本文主要介紹了字節(jié) iOS 自動(dòng)化測(cè)試驅(qū)動(dòng)工具的探索過(guò)程及實(shí)現(xiàn)原理（火山引擎MARS）
作者：字節(jié)跳動(dòng)終端技術(shù)——陳友輝
一皮钠、背景
隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)張人柿，單個(gè) App 的功能越來(lái)越多哀托，工程復(fù)雜度越來(lái)越高，每天MR可達(dá)上百次瞳筏，代碼變更可達(dá)上千處卓缰，航母級(jí)的 App 在這一點(diǎn)上更為嚴(yán)重。如何在頻繁的代碼變更中保障App質(zhì)量掌挚，成了各個(gè)業(yè)務(wù)的痛點(diǎn)雨席。靠傳統(tǒng)的人工測(cè)試已無(wú)法滿足各業(yè)務(wù)的需求吠式，我們需要將更多的測(cè)試場(chǎng)景自動(dòng)化陡厘。
自動(dòng)化測(cè)試需要將人工交互行為變成自動(dòng)化的原子操作。比如應(yīng)用安裝卸載特占、屏幕點(diǎn)拖拽及縮放糙置、實(shí)體按鍵點(diǎn)擊、設(shè)備信息獲取摩钙、應(yīng)用啟停等等罢低。這就需要一款工具來(lái)驅(qū)動(dòng) iOS 設(shè)備完成以上操作。這篇文章主要介紹字節(jié) iOS 自動(dòng)化測(cè)試驅(qū)動(dòng)工具 bdc 的探索過(guò)程及實(shí)現(xiàn)原理胖笛。
二网持、功能介紹
在介紹 bdc 的探索過(guò)程及實(shí)現(xiàn)原理之前，先介紹一下 bdc 的能力：
三长踊、探索歷程
早期方案
在字節(jié)開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)自動(dòng)化建設(shè)時(shí)功舀，Android 已經(jīng)有較為完善的解決方案，包括其生態(tài)自帶的驅(qū)動(dòng)工具 adb 及開(kāi)源的云真機(jī)管理平臺(tái) STF身弊。但 iOS 在這方面相對(duì)滯后辟汰，主要是 iOS 缺少一款類似 adb 功能齊全且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)工具。
早期 iOS 采用了 Facebook 開(kāi)源的方案阱佛，F(xiàn)acebook 在驅(qū)動(dòng)工具方面先后開(kāi)源了 wda 與 idb帖汞，wda 支持 UI 交互操作，idb 支持應(yīng)用管理凑术，這在一定程度上滿足了我們的需求翩蘸，基于這套方案，搭建了第一個(gè)版本的自動(dòng)化測(cè)試機(jī)架淮逊。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐隔披，我們遇到了以下幾個(gè)問(wèn)題
- wda 部分接口執(zhí)行耗時(shí)較長(zhǎng)欣孤，效率低下叙甸，無(wú)法滿足高頻率調(diào)度的需求
- idb 很多命令只支持模擬器番官，對(duì)真機(jī)不夠友好，無(wú)法滿足我們的功能擴(kuò)展
- 命令執(zhí)行失敗率高舶治，工具穩(wěn)定性差分井，且出問(wèn)題后難以排查
- 整套流程強(qiáng)依賴 Xcode 環(huán)境，規(guī)募叽化杂抽、自動(dòng)化部署成本高，無(wú)法應(yīng)對(duì)上千臺(tái)手機(jī)的部署
工具改良
UI 交互改造
為了解決上述問(wèn)題韩脏，我們結(jié)合 wda 的實(shí)現(xiàn)思路缩麸，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更高效穩(wěn)定的 XCTest 工具。我們對(duì) XCTest 相關(guān)的接口進(jìn)行了review赡矢，并找到了XCTest 實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程調(diào)用最底層的接口杭朱。通過(guò)這些接口，可以直接調(diào)用 testmanagerd 進(jìn)程吹散。隨后基于這些底層接口封裝了一套新的接口弧械，可以實(shí)現(xiàn)屏幕的點(diǎn)拖拽、實(shí)體按鍵點(diǎn)擊空民、文本輸入等操作刃唐。相比 wda，在執(zhí)行速度和穩(wěn)定性上獲得大幅提升界轩。
