嵌入式軟件測(cè)試的10條秘訣

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很多年前，一位開(kāi)發(fā)人員為了在對(duì)嵌入式有更深層次的理解，詢(xún)問(wèn)了這樣的一個(gè)問(wèn)題：我怎么才能知道并懂得我的系統(tǒng)到底在干些什么呢？

面對(duì)這個(gè)問(wèn)題有些吃驚，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)沒(méi)有人這么問(wèn)過(guò)，而同時(shí)代的嵌入式開(kāi)發(fā)人員問(wèn)的最多的大都圍繞“我怎么才能使程序跑得更快”、“什么編譯器最好”等膚淺的問(wèn)題。

所以，面對(duì)這個(gè)不同尋常卻異乎成熟的問(wèn)題，信盈達(dá)小編感到欣喜并認(rèn)真回復(fù)了他：你的問(wèn)題很有深度很成熟，因?yàn)橹挥胁粩嗟厝ド钊肜斫獠庞锌赡懿粩嗟靥岣咚�平。為了鼓�?lì)這位執(zhí)著的程序員，把10條關(guān)于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)測(cè)試的秘訣告訴了他。下面我們一起來(lái)看看。

這10條秘訣在業(yè)界廣為流傳，使很多人受益。本文圍繞這10條秘訣展開(kāi)論述。

1、懂得使用工具

通常嵌入式系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求比較高。嵌入式系統(tǒng)安全性的失效可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，即使是非安全性系統(tǒng)，由于大批量生產(chǎn)也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。這就要求對(duì)嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式軟件進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、確認(rèn)和驗(yàn)證。隨著越來(lái)越多的領(lǐng)域使用軟件和微處理器控制各種嵌入式設(shè)備，對(duì)日益復(fù)雜的嵌入式軟件進(jìn)行快速有效的測(cè)試愈加顯得重要。

就像修車(chē)需要工具一樣，好的程序員應(yīng)該能夠熟練運(yùn)用各種軟件工具。不同的工具，有不同的使用范圍，有不同的功能。使用這些工具，你可以看到你的系統(tǒng)在干些什么，它又占用什么資源，它到底和哪些外界的東西打交道。讓你郁悶好幾天的問(wèn)題可能通過(guò)某個(gè)工具就能輕松搞定，可惜你就是不知道。

那么為什么那么多的人總是在折騰個(gè)半死之后才想到要用測(cè)試工具呢？原因很多，主要有兩個(gè)：

一個(gè)是害怕；

另一個(gè)是惰性；

害怕是因?yàn)榧尤霚y(cè)試工具或測(cè)試模塊到代碼需要技巧同時(shí)有可能引入新的錯(cuò)誤，所以他們總喜歡寄希望于通過(guò)不斷地修改重編譯代碼來(lái)消除bug，結(jié)果卻無(wú)濟(jì)于事。

懶惰是因?yàn)樗麄兞?xí)慣了使用printf之類(lèi)的簡(jiǎn)單測(cè)試手段。

2、盡早發(fā)現(xiàn)內(nèi)存問(wèn)題

內(nèi)存問(wèn)題危害很大，不容易排查，主要有三種類(lèi)型：內(nèi)存泄露、內(nèi)存碎片和內(nèi)存崩潰。對(duì)于內(nèi)存問(wèn)題態(tài)度必須要明確，那就是早發(fā)現(xiàn)早“治療”。在軟件設(shè)計(jì)中，內(nèi)存泄露的“名氣”最大，主要由于不斷分配的內(nèi)存無(wú)法及時(shí)地被釋放，久而久之，系統(tǒng)的內(nèi)存耗盡。

即使細(xì)心的編程老手有時(shí)后也會(huì)遭遇內(nèi)存泄露問(wèn)題。有測(cè)試過(guò)內(nèi)存泄露的朋友估計(jì)都有深刻地體驗(yàn)，那就是內(nèi)存泄露問(wèn)題一般隱藏很深，很難通過(guò)代碼閱讀來(lái)發(fā)現(xiàn)。有些內(nèi)存泄露甚至可能出現(xiàn)在庫(kù)當(dāng)中。有可能這本身是庫(kù)中的bug，也有可能是因?yàn)槌绦騿T沒(méi)有正確理解它們的接口說(shuō)明文檔造成錯(cuò)用。

在很多時(shí)候，大多數(shù)的內(nèi)存泄露問(wèn)題無(wú)法探測(cè)，但可能表現(xiàn)為隨機(jī)的故障。程序員們往往會(huì)把這種現(xiàn)象怪罪于硬件問(wèn)題。如果用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性不是很高，那么重啟系統(tǒng)問(wèn)題也不大；但，如果用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定很高，那么這種故障就有可能使用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品失去信心，同時(shí)也意味著你的項(xiàng)目是個(gè)失敗的項(xiàng)目。

