(LUẬN VĂN THẠC SĨ) Nghiên cứu kỹ thuật sinh ca kiểm thử từ mô hình máy hữu hạn trạng thái

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐOÀN THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SNH CA KIỂM THỬ TỪ MƠ HÌNH MÁY HỮU HẠN TRẠNG THÁI Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm Mã số: 60 48 10 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà nội, 2012 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chương GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Cấu trúc luận văn Chương MÁY HỮU HẠN TRẠNG THÁI (FSM) 10 2.1 Định nghĩa FSM 10 2.2 Biểu diễn FSM 11 2.2.1 Biểu diễn kiểu liệt kê 11 2.2.2 Biểu diễn đồ thị 12 2.2.3 Biểu diễn dạng bảng 12 2.3 Một số tính chất FSM 13 2.3.1 Được đặc tả đầy đủ (Completely specified) 13 2.3.2 Đơn định (Deterministic) 14 2.3.3 Liên thông mạnh (Strongly connected) 15 2.3.4 Tối giản (Reduced) 16 Chương MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHUỖI KIỂM CHỨNG TRẠNG THÁI 18 3.1 Chuỗi vào – (Unique Input - Output sequence) [5] 18 3.1.1 Một số khái niệm 19 3.1.2 Thuật toán sinh UIO 20 3.2 Chuỗi phân biệt (Distinguishing sequence) [5] 25 3.2.1 Một số khái niệm 25 3.2.2 Thuật toán sinh DS 27 3.3 Chuỗi đặc trưng (Characterizing sequence) [2] 29 3.3.1 Một số khái niệm 29 3.3.2 Phương pháp tìm W 29 Chương KIỂM THỬ DỰA TRÊN MƠ HÌNH FSM 34 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.1 Mối quan hệ mô hai FSM 34 4.2 Kiểm thử dựa mơ hình FSM 35 4.3 Một số lỗi thường gặp cài đặt FSM 37 Chương KỸ THUẬT SINH CA KIỂM THỬ 40 5.1 Độ bao phủ mơ hình máy hữu hạn trạng thái 40 5.1.1 Độ bao phủ trạng thái (state coverage) 40 5.1.2 Độ bao phủ chuyển trạng thái (transition coverage) 42 5.2 Kỹ thuật sinh ca kiểm thử 44 5.2.1 Khuôn dạng ca kiểm thử 44 5.2.2 Phương pháp sinh ca kiểm thử 45 5.3 Ví dụ 51 Chương KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH SÁCH BẢNG ảng 2.1: Minh họa việc biểu diễn FSM dạng bảng 13 Bảng 3.1: Chuỗi UIO FSM G1 24 Bảng 3.2: Ví dụ khối trạng thái 26 Bảng 3.3: Bảng chuỗi phân biệt trạng thái FSM G2 29 Bảng 3.4: Bảng mô tả FSM G3 30 Bảng 3.5: Bảng phân vùng tương đương mức FSM G3 31 Bảng 3.6: Bảng P1 phân vùng tương đương mức FSM G3 31 Bảng 3.7: Bảng P2 phân vùng tương đương mức FSM G3 32 Bảng 3.8: Bảng P3 phân vùng tương đương mức FSM G3 32 Bảng 3.9: Bảng P4 phân vùng tương đương mức FSM G3 32 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp lỗi cài đặt FSM MI 38 Bảng 5.1: Khuôn dạng ca kiểm thử 45 Bảng 5.2: Ca kiểm thử trạng thái ban đầu FSM MS 46 Bảng 5.3: Nhóm ca kiểm thử TC1 FSM MS 50 Bảng 5.4: Nhóm ca kiểm thử TC2- FSM MS 50 Bảng 5.5: Nhóm ca kiểm thử TCk- FSM MS 50 Bảng 5.6: Ca kiểm thử FSM MS 54 Bảng 5.7: Kết kiểm thử FSM MI1 55 Bảng 5.8: Kết kiểm thử FSM MI2 55 Bảng 5.9: Kết kiểm thử FSM MI3 56 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1: Minh họa việc biểu diễn FSM đồ thị 12 Hình 2.2: Ví dụ FSM M1 đặc tả đầy đủ 13 Hình 2.3: Ví dụ FSM M2 khơng đặc tả khơng đầy đủ 14 Hình 2.4: Ví dụ FSM M3 có tính chất đơn định 14 Hình 2.5: Ví dụ FSM