Окончание-тестирования и регистрация степени корректности ПМ

Лекция 13. Верификация, тестирование и оценивание корректности компонентов

При первой стратегии (рис. 13.3) за основу принимается структура ПМ, построенная по тексту программы в виде графа. В графе программы по некоторым критериям выделяются и упорядочиваются маршруты исполнения программы и условия-предикаты, при которых они могут быть реализованы. Эти условия используются для подготовки тестовых наборов, каждый из которых должен реализоваться по маршруту, принятому за эталон при подготовке теста. Отклонение исполнения теста от первоначально выбранного маршрута рассматривается как ошибка, причина которой может быть либо в первичной структуре ПМ, либо в реализации конкретного маршрута при данном тесте на входе.

После устранения ошибок и несоответствия выбранных и реализованных маршрутов для каждого из них проверяется процесс обработки данных и выявляются ошибки в результатах их преобразования. Затем оценивается достаточность выполненного тестирования по степени по-крытия исходного графа программы проверенными маршрутами, которые выделялись по выбранному или заданному критерию. Завершается тестирование при требуемом покрытии графа программы протестированными маршрутами или при использовании ресурсов, выделенных на тестирование. В последнем случае необходимы оценка достигнутой корректности программы и регистрация этой величины.

При этой стратегии некоторые выделяемые маршруты могут оказаться принципиально нереализуемыми из-за противоречивых условий в последовательных операторах — вершинах графа программы. Вследствие этого для некоторых модулей могут подготавливаться тесты, которые являются избыточными и не отражают реальное функционирование программы. Тем не менее данная стратегия имеет преимущества при тестировании логических программ с малой долей вычислений. При этом достаточно эффективно контролируется полнота тестирования при различных критериях выделения маршрутов и методах их упорядочения.

При второй стратегии (см. рис. 13.3) за основу принимаются требования спецификаций, конкретные тестовые и эталонные значения, которые подготавливаются специалистами путем анализа переменных и предикатов в тексте программы. При каждом тесте программа исполняется по определенному маршруту, который регистрируется. При этом реализованный в соответствии с анализируемыми требованиями маршрут и поток данных рассматриваются как эталонные компоненты структуры програм-

13.2. Процессы и средства тестирования программных компонентов

мы. По мере тестирования отмечаются проверенные операторы и оценивается полнота покрытия тестами требований спецификаций на маршрутах тестирования. Накопление и обобщение реализованных маршрутов позволяет воспроизвести структуру программы и контролировать степень покрытия каждого компонента. Для этого на каждом этапе тестирования выделяются компоненты программы, оставшиеся непроверенными, для которых необходимо подготавливать дополнительные тесты. Однако при такой стратегии трудно оценить степень покрытия и проверки всех маршрутов исполнения программы без использования структурного графа, построенного по ее исходному тексту.

Данная стратегия имеет преимущества при сравнительно простой структуре программы и при преобладании в ней вычислительных операторов. На каждом маршруте упорядоченное варьирование переменных акцентирует внимание на вычислительной части программы, что существенно для такого класса ПМ. Однако возрастает риск пропустить сочетания предикатов, определяющих непроверенный маршрут. Поэтому практически всегда целесообразно совместное применение двух стратегий, с акцентом на одну из них в зависимости от особенностей тестируемого ПМ или его частей. Программы с преобладанием сложной логической структуры и с относительно малой вычислительной частью целесообразно начинать тестировать по первой стратегии и только для маршрутов с вычислительными операторами использовать анализ потоков данных (вторую стратегию). В модулях, имеющих простую структуру и содержащих значительный объем вычислений после первичной отладки по второй стратегии, целесообразна проверка полноты тестирования структуры и завершение отладки по первой стратегии.

Известно, что в крупных ПС исчерпывающее тестирование, гарантирующее полное отсутствие в них дефектов и ошибок, принципиально невозможно и число дефектов, обнаруживаемых в программах даже независимыми тестировщиками, имеет пределы. Представленное выше прослеживание соответствия компонентов при верификации корректности сверху вниз от исходных требований к комплексу программ и тестирование покрытия компонентов на соответствие требованиям на каждом уровне их детализации может потребовать значительных вычислительных, трудовых и временных ресурсов. Реальные ограничения доступных ресурсов определяют количество неустраненных дефектов и достижимую корректность

Лекция 13. Верификация, тестирование и оценивание корректности компонентов

компонентов и ПС в целом. На практике учитывать степень покрытия тестами достаточно трудоемко и зачастую желательно иметь более простой способ регламентирования и оценивания качества тестирования. Возникает проблема, как практически учесть ограничения ресурсов и когда прекратить верификацию и тестирование,а также какая при этом будет достигнута корректность программ и способна ли она удовлетворить заказчика и пользователя при эксплуатации ПС.

При разработке сложных ПС верификация и тестирование требуют значительных ресурсов в течение всего ЖЦ ПС, и наиболее критичным ресурсом является допустимое время поэтапного выполнения этих процедур. Интенсивность выявления дефектов при тестировании программ практически экспоненциально убывает в зависимости от времени, затрачиваемого на их обнаружение, и соответственно возрастают интервалы между очередными проявлениями дефектов. На основе экспериментальных данных созданы математические модели, которые позволяют прогнозировать интервалы времени между последовательными обнаружениями дефектов или ошибок в программных компонентах при некотором методе и этапе верификации или тестирования (см. лекцию 10). Например, если при тестировании определенного модуля или компонента ПС выявлено определенное число дефектов (например, 5 или 10), то модели позволяют оценить ресурсы (время), необходимое для обнаружения следующего дефекта, и рентабельность продолжения тестирования используемым методом. Рациональное изменение стратегии или метода выявления дефектов может приводить к кратковременному повышению интенсивности их проявления, а затем к постепенному ее снижению.

