基于云計算組件模型的測試方法和技術研究

李建軍

(1. 中國電子科技集團公司第三十二研究所，上海 200233；2. 廣西大學 計算機與電子信息學院，廣西 南寧 530004)

基于云計算組件模型的測試方法和技術研究

李建軍1,2

(1. 中國電子科技集團公司第三十二研究所，上海 200233；2. 廣西大學 計算機與電子信息學院，廣西 南寧 530004)

在分析云計算技術特點基礎上，基于云計算組件模型研究了云計算產品的測試方法和技術，并在聯(lián)通云計算綜合管理云平臺的測試中進行應用，取得了較好的效果。

云計算組件模型測試；云計算；云平臺測試

0 引言

隨著云計算技術的不斷完善，云計算已成為IT行業(yè)最新的發(fā)展趨勢。借助云計算架構下虛擬化、自動化的優(yōu)勢，無論最終用戶、SaaS提供商還是PaaS提供商都能以按需付費的形式從基礎設施服務中獲得應用所需的計算能力。

云計算的出現(xiàn)給軟件開發(fā)和軟件測試帶來巨大影響，這種新的環(huán)境要求軟件測試的方法和技術也隨之變化。當前，市場上涌現(xiàn)了大量的云計算產品，但作為一個新興的技術和領域，還缺乏完整的測試和評價方法，文獻[1-3]主要研究了如何基于云計算環(huán)境開展軟件測試，本文主要基于云計算組件模型探討云計算產品的測試策略和測試內容。

1 云計算產品組件模型

從功能實現(xiàn)上進行分析，一個典型的云計算產品的結構可以分為多個組件，如圖1所示[4]。

平臺：面向應用開發(fā)人員進行應用開發(fā)、集成和交付的環(huán)境和工具集。

展示：用戶與云計算產品之間的人機交互接口。

集成：與外部子系統(tǒng)的交互接口。

彈性：應用和基礎設施的計算能力及容量規(guī)劃，強調可伸縮性。

存儲：提供高可伸縮存儲能力的外部存儲庫，可存儲結構化的和非結構化的、靜態(tài)的和易失性數據。

部署：應用的發(fā)布過程，包括開發(fā)、測試和最終部署到生產環(huán)境。

運行維護：對已投入生產環(huán)境的應用進行監(jiān)控和提供支持。

計費：對占用資源的測量、計費和支付結算。

身份認證：應用的直接使用者的信息，可以使用該信息來優(yōu)化和定制用戶體驗。

2 測試方法

云計算產品的測試方法與傳統(tǒng)系統(tǒng)的測試方法和策略有很大的不同，針對云計算產品進行軟件測試時應特別關注平臺能力、展示能力、集成能力、存儲能力、彈性能力、計費能力、部署和運行維護能力、身份認證等，云組件測試模型如圖1所示。

圖1 云組件測試模型

2.1 平臺組件測試

測試云計算平臺組件時重點關注物理資源虛擬化能力、物理設備管理能力、平臺安全管理能力及容錯性等方面。

(1)驗證虛擬化能力首先要關注云計算平臺對計算資源(計算資源、存儲資源、網絡設備等)進行虛擬化再進行分配的能力， 包括設備添加、部署、配置和拆除等功能。

(2)驗證平臺是否具備物理設備控制功能，具體包括：①管理人員可以根據需要關閉、打開設備的服務。②在指定服務器上創(chuàng)建虛擬機，創(chuàng)建指定服務器上的虛擬機快照，卸載指定服務器上的虛擬機等。③提供遠程控制。

(3)驗證平臺是否具備物理設備監(jiān)控功能，包括：①支持主機自動發(fā)現(xiàn)功能。②在基礎設施管理層面，系統(tǒng)能夠對所有受控設備的運行狀態(tài)實施動態(tài)、實時的監(jiān)控。③支持故障節(jié)點。對異常設備實施控制，并能人為或自動地隔離故障設備，將設備上的運行信息遷移到其他設備上，能夠正常運行。④支持告警功能。對物理服務器的性能指標設定閾值，當接近或超過閾值時，可以對管理人員進行報警，支持短信、郵件發(fā)送等方式的報警信息，保證管理人員第一時間收到報警信息，對設備進行維護。

(4)測試平臺是否具備物理網絡管理能力，包括對物理網絡設備如網卡、交換機、路由器等的管理、控制和維護，并為用戶提供物理網絡拓撲圖，實時查看物理網絡狀態(tài)，支持對故障設備的隔離和恢復。驗證系統(tǒng)是否提供基于物理網絡的網絡隔離和寬帶控制功能，實現(xiàn)多租戶環(huán)境下的物理隔離，更好地保護租戶的應用和數據[5]。

