徐彩霞 葛華勇 侯仰宇

（東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 上海 201620）

1 引言

命令行界面（Command-line Interface，CLI）是管理和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一種接口模式，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持CLI接口模式［1］。由于CLI是通過基礎(chǔ)函數(shù)開發(fā)得到的，其具有功能強(qiáng)大、易使用、擴(kuò)充方便、資源占用率少等優(yōu)點(diǎn)［2］，所以客戶端計(jì)算機(jī)、路由器和24小時運(yùn)作的服務(wù)器等設(shè)備通常都采用CLI操作方式進(jìn)行自動化的系統(tǒng)管理。因此，對客戶端計(jì)算機(jī)、路由器和服務(wù)器等設(shè)備進(jìn)行CLI測試必不可少。然而，目前的CLI測試方法大部分都使用手工測試，測試人員需要具備專業(yè)知識，熟悉相關(guān)操作的CLI指令。對于簡單的回歸測試，可以采用錄制生成腳本的方式來提高一定的測試效率，但腳本的維護(hù)量大，復(fù)用性低。因此，整個CLI測試過程操作繁瑣，手工輸入易錯，不易排錯，而且要求對測試人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，增加了開發(fā)成本。特別是在回歸測試中，極大地浪費(fèi)了人力、時間和金錢。

為了改善CLI的測試現(xiàn)狀，本文運(yùn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動腳本的方式［3］，研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于Python語言的CLI自動化測試方法。該方法包括四部分內(nèi)容：使用python的unittest測試框架完成整體的測試工作；應(yīng)用telnet協(xié)議和Python的telnetlib模塊實(shí)現(xiàn)主機(jī)的遠(yuǎn)程登錄；利用yaml的直觀、與腳本語言的易交互性，將測試用例集合在yaml文件中；在用戶界面輸出測試結(jié)果，并將結(jié)果生成日志報(bào)告。使用此方法時，若一些測試用例改變，只需要改變數(shù)據(jù)文件，不需要改變測試腳本，提高了測試腳本的復(fù)用性。而且將測試數(shù)據(jù)整合到數(shù)據(jù)文件中，不需要每次測試都進(jìn)行指令的手動輸入，避免了手動輸入指令的重復(fù)性、繁瑣性，減少了手動出錯的頻率。同時，將結(jié)果生成日志報(bào)告，便于開發(fā)、測試人員的后期檢查和調(diào)試。

2 CLI自動化測試方法

本方法使用Python腳本語言，運(yùn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動腳本的測試思想，分離了測試腳本和測試用例，實(shí)現(xiàn)了沒有宏命令的腳本語言自動化，是一種黑盒自動化測試方式［4］，主要用于CLI模塊的功能驗(yàn)證。該自動化測試方法如圖1所示。

圖1 自動化測試方法流程圖

編譯運(yùn)行腳本文件時，整個測試過程是通過Python的單元測試框架unittest實(shí)現(xiàn)的。該單元測試框架首先初始化測試環(huán)境，然后執(zhí)行測試工作流，最后，對測試結(jié)束后的測試環(huán)境進(jìn)行清理和還原［5］。其中，執(zhí)行測試工作流的具體順序是：首先通過telnet協(xié)議遠(yuǎn)程登錄主機(jī)設(shè)備；然后利用具體命令讀取yaml數(shù)據(jù)文件，同時將其中的測試數(shù)據(jù)以參數(shù)的形式傳遞給腳本；腳本在客戶端執(zhí)行接收到的測試數(shù)據(jù)，即執(zhí)行CLI指令；最后將執(zhí)行結(jié)果輸出到客戶端界面和日志報(bào)告中。