testmanagerd 進(jìn)程是一個(gè)開(kāi)發(fā)者守護(hù)進(jìn)程画饥，在 iOS 設(shè)備開(kāi)啟開(kāi)發(fā)者模式后，testmanagerd 進(jìn)程的鏡像會(huì)被掛載到 iOS 設(shè)備系統(tǒng)的 Developer 目錄浊猾，并被 launchd 進(jìn)程啟動(dòng)抖甘。XCTest 使用蘋果自帶的 XPC 機(jī)制與 testmanagerd 進(jìn)行通信，利用 NSXPCConnection葫慎，只需知道服務(wù)的 id 即可建立通信衔彻，testmanagerd 服務(wù)的 id 可在其鏡像文件里找到。鏡像的路徑位于：/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/DeviceSupport
解壓鏡像后偷办，可在 Library/LaunchDeamons 目錄下找到名為 com.apple.testmanagerd 的 plist 文件艰额，打開(kāi)后可以看到其 id 為 com.apple.testmanagerd（iOS14 后 id 有所變動(dòng)）
設(shè)備交互工具
搞定 UI 交互后，接下來(lái)就需要找到能完美支持設(shè)備管理椒涯、應(yīng)用管理悴晰、沙盒文件管理的方案。一開(kāi)始我們也是想基于 idb 進(jìn)行優(yōu)化逐工，但隨后發(fā)現(xiàn) idb 內(nèi)部使用了大量的 api铡溪，這些 api 絕大部分缺少文檔，優(yōu)化成本較高泪喊，且這些私有 api 會(huì)隨著 Xcode 版本的變動(dòng)而更新棕硫，維護(hù)會(huì)很麻煩。所以放棄了 idb 轉(zhuǎn)而尋找其他替代方案袒啼。
這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)開(kāi)源實(shí)現(xiàn) libimobiledevice哈扮，libimobiledevice 支持通過(guò) USB 的方式與 iOS 設(shè)備進(jìn)行通信，且支持應(yīng)用安裝卸載蚓再、設(shè)備信息獲取滑肉、沙盒文件操作等功能。libimobiledevice 在使用體驗(yàn)上摘仅，操作簡(jiǎn)單靶庙，功能穩(wěn)定。但缺點(diǎn)是功能有限娃属，不能完全符合我們的訴求六荒，接下來(lái)我們對(duì) libimobiledevice 的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了探究。
基于 USB 與 iOS 設(shè)備通信
蘋果自身有一些 Mac App 需要通過(guò) USB 跟 iOS 設(shè)備進(jìn)行通信矾端，比如 iTunes掏击、XCode 及其套件等等。雙端通信需要基于一定的協(xié)議秩铆，通過(guò)USB通信需要使用USB協(xié)議砚亭，但USB協(xié)議具有一定的局限性，直接使用成本較高殴玛。所以蘋果在USB協(xié)議的基礎(chǔ)上支持了TCP通信的能力捅膘，以此減小使用成本。
蘋果通過(guò) usbmuxd 來(lái)提供基于 USB 實(shí)現(xiàn) TCP 通信的能力族阅。usbmuxd是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程篓跛，它在 USB協(xié)議上實(shí)現(xiàn)了多路 TCP 連接，可以讓應(yīng)用層無(wú)感知的基于 USB 通道進(jìn)行 TCP 通信坦刀。
macOS 上的 usbmuxd 配置文件位于/Library/Apple/System/Library/LaunchDaemons愧沟，打開(kāi)后如下：
發(fā)現(xiàn)iOS設(shè)備系統(tǒng)服務(wù)并完成調(diào)用
