关于模拟系统调用的建议

Question

我有一个类调用 getaddrinfo 进行 DNS 查找。在测试期间，我想模拟涉及此系统调用的各种错误情况。像这样模拟系统调用的推荐方法是什么？我正在使用 Boost.Test 进行单元测试。

Answer 1

查找“依赖注入”的模式。

依赖注入的工作方式如下：代码使用具有虚拟方法“getaddrinfo”的接口，而不是直接在代码中调用 getaddrinfo。

在实际代码中，调用者传递接口的实现，该实现将接口的虚拟方法“getaddrinfo”映射到真实的 ::getaddrinfo 函数。

在单元测试中，调用者传递一个可以模拟失败、测试错误条件……简而言之：模拟任何你想模拟的东西。

编辑：阅读 Michael Feathers 的 "Working effectively with legacy code" 了解更多提示。

Answer 2

虽然技术上可行，但我认为不可行。您必须能够替换该函数的实现，并且您可能无法并且仍然链接到系统上的标准库。

你应该做的是打电话给中介。然后您可以在测试期间模拟中介，然后转发到生产中的实际功能。您甚至可以考虑创建一个与此函数和其他类似函数交互的类，并为您的程序提供更通用的接口。这个类实际上不会做任何事情，但大多数时候只是转发调用，但在测试期间它可以被有效地模拟，你可以测试任何使用它的东西。

问题是保留这样的东西，无法测试的东西，包装在如此微不足道的东西中，实际上不需要测试，然后模拟该包装器以测试更复杂的交互。 KISS 在这里尤为重要。

Answer 3

在这种情况下，您不需要模拟getaddrinfo，而是需要在不依赖其功能的情况下进行测试。帕特里克和诺亚都有优点，但你至少还有两个选择：

选项 1：要测试的子类

由于您已经在一个类中拥有您的对象，您可以创建子类进行测试。例如，假设以下是您的实际课程：

class DnsClass {
    int lookup(...);
};

int DnsClass::lookup(...) {
    return getaddrinfo(...);
}

然后，为了测试，你可以这样子类化：

class FailingDnsClass {
    int lookup(...) { return 42; }
};

您现在可以使用FailingDnsClass 子类来生成错误，但仍然可以在发生错误情况时验证一切行为是否正确。在这种情况下，依赖注入通常是您的朋友。

注意：这与 Patrick 的回答非常相似，但如果您尚未设置依赖注入，则不（希望）涉及更改生产代码。

选项 2：使用链接接缝

在 C++ 中，您还拥有 Michael Feathers 在 Working Effectively with Legacy Code 中描述的链接时接缝。

基本思想是利用链接器和构建系统。编译单元测试时，链接您自己的getaddrinfo 版本，它将优先于系统版本。例如：

test.cpp:

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <iostream>

int main(void)
{
        int retval = getaddrinfo(NULL, NULL, NULL, NULL);
        std::cout << "RV:" << retval << std::endl;
        return retval;
}

lib.cpp:

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>

int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
        const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res
        )
{
        return 42;
}

然后进行测试：

$ g++ test.cpp lib.cpp -o test
$ ./test 
RV:42

Answer 4

3 个选项

1。使用 gnu 链接器的模拟能力，--wrap 选项。我从来没有用它来测试生产代码，因为直到我们的开发团队提交方法 3 后我才发现它。我希望我们能早点找到它

ld --wrap=getaddrinfo /*the rest of the link line*/
or
g++ -Wl,--wrap=getaddrinfo /* the rest of the build line*/

