擬機(jī)的狀態(tài)的捕獲過程是無需人工參與的。因此模板的建立是比較耗時的一個關(guān)鍵步驟,當(dāng)擁有配置好的虛擬機(jī)的模板后再進(jìn)行開發(fā)測試環(huán)境

16、虛擬機(jī)實例化時將會節(jié)省大量重復(fù)性勞動的時間,甚至可從一個模板實例化出2臺以上的可運行的虛擬機(jī)?？梢钥闯隼米詣踊h(huán)境可以大大減輕開發(fā)測試人員的工作強(qiáng)度和減少重復(fù)性勞動時間。表 1 虛擬化開發(fā)測試環(huán)境創(chuàng)建實驗5 結(jié)論本文首先從軟件開發(fā)測試環(huán)境的復(fù)用及自動化分發(fā)出發(fā),引入了開發(fā)、測試虛擬機(jī)及其集合的概念,通過對虛擬機(jī)技術(shù)選擇的分析,以及虛擬機(jī)關(guān)鍵特性的總結(jié),分析了利用虛擬化架構(gòu)建立軟件開發(fā)測試自動化環(huán)境的可能性。闡述了基于虛擬化架構(gòu)開發(fā)測試自動化環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)核心模塊組成,及該環(huán)境可以為軟件開發(fā)測試人員提供硬件資源共享和開發(fā)環(huán)境集中管理與共享等功能,并實現(xiàn)開發(fā)測試環(huán)境自動化地復(fù)制分發(fā)。最后通過基于

17、VM Lab Manager、ESX Server等工具搭建的虛擬化開發(fā)測試自動化環(huán)境配置及部署實驗,分析了該自動化環(huán)境的優(yōu)越性。參考文獻(xiàn)1Magnusson P S,The virtual test labJ.IEEE Computer,2005, 38(5:95-97.2Smith J E,Nair R,The architecture of virtualmachinesJ.IEEE Computer,2005,38(5:32-38.3Figueiredo R,Dinda P.A,Fortes J.Resourcevirtualization renaissance J. Compute

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