從上述 usbmuxd 的通信流程可知啥酱，想要跟iOS設(shè)備中的服務(wù)進(jìn)行通信，只需要知道具體服務(wù)的端口即可厨诸。那么服務(wù)端口該如何獲认庖蟆？一般有兩種方式微酬，一種是直接hardcode绘趋，另一種是動(dòng)態(tài)獲取。iOS設(shè)備內(nèi)部的服務(wù)眾多颗管，如果全部 hardcode陷遮，其維護(hù)成本較高，且安全性及穩(wěn)定性較低垦江。如果是動(dòng)態(tài)獲取帽馋，那么獲取的方式將成為另一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閯?dòng)態(tài)獲取本身也需要通信疫粥。
蘋果則采用了兩者結(jié)合的方式茬斧。蘋果在iOS系統(tǒng)內(nèi)部增加了一個(gè) lockdownd 的守護(hù)進(jìn)程，這個(gè)守護(hù)進(jìn)程以 root 特權(quán)運(yùn)行梗逮，具有訪問(wèn) iOS 系統(tǒng)信息的能力项秉，且運(yùn)行在固定的端口。lockdownd 的配置文件如下慷彤，其路徑位于 iOS 系統(tǒng)的/System/Library/LaunchDaemons/目錄娄蔼。
由此可以看出，lockdownd 分別支持 Unix 域的 socket 與非 Unix 域的 socket底哗，對(duì)于非 Unix 域的socket岁诉，其監(jiān)聽(tīng)的端口固定在62078。
當(dāng) PC 端想要跟 iOS 設(shè)備中的某個(gè)服務(wù)進(jìn)行通信時(shí)跋选，先通過(guò) lockdownd 查找對(duì)應(yīng)服務(wù)的端口涕癣，然后再跟對(duì)應(yīng)的服務(wù)建立 socket 連接，其流程如下：
libimobiledevice 就是利用以上流程對(duì) iOS 設(shè)備中的服務(wù)進(jìn)行了調(diào)用前标，比如在操作沙盒文件時(shí)坠韩，就是調(diào)用了 iOS 設(shè)備中的 afc、house_arrest 服務(wù)炼列。
服務(wù)類型
搞清楚了調(diào)用流程只搁，那么 iOS 設(shè)備中都有哪些服務(wù)呢？iOS 系統(tǒng)服務(wù)主要分為兩類：一類是debug相關(guān)服務(wù)俭尖，打開(kāi)開(kāi)發(fā)者選項(xiàng)后才具備相應(yīng)服務(wù)氢惋。另一類是非 debug 服務(wù)洞翩，默認(rèn)都具備。
debug 相關(guān)服務(wù)的配置文件及可執(zhí)行文件都被打包放在了 Xcode 中焰望，位于/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/DeviceSupport/目錄骚亿，當(dāng) iOS 設(shè)備連接 Xcode 時(shí)，Xcode 會(huì)自動(dòng)將此目錄下對(duì)應(yīng)的DeveloperDiskImage掛載到 iOS 系統(tǒng)中柿估。其包含的服務(wù)如下：
上述提到的 testmanagerd 就位于其中循未。
非debug服務(wù)位于iOS系統(tǒng)的/System/Library/LaunchDaemons目錄。通過(guò)越獄后秫舌，我們可以查看/System/Library/LaunchDaemons目錄下的內(nèi)容，以下是部分服務(wù)的截圖绣檬，可以看到足陨，服務(wù)非常之多。
能力擴(kuò)展
搞清楚 libimobiledevice 實(shí)現(xiàn)原理后娇未，基于這個(gè)思路墨缘，我們又自行探索了其他一些服務(wù)的能力，這其中就包括 Xcode 相關(guān)的服務(wù)零抬。Xcode 為開(kāi)發(fā)者提供了專業(yè)镊讼、穩(wěn)定的工具集，而 Xcode 的工具集也是利用以上機(jī)制與 iOS 設(shè)備進(jìn)行通信平夜〉澹基于Xcode 的能力，我們實(shí)現(xiàn)了 Trace 采集忽妒、設(shè)備應(yīng)用管理等功能玩裙。
支持 Linux