由于內(nèi)存泄露危害巨大，現(xiàn)在已經(jīng)有許多工具來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這些工具通過(guò)查找沒(méi)有引用或重復(fù)使用的代碼塊、垃圾內(nèi)存收集、庫(kù)跟蹤等技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄露的問(wèn)題。每個(gè)工具都有利有弊，不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，用要比不用好�？傊�，負(fù)責(zé)的開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該去測(cè)試內(nèi)存泄露的問(wèn)題，做到防患于未然。

內(nèi)存碎片比內(nèi)存泄露隱藏還要深。隨著內(nèi)存的不斷分配并釋放，大塊內(nèi)存不斷分解為小塊內(nèi)存，從而形成碎片，久而久之，當(dāng)需要申請(qǐng)大塊內(nèi)存是，有可能就會(huì)失敗。如果系統(tǒng)內(nèi)存夠大，那么堅(jiān)持的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些，但最終還是逃不出分配失敗的厄運(yùn)。在使用動(dòng)態(tài)分配的系統(tǒng)中，內(nèi)存碎片經(jīng)常發(fā)生。

目前，解決這個(gè)問(wèn)題最效的方法就是使用工具通過(guò)顯示系統(tǒng)中內(nèi)存的使用情況來(lái)發(fā)現(xiàn)誰(shuí)是導(dǎo)致內(nèi)存碎片的罪魁禍?zhǔn)�，然后改進(jìn)相應(yīng)的部分。由于動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的種種問(wèn)題，在嵌入式應(yīng)用中，很多公司干脆就禁用malloc/free的以絕后患。

內(nèi)存崩潰是內(nèi)存使用最嚴(yán)重的結(jié)果，主要原因有數(shù)組訪問(wèn)越界、寫(xiě)已經(jīng)釋放的內(nèi)存、指針計(jì)算錯(cuò)誤、訪問(wèn)堆棧地址越界等等。這種內(nèi)存崩潰造成系統(tǒng)故障是隨機(jī)的，而且很難查找，目前提供用于排查的工具也很少。

總之，如果要使用內(nèi)存管理單元的話(huà)，必須要小心，并嚴(yán)格遵守它們的使用規(guī)則，比如誰(shuí)分配誰(shuí)釋放。

3、深入理解代碼優(yōu)化

講到系統(tǒng)穩(wěn)定性，人們更多地會(huì)想到實(shí)時(shí)性和速度，因?yàn)榇�碼效率對(duì)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)太重要了。知道怎么優(yōu)化代碼是每個(gè)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員必須具備的技能。就像女孩子減肥一樣，起碼知道她哪個(gè)地方最需要減，才能去購(gòu)買(mǎi)減肥藥或器材來(lái)減掉它。

可見(jiàn)，代碼優(yōu)化的前提是找到真正需要優(yōu)化的地方，然后對(duì)癥下藥，優(yōu)化相應(yīng)部分的代碼。

總之，提高運(yùn)行效率的前提是你必須要知道CPU到底干了些什么干的怎么樣。

4、不要讓自己大海撈針

大海撈針只是對(duì)調(diào)試的一種生動(dòng)比喻。經(jīng)常聽(tīng)到組里有人對(duì)自己正在調(diào)試的代碼說(shuō)shit！可以理解，因?yàn)榇�碼不是他寫(xiě)的，他有足夠的理由去 shitbug百出的代碼，只要他自己不要寫(xiě)出這種代碼，否則有一天同組的其它人可能同樣會(huì)shit他寫(xiě)的代碼。為何會(huì)有大海撈針呢？肯定是有人把針掉到海里咯；那針為何會(huì)掉在海里呢？肯定是有人不小心或草率唄。

所以當(dāng)你在抱怨針那么難找的時(shí)候，你是否想過(guò)是你自己草率地丟掉的。同樣，當(dāng)你調(diào)試個(gè)半死的時(shí)候，你是否想過(guò)你要好好反省一下當(dāng)初為了尋求捷徑可能沒(méi)有嚴(yán)格地遵守好的編碼設(shè)計(jì)規(guī)范、沒(méi)有檢測(cè)一些假設(shè)條件或算法的正確性、沒(méi)有將一些可能存在問(wèn)題的代碼打上記號(hào)呢？

怎么來(lái)做呢？

盡可能對(duì)每個(gè)函數(shù)調(diào)用失敗作出處理，盡可能檢測(cè)每個(gè)參數(shù)輸入輸出的有效性，包括指針以及檢測(cè)是否過(guò)多或過(guò)少地調(diào)用某個(gè)過(guò)程。錯(cuò)誤跟蹤能夠讓你知道你大概把針掉在哪個(gè)位置。

5、重現(xiàn)并隔離問(wèn)題

如果你不是把針掉在大海了，而是掉在草堆里，那要好辦些。因?yàn)橹辽傥覀兛梢园巡荻逊殖珊芏鄩K，一塊一塊的找。對(duì)于模塊獨(dú)立的大型項(xiàng)目，使用隔離方法往往是對(duì)付那些隱藏極深bug的最后方法。

