Способы тестирования программного обеспечения
26 апреля 2012
Рубрика: Обзоры и мнения.
Автор: Саида Бекназарова.

Тестирование дефектов
Целью тестирования дефектов является выявление в программной системе скрытых дефектов до того, как она будет сдана заказчику. Тестирование дефектов противоположно аттестации, в ходе которой проверяется соответствие системы своей спецификации.

Во время аттестации система должна корректно работать со всеми заданными тестовыми данными. При тестировании дефектов запускается такой тест, который вызывает некорректную работу программы и, следовательно, выявляет дефект. Обратите внимание на эту важную особенность: тестирование дефектов демонстрирует наличие, а не отсутствие дефектов в программе [2].

Общая модель процесса тестирования дефектов показана на рисунке 1. Тестовые сценарии — это спецификации входных тестовых данных и ожидаемых выходных данных плюс описание процедуры тестирования. Тестовые данные иногда генерируются автоматически. Автоматическая генерация тестовых сценариев невозможна, поскольку результаты проведения теста не всегда можно предсказать заранее.

Рисунок 1. Процесс тестирования дефектов

Полное тестирование, когда проверяются все возможные последовательности выполнения программы, нереально. Поэтому тестирование должно базироваться на некотором подмножестве всевозможных тестовых сценариев. Существуют различные методики выбора этого подмножества. Например, тестовые сценарии могут предусмотреть выполнение всех операторов в программе, по меньшей мере, один раз. Альтернативная методика отбора тестовых сценариев базируется на опыте использования подобных систем, в этом случае тестированию подвергаются только определенные средства и функции работающей системы.

Из опыта тестирования (и эксплуатации) больших программных продуктов, таких как текстовые процессоры или электронные таблицы, вытекает, что необычные комбинации функций иногда могут вызывать ошибки, но наиболее часто используемые функции всегда работают правильно [2,3].

Тестирование методом черного ящика
Тестирование методом черного ящика базируется на том, что все тесты основываются на спецификации системы или ее компонентов. Система представляется как «черный ящик», поведение которого можно определить только посредством изучения ее входных и соответствующих выходных данных. Другое название этого метода — функциональное тестирование, связано с тем, что испытатель проверяет не реализацию ПО медиаобразовательного портала, а только его выполняемые функции [2,3].

На рисунке 2 показана модель системы, тестируемая методом черного ящика. Этот метод также применим к системам, организованным в виде набора функций или объектов. Испытатель подставляет в компонент или систему входные данные и исследует соответствующие выходные данные. Если выходные данные не совпадают с предсказанными, значит, во время тестирования ПО успешно обнаружена ошибка (дефект).

Основная задача испытателя — подобрать такие входные данные, чтобы среди них с высокой вероятностью присутствовали элементы множества 1е. Во многих случаях выбор тестовых данных основывается на предварительном опыте испытателя. Однако дополнительно к этим эвристическим знаниям можно также использовать систематический метод выбора входных данных, обсуждаемый в следующем разделе [2,3].

Рисунок 2. Тестирование методом черного ящика

Структурное тестирование
Метод структурного тестирования (рисунок 3) предполагает создание тестов на основе структуры системы и ее реализации. Такой подход иногда называют тестированием методом «белого ящика», «стеклянного ящика» или «прозрачного ящика», чтобы отличать его от тестирования методом «черного ящика» [3].

Рисунок 3. Структурное тестирование

Как правило, структурное тестирование применяется к относительно небольшим программным элементам, например, к подпрограммам или методам, ассоциированным с объектами. При таком подходе испытатель анализирует программный код и для получения тестовых данных использует знания о структуре компонента. Например, из анализа кода можно определить, сколько контрольных тестов нужно выполнить для того, чтобы в процессе тестирования все операторы выполнились, по крайней мере, один раз [2-4].

Тестирование ветвей
Метод структурного тестирования, при котором проверяются все независимо выполняемые ветви компонента или программы. Если выполняются все независимые ветви, то и все операторы должны выполняться, по крайней мере, один раз. Более того, все условные операторы тестируются как с истинными, так и с ложными значениями условий. В объектно-ориентированных системах тестирование ветвей используется для тестирования методов, ассоциированных с объектами.

Количество ветвей в программе обычно пропорционально ее размеру. После интеграции программных модулей в систему методы структурного тестирования оказываются невыполнимыми. Поэтому методы тестирования ветвей, как правило, используются при тестировании отдельных программных элементов и модулей [2,3].