M4 có tính chất khơng đơn định 15 Hình 2.6: Ví dụ FSM M5 có tính liên thơng mạnh 15 Hình 2.7: Ví dụ FSM M6 có tính liên thơng yếu 16 Hình 2.8: Ví dụ FSM M7 không tối giản 16 Hình 2.9: Ví dụ FSM M8 tối giản 17 Hình 3.1: Đồ thị mơ tả FSM G1 19 Hình 3.2: Cây UIO FSM G1 hình 3.1 22 Hình 3.3: Xác định chuỗi UIO UIO hình 3.2 23 Hình 3.4: Đồ thị mơ tả FSM G2 25 Hình 3.5: Cây DS FSM G2 Hình 3.4 28 Hình 3.6: Mơ hình FSM G3 30 Hình 4.1: Mơ hình FSM đặc tả hàm y = |x| 34 Hình 4.2: Mơ hình FSM thể cài đặt hàm y = |x| 34 Hình 4.3: Mơ hình khái niệm kiểm thử với việc kiểm chứng trạng thái [5] 36 Hình 5.1: Mơ hình máy hữu hạn trạng thái C1 41 Hình 5.2: Một đường bao phủ tất trạng thái FSM C1 41 Hình 5.3: Cây kiểm thử FSM C1 43 Hình 5.4: Đồ thị biểu diễn FSM MS [5] 51 Hình 5.5: Mơ hình máy hữu hạn trạng thái MI1 51 Hình 5.6: Mơ hình máy hữu hạn trạng thái MI2 52 Hình 5.7: Mơ hình máy hữu hạn trạng thái MI3 52 Hình 5.8: Cây kiểm thử từ mơ hình FSM MS 53 (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt DS Ý nghĩa Giải thích tiếng Việt Distinguishing sequence Chuỗi phân biệt FSM Finite state machine Máy hữu hạn trạng thái UIO Unique Input - Output sequence Chuỗi vào – VER State verification sequence Chuỗi kiểm chứng trạng thái W Characterizing sequence Chuỗi đặc trưng (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai Chương GIỚI THIỆU Đặt vấn đề Hiện có nhiều hệ thống đặc tả mơ máy hữu hạn trạng thái, hệ thống reactive (là hệ thống thay đổi hành động, kết đầu điều kiện/ trạng thái tương ứng với kích thích từ bên bên ngồi nó) [9] như: giao thức truyền thơng, hệ thống điều khiển, hệ thống nhúng Điều thúc đẩy việc nghiên cứu phương pháp kiểm thử máy trạng thái hữu hạn để khám phá khía cạnh hành vi chúng để đảm bảo chức xác hệ thống Tuy nhiên tính xác hệ thống cài đặt so với đặc tả đo đạc nào, hệ thống cài đặt gọi chấp nhận tài liệu viết chung chung [5] Trong luận văn xin giới thiệu khái niệm mô hai máy hữu hạn trạng thái tiêu chí để đánh giá tính chấp nhận hệ thống trình bày phương pháp sinh ca kiểm thử dựa mơ hình máy hữu hạn trạng thái để kiểm thử mô hai máy hữu hạn trạng thái 1.2 Nội dung nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu số phương pháp xác định chuỗi kiểm chứng trạng thái như: chuỗi vào – (UIO), chuỗi phân biệt (DS), chuỗi đặc trưng (W), phương pháp kiểm thử hệ thống dựa mơ hình máy hữu hạn trạng thái để từ nghiên cứu, tìm phương pháp sinh ca kiểm thử để kiểm thử xem mơ hình cài đặt có mơ đặc tả phần mềm theo mơ hình máy hữu hạn trạng thái hay khơng 1.3 Cấu trúc luận văn Phần lại luận văn có cấu trúc sau: Chương 2: Máy hữu hạn trạng thái (FSM) Chương trình bày mơ hình FSM cách biểu diễn FSM theo kiểu liệt kê, đồ thị dạng bảng Ngoài ra, chương trình bày số tính chất máy hữu hạn trạng thái Chương 3: Một số phương pháp xác định chuỗi kiểm chứng trạng thái Chương trình bày số phương pháp xác định chuỗi kiểm chứng trạng thái mơ hình FSM như: chuỗi vào – (UIO), chuỗi phân biệt (DS), chuỗi đặc trưng (W) (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai