鐵路統一開發測試平臺體系架構及技術路線的研究

任 爽，杜 巍，孫 美

（中國鐵路信息科技有限責任公司，北京 100038）

傳統IT企業或大中型企業IT部門的軟件研發測試架構一般采取“一項目一環境”模式，此模式具有項目針對性強、單項目構建成本低的優點。但是，隨著企業的業務不斷增長和信息系統項目不斷增多，特別是在項目研發初期的設備采購、環境搭建和項目執行過程中的流程控制上，這種模式存在很多缺陷[1]。隨著信息化的迅猛發展和互聯網的高速增長，企業對應用軟件研發測試的速度、效率和質量要求越來越高，傳統開發測試架構模式已不適應信息化快速發展的需要[2]。

鐵路總公司發布的《鐵路信息化總體規劃》[3]中關于信息基礎設施平臺規劃明確提出“引入云計算技術,建設基于云平臺的開發測試平臺，向全路提供統一的開發測試云環境，實現開發測試資源共享，提高開發測試標準化、規范化水平，提升業務應用系統開發測試環境部署效率”的目標。為此，本文提出基于云平臺的鐵路統一開發測試平臺體系架構。利用源代碼開發、自動化部署等技術，優化軟件開發測試流程，實現應用集中開發管理、資源自動分配、軟件自動部署、持續測試、軟件快速發布等功能[4-6]，為鐵路信息系統開發、測試提供新模式。

1 統一開發測試平臺體系架構

1.1 體系架構設計

為了進一步提升鐵路應用自動化水平和創新能力，圍繞如何從資源、應用、服務等多個維度支撐開發測試環境，對應用開發測試過程中項目管理、彈性供應、自動化部署、自動化測試、統一配置展開相關的研究和設計，體系架構設計如圖1所示。

圖1 統一開發測試平臺體系架構

1.1.1 門戶層

統一門戶采用松耦合架構，為開發測試平臺提供了統一的訪問入口，提供自服務門戶和管理門戶；自服務門戶面向業務使用人員提供了服務的申請、查看、使用等能力，為用戶提供多樣化的開發測試服務，包含項目管理、開發工具、測試工具、應用部署等服務；管理門戶面向平臺管理人員提供開發測試服務的統計、審批、定制、訂單管理、系統維護等能力。

1.1.2 平臺支撐層

項目生命周期管理為軟件開發過程中相關人員提供統一的工作平臺，包括項目管理、需求管理、任務管理、開發測試管理、缺陷問題管理、持續集成、文檔管理、事務組織管理、統計功能、搜索功能等，實現軟件開發與項目全過程的管理。具體管理流程如圖2所示。

圖2 項目管理流程

1.1.3 環境運行支撐層

運行環境基于基礎設施云平臺為開發測試平臺提供PaaS層服務，包括Web服務器、應用服務器、消息中間件和數據庫服務器。

基礎設施云平臺向開發測試平臺提供對所有基礎設施的利用，包括CPU、內存、存儲、網絡和其它基本IT資源，用戶可按實際需要自由部署操作系統或應用程序。開發測試平臺無需管理或控制任何基礎設施，云平臺可靈活提供、調整計算、存儲和網絡資源，滿足開發測試平臺需求。

PaaS層通過創建標準模板及接口封裝，提供信息系統開發、運行時平臺環境，幫助提高開發、測試、生產環境的部署效率；開發測試平臺在PaaS層之上完成應用系統開發、配置和部署。

1.2 技術架構

基于云計算技術，建設鐵路統一化、標準化、自動化的開發測試平臺，實現開發測試資源共享，提升應用系統開發測試的環境部署效率，面向全路提供統一共享的開發測試云環境。鐵路開發測試平臺技術架構設計如圖3所示。

