Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng nusmv
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆNông Gia TựKIỂM CHỨNG MÔ HÌNH PHẦN MỀM SỬ DỤNG NUSMVKHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nông Gia TựKIỂM CHỨNG MÔ HÌNH PHẦN MỀM SỬ DỤNG NUSMVKHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Ngọc Hùng HÀ NỘI - 2010 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia TựLời cảm ơnLời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Ngọc Hùng, thầy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua.Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn chúng em và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập trong suốt quá trình học đại học đặc biệt là trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp.Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp K51CD và lớp K51CNPM đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị cùng những lời động viên khích lệ khi thực hiện đề tài này.Cuối cùng con xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm yêu thương.Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2008 Nông Gia Tự i Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia TựTóm tắtKiểm chứng mô hình (model checking) là một hướng tiếp cận hiệu quả cho việc đảm bảo chất lượng phần mềm. Kĩ thuật này được áp dụng để chứng minh một cách tự động tính đúng đắn của phần mềm hoặc chỉ ra tại sao phần mềm không chạy đúng thông qua phản ví dụ.Hiện nay có rất nhiều công cụ kiểm chứng mô hình phần mềm như NuSMV, SPIN, KRONOS . Khóa luận này nghiên cứu lý thuyết cơ bản vè kiểm chứng mô hình, ngôn ngữ SMV dùng để mô hình hóa hệ thống và cách sử dụng NuSMV để kiểm chứng mô hình phần mềm.Kiểm chứng mô hình thường được áp dụng ở giai đoạn thiết kế vì việc mô hình hóa bản thiết kế hệ thống dễ dàng hơn mô hình hóa mã nguồn của hệ thống. Ngoài ra, việc sớm tìm ra lỗi ở bản thiết kế sẽ giúp giảm thiểu rủi ro của quá trình phát triển phần mềm.Vì thế chúng tôi tập trung tìm hiểu và đề xuất quy trình kiểm chứng mô hình sử dụng NuSMV ở giai đoạn thiết kế phần mềm. Đồng thời áp dụng quy trình này để kiểm chứng mô hình của phần mềm giả lập máy rút tiền tự động ATM.ii Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia TựMục lụcChương 1Giới thiệu .11.1Đặt vấn đề 11.2Nội dung nghiên cứu của khóa luận 21.3Cấu trúc khóa luận 2Chương 2Tổng quan về kiểm chứng mô hình và NuSMV .42.1Tổng quan về kiểm chứng mô hình .42.1.1Giới thiệu .42.1.2Ý nghĩa của kiểm chứng mô hình .52.1.3Sự khác nhau giữa kiểm chứng mô hình phần mềm và kiểm thử phần mềm 52.2NuSMV 62.2.1Giới thiệu .62.2.2Kiến trúc của NuSMV 62.2.3Sử dụng NuSMV để kiểm chứng mô hình 8Chương 3Giới thiệu về logic thời gian 93.1Khái niệm .93.2Các toán tử trong logic thời gian .93.2.1Toán tử globally (toàn thể) .93.2.2Toán tử next (tiếp theo) 103.2.3Toán tử eventually (cuối cùng sẽ xảy ra) .103.3TLT và CTL .103.4Sử dụng temporal logic để mô tả một số thuộc tính cần kiểm chứng103.4.1Safety (tính an toàn) .113.4.2Liveness (tính chạy được) 113.4.3Fairness (tính công bằng) .12Chương 4Ngôn ngữ SMV .134.1Tổng quan 134.2Cấu trúc của chương trình viết bằng ngôn ngữ SMV 13iii Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự4.3Các kiểu dữ liệu 134.3.1Khai báo kiểu dữ liệu .134.3.2Kiểu logic (boolean), kiểu số nguyên (integer) và kiểu liệt kê (enum) .144.3.3Mảng 144.3.4Mảng nhiều chiều .144.3.5Kiểu cấu trúc 154.4Biến và các phép gán 164.5Các phép toán .164.5.1Phép gán 164.5.2Tóan tử next .174.6Máy trạng thái .18Áp dụng NuSMV kiểm chứng mô hình phần mềm giả lập máy ATM .205.1Đề xuất quy trình đặc tả và kiểm chứng phần mềm sử dụng NuSMV205.1.1Những cơ sở để đưa ra quy trình 205.1.2Mô tả quy trình 205.2Đặc tả và kiểm chứng mô hình phần mềm giả lập máy ATM 215.2.1Đặc tả yêu cầu 215.2.1.1Mô tả bài toán .215.2.1.2Các tác nhân của hệ thống .225.2.1.3Mô hình ca sử dụng tổng thể hệ thống .225.2.1.4Bật máy .235.2.1.5Tắt máy .235.2.1.6Phiên làm việc .245.2.1.7Giao dịch rút tiền .245.2.1.8Giao dịch chuyển tiền 245.2.1.9Giao dịch vấn tin tài khoản 245.2.1.10Sai mã PIN 255.2.2Đặc tả các thuộc tính cần kiểm chứng 255.2.3Thiết kế hệ thống .255.2.3.1Biểu đồ trạng thái tổng thể hệ thống 255.2.3.2Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống 265.2.3.3Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống27iv Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 285.2.4Mô hình hóa hệ thống bằng ngôn ngữ SMV .285.2.4.1Mô hình hóa tổng thể hệ thống 285.2.4.2Mô hình hóa quá trình thực hiện phiên làm việc 295.2.4.3Mô hình hóa quá trình thực hiện giao dịch 315.2.5Kiểm chứng mô hình 33Chương 6Kết luận .35v Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia TựDanh mục hình vẽHình 2.1. Nguyên tắc họat động của kiểm chứng mô hình.Hình 2.2. Sơ đồ kiến trúc NuSMV.Hình 5.1. Biểu đồ ca sử dụng hệ thống máy ATM.Hình 5.3. Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống ATM.Hình 5.4. Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống ATM.Hình 5.5. Mô hình tổng thể hệ thống viết bằng ngôn ngữ SMV.Hình 5.6. Mô hình quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống bằng ngôn ngữ SMV.Hình 5.7. Mô hình quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống ATM bằng ngôn ngữ SMV.Hình 5.8. Kết quả kiểm chứng mô hình tổng thể hệ thống.Hình 5.9. Kết quả kiểm chứng mô hình phiên làm việc của hệ thống.Hình 5.10. Kết quả kiểm chứng mô hình thực hiện giao dịch hệ thống.vi [...]... cho người sử dụng Hình 2.2 Sơ đồ kiến trúc NuSMV [4] 7 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 2.2. 3Sử dụng NuSMV để kiểm chứng mô hình Để kiểm chứng mô hình bằng NuSMV, chúng ta cần mô tả hệ thống và đặc tả các thuộc tính bằng ngôn ngữ SMV Sau đó sử dụng lệnh: nusmv tên_file trong đó tên_file là tên của file được viết bằng ngôn ngữ SMV 8 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông... Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Chương 5 Áp dụng NuSMV kiểm chứng mô hình phần mềm giả lập máy ATM 5.1Đề xuất quy trình đặc tả và kiểm chứng phần mềm sử dụng NuSMV 5.1.1Những cơ sở để đưa ra quy trình Để kiểm chứng một mô hình cần phải thực hiện hai bước: đầu tiên phải mô hình hóa phần mềm cần kiểm chứng sau đó cần định nghĩa các thuộc tính cần kiểm chứng Đối với trường hợp sử dụng. .. khác nhau giữa kiểm chứng mô hình phần mềm và kiểm thử phần mềm Cả kiểm chứng mô hình và kiểm thử phần mềm đều thực hiện vai trò đảm bảo chất lượng phần mềm bằng việc tìm ra các lỗi nếu có của phần mềm Tuy nhiên giữa kiểm chứng mô hình và kiểm thử phần mềm có một số điểm khác nhau quan trọng sau: Kiểm thử