Chương 4: Kiểm thử dựa mơ hình FSM Ngồi việc trình bày mối quan hệ mơ hai FSM kiểm thử mô hai FSM, chương tổng hợp lỗi thường gặp cài đặt FSM Chương 5: Kỹ thuật sinh ca kiểm thử Ngồi việc trình bày độ bao phủ mơ hình máy hữu hạn trạng thái lựa chọn độ bao phủ tốt để làm tiền đề sinh ca kiểm thử, chương cịn trình bày phương pháp sinh ca kiểm thử đưa ví dụ để cụ thể hóa phương pháp nêu Chương 6: Kết luận tổng kết kết đạt luận văn hướng phát triển nghiên cứu (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai 10 Chương MÁY HỮU HẠN TRẠNG THÁI (FSM) 2.1 Định nghĩa FSM Máy hữu hạn trạng thái (FSM) [7] mơ hình hành vi sử dụng trạng thái chuyển trạng thái Nó mơ hình sử dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp phần mềm đặc biệt phổ biến thiết kế hệ thống viễn thông, giao thức truyền thông, hệ thống nhúng, hệ thống điều khiển Có hai loại máy hữu hạn trạng thái máy Mealy máy Moore Máy Mealy tạo output chuyển trạng thái input nhận máy Moore tạo output dựa chuyển trạng thái (không phụ thuộc vào input nhận được) FSM thường mơ hình hóa máy Mealy Máy hữu hạn trạng thái (Mealy machine) [5, 7] M = Trong đó:       S tập trạng thái, I tập thông tin đầu vào, O tập thông tin đầu ra, s0 trạng thái ban đầu, δ: S x I → S hàm chuyển trạng thái, λ: S x I → O hàm thông tin đầu Hay nói cách khác, [4] FSM mơ hình bao gồm: Những yếu tố tĩnh: bao gồm trạng thái (state) chuyển tiếp trạng thái (state transition) Số lượng trạng thái hữu hạn Sự chuyển tiếp trực tiếp từ trạng thái sang trạng thái ch theo đường link - Số lượng đường link giới hạn  Những yếu tố động: bao gồm đầu vào (input) cung cấp cho FSM đầu (output) lấy từ FSM thực động Cả hai số lượng đầu vào đầu hữu hạn  Nguồn gốc FSM [7] từ máy tự động hữu hạn (Finite Automata), gồm thành phần (Q, ∑, δ, q0, F) Trong đó: Q tập hữu hạn trạng thái,  ∑ tập ký hiệu gọi tập chữ ngõ nhập (input alphabet),  δ: Q x ∑ → Q hàm chuyển trạng thái,  (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai(LUAN.VAN.THAC.SI).Nghien.cuu.ky.thuat.sinh.ca.kiem.thu.tu.mo.hinh.may.huu.han.trang.thai 11 q0 ∈ Q trạng thái ban đầu,  F ⊆ Q tập trạng thái kết thúc  Máy tự động hữu hạn sử dụng chủ yếu phân tích cú pháp cho ngơn ngữ đốn nhận Tại thời điểm ban đầu, giả thiết trạng thái khởi đầu q0, với cấu nhập (đầu đọc) ký hiệu bên trái chuỗi nhập Trong suốt lần di chuyển, cấu nhập tiến phía phải ký hiệu, lần di chuyển lấy ký hiệu ngõ nhập.Khi gặp ký hiệu kết thúc chuỗi, chuỗi chấp nhận (accepted) máy tự động hữu hạn trạng thái kết thúc Ngược lại có nghĩa chuỗi bị từ chối So sánh mơ hình máy hữu hạn trạng thái máy tự động hữu hạn ta thấy rằng: FSM có đầu (output) cịn automata khơng có Trong luận văn này, thuật tốn áp dụng cho FSM mơ hình theo máy Mealy 2.2 Biểu diễn FSM 2.2.1 Biểu diễn kiểu liệt kê Cho FSM M =      Trạng thái ban đầu s0 Tập trạng thái S = {s1, s2 , sn} Tập Inputs I = {i1, i2, , in} Tập chuyển trạng thái {δ(ii,sj) = st} với ∀ ii  I sj, st  S Tập Outputs O = {λ(si,ik) = ot} với si  S; ∀ ik  I; ∀ot  O Ví dụ: FSM M =