工具的問(wèn)題解決了，接下來(lái)就是部署的問(wèn)題段直。我們需要面對(duì)上千臺(tái) iOS 設(shè)備接入及每天上萬(wàn)次的服務(wù)調(diào)度吃溅，且設(shè)備之間的環(huán)境需要相互隔離，互不干擾鸯檬。所以在設(shè)備及工具的部署上需要簡(jiǎn)單决侈、高效。比較好的解決方案是采用 docker 部署喧务，每臺(tái)設(shè)備及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)工具都用 docker 分離開(kāi)赖歌，這樣能做到環(huán)境隔離，且部署簡(jiǎn)單蹂楣。但 Mac 對(duì) docker 的支持并不那么友好俏站，且我們的工具本身依賴 Xcode 環(huán)境。
既然 Mac 對(duì) docker 的支持不友好痊土，那我們是否能擺脫對(duì) Mac 的依賴肄扎，將設(shè)備及工具部署在 Linux 上。順著這個(gè)思路，我們開(kāi)始了對(duì)工具的第二次改造犯祠。
支持 XCTest 啟動(dòng)
工具對(duì) Mac 的依賴主要來(lái)源于 XCTest 工具的啟動(dòng)旭等，類似于 wda。我們將 XCTest 的接口封裝在了一個(gè)普通的 App 里衡载，然后在這個(gè)普通的 App 里搭建一個(gè) websocket server搔耕，這樣就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與這個(gè) App 通信，實(shí)現(xiàn) XCTest API 的調(diào)用痰娱。但經(jīng)過(guò)嘗試后弃榨，發(fā)現(xiàn)普通的 App 調(diào)用 XCTest API 并不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期的效果。所以還需要一些特殊的操作才能使普通App具備調(diào)用 XCTest API 的能力梨睁。
我們從正常的 XCTest-Runner 入手探索其啟動(dòng)流程鲸睛。以home鍵的點(diǎn)擊方法為切入點(diǎn)，通過(guò) LLDB 追蹤testmanagerd 進(jìn)程中接口的調(diào)用流程坡贺，發(fā)現(xiàn)了如下關(guān)鍵的接口：
_IDE_authorizeTestSessionWithProcessID:
四万搔、運(yùn)行效果
bdc 工具上線已有一年多。目前支撐了公司自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)上千臺(tái) iOS 設(shè)備每日上萬(wàn)次的設(shè)備調(diào)度及測(cè)試任務(wù)執(zhí)行官帘。自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)涵蓋了穩(wěn)定性瞬雹、UI、性能刽虹、單元測(cè)試等多項(xiàng)測(cè)試能力酗捌，服務(wù)公司上百個(gè)業(yè)務(wù)。
設(shè)備機(jī)架從原有的簡(jiǎn)陋設(shè)備已升級(jí)為全球機(jī)房涌哲，服務(wù)于全球業(yè)務(wù)胖缤。
?? 火山引擎 APMPlus 應(yīng)用性能監(jiān)控是火山引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)套件 MARS 下的性能監(jiān)控產(chǎn)品。我們通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控技術(shù)阀圾，為企業(yè)提供全鏈路的應(yīng)用性能監(jiān)控服務(wù)哪廓，助力企業(yè)提升異常問(wèn)題排查與解決的效率。目前我們面向中小企業(yè)特別推出「APMPlus 應(yīng)用性能監(jiān)控企業(yè)助力行動(dòng)」初烘，為中小企業(yè)提供應(yīng)用性能監(jiān)控免費(fèi)資源包∥姓妫現(xiàn)在申請(qǐng)分俯，有機(jī)會(huì)獲得60天免費(fèi)性能監(jiān)控服務(wù)，最高可享6000萬(wàn)條事件量哆料。
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