При тестировании ветвей не проверяются все возможные комбинации ветвей программы. Не считая самых тривиальных программных компонентов без циклов, подобная полная проверка компонента оказывается нереальной, так как в программах с циклами существует бесконечное число возможных комбинаций ветвей. В программе могут быть дефекты, которые проявляются только при определенных комбинациях ветвей, даже если все операторы программы протестированы (т.е. выполнились) хотя бы один раз.

Метод тестирования ветвей основывается на графе потоков управления программы. Этот граф представляет собой скелетную модель всех ветвей программы. Граф потоков управления состоит из узлов, соответствующих ветвлениям решений, и дуг, показывающих поток управления. Если в программе нет операторов безусловного перехода, то создание графа — достаточно простой процесс. При построении графа потоков все последовательные операторы (операторы присвоения, вызова процедур и ввода-вывода) можно проигнорировать. Каждое ветвление операторов условного перехода (if-then-else или case) представлено отдельной ветвью, а циклы обозначаются стрелками, концы которых замкнуты на узле с условием цикла. На рисунке 4 показаны циклы и ветвления в графе потоков управления программы бинарного поиска [3].

Рисунок 4. Граф потоков управления бинарного поиска

Цель структурного тестирования — удостовериться, что каждая независимая ветвь программы выполняется хотя бы один раз. Независимая ветвь программы — это ветвь, которая проходит, по крайней мере, по одной новой дуге графа потоков. В терминах программы это означает ее выполнение при новых условиях. С помощью трассировки в графе потоков управления программы бинарного поиска можно выделить следующие независимые ветви [3]:
• 1, 2, 3, 8, 9
• 1, 2, 3, 4, 6, 7, 2
• 1, 2, 3, 4, 5, 7, 2
• 1, 2, 3, 4, 6, 7, 2, 8, 9

Если все эти ветви выполняются, можно быть уверенным в том, что, во-первых, каждый оператор выполняется, по крайней мере, один раз и, во-вторых, каждая ветвь выполняется при условиях, принимающих как истинные, так и ложные значения.

Количество независимых ветвей в программе можно определить, вычислив цикломатическое число графа потоков управления программы [1-4]. Дипломатическое число С любого связанного графа G вычисляется по формуле:

С (G) = количество дуг – количество узлов + 2

Для программ, не содержащих операторов безусловного перехода, значение цикломатического числа всегда больше количества проверяемых условий. В составных условиях, содержащих более одного логического оператора, следует учитывать каждый логический оператор. Например, если в программе шесть операторов if и один цикл while, то цикломатическое число равно 8. Если одно условное выражение является составным выражением с двумя логическими операторами (объединенными операторами and или or), то цикломатическое число будет равно 10. Цикломатическое число программы бинарного поиска равно 4.

После определения количества независимых ветвей в программе путем вычисления цикломатического числа разрабатываются контрольные тесты для проверки каждой ветви. Минимальное количество тестов, требующееся для проверки всех ветвей программы, равно цикломатическому числу [3,4].

Проектирование контрольных тестов для программы бинарного поиска не вызывает затруднений. Однако, если программы имеют сложную структуру ветвлений, трудно предсказать, как будет выполняться какой-либо отдельный контрольный тест. В таких случаях используется динамический анализатор программ для составления рабочего профиля программы.

Динамические анализаторы программ — это инструментальные средства, которые работают совместно с компиляторами. Во время компилирования в сгенерированный код добавляются дополнительные инструкции, подсчитывающие, сколько раз выполняется каждый оператор программы. Чтобы при выполнении отдельных контрольных тестов увидеть, какие ветви в программе выполнялись, а какие нет, распечатывается рабочий профиль программы, где видны непроверенные участки [3].

Тестирование сборки
После того как протестированы все отдельные программные компоненты, выполняется сборка системы, в результате чего создается частичная или полная система. Процесс интеграции системы включает сборку и тестирование полученной системы, в ходе которого выявляются проблемы, возникающие при взаимодействии компонентов. Тесты, проверяющие сборку системы, должны разрабатываться на основе системной спецификации, причем тестирование сборки следует начинать сразу после создания работоспособных версий компонентов системы.

Во время тестирования сборки возникает проблема локализации выявленных ошибок. Между компонентами системы существуют сложные взаимоотношения, и при обнаружении аномальных выходных данных бывает трудно установить источник ошибки. Чтобы облегчить локализацию ошибок, следует использовать пошаговый метод сборки и тестирования системы. Сначала следует создать минимальную конфигурацию системы и ее протестировать. Затем в минимальную конфигурацию нужно добавить новые компоненты и снова протестировать, и так далее до полной сборки системы [2,3,4].