2.1 unittest測試框架

基于Java的測試框架JUnit，Python衍生出了自身的單元測試框架unittest。利用unittest，測試人員能夠以更加結(jié)構(gòu)化的方式編寫大型且周詳?shù)臏y試集。

unittest框架包括：測試用例（TestCase）、測試集合（TestSuite）、測試載入器（TestLoader）、測試運(yùn)行器（TestRunner）、測試結(jié)果（TestResult）和測試夾具（TestFixture）［6］。它們之間的關(guān)系為：1）測試用例：包括測試前環(huán)境的初始化，執(zhí)行測試的代碼、步驟、預(yù)期結(jié)果等，以及測試后環(huán)境的清理還原；2）測試集合：多個測試用例集合在一起構(gòu)成了測試集合；3）測試載入器：將測試用例加載到測試集合中的模塊；4）測試運(yùn)行器：用來執(zhí)行測試集合的模塊；5）測試結(jié)果：包括運(yùn)行的測試用時，測試用例數(shù)目，執(zhí)行成功的用例數(shù)目，執(zhí)行失敗的用例數(shù)目等信息；6）測試夾具：對一個測試用例環(huán)境的初始化和清理，通過覆蓋測試用例的環(huán)境初始化和環(huán)境清理還原的方法來實(shí)現(xiàn)。

2.2 telnet協(xié)議使用方法

telnet協(xié)議是Internet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式［7］。用戶應(yīng)用telnet命令，使用戶計(jì)算機(jī)暫時成為遠(yuǎn)程主機(jī)的仿真終端，之后在仿真終端的telnet程序中輸入命令，這些命令會在主機(jī)上運(yùn)行，與直接在主機(jī)的控制臺上輸入的效果一樣。其工作原理如圖2所示。

圖2 telnet的工作原理圖

telnet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)采用的是C/S（客戶/服務(wù)器）模式，用戶直接在客戶端輸入指令，仿真終端會把輸入的指令通過telnet程序傳遞給服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些指令會在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的外殼上運(yùn)行，指令運(yùn)行后的輸出信息會通過telnet程序回顯在仿真終端的顯示界面上［8］。通常，客戶端和主機(jī)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程連接信息是通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)?，在客戶端輸入的用戶名、密碼和命令字符等實(shí)際上就是向服務(wù)器端發(fā)送一個IP數(shù)據(jù)；遠(yuǎn)程操作結(jié)束時，斷開telnet連接就是撤銷TCP連接。通過telnet協(xié)議遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器需要滿足的條件是：本地計(jì)算機(jī)支持telnet服務(wù)協(xié)議；知道遠(yuǎn)程主機(jī)的IP地址、登錄標(biāo)識用戶名和密碼。

2.3 yaml數(shù)據(jù)文件

yaml（Yet Another Markup Language另一種標(biāo)記語言）是一種直觀的、能夠被電腦識別的數(shù)據(jù)序列化格式，是一種可讀性高、容易和腳本語言交互，用來表達(dá)資料序列的編程語言。

本方法的測試數(shù)據(jù)是以yaml的格式進(jìn)行保存并供測試腳本調(diào)用和執(zhí)行。常見的數(shù)據(jù)存儲方式有純文本、數(shù)據(jù)庫和 XML 文檔、yaml文件等［9］。對于CLI的測試用例集合，純文本形式可讀性不高；數(shù)據(jù)庫方式浪費(fèi)資源；XML雖然易于數(shù)據(jù)交換和處理，但其語法比yaml復(fù)雜，解析成本高；yaml方式結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，解析成本低，而且特別適合在腳本語語言中使用，因此本方法選擇yaml文件格式存儲CLI測試數(shù)據(jù)。

3 CLI自動化測試方法的實(shí)現(xiàn)

本文在Python的unittest測試框架上，運(yùn)用tel?net協(xié)議和數(shù)據(jù)驅(qū)動腳本方式實(shí)現(xiàn)了CLI的自動化測試方法。本方法涉及到的unittest、telnetlib、yaml都是Python自帶和支持的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)［10］，這些標(biāo)準(zhǔn)庫的代碼可用性高、功能強(qiáng)大、速度快，而且使用方便，只需要利用import語句直接導(dǎo)入，然后再根據(jù)各模塊的使用方法分別進(jìn)行配置調(diào)用即可。

3.1 unittest的使用

unittest框架的基本使用方法是：首先是準(zhǔn)備測試用例，然后利用測試載入器將測試用例加載到測試集合中，之后由測試運(yùn)行器執(zhí)行測試集合，執(zhí)行結(jié)果保存在測試結(jié)果中。應(yīng)用unittest模塊實(shí)現(xiàn)CLI單元測試的部分程序代碼如圖3所示。