1.2.1 門戶管理

（1）自服務門戶

圖3 統一開發測試平臺技術架構

自服務門戶能夠為最終用戶構建一個多樣化的綜合服務門戶，提供申請資源和審批服務，其中，審批流程可針對不同服務設置相應流程，包括門戶內容管理、服務目錄、消息通知、服務搜索和服務生命周期。

（2）管理門戶

管理門戶以應用運維為核心，提供應用節點管理、應用分區管理、交付件倉庫管理、存儲管理、后端服務接入與發布等，包括服務注冊、服務發布/取消、服務訪問控制、服務監控統計和流程審批。

1.2.2 開發測試平臺云

（1）項目管理

項目管理為項目過程提供專業的知識庫、技能分工、管理工具，在有限的資源條件下按用戶期望完成項目的最終目標，包括項目的生命周期管理、風險管理、文檔管理、任務管理、問題管理等功能。

（2）需求和變更管理

需求管理是開發測試平臺的一個重要組成模塊，應能夠快速高效地對需求進行全周期管理。主要包括：定義需求屬性、需求內容、需求流程、需求報表、需求跟蹤矩陣、需求生成任務、需求版本管理。

（3）開發管理

開發測試平臺中提供統一的交付模式，存在差異的應用環境應根據業務特性提供不同的部署方案，并且針對部署過程依賴的部署包進行統一管理。包括開發框架管理和開發工具管理，提供支持Java、.NET、Python等各語言環境，可自動構建，內置常用開發工具，覆蓋在開發過程中涉及的代碼管理、編譯打包、集體開發環境（IDE）開發、部署發布。

（4）配置管理

配置管理解決開發測試環境下配置項統一管理問題，將項目中通用的配置項在配置中心進行統一管控，從而實現多業務應用的配置統一發布，配置變更實時推送。主要包括：運行環境配置、應用組件配置、配置倉庫、部署配置和配置審計。

（5）持續集成管理

持續集成管理讓開發團隊持續生產可靠軟件，審視軟件質量，提升交付速度。提供代碼托管、開發流水線、設置構建策略、管理構建依賴文件、自動化測試、生成交付件策略等功能。

（6）測試管理

根據鐵路開發測試平臺的測試管理要求，通過測試模塊可以形成快速交付體系，幫助鐵路用戶進行自動化測試，構建應用全覆蓋的測試體系。測試管理包括單元測試、系統測試、集成測試、功能測試、性能測試、安全測試6個方面。

（7）缺陷管理

缺陷管理是在軟件開發過程中針對軟件缺陷的識別、溝通、修復、關閉的處理過程，開發測試平臺的缺陷管理包括軟件缺陷申請、缺陷監管、缺陷處理、缺陷庫、指派通知等功能，實現對信息運行缺陷的全過程管理。

2 平臺關鍵技術

2.1 源代碼開發技術

基于在線IDE的源碼開發技術進行研究，在線編程技術涉及Web前端以及后端編譯系統。Web前端需要識別開發語言類型（如Java、PHP、.net等），提供用戶代碼錄入、行號、高亮語法、自動補全等功能。后端編譯系統接收到用戶的代碼，判斷用戶的代碼運行環境，并調用正確的編譯器進行編譯并將結果返回前端進行顯示。在線IDE工具包括Web入口、編輯器、匯編器 （面向CPU或指令集）、編譯器 (面向不同語言） 同時充當預編器、鏈接器、源碼構建工具，其過程如圖4所示。

2.2 持續集成技術

圖4 在線IDE開發過程

持續集成是一種軟件開發實踐，它倡導團隊開發成員經常集成開發測試運維的全生命周期，甚至每天都可能發生多次集成。而每次的集成都是通過自動化的構建來驗證，包括自動編譯、發布和測試，從而盡快地發現集成錯誤，讓團隊能夠更快地開發內聚的軟件。

2.3 自動化部署技術

自動化部署技術是以用戶自定義的部署要求將應用需要的環境進行快速構建，部署過程不需要用戶手動干預，并且能夠根據應用的負載情況，自動選擇部署策略，對部署過程進行實時反饋[7]。其原理如圖5所示。

