操作系統(tǒng)健壯性測(cè)試方法研究

摘 要：現(xiàn)如今，在操作系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中，健壯性已經(jīng)成為衡量其性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。因此，在此背景下，相關(guān)的學(xué)者提出了一些健壯性測(cè)試的方法，構(gòu)建了一批完善的和先進(jìn)的健壯性測(cè)試工具，現(xiàn)在需要對(duì)這些方法和工具進(jìn)行深入分析，從而為操作系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng);健壯性;測(cè)試方法

Abstract：Nowadays，in the stable operation of the operating system，robustness has become a key indicator to measure its performance.Therefore，in this context，relevant scholars put forward some robustness testing methods and built a number of perfect and advanced robustness testing tools，which need in-depth analysis to ensure the stable operation of the operating system.

Keywords：operating system;Robustness;The test method

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，各種先進(jìn)的技術(shù)在操作系統(tǒng)中得到了有效應(yīng)用，健壯性測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法也得到了完善和創(chuàng)新，其主要涉及云服務(wù)健壯性測(cè)試等方面的內(nèi)容?；诖耍枰獙?shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)健壯性測(cè)試方法的全面研究，整合和分析具體的測(cè)試方式，進(jìn)而保障操作系統(tǒng)健壯性測(cè)試方法的有效性。

一、操作系統(tǒng)健壯性測(cè)試方法研究背景

近幾年，隨著云服務(wù)在不同行業(yè)領(lǐng)域的普及和推廣，云服務(wù)健壯性也越來(lái)越重要。為了在此背景下加快云服務(wù)產(chǎn)業(yè)迅速地成型和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)云服務(wù)平臺(tái)的有效應(yīng)用，需要對(duì)相關(guān)的測(cè)試方式和技術(shù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)云服務(wù)平臺(tái)的健壯性評(píng)測(cè)。當(dāng)然，相關(guān)的學(xué)者還能夠從多方面出發(fā)，去深入分析云服務(wù)和操作系統(tǒng)本身的健壯性，將其作為一種提供給用戶使用的基礎(chǔ)服務(wù)資源，進(jìn)而保障云服務(wù)平臺(tái)運(yùn)行的有效性。

在對(duì)健壯性測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)其功能特性主要分為通過(guò)和失效兩種方式。在此過(guò)程中，我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)具體測(cè)試結(jié)果還會(huì)受到服務(wù)模式的影響。如果在操作系統(tǒng)的角度上對(duì)健壯性進(jìn)行分析，還會(huì)分析軟件健壯性和硬件健壯性，其中的軟件健壯性一般是指軟件系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)異常輸入，然而在這種苛刻的環(huán)境條件下運(yùn)行，軟件系統(tǒng)還可以保持穩(wěn)定性。同時(shí)，此系統(tǒng)還有兩種功能也就是差錯(cuò)屏蔽能力和差錯(cuò)恢復(fù)能力，要想在此特點(diǎn)上保證測(cè)試的有效性，需要明確這兩者能力的具體內(nèi)容，進(jìn)而完善健壯性測(cè)試的流程[1]。

在對(duì)導(dǎo)致軟件系統(tǒng)不健壯的因素進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)除了外界因素外，系統(tǒng)自身的錯(cuò)誤是導(dǎo)致這種問(wèn)題的主要因素，如異常輸入檢測(cè)等。因此，相關(guān)的技術(shù)人員還是需要對(duì)當(dāng)前的操作系統(tǒng)健壯性測(cè)試方法進(jìn)行深入研究，從而保證云服務(wù)平臺(tái)和相關(guān)操作性系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

二、操作系統(tǒng)主要的測(cè)試內(nèi)容

（一）配置測(cè)試

配置測(cè)試是指在當(dāng)前的配置環(huán)境下，操作系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況。然而系統(tǒng)配置一般包括兩方面的內(nèi)容，首先是軟件配置，其次是硬件配置。我們一般所說(shuō)的配置測(cè)試，大多數(shù)情況下是指硬件的配置測(cè)試。操作系統(tǒng)中的軟件配置是指被測(cè)試系統(tǒng)在其他軟件中的運(yùn)行情況，如果在軟件配置測(cè)試角度對(duì)其進(jìn)行分析，軟件的配置測(cè)試主要是說(shuō)軟件的兼容性測(cè)試。

