Packetdrill – A network stack testing tool developed by Google.
项目：https://code.google.com/p/packetdrill/
本文：zhangskd @ csdn blog
简介
The packetdrill scripting tool enables quick, precise tests for entire TCP/UDP/IPv4/IPv6 network stacks,
from the system call layer down to the NIC hardware.
截至2013年开源时，Packetdrill已经在Google内部使用了18个月，主要用于以下几个用途：
(1) Regression testing of network stack
"we have a suite of hundreds of packetdrill scripts that are run by all developers on our team before
submitting a patch for review."
对网络协议栈进行回归测试，确保新的功能不会影响网络协议栈的可用性。
总共包含657个test cases。
(2) Test-driven development of network protocols
"we have developed several new features for Linux TCP using packetdrill."
在以下几个TCP新特性的开发中发挥重要作用：
Early Retransmit
Fast Open
Loss Probes
Rewrite of F-RTO
(3) Reproduction of bugs seen in production network traces
"we have used packetdrill to isolate hard-to-reproduce bugs seen in complex real traces."
使用它发现了Linux内核的10个bug。
安装和使用
(1) 安装
首先安装flex和bison，用于构建词法和语法分析器。
然后编译即可：
cd packetdrill
./configure
make
(2) 使用
./packetdrill test.pkt
test.pkt为按Packetdrill语法编写的测试脚本。
成功：无输出，表示脚本正确，一切都符合预期。
失败：指出脚本的错误地方，以及原因。
语法
The tool supports four types of statements: packets, system calls, shell commands, and Python scripts.
Each statement is timestamped and is executed by the interpreter in real time, verifying that events
proceed as the script expects.
脚本中可以包含四种语句：数据包、系统调用、shell命令、python语句。
每条语句都必须以时间戳开头，指明它的执行时间。
(1) Packets
数据包分为：输入的数据包、输出的数据包，格式类似于tcpdump的，
支持TCP、UDP、ICMP，以及TCP的大部分选项。
输入的数据包(input packets)
对于输入的数据包（<表示输入），packetdrill会构造一个真实的数据包，然后注入协议栈。
< denotes an input packet to construct and inject into the system under test.
Here’s an example of a TCP SYN packet, which packetdrill creates and injects into the
network stack under test 100ms after the start of the test：
0.100 < S 0:0(0) win 32792 <mss 1000, nop, nop, sackOK, nop, wscale 6>
输出的数据包(outbound packets)
对于输出的数据包（>表示输出），packetdrill会检查协议栈是不是真的发出了这样一个包。
> denotes an output packet to sniff and verify, to expect the system to send.
Here’s an example of an outbound UDP packet expected to be sent immediately after
a prior event(denoted by +0), which packetdrill sniffs and then verifies for matching
specification:
+0 > udp (1472)
(2) System Calls
系统调用的格式类似于strace。
对于每个系统调用，packetdrill会在指定的时间给予执行，并检查返回值是否和预期的一样。
Here’s an example of a bind() system call invocation in packetdrill notation:
+0 bind(3, …, …) = 0
In this example, 3 denotes the file descriptor number to pass in, and the = 0 denotes the expected
return value (i.e.., the user expects the system call to succeed).
The ellipsis (…) allows scripts to omit irrelevant details.
(3) Shell Commands
允许在脚本中使用shell命令，用反引号括起来。
+0 `sysctl -q net.ipv4.tcp_timestamps=0`
(4) Python Commands
允许在脚本中使用Python命令，用%{和}%括起来。
Packetdrill allows inline Python code snippets to print information and to make assertions about the
internal state of a TCP socket using the TCP_INFO getsockopt() option.
The following Linux-based example asserts that the sender’s congestion window is 10 packets:
+0 %{ assert tcpi_snd_cwnd == 10 }%
(5) 时间戳
每条语句都必须以时间戳开头，指明它的执行时间，或者预期事件的发生时间。
时间戳可以使用多种格式：
Absolute（绝对时间）：0.75
Relative（相对时间)：+0.2
Wildcard（任意时间)：*
Range（绝对时间区间)：0.750~0.900
Relative Range（相对时间区间）：+0.1~+0.2
Loose（允许误差值）：–tolerance_usecs=800
Blocking（阻塞时间区间）：0.750…0.900
如果在规定的时间戳，对应的事件并没有发生就会报错，并告知该事件的实际发生时间。
+1.0 > S. 0:0(0) ack 1 <mss 1460,nop,nop,sackOK,nop,wscale 6>
预期在1s以后TCP应该发送一个SYNACK包。
在实际的使用中，一般指定–tolerance_usecs=405000，，也就是允许4ms的时间误差。
(6) 完整例子
验证TCP的快速重传功能，fast retransmit说白了就是收到3个重复的ACK或SACK后马上重传一个数据包
（对于FACK来说只要孔>=3个包即可）。
脚本中服务器端的协议栈是要观测的对象，对应的是输出的数据包(outbound packet)。
脚本中客户端对应的是输入的数据包(inbound packet)，用于注入协议栈。
而只有在充满了艰辛的人生旅途中，始终调整好自己观风景的心态，
