KIỂM CHỨNG CÀI ĐẶT BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VỚI UML 2

KIỂM CHỨNG CÀI ĐẶT BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VỚI UML 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KIỂM CHỨNG CÀI ĐẶT BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VỚI UML 2.0 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ phần mềm HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KIỂM CHỨNG CÀI ĐẶT BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC VỚI UML 2.0 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ phần mềm HÀ NỘI - 2010 Tóm tắt Phần mềm ngày xây dựng phát triển mạnh mẽ Phần mềm tạo phải đảm bảo chất lượng Kiểm chứng phần mềm giai đoạn quan trọng quy trình sản xuất phần mềm Kiểm chứng động phần mềm nhằm phát tìm lỗi giai đoạn kiểm thử phần mềm Phương pháp lập trình hướng khía cạnh ( Aspect Oriented programming - AOP) với công nghệ AspectJ đời tạo hướng phát triển cho kiểm chứng phần mềm, nâng cao khả tìm sửa lỗi phần mềm mà không ảnh hưởng đến mã nguồn hệ thống Từ u cầu thực tế, mơ hình UML lựa chọn phổ biến cho mơ hình hóa hệ thống phần mềm giai đoạn thiết kế, việc kiểm chứng ràng buộc tương tác biểu đồ trình tự UML cần thiết Cùng với yêu cầu thực tế đề lựa chọn AOP giải pháp giải vấn đề, phạm vi khóa luận, tơi xin trình bày phương pháp sinh mã AspectJ tự động phục vụ cho việc kiểm chứng phần mềm với công cụ plugin Create Aspect tự động sinh mã AspectJ dựa phương pháp Nội dung phương pháp dựa kiến thức AOP, UML, XML, ANNOTATIONS để chuyển đổi giao thức ràng buộc đối tượng đặc tả bời biểu đồ UML sang modun aspect phục vụ cho việc kiểm chứng Ý nghĩa thực tiễn việc sinh mã aspect đan xen vào chương chình thực việc kiểm chứng ràng buộc đối tượng thời gian chạy Mục lục Chương Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Nội dung toán 1.3 Tổng quan phương pháp “kiểm chứng cài đặt biểu đồ tương tác với UML 2.0” 1.4 Cấu trúc khóa luận .4 Chương Annotaions , Aspects UML 2.0 2.1 Annotations 2.2 Aspect 2.3 UML 2.0 .10 2.4 Xây dựng máy trạng thái từ biểu đồ trình tự .16 2.5 Tổng kết chương 18 Chương Xây dựng cộng cụ tự động sinh Aspect từ máy trạng thái 19 3.1 Biểu đồ trình tự đoạn gộp .20 3.2 Sinh Aspect từ biểu đồ trình tự 21 3.3 Kết luận .23 Chương Thực nghiệm .23 4.1 Xây dựng công cụ 24 4.2 Kiểm chứng số giao thức thực tế .27 4.3 Kết luận .44 Chương Kết luận .45 Phụ lục .47 Phụ lục A : Tài liệu XMI mơ tả biểu đồ trình tự 47 Danh mục ký hiệu, từ viết tắt Từ viết tắc Diễn giải AOP Aspect-Oriented Programming FSM Finie State Machine OOP Object Oriented Programming XML eXtensible Markup Language XMI UML XML Metadata Interchange Unified Modeling language Chương Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề Ngày công nghệ thông tin ứng dụng vào tất lĩnh vực đời sống xã hội, từ ứng dụng đơn giản đến ứng dụng phức tạp, từ ứng dụng gia đình đến ứng dụng cho tổ chức lớn có mặt sản phẩm cơng nghệ thơng tin Có thể nói làm thay đổi diện mạo xã hội, đưa văn minh nhân loại lên tầng cao Một phần quan trọng Công nghệ thông tin Công nghệ phần mềm… Cùng với phát triển vượt bậc công nghệ phần cứng hỗ trợ cho Công nghệ phần mềm phát triển mạnh mẽ Hiện nay, phần mềm coi sản phẩm cơng nghệ thơng tin, q trình làm phần mềm thơng thường trải qua quy trình nghiêm ngặt Quy trình chia làm nhiều giai đoạn : thu thập yêu cầu, phân tích, thiết kế, xây dựng, kiểm tra., triển khai bảo trì phần mềm Đối với phần mềm, việc đảm bảo chất lưng phần mềm vô quan trọng Do đó, vấn đề đặt phải kiểm tra, xác định sửa lỗi phát sinh q trình sản xuất phần mềm, cơng việc giai đoạn kiểm tra Việc phát lỗi phần mềm muộn gây hậu lớn, tốn nhiều thời gian công sức sửa lỗi, chí phải xây dựng lại tồn hệ thống từ đầu, có gây thất bại cho tồn dự án phần mềm Chính phương pháp phát lỗi sớm để giảm thiểu công sức để sửa chúng đời Để phát hiện lỗi phần mềm, phần mềm phải kiểm chứng(Verification) thẩm định(Valication)[5] Kiểm chứng phần mềm kiểm tra xem phần mếm có thiết kế thực thi đặc tả không yêu cầu không Thẩm định phần mềm giai đoạn có hỗ trợ khách hàng nhằm kiểm tra xem phần mềm có đáp ứng u cầu họ khơng Mục đính kiểm chứng phần mềm làm giảm thiểu số lỗi mà phần mềm gặp đến mức thấp chấp nhận Chính vậy, có vai trị vơ quan trọng tồn quy trình phát triển phần mềm ngành phát triển phần mềm Nó thu hút mối quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Giai đoạn kiểm thử có mục đích kiểm tra tính đắn sản phầm phần mềm, kiểm tra xem có đáp ứng nhu cầu tốn đặt khơng Trong thực tế, thao tác kiểm thử đơn vị thông thường dựa vào tập ca kiểm thử đầu vào đầu tương ứng Do vậy, kiểm tra tính sai đầu vào đầu chương trình, khơng kiểm tra q trình hoạt động cuả chương trình có theo đặc tả ban đầu hay không Việc không kiểm hợp chúng thành chương trình lớn 1.2 Nội dung tốn Kiểm chứng phần mềm phần vô quan trọng q trình phát triển phần mềm Vì có nhiều phương pháp kiểm chứng phần mềm xây dựng giả lập hay kiểm chứng mơ hình Trong giới hạn khóa luận này, tơi muốn đề cập đến phương pháp kiểm chứng phần mền dựa phương pháp lập trình hướng khía cạnh(AOP) Cụ thể phạm vi toán kiểm chứng đặc tả hoạt động đối tượng Java kiểm tra tác tử thời gian chạy Trong cách tiếp cận này, ứng dụng hướng đối tượng đặc tả mô hình UML cài đặt ngơn ngữ Java: Sau Aspect sinh ra, chúng đan xen vào mã Java để kiểm tra thời gian chạy Bài tốn có nhiệm vụ tạ Aspect từ biều đồ , dùng AspectJ để đan Aspect vào khung chương trình Khi chạy chương trình, Aspect tự động kiểm tra đặc tả giao thức đưa thơng báo lỗi có vi phạm Nhiệm vụ tốn xây dựng phương pháp tạo đoạn mã Aspect để kiểm chứng xây dựng công cụ Plugin Protocol Verification Generator tự động sinh Aspect kiểm chứng đặc tả giao thức biểu đồ UML 1.3 Tổng quan phương pháp “kiểm chứng cài đặt biểu đồ tương tác với UML 2.0” Trong khóa luận “KIỂM CHỨNG ĐẶC TẢ UML CHO TÁC TỬ PHẦM MỀM”[2