圖5 自動化部署原理

2.4 流程編排技術

流程編排技術使用基于業務流程建模符號（BPMN，Business Process Modeling Notation）的自定義流程開發技術。BPMN定義了一個可視化的事件流程，該流程可用于創建業務流程操作的圖形化模型。業務流程圖由一系列的圖形化元素組成。這些元素簡化了模型的開發，且可讓使用者便于理解和操作。

2.5 基于云計算資源優化技術

應用資源優化技術主要針對應用集群的負載過大。開發測試平臺能夠動態擴展應用的實例，以支撐應用能夠正常承載訪問情況，保障應用的持續、健康運行。該技術主要依靠彈性伸縮和動態資源管理實現，為應用實現了真正意義上的資源按需分配。資源優化技術涉及到的技術點包括：彈性伸縮策略條件、策略解析器、彈性伸縮行為、資源動態調度等幾個方面，彈性伸縮主要由監控技術來發現負載的情況，并根據負載對應的策略條件來觸發彈性伸縮行為。

2.6 云計算訪問控制技術

云訪問控制技術，指防止對任何云資源進行未授權的訪問，從而使開發測試平臺在合法的范圍內使用[8]。借助用戶身份及其所歸屬的某項定義組來限制用戶對某些信息項的訪問，或限制對某些控制功能的使用，如基于角色的權限訪問控制（RBAC）、UniNAC網絡準入控制的原理就是基于此技術之上。

3 原型平臺技術路線選擇

3.1 技術路線分析

技術路線分為兩種：（1）商業軟件平臺+開源軟件+自主研發路線，商業軟件平臺采用Atlassian公司開發的工具集，其工具集能夠完成統一認證缺陷跟蹤、需求收集、流程審批、任務跟蹤、項目跟蹤，知識庫管理，持續集成，代碼檢測，代碼托管等功能；采用開源Docker&K8S平臺完成開發管理的功能；自研或使用開源ansible自動化部署工具使Atlassian工具集和K8S平臺進行聯動。（2）開源+自主研發路線：各個功能模塊均使用目前較為流行的開源軟件，包括TestLink，gitlab，redmine，Docker等，各軟件基本能夠完成開發測試平臺所涉及到的功能，但是有些軟件之間沒有實現數據流的自動流轉，需要二次開發。兩種技術路線對比如表1所示。

表1 兩種技術路線對比表

因為商用產品采用閉源形式，有些不滿足統一測試平臺的功能不能被修改，不能做到自主可控，且費用不菲，開發測試原型平臺搭建采用開源+自主研發的技術路線。

3.2 原型平臺技術路線

結合開發測試平臺體系架構設計、關鍵技術及技術路線分析，基于“鐵信云”的統一開發測試平臺原型技術路線如圖6所示。

圖6 原型平臺技術路線

（1）原型以Redmine工具與各模塊進行對接，對接模塊包括Testlink，Gitlab，jenkins。

（2）Redmine工具完成項目管理域需求管理的功能，TestLink工具完成缺陷管理的功能，Gitlab工具完成代碼管理功能，Jenkins工具完成持續集成的功能。

（3）sourceTree作為代碼管理客戶端與Gitlab對接，Jenkins與Sonar Qube，Gitlab，Robot Framework集成，完成代碼持續審查，自動化測試。

(4)通過ansible自動腳本調用Docker或K8S，完成自動化部署，同時，Docker能夠提供標準化的測試工具。通過輕量目錄訪問協議（LADP）進行用戶認證。

4 結束語

本文通過對鐵路系統開發測試現狀分析，引入云計算、自動化部署等技術，研究提出的基于云平臺的鐵路統一開發測試平臺架構，可以有效解決現有系統開發、測試過程中，資源分散、獨享、重復利用率低以及管理水平低等問題，為鐵路信息系統開發、測試提供新模式。