phần mềm đòi hỏi phải có chương trình để thực hiện, còn kiểm chứng mô hình thì ngoài kiểm thử trên... công cụ kiểm chứng mô hình NuSMV vào việc kiểm chứng ở giai đoạn thiết kế phần mềm 1.2Nội dung nghiên cứu của khóa luận NuSMV là một công cụ kiểm chứng mô hình mã nguồn mở Đầu vào của NuSMV là một file viết bằng ngôn ngữ SMV trong đó mô tả mô hình hệ thống và các đặc tả thuộc tính cần kiểm chứng Khóa luận nghiên cứu lý thuyết kiểm chứng mô hình và áp dụng NuSMV để kiểm chứng bản thiết kế phần mềm Quá... thuộc tính cần kiểm chứng, mô hình hóa hệ thống và sử dụng NuSMV để phân tích, chứng minh hệ thống có thỏa mãn các thuộc tính cần kiểm chứng đó hay không 1.3Cấu trúc khóa luận 2 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Các phần còn lại của khóa luận có cấu trúc như sau: Chương 2 trình bày kiến thức cơ bản về kiểm chứng mô hình và giới thiệu về NuSMV, một công cụ kiểm chứng phần mềm Chương... trong hình sau: 1 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Hình 2.1 Nguyên tắc họat động của kiểm chứng mô hình [7] Trong quá trình kiểm chứng mô hình, việc mô hình hóa hệ thống và đặc tả các thuộc tính thường được thực hiện thủ công Việc chứng minh mô hình có thỏa mãn các thuộc tính hay không đựơc thực hiện tự động bằng công cụ kiểm chứng mô hình Khóa luận này tập trung nghiên cứu và áp dụng. .. trong tương lai 3 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Chương 2 Tổng quan về kiểm chứng mô hình và NuSMV 2.1Tổng quan về kiểm chứng mô hình 2.1.1Giới thiệu Kiểm chứng mô hình là kỹ thuật phân tích hệ thống để xác định tính hợp lệ của một hay nhiều tính chất mà người dùng quan tâm trong một mô hình cho trước Cụ thể hơn, với mô hình M và thuộc tính p cho trước, nó kiểm tra liệu thuộc... tiếp sau nó Tóm lại, nhờ khả năng xét đến yếu tố thời gian, temporal logic đã được sử dụng rộng rãi trong công nghệ kiểm chứng phần mềm Temporal logic thường được sử dụng để mô tả các thuộc tính cần kiểm chứng 3. 4Sử dụng temporal logic để mô tả một số thuộc tính cần kiểm chứng 10 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 3.4.1Safety (tính an toàn) Tính an toàn của một chương trình đảm bảo... thiệu về logic thời gian và sử dụng logic thời gian để mô tả các thuộc tính cần kiểm chứng Chương 4 trình bày về cú pháp, các kiểu dữ liệu của ngôn ngữ SMV, cách sử dụng ngôn ngữ SMV để mô tả một máy hữu hạn trạng thái Chương 5 tìm hiểu và đề xuất quy trình kiểm chứng mô hình ở giai đoạn thiết kế phần mềm sử dụng NuSMV, sau đó áp dụng quy trình này vào kiểm chứng mô hình phần mềm giả lập máy rút tiền... cuối cùng, kiểm chứng, công cụ kiểm chứng sẽ tự động thực hiện và trả về kết quả là thỏa mãn nếu mô hình thỏa mãn các thuộc tính, hoặc đưa ra một phản ví dụ nếu mô hình không thỏa mãn Dựa vào phản ví dụ, người ta có thể tìm ra được lý do vì sao mô hình không thỏa mãn các thuộc tính đặt ra 4 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Tóm lại, kiểm chứng mô hình là một kĩ thuật giúp kiểm tra . nhau giữa kiểm chứng mô hình phần mềm và kiểm thử phần mềm Cả kiểm chứng mô hình và kiểm thử phần mềm đều thực hiện vai trò đảm bảo chất lượng phần mềm bằng. người sử dụng .Hình 2.2. Sơ đồ kiến trúc NuSMV [4].7 Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự2.2. 3Sử dụng NuSMV để kiểm chứng