在對(duì)硬件配置的功能性特點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)其一般是指被測(cè)試系統(tǒng)的硬件環(huán)境，其測(cè)試內(nèi)容主要包括兩方面，功能測(cè)試和性能測(cè)試。在功能測(cè)試角度上分析，一般出廠的時(shí)候供應(yīng)商會(huì)給出一個(gè)推薦配置，但是在具體的測(cè)試過(guò)程中還是存在一定的難點(diǎn)，就是如何確定硬件的配置。再加上，硬件的配置方案是非常多的，在理論上說(shuō)，是無(wú)法一一列舉的，所以在具體的測(cè)試過(guò)程中一般會(huì)測(cè)試最大配置和最小配置這兩種情況。

性能方面的測(cè)試，主要是指當(dāng)前配置的支持期望目標(biāo)能否滿足用戶數(shù)，也就是當(dāng)前配置的能力驗(yàn)證。但是，還有一種特殊情況，主要是指當(dāng)前的配置是否能滿足未來(lái)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)需求。因此，性能方面的配置測(cè)試硬件，一定要綜合考慮CPU和磁盤等內(nèi)容的使用情況。

（二）可靠性測(cè)試

一般情況下，系統(tǒng)的可靠性測(cè)試主要是指軟件系統(tǒng)的可靠性測(cè)試，所以其也被稱為軟件的可靠性評(píng)估，主要結(jié)合軟件系統(tǒng)的可靠性結(jié)構(gòu)以及不同單元的可靠性試驗(yàn)信息等，然后利用概率統(tǒng)計(jì)方法，更加準(zhǔn)確地評(píng)估出系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，軟件可靠性還指在規(guī)定時(shí)間的基礎(chǔ)上，所完成的規(guī)定功能能力。

在一般情況下，只要通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，就能度量其可靠性。但是，如果是對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行評(píng)估，不能只對(duì)軟件可靠性進(jìn)行測(cè)試，還包括硬件的可靠性測(cè)試，主要是因?yàn)樵骷赡軙?huì)出現(xiàn)失效等情況，進(jìn)而導(dǎo)致整體產(chǎn)品的測(cè)試出現(xiàn)失效，或者是產(chǎn)生故障。

（三）健壯性測(cè)試

健壯性測(cè)試是目前系統(tǒng)測(cè)試中應(yīng)用最為廣泛的方式，其還被稱為容錯(cuò)性測(cè)試。主要是指當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，是否可以自動(dòng)恢復(fù)或者是忽略故障繼續(xù)運(yùn)行。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮錯(cuò)誤輸入和故障注入等多種情況，只有這樣才可以保證系統(tǒng)運(yùn)行的健壯性。

通常情況下，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前操作性系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)，強(qiáng)化其本身的健壯性，需要按以下內(nèi)容進(jìn)行：

（1）通過(guò)。如果在系統(tǒng)中輸入?yún)?shù)，此系統(tǒng)需要產(chǎn)生預(yù)期的正常結(jié)果。（2）災(zāi)難性失效。此情況屬于操作性系統(tǒng)在運(yùn)行中的問(wèn)題，如果得不到及時(shí)解決，此系統(tǒng)就會(huì)失效。因此，如果在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)了這種失效以后，需要對(duì)其進(jìn)行重新引導(dǎo)，促進(jìn)系統(tǒng)恢復(fù)。（3）重啟失效。當(dāng)系統(tǒng)中的函數(shù)調(diào)用后并沒有返回，這就會(huì)導(dǎo)致調(diào)用它的程序出現(xiàn)問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

因此，為了進(jìn)一步提高操作系統(tǒng)健壯性測(cè)試的有效性，需要對(duì)其進(jìn)行良好的健壯性設(shè)計(jì)，明確健壯性測(cè)試的主要內(nèi)容。由于其屬于針對(duì)硬件進(jìn)行測(cè)試的測(cè)量的方法，所以需要從此角度出發(fā)，優(yōu)化整個(gè)計(jì)算環(huán)境。

在最近的研究中，部分的技術(shù)人員使用了基于故障注入的措施以及基準(zhǔn)程序方法，開展測(cè)試工作。因此，不管是在應(yīng)用哪些設(shè)計(jì)和測(cè)試方式時(shí)，都需要不斷強(qiáng)化系統(tǒng)本身的健壯性，優(yōu)化此流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)健壯性測(cè)試內(nèi)容和具體結(jié)果的全面分析，從而為操作性系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。

三、健壯性測(cè)試基準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)的要素

（一）可移植性

要想實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前操作系統(tǒng)的有效設(shè)備，要在健壯性測(cè)試基準(zhǔn)程序出發(fā)，明確其特性以及設(shè)計(jì)要素?？梢浦残跃褪墙研詼y(cè)試設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一，能夠在多個(gè)系統(tǒng)上移植。但是，一定要明確這種可移植性是存在時(shí)間限制的，如果不對(duì)時(shí)間進(jìn)行有效控制就會(huì)在一定程度上影響到實(shí)際的測(cè)試結(jié)果和內(nèi)容。