圖3 unittest框架部分程序代碼

本文首先在測試腳本中定義了一個測試用例類CLI_Test，該測試用例類繼承自unittest.Test?Case［11］。在 CLI_Test類中，定義的方法包括：1）定義了setUp（）方法，在此方法中寫入了測試執(zhí)行前的準(zhǔn)備工作：初始化測試環(huán)境和創(chuàng)建日志文件；2）定義了tearDown（）方法，在此方法中寫入了測試結(jié)束后的環(huán)境還原和日志文件的關(guān)閉；3）定義了測試用例文件test_1_CLI，該文件主要包含了測試的啟動、測試內(nèi)容、測試方法、測試數(shù)據(jù)的執(zhí)行、測試結(jié)果的判定及輸出等。因此，通過對unittest模塊進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置和方法定義，實(shí)現(xiàn)unittest的正常使用和CLI整體測試框架的搭建。

3.2 遠(yuǎn)程登錄的實(shí)現(xiàn)

對服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行CLI功能測試，首先要遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，本文利用python的telnetlib模塊實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程登錄，其代碼如圖4所示。

圖4 telnet遠(yuǎn)程登錄網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的代碼

在已知遠(yuǎn)程主機(jī)的IP地址、標(biāo)識和口令的情況下，通過telnetlib模塊可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程登錄。一般情況下，服務(wù)器的23端口主要用于tel?net服務(wù)［12］，是 Internet上普遍采用的登錄和仿真程序。因此，首先定義一個遠(yuǎn)程連接函數(shù)telnet_con?nect，它包括三個參數(shù)：主機(jī)host、用戶名username和密碼password；然后，通過設(shè)置tn=telnetlib.Tel?net（host，port=23，timeout=10）來連接主機(jī)設(shè)備的telnet服務(wù)，其中host可以是被測主機(jī)的IP地址或者域名；利用語句tn.write（username+“ ”）實(shí)現(xiàn)登錄用戶名的輸入；經(jīng)由語句tn.write（password+“ ”）實(shí)現(xiàn)登錄密碼的輸入；憑借語句tn.expect（［“system>”］）來判斷遠(yuǎn)程登錄是否成功；最后，編寫命令執(zhí)行、退出Telnet服務(wù)的相關(guān)代碼。

3.3 測試數(shù)據(jù)集合的實(shí)現(xiàn)

通過yaml數(shù)據(jù)文件整合所有的測試用例，文件結(jié)構(gòu)可以通過縮進(jìn)來表示，連續(xù)的項(xiàng)目可以通過減號“-”來表示［13］。部分?jǐn)?shù)據(jù)文件格式如圖5所示。

圖5 yaml數(shù)據(jù)文件

整個yaml文件通過縮排方式呈現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)簡單，可讀性高。當(dāng)執(zhí)行測試腳本時，將yaml文件中的數(shù)據(jù)以參數(shù)形式載入到測試腳本中，提高了腳本的復(fù)用性。文件中的Case是測試用例的ID號，便于測試結(jié)果的審查定位；Command是測試的CLI指令；Returncode是預(yù)期的測試結(jié)果，用于與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果作對比，從而判斷測試是否成功。Case、Command、Returncode構(gòu)成了一個簡單的測試用例，所有的測試用例以同樣的形式進(jìn)行排列、整合后，就是一個完整的數(shù)據(jù)文件。

3.4 測試結(jié)果的判定與實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的CLI模塊具備完整的功能集合，支持的功能有：SSH的連接與斷開、命令的運(yùn)行、運(yùn)行結(jié)果的反饋等［14］。通常CLI指令運(yùn)行結(jié)果的反饋情況是：執(zhí)行成功會返回ok，執(zhí)行失敗就會返回相應(yīng)的失敗信息。因此，在yaml文件中設(shè)置Return?code為ok，并將其作為腳本中的expect_returncode，即 在 腳 本 中 定 義 ：expect_returncode=str（yaml?file_load［Api］［l］［‘Returncode’］），將屏幕輸出的實(shí)時信息作為腳本中的runtime_returncode，即在腳本中定義：runtime_returncode=output_format（screen_output，CLI_CMD），其中 CLI_CMD=Com?mand，screen_output=tn.read_very_eager（），Com?mand=str（yamlfile_load［Api］［j］［‘Command’］）。若expect_returncode和runtime_returncode相等，則代表該條命令執(zhí)行成功，否則代表執(zhí)行失敗。同時，將測試結(jié)果輸出到終端界面。而且為了便于開發(fā)、測試人員調(diào)試CLI功能程序，將測試結(jié)果輸出打印到日志中，日志文件包含測試用時、測試結(jié)果信息、測試用例總數(shù)、執(zhí)行成功的測試用例數(shù)、執(zhí)行失敗的測試用例數(shù)等。