(5)測試平臺的虛擬存儲管理能力，包括：①可以為存儲卷創(chuàng)建快照，用于快速恢復存儲卷和虛擬機。出于安全考慮，每個存儲卷都有配額設置和訪問控制，只允許有權限的用戶和虛擬機讀寫卷中的數據，默認情況下存儲卷可以被所有用戶訪問。查看是否能創(chuàng)建快照，在存儲發(fā)生故障時能快速恢復；查看是否為每個存儲分配不同的權限，非授權用戶訪問時被禁止[6]。②支持對關鍵數據進行加密存儲，防范非法用戶對數據的濫用；查看是否為關鍵數據加密。③測試是否支持多存儲方案，包括傳統(tǒng)的NAS和SAN、分布式存儲以及本地存儲[7]。用戶可根據實際需求選取其中一種存儲方案或將幾種方案混用。④測試是否支持跨物理和虛擬機訪問共享虛擬磁盤和應用數據程序數據，以擴展云平臺的應用范圍。

(6)驗證虛擬網絡管理能力，具體包括：①虛擬網絡管理主要是針對虛擬機網絡，如對虛擬機網卡、網關、虛擬交換機等的管理和維護，在虛擬網絡拓撲視圖上查看網絡劃分情況、IP使用情況及各種虛擬設備的在線狀態(tài)，查看各業(yè)務的運行狀態(tài)。②物理、虛擬的主機能夠同時對外提供服務，必須能夠提供完整、有效、可控的網絡組網的管理、控制能力，能靈活、可靠地實現(xiàn)內部網絡與外網(含企業(yè)網、互聯(lián)網)間的映射和必要的安全保障。③根據用戶訪問和資源控制需要，提供比較全面的網絡管理機制，包括訪問網關、網絡隔離和帶寬控制等，從而保證安全和提高網絡資源使用均衡。④實現(xiàn)物理網絡和虛擬網絡之間的互通，即虛擬機可以和物理服務器進行通信，支持在用戶在服務器上部署關鍵應用，同時又能保證整個云平臺業(yè)務的互通性和一致性。

云計算的安全是指確保數據只能被授權的實體訪問，而且數據是機密的、真實的、最新的、存在的。安全性方面一般都提供授權和基于角色的訪問控制功能，其正確驗證主要通過分析云計算產品的訪問管理架構和評估云基礎設施中基于安全證書的RBAC實現(xiàn)。云企業(yè)用戶需要綜合權衡安全性與速度、效率，而無須考慮云計算基礎設施的基礎安全，因此云產品應該提供一組安全服務和工具，使企業(yè)能滿足個性化需求的安全服務，測試時重點驗證以下控制點：

(1)網絡接入控制功能：對于非法占用IP資源、內部設備非法跨網段接入等可以及時發(fā)現(xiàn)，保障全網的IP管理秩序和網絡接入安全；可對虛擬機MAC地址與IP地址進行強綁定，一旦其中任意一項被非法修改，則虛擬機與外界連接的網絡立刻被斷開(管理員可以通過特別工具恢復)，從而保護用戶的權益不受到損害。

(2)實時監(jiān)控整個網絡應用：不斷獲取設備各類指標參數，在問題發(fā)生前及時了解非正常情況，分析非法入侵、病毒、物理故障等現(xiàn)象。

(3)測試是否能通過設置閾值實現(xiàn)對網絡流量的預警，是否支持全自動防DDoS攻擊。

(4)測試審計功能是否完整有效等。

(5)平臺的容錯性方面，當大量服務器進行同一個計算時，測試單節(jié)點故障是否影響應用的正常運行。

2.2 集成組件測試

測試是否支持Xen、KVM、VMware等異構虛擬化平臺統(tǒng)一管理，并支持對物理機統(tǒng)一管理。

測試其接口管理能力，是否對外提供標準IaaS訪問接口，包括圖形化界面、命令行界面和可編程開放接口。另外，其提供的接口要求與標準開放的云計算接口與技術相兼容。云平臺的API支持兼容AmazonEC2、EBS、S3、LoadBalancing、CloudWatch、ElasticMapReduce等公有云標準。

2.3 部署和運行維護組件測試

部署和運行維護能力是衡量云計算平臺可用性的一個重要方面，測試時重點考慮以下內容：

(1)是否提供虛擬機全生命周期創(chuàng)建、運行和刪除中各個階段的相應管理功能。主要包括虛擬機的啟動、停止、重啟、掛起、恢復、克隆、刪除、增量備份、在線熱遷移，提供基于VNC的虛機連接機制。

(2)是否支持主機選擇，對資源能夠實現(xiàn)動態(tài)調配。

(3)是否支持虛擬機的恢復。

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

(5)支持V2V(VirtualtoVirtual)能力，簡化虛擬機復制，在此基礎上可以提供虛擬機在線熱遷移能力，保證在發(fā)生故障時，用戶業(yè)務不中斷。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。