（二）覆蓋率

一般情況下，部分學(xué)者認(rèn)為理想的基準(zhǔn)程序，不僅能夠保證操作系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，還能夠覆蓋其中的系統(tǒng)模塊。但是，事實(shí)上，這種情況的開銷是非常巨大，存在一定的局限性。所以，在具體的操作中會(huì)應(yīng)用綜合性測(cè)試方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作系統(tǒng)在運(yùn)行中的問(wèn)題，進(jìn)而保證健壯性測(cè)試的準(zhǔn)確性[2]。

（三）可擴(kuò)展性

由于健壯性測(cè)試的基準(zhǔn)程序本身具有非常好的可擴(kuò)展性，所以其不僅能夠保證測(cè)試結(jié)果的有效性，還能為具體的測(cè)試提供新途徑。一些學(xué)者在對(duì)測(cè)試細(xì)節(jié)中的分級(jí)特點(diǎn)進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同系統(tǒng)的內(nèi)容是不一樣的，所有其所應(yīng)用的測(cè)試方式也不同，需要在此情況下進(jìn)行跨平臺(tái)的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息之間的交換。

在此測(cè)試過(guò)程中，還要保證操作流程的簡(jiǎn)單性和移植性。尤其是在對(duì)特定的模塊進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要對(duì)實(shí)際的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)記錄。主要是因?yàn)榻研詼y(cè)試的流程比較復(fù)雜，如果不進(jìn)行相關(guān)的記錄，就會(huì)出現(xiàn)誤差。

四、云服務(wù)健壯性測(cè)試系統(tǒng)的特征和具體步驟

（一）特征

首先如果在接口分析模塊角度上對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)的內(nèi)容是比較多的，一般包括：參數(shù)預(yù)定義模塊、接口的參數(shù)分析模塊和分類并生成參數(shù)庫(kù)模塊等內(nèi)容。其中接口的參數(shù)分析模塊主要是結(jié)合用戶所選擇的云服務(wù)，及時(shí)收集改云服務(wù)接口中的信息，進(jìn)而獲得更加準(zhǔn)確的接口信息，提高用戶的滿意度[3]。

參數(shù)預(yù)定義模塊的主要功能作用是結(jié)合高覆蓋率和合理性等原則，對(duì)用戶所選擇的云服務(wù)實(shí)現(xiàn)接口參數(shù)的類型選擇，然后在此基礎(chǔ)上獲得更為準(zhǔn)確的參數(shù)庫(kù)。同時(shí)，測(cè)試用例隨機(jī)生成模塊也在系統(tǒng)的運(yùn)行中起著非常重要的作用，主要是應(yīng)用其描述所預(yù)先定義好的參數(shù)數(shù)據(jù)類型，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)接口信息的有效整合，然后在此基礎(chǔ)上將接口和其參數(shù)生成接口參數(shù)列表，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高健壯性測(cè)試列表的準(zhǔn)確性。

最后，服務(wù)調(diào)用模塊主要應(yīng)用在接口參數(shù)列表中，功能作用是準(zhǔn)確查詢是否有用戶選擇的測(cè)試接口類別信息，然后結(jié)合用戶所選擇的接口類型，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口類別的匹配。如果其中的類別匹配是相對(duì)有效，可以認(rèn)為此接口滿足和符合測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但是，如果系統(tǒng)中的類別不匹配，其接口就不在測(cè)試范圍內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行下一個(gè)接口類別的有效匹配，等到其匹配到接口信息以后，就會(huì)選擇準(zhǔn)確的參數(shù)，進(jìn)而生成實(shí)際的測(cè)試結(jié)果。

（二）健壯性測(cè)試的具體步驟

1.用戶的選擇

此部分內(nèi)容是為用戶提供云服務(wù)層次選擇端口，并且向管理控制模塊，然后在此基礎(chǔ)上發(fā)送用戶所選擇的服務(wù)信息。在此過(guò)程中，還要注意選擇待測(cè)服務(wù)層次的子步驟，其中主要包括了laaS層云服務(wù)和SaaS層云服務(wù)，主要功能是向用戶提供云服務(wù)類型以及選擇的端口，保證用戶所選擇云服務(wù)類型和相關(guān)的信息能夠及時(shí)發(fā)送到管理控制模塊中[4]。

2.選擇測(cè)試服務(wù)