如果問(wèn)題的出現(xiàn)是間歇性的，我們有必要設(shè)法去重現(xiàn)它并記錄使其重現(xiàn)的整個(gè)過(guò)程以備在下一次可以利用這些條件去重現(xiàn)問(wèn)題。如果你確信可以使用記錄的那些條件去重現(xiàn)問(wèn)題，那么我們就可以著手去隔離問(wèn)題。

怎么隔離呢？

我們可以用#ifdef把一些可能和問(wèn)題無(wú)關(guān)的代碼關(guān)閉，把系統(tǒng)最小化到仍能夠重現(xiàn)問(wèn)題的地步。如果還是無(wú)法定位問(wèn)題所在，那么有必要打開(kāi)“工具箱”了�？梢栽囍���ICE或數(shù)據(jù)監(jiān)視器去查看某個(gè)可疑變量的變化；可以使用跟蹤工具獲得函數(shù)調(diào)用的情況包括參數(shù)的傳遞；檢查內(nèi)存是否崩潰以及堆棧溢出的問(wèn)題。

6、以退為進(jìn)

獵人為了不使自己在森林里迷路，他常常會(huì)在樹(shù)木上流下一些標(biāo)記，以備自己將來(lái)有一天迷路時(shí)可以根據(jù)這些標(biāo)記找到出路。對(duì)過(guò)去代碼的修改進(jìn)行跟蹤記錄對(duì)將來(lái)出現(xiàn)問(wèn)題之后的調(diào)試很有幫助。

假如有一天，你最近一次修改的程序跑了很久之后忽然死掉了，那么你這時(shí)的第一反映就是我到底改動(dòng)了些什么呢，因?yàn)樯洗涡薷闹�前是好的。那么如何檢測(cè)這次相對(duì)于上次的修改呢？沒(méi)錯(cuò)，代碼控制系統(tǒng)SCS或稱(chēng)版本控制系統(tǒng) VCS可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

7、確定測(cè)試的完整性

你怎么知道你的測(cè)試有多全面呢？覆蓋測(cè)試可以回答這個(gè)問(wèn)題。覆蓋測(cè)試工具可以告訴你CPU到底執(zhí)行了哪些代碼。好的覆蓋工具通�？梢愿嬖V你大概20%到40% 代碼沒(méi)有問(wèn)題，而其余的可能存在bug.覆蓋工具有不同的測(cè)試級(jí)別，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要選擇某個(gè)級(jí)別。

8、提高代碼質(zhì)量意味著節(jié)省時(shí)間

有研究表明軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間超過(guò)80%被用在下面幾個(gè)方面：調(diào)試自己的代碼（單元測(cè)試）。調(diào)試自己和其他相關(guān)的代碼（模塊間測(cè)試）。調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)（系統(tǒng)測(cè)試），更糟糕的是你可能需要花費(fèi)10-200倍的時(shí)間來(lái)找一個(gè) bug，而這個(gè)bug在開(kāi)始的時(shí)候可能很容易就能找到。

一個(gè)小bug可能讓你付出巨大的代價(jià)，即使這個(gè)bug對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能沒(méi)有太大的影響，但很可能會(huì)影響讓那些你可以看得到的部分。所以我們必須要養(yǎng)成良好的編碼和測(cè)試手段以求更高的代碼質(zhì)量，以便縮短調(diào)試的代碼。

9、發(fā)現(xiàn)它，分析它，解決它

這世界沒(méi)有萬(wàn)能的膏藥。profile再?gòu)?qiáng)大也有力不從心的時(shí)候；內(nèi)存監(jiān)視器再好，也有無(wú)法發(fā)現(xiàn)的時(shí)候；覆蓋工具再好用，也有不能覆蓋的地方。

一些隱藏很深的問(wèn)題即使用盡所有工具也有可能無(wú)法查到其根源，這時(shí)我們能做的就是通過(guò)這些問(wèn)題所表現(xiàn)出來(lái)的外在現(xiàn)象或一些數(shù)據(jù)輸出來(lái)發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律或異常。一旦發(fā)現(xiàn)任何異常，一定要深入地理解并回溯其根源，直到解決為止。

10、請(qǐng)利用初學(xué)者思維

有人這樣說(shuō)過(guò)：“有些事情在初學(xué)者的腦子里可能有各種各樣的情況，可在專(zhuān)家的頭腦里可能就很單一”。有時(shí)候，有些簡(jiǎn)單的問(wèn)題會(huì)被想得很復(fù)雜，有些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)被設(shè)計(jì)得很復(fù)雜，就是由于你的“專(zhuān)家思維”。當(dāng)你被問(wèn)題難住時(shí)，關(guān)掉電腦，出去走走，把你的問(wèn)題和你的朋友甚至你的小狗說(shuō)說(shuō)，或許他們可以給你意想不到的啟發(fā)。

總結(jié)

嵌入式調(diào)試也是一門(mén)藝術(shù)。就想其它的藝術(shù)一樣，如果你想取得成功，你必須具備智慧、經(jīng)驗(yàn)并懂得使用工具。只要我們能夠很好地領(lǐng)悟Oracle這十條秘訣，我相信我們?cè)谇度胧綔y(cè)試方面就能夠取得成功。

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