// this in the unit tests.
bool g_getaddrinfo_use_real = true;
int g_getaddrinfo_ret = -1;
int g_getaddrinfo_errno = something;
int __wrap_getaddrinfo( const char *node, const char *service,
                        const struct addrinfo *hints,
                        struct addrinfo **res )
{
   if( g_getaddrinfo_use_real )
      return __real_getaddrinfo(node,service,hints,res);

   errno = g_getaddrinfo_errno;
   return g_getaddrinfo_ret;
}

2。定义您自己的 getaddrinfo 并将其静态链接到您的测试应用程序。这只有在 libc 是动态链接的情况下才有效，这在 99% 的情况下都是正确的。这种方法还有一个缺点，就是在你的单元测试应用程序中永久禁用真正的 getaddrinfo，但是实现起来非常简单。

int g_getadderinfo_ret = -1;
int g_getaddrinfo_errno = something;
int getaddrinfo( const char *node, const char *service,
                 const struct addrinfo *hints,
                 struct addrinfo **res )
{
   errno = g_getaddrinfo_errno
   return g_getaddrinfo_ret;
}

3。使用相同的名称定义您自己的中间函数。然后，您仍然可以根据需要调用原件。使用一些宏来帮助重复，这要容易得多。如果您想模拟可变参数函数（printf、open 等），您还必须使用 gnu 扩展。

typedef (*getaddrinfo_func_type)( const char *node, const char *service,
                               const struct addrinfo *hints,
                               struct addrinfo **res );

getaddrinfo_func_type g_getaddrinfo_func;

int getaddrinfo( const char *node, const char *service,
                 const struct addrinfo *hints,
                 struct addrinfo **res )
{
   return g_getaddrinfo_func( node, service, hints, res )
}

int g_mock_getadderinfo_ret = -1;
int g_mock_getaddrinfo_errno = something;
int mock_getaddrinfo( const char *node, const char *service,
                      const struct addrinfo *hints,
                      struct addrinfo **res )
{
   errno = g_mock_getaddrinfo_errno;
   return g_mock_getaddrinfo_ret;
}

// use the original
g_getaddrinfo_func = dlsym(RTDL_NEXT, "getaddrinfo");

// use the mock version
g_getaddrinfo_func = &mock_getaddrinfo;

Answer 5

在 ELF 系统上，您可以使用 elf_hook 临时替换动态链接的符号。

它允许您创建任意函数并用它替换动态链接的函数。

• 创建一个包含被测代码的共享库
• 创建一个动态加载共享库的测试 (dlopen)
• 将要模拟的符号重定向到测试函数

elf_hook 具有以下签名：

void* elf_hook(char const* library_filename, 
               void const* library_address, 
               char const* function_name, 
               void const* substitution_address);

你会使用是这样的：

int hooked_getaddrinfo(const char* node, 
                       const char* service,
                       const struct addrinfo* hints,
                       struct addrinfo** res)
{
    return 42;
}

const char* lib_path = "path/to/library/under/test.so";
void* lib_handle = dlopen(lib_path, RTLD_LAZY);

elf_hook(lib_path, LIBRARY_ADDRESS_BY_HANDLE(lib_handle), "getaddrinfo", hooked_getaddrinfo);

从被测库中对getaddrinfo 的任何调用现在都将调用hooked_getaddrinfo。

elf_hook 作者 Anthony Shoumikhin 的综合文章是 here。

Answer 6

免责声明：我写了 ELFspy。

您可以在单元测试中使用 ELFspy，通过提供具有相同签名的函数，将库中对 getaddrinfo 的所有调用重定向到您自己的实现。

例子：

int myaddrinfo(const char* node, const char* service,
                   const struct addrinfo* hints,
                   struct addrinfo** res)
{
  return EAI_NODATA;
}
int main(int argv, char** argc)
{
    spy::initialise(argc, argv);
    auto gai_spy = SPY(&getaddrinfo);
    auto gai_fake = spy::fake(gai_spy, &myaddrinfo);
    ...
}

如果需要，可以调用原来的getaddrinfo，如下：

gai_spy.invoke_real(node, service, hints, res);

您的代码必须使用 -fPIC 作为与位置无关的代码进行编译才能正常工作。

可以在此处找到有关模拟时间（time_t*）的示例中的更多详细信息： https://github.com/mollismerx/elfspy/wiki/Example-03:-Faking-time