此部分主要包括選擇測(cè)試接口類型模塊、測(cè)試結(jié)果清空模塊、測(cè)試結(jié)果分析模塊和測(cè)試停止模塊等，不同模塊的功能作用也是不同的。需要結(jié)合用戶的實(shí)際需求，提供開始執(zhí)行測(cè)試操作端口，保證所發(fā)送用戶選擇信息的有效性。

五、健壯性測(cè)試的方法

隨著操作系統(tǒng)在社會(huì)發(fā)展中各個(gè)領(lǐng)域的有效實(shí)施，為了保障其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，相關(guān)的學(xué)者加強(qiáng)了對(duì)健壯性測(cè)試方法的研究，其主要包括基于測(cè)量的方法和健壯性基準(zhǔn)程序方法等內(nèi)容。健壯性基準(zhǔn)程序方法已經(jīng)在不同系統(tǒng)中得到了有效應(yīng)用，當(dāng)然其在操作系統(tǒng)測(cè)試中應(yīng)用是最為廣泛的，一般有以下幾點(diǎn)：

（一）模塊化基準(zhǔn)測(cè)試

這種測(cè)試是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分離測(cè)試，將一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)當(dāng)成是一系列組件的集合，比如內(nèi)存系統(tǒng)、外部交互系統(tǒng)和多道程序運(yùn)作等。在此過(guò)程中需要一個(gè)監(jiān)視程序?qū)y(cè)試過(guò)程結(jié)果進(jìn)行監(jiān)視。模塊化基準(zhǔn)測(cè)試的主要優(yōu)勢(shì)是降低單獨(dú)系統(tǒng)測(cè)試的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化其流程，并且其還有對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析定位能力。但是，其并不適合大型的操作系統(tǒng)，主要是因?yàn)檫@些操作系統(tǒng)模塊會(huì)緊密地交織在一起，要想對(duì)他們進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試是非常困難的。模塊的分解測(cè)試會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試的覆蓋率，但是其不能很好地利用模塊的相似性，會(huì)影響可擴(kuò)展性[5]。

（二）層次化測(cè)試

由于模塊測(cè)試具有一定的局限性，其最大的弊端就是在具體的測(cè)試中沒有達(dá)到細(xì)節(jié)等級(jí)的要求，并且一些模塊中相同或相似的地方并沒有抽象出來(lái)。因此，為了更好地解決這個(gè)問(wèn)題，需要讓測(cè)試抽象化，讓測(cè)試和各種模塊測(cè)試執(zhí)行細(xì)節(jié)有效分離。在此過(guò)程中可以結(jié)合不同模塊的功能合理應(yīng)用層次性結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解。同時(shí)，通過(guò)層次化對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行有效測(cè)試，能夠獲得非常好的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)其中編碼的綜合處理[6]。

在此過(guò)程中，操作人員還可以結(jié)合給出的層次化測(cè)試應(yīng)用等級(jí)模型，將不同模塊中的一些相同接口函數(shù)提取出來(lái)，讓其作為一個(gè)完善的抽象層，然后對(duì)這個(gè)抽象層進(jìn)行全面測(cè)試，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供條件。

結(jié)語(yǔ)

由此可見，相關(guān)的技術(shù)人員在對(duì)健壯性系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，需要從不同的角度出發(fā)增強(qiáng)操作性系統(tǒng)的健壯性。同時(shí)，在對(duì)增強(qiáng)系統(tǒng)健壯性的內(nèi)容進(jìn)行整合時(shí)，需要深入分析測(cè)試結(jié)果，找出失效原因和產(chǎn)生保護(hù)代碼等角度出發(fā)，屏蔽那些導(dǎo)致健壯性失效的異常值，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的有效測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，從而為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅磊，劉娜.基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的軟件測(cè)試方法研究[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2019，（1）：34-40.

[2]陳鵬，陳麗容，高艷鹍，等.基于依賴要素比對(duì)的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)兼容性測(cè)試方法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2020（10）：2747-2751.

[3]史春騰.智能卡操作系統(tǒng)指令測(cè)試方法研究[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2020，572（12）：240-244.

[4]金濤，李新劍，劉宏斌，等.基于Linux安全漏洞滲透測(cè)試方法的研究[J].網(wǎng)絡(luò)空間安全，2019（3）：28-35.

[5]左蕓，沈雷，張楊.基于Cantata的高安全性操作系統(tǒng)軟件單元測(cè)試[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2019，37（1）：202-204.

[6]黃顯果，李國(guó)杰，李松合，等.基于Nucleus系統(tǒng)的XML操作組件設(shè)計(jì)與測(cè)試[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2019，32（8）：108-109+112.

作者簡(jiǎn)介：趙霞（1977— ），女，本科，中級(jí)工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。