4 結(jié)果與分析

本方法主要根據(jù)returncode判斷用例的測試結(jié)果，若runtime_returncode等于expect_returncode，則該條命令執(zhí)行成功，否則執(zhí)行失敗。然后將測試結(jié)果輸出到用戶界面，并打印到日志中。用戶界面的輸出結(jié)果如圖6所示。

圖6 用戶界面的輸出結(jié)果

輸出到用戶界面的信息包括測試用例的基本信息：case ID、Command，Telnet情況，以及預(yù)期結(jié)果和運(yùn)行結(jié)果。但是，若只將測試結(jié)果輸出到用戶界面是不方便的。因?yàn)镃LI的測試用例很多，而且自動化測試執(zhí)行的速度很快，用戶界面不適合測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)、整理與審查。因此，同時將測試結(jié)果打印到日志中，便于測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)、整理與檢查，有利于開發(fā)、測試人員的調(diào)試。該腳本共打印了三個日志文件，包含所有測試用例信息的詳細(xì)日志和樣例日志，僅包含測試失敗用例信息的詳細(xì)日志，滿足開發(fā)、測試人員后期檢查時的不同需求。所有測試用例的詳細(xì)日志如圖7所示。

圖7 所有測試用例信息的詳細(xì)日志

以包含8個測試用例的yaml文件為例，在所有測試用例的詳細(xì)日志中，可以得到的信息有：測試開始時間、測試結(jié)束時間、測試用時、測試用例信息、測試結(jié)果信息、測試成功用例數(shù)、測試失敗用例數(shù)等。當(dāng)后期檢查時，依照日志中的用例ID和Command可以快速定位和獲取測試用例的具體信息；根據(jù)日志中的Runtime Returncode得到命令執(zhí)行的實(shí)時輸出信息和測試失敗用例的錯誤原因，能夠及時調(diào)試和改善功能程序的缺陷；憑借日志中的PASSED數(shù)目和FAILED數(shù)目快速統(tǒng)計(jì)測試用例的覆蓋率和成功率，從而判斷當(dāng)前build的穩(wěn)定性和有效性；通過日志中的used time可以看出每個測試用例的執(zhí)行時間都控制在10s級別，比起每次手動輸入節(jié)省時間。

5 結(jié)語

本文應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動腳本方式，使用Python的單元測試框架研究并實(shí)現(xiàn)了一種面向CLI的自動化測試方法。該方法利用telnet協(xié)議實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程登錄，并將測試用例從測試腳本中分離出來存放在外部的yaml數(shù)據(jù)文件中，實(shí)現(xiàn)了沒有宏命令的腳本語言自動化，提高了腳本的復(fù)用性。而且將測試結(jié)果打印到日志文件中，便于開發(fā)、測試人員進(jìn)行檢查調(diào)試。與CLI的測試現(xiàn)狀相比，該方法有效地避免了CLI測試工作的繁瑣性、手動易錯性，增強(qiáng)了測試腳本的復(fù)用度，極大地提高了測試效率、測試覆蓋率，明顯地減少了CLI功能的開發(fā)成本。而且選用yaml，提高了數(shù)據(jù)文件的可讀性，應(yīng)用人群更廣；利用Python的強(qiáng)大功能庫進(jìn)行腳本的編寫，代碼簡潔，開發(fā)簡單。

該測試方法主要應(yīng)用于CLI的功能測試環(huán)節(jié)，下一步可以將源代碼的分析模塊、測試用例的生成模塊也集成到該方法中，并考慮提供一個用戶交互頁面便于測試人員的操作。

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