Для использования таких моделей в конкретной фирме для некоторого класса проектов при определенной квалификации разработчиков экспериментально может быть установлено число дефектов, которое должно быть обнаружено тестировщиками на определенном этапе тестирования программного компонента за выделяемое время. Если за это время выявлено число дефектов меньшее, чем задано априори, то это может означать либо очень хорошую работу программистов-разработчиков, либо недостаточное качество тестов и их исполнителей. Некоторое дополнительное тестирование, возможно, поможет решить эту альтернативу. Регулярная регистрация числа выявляемых дефектов за заданное время определенными тестировщиками, в результатах работы конкретных программистов,

13.2. Процессы и средства тестирования программных компонентов

позволит оценить усредненную интенсивность выявления дефектов при тестировании на предприятии при разработке определенных типов проектов. Такие оценки могут использоваться при прогнозирования достигнутого качества соответствующих программных компонентов. При этом целесообразно учитывать категории выявленных дефектов по степени влияния на результаты функционирования программы: критические — недопустимо искажающие результаты, опасные — угрожающие небольшими искажениями результатов в редких случаях, а также слабо или практически не влияющие на результаты.

Современные системы систематического тестирования и отладки программных компонентов высокого и контролируемого качества должны обеспечивать:

— удобный, дружественный диалог в символьном и графическом видах пользователей со средствами автоматизации и, в основном, безбумажное тестирование программ;

— использование достаточно развитой и эффективной базы данных проектирования (репозитория) для накопления и хранения разнообразной информации о разрабатываемых программах, их версиях, планах тестирования, тестовых и эталонных данных, выполненных корректировках;

— автоматическое обнаружение статическими методами типовых ошибок в исходных текстах программ, обусловленных нарушениями формализованных правил семантики программирования, структурного построения модулей и использования данных;

— автоматизированное планирование тестирования, выдачу рекомендаций пользователям по систематическому применению методов, стратегий и средств динамической отладки;

— эффективную реализацию отладочных заданий с целью дости
жения максимальной корректности программ в условиях ограниченных
ресурсов на тестирование;

— оценку достигнутой корректности программ по выбранным критериям тестирования и определение основных показателей качества созданных программных компонентов;

— автоматизированную регистрацию и документирование всех выполняемых изменений в программах и учет версий программных модулей и групп программ, в которых проведены корректировки.

Лекция 13. Верификация, тестирование и оценивание корректности компонентов

Для отладки программных компонентов, входящих в сложные ПС и пригодных для повторного использования в различных проектах, необходим комплекс средств автоматизации, использующий основные современные методы выявления ошибок и дефектов в программах. Эти средства можно разделить на (рис. 13.4):

13.2. Процессы и средства тестирования программных компонентов

— статические — анализирующие спецификации и исходные тексты программ без их исполнения в объектном коде;

— динамические, при использовании которых программы функционируют в объектном коде и пригодны для их реального применения.

Эти средства объединяются средствами интерактивного диалога с пользователями и базой данных проектирования, Вгруппу статической отладки входят средства, автоматизирующие структурный анализ и проверку формальной корректности текстов программ и выявление соответствующих типов ошибок. Кроме того, они должны обеспечивать автоматизированное получение данных, поддерживающих выявление ошибок при последующем применении динамических средств. Средства подготовки данных для планирования тестирования должны обеспечивать выделение типовых структур в модуле (циклов, альтернатив, маршрутов исполнения) и их упорядочения по некоторым правилам. Выделение маршрутов исполнения программы и условий их формирования позволяет определить границы областей изменения переменных, влияющие на формирование тестовых наборов и их объем. В результате статического анализа программы автоматически могут создаваться упорядоченные наборы ее характеристик, которые используются для подготовки наборов тестов, а также для контроля полноты проведенного тестирования модулей при динамической отладке.

В группу средств статической отладки входят также средства расчета длительностей исполнения модулей и компонентов. Эти средства позволяют получать ориентировочные значения и распределения длительностей счета программы аналитически, без ее исполнения на ЭВМ. В результате расчетов выявляются компоненты программы, требующие избыточно большого времени счета на реализующей ЭВМ, а также подготавливаются данные для общей проверки реализуемости ПС в реальном времени,

Планирование тестирования — процесс творческий, и средства автоматизации предназначены в основном для подготовки исходных данных, используемых при планировании. Эту информацию можно разделить на три группы данных:

Документирование процессов тестирования программных компонентов следует проводить непосредственно при выполнении каждой из соответствующих работ с определенными целями. Должны быть описаны и документированы, упорядочены и конкретизированы весь технологический процесс тестирования и частные результаты на каждом этапе ЖЦ ПС:

— исходные данные: технические задания и спецификации требований; комплекс эталонных значений; критерии качества результатов тестирования; ограничения доступных ресурсов для реализации тестирования;

— совокупность выбранных методов, стратегий и сценариев тестирования при реализации этапов и процессов плана;

— план тестирования компонентов;

— методы и критерии оценки достигнутого качества программных компонентов;

— входные и результирующие данные тестирования;

— графики организации решения частных задач тестирования и необходимые для них ресурсы;

— распределение ответственности между специалистами по компонентам и видам проверок;

— протоколы результатов тестирования и обобщенные отчеты о достигнутом качестве программных компонентов.