運行維護組件,另外需要驗證其日志管理和審計功能，測試其是否支持全面管理用戶系統(tǒng)訪問操作日志，方便查詢和回溯用戶行為。審計日志包含系統(tǒng)錯誤/告警事件記錄。提供INFO、Debug兩種基本運行日志，方便管理員監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)、查找詳細錯誤信息和排除故障。

2.4 云計算彈性測試

云計算彈性最直接的就是云計算服務的可靠性，其具體體現(xiàn)在服務的可靠性、可使用性、可恢復性、連續(xù)性等方面。可用性通常使用正常運行時間所占的百分比來衡量，一般通過提高單個組件的可靠性來獲得可用性，同時采用冗余和故障遷移技術來實現(xiàn)容錯的目的。

彈性測試需要集合彈性評測模型來進行。服務等級協(xié)議SLA定義了云服務類型、服務質量和服務費用，確定了消費者或企業(yè)與云服務提供商之間所希望的基本服務水平[8]。

云計算中比較核心的功能是資源的彈性伸縮、動態(tài)調度、租戶隔離等，所以測試時重點驗證以下方面：

(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(通過增減實例數量滿足需求)、縱向模式(通過增減性能滿足需求)、動態(tài)遷移(故障情況或反應不及時的情況下通過將實例遷移到性能更好的物理機上)。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用需求。

(2)負載均衡策略。提供多種負載均衡策略，如CPU占用最少策略、內存使用最少策略、訪問量最少策略等，用戶可以根據應用選擇不同的策略實施負載均衡，也可以多種策略混用。

(3)基于工作流的服務流程定義能力。基于工作流引擎，提供內置的資源申請流程、事件管理流程、問題管理流程和變更管理流程的運維流程支持。

2.5 身份認證

測試平臺是否提供多種用戶接入控制，如用戶/密碼、Ukey認證、手機驗證等多種方式，防止非法用戶對云平臺資源濫用。

驗證是否提供用戶管理能力，包括提供基于角色的平臺用戶管理功能。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、網絡、存儲空間等對象權限分配機制，控制用戶可創(chuàng)建虛擬機的類型和配置。授權的操作包括隱藏、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限一樣。頁面中的功能按鈕根據模塊中所包含的功能來定義，通過模板及角色所擁有的權限進行控制。

2.6 云計算展示測試

云計算所交付的功能需要提供一個人機交互界面(用于接收用戶輸入和顯示系統(tǒng)輸出內容)，基于瀏覽器界面的部署和系統(tǒng)升級的便捷性，當前主流云計算應用的展示層一般都提供了瀏覽器界面，測試時重點驗證是否提供統(tǒng)一的門戶功能，集成IaaS平臺和PaaS平臺的監(jiān)控和管理系統(tǒng)。提供集成式的Dashboard功能，對IaaS和PaaS平臺重要的KPI指標進行實時的監(jiān)控和展示，包括：提供部署服務相關的報表，用于統(tǒng)計和報告物理機、虛擬機數目和部署實施情況；提供監(jiān)控和管理服務報表，統(tǒng)計和報告服務器和虛擬機的資源利用率情況；提供流程服務報表，統(tǒng)計和報告服務流程執(zhí)行的相關情況。

2.7 計費組件測試

為了合理地對云計算服務使用方收取費用，需要對用戶使用情況進行度量，比如以單位度量、應用程序事件、用戶登錄、應用的正常運行時間、帶寬利用率、應用響應時間、監(jiān)視警報和計費統(tǒng)計等數據為基礎。

管理員可定制虛擬機實例、網絡、存儲等資源服務的使用費用規(guī)則，包括計費方式、費率等，并可按照用戶所選擇的服務等級協(xié)議給予相應折扣。對于用戶的繳費狀態(tài)進行全局監(jiān)控，可根據費用設定相應的啟停規(guī)則對用戶進行管理。如果在設定的規(guī)則內，用戶欠費狀態(tài)一直未得到更新，則可自動停止用戶對資源的使用權限，必要時可注銷賬戶等。

驗證計費組件記錄用戶虛擬機使用情況，包括使用時間、使用流量和操作序列等，支持最終用戶實時查詢自己資源使用情況，防止需求超過配額，影響對業(yè)務的有效支撐；查看能否進行資源統(tǒng)計分析，以圖表的方式展示給用戶，并且支持報表生成。

3 結束語

本文從典型的云計算產品組件模型入手，分析并提出了云計算產品各功能組件的測試方法和要點，對于云計算平臺相關產品的測試和評估具有一定的參考價值。本研究成果已被用于中國聯(lián)通的的綜合管理云平臺測試工作中，取得了較好的效果。下一階段的研究方向為如何基于云計算組件模型的測試結果數據對云平臺進行評估。

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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. 基于云計算組件模型的測試方法和技術研究[J].微型機與應用，2016,35(22)：15-17,21.

2016-05-26)

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