В примере на рисунке 5 последовательность тестов T1, Т2 и ТЗ сначала выполняется в системе, состоящей из модулей А и В (минимальная конфигурация системы). Если во время тестирования обнаружены дефекты, они исправляются. Затем в систему добавляется модуль С. Тесты T1, T2 и ТЗ повторяются, чтобы убедиться, что в новой системе нет никаких неожиданных взаимодействий между модулями А и В. Если в ходе тестирования появились какие-то проблемы, то, вероятно, они возникли во взаимодействиях с новым модулем С. Источник проблемы локализован, таким образом упрощается определение дефекта и его исправление. Затем система запускается с тестами Т4. На последнем шаге добавляется модуль D и система тестируется еще раз выполняемыми ранее тестами, а затем новыми тестами Т5 [3,4].

Рисунок 5. Тестирование сборки

Конечно, на практике редко встречаются такие простые модели. Функции системы могут быть реализованы в нескольких компонентах. Тестирование новой функции, таким образом, требует интеграции сразу нескольких компонентов. В этом случае тестирование может выявить ошибки во взаимодействиях между этими компонентами и другими частями системы. Исправление ошибок может оказаться сложным, так как в данном случае ошибки влияют на целую группу компонентов, реализующих конкретную функцию. Более того, при интеграции нового компонента может измениться структура взаимосвязей между уже протестированными компонентами. Вследствие этого могут выявиться ошибки, которые не были выявлены при тестировании более простой конфигурации [2-4].

Инструментальные средства тестирования
Тестирование — дорогой и трудоемкий этап разработки программных систем. Поэтому создан широкий спектр инструментальных средств для поддержки процесса тестирования, которые значительно сокращают расходы на него.

На рисунке 6 показаны возможные инструментальные средства тестирования и отношения между ними.

1. Организатор тестов. Управляет выполнением тестов. Он отслеживает тестовые данные, ожидаемые результаты и тестируемые функции программы.
2. Генератор тестовых данных. Генерирует тестовые данные для тестируемой программы. Он может выбирать тестовые данные из базы данных или использовать специальные шаблоны для генерации случайных данных необходимого вида.
3. Оракул. Генерирует ожидаемые результаты тестов. В качестве оракулов могут выступать предыдущие версии программы или исследуемого объекта. При тестировании параллельно запускаются оракул и тестируемая программа и сравниваются результаты их выполнения.
4. Компаратор файлов. Сравнивает результаты тестирования с результатами предыдущего тестирования и составляет отчет об обнаруженных различиях. Компараторы особенно важны при сравнении различных версий программы. Различия в результатах указывают на возможные проблемы, существующие в новой версии системы.
5. Генератор отчетов. Формирует отчеты по результатам проведения тестов.
6. Динамический анализатор. Добавляет в программу код, который подсчитывает, сколько раз выполняется каждый оператор. После запуска теста создает исполняемый профиль, в котором показано, сколько раз в программе выполняется каждый оператор.
7. Имитатор. Существует несколько типов имитаторов. Целевые имитаторы моделируют машину, на которой будет выполняться программа. Имитатор пользовательского интерфейса — это программа, управляемая сценариями, которая моделирует взаимодействия с интерфейсом пользователя. Имитатор ввода/вывода генерирует последовательности повторяющихся транзакций [4,5].

Рисунок 6. Инструментальные средства тестирования

Требования, предъявляемые к процессу тестирования больших систем, зависят от типа разрабатываемого приложения. Поэтому инструментальные средства тестирования неизменно приходится адаптировать к процессу тестирования конкретной системы.

Для создания полного комплекса инструментального средства тестирования, как правило, требуется много сил и времени. Весь набор инструментальных средств, показанных на рис. 6, используется только при тестировании больших систем. Для таких систем полная стоимость тестирования может достигать 50% от всей стоимости разработки системы. Вот почему выгодно инвестировать разработку высококачественных и производительных CASE-средств тестирования [4, 5, 6].

Литература:
1. Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения / пер. с англ. Минько А. А., Момотюк А. А.,
Сингаевская Г. И. — М.: ВИЛЬЯМС, 2002. — 624 с., ил.
2. Тестирование программ /
Липаев В. В. — М.: Радио и связь, 1986. — 437 с.
3. Брауде Э., Технология разработки программного обеспечения / пер. с англ. — Спб.: ПИТЕР, 2004. — 655 с., ил.
4. Орлов С., Технологии разработки программного обеспечения /
Орлов С. А. — Спб.: ПИТЕР, 2002. —
464 с., ил.
5. Липаев В., Надежность программных средств. — М.: СИНТЕГ, 1998. — 358 с.
6. Вигерс К., Разработка требований к программному обеспечению / пер. с англ.. — М.: «Русская Редакция», 2004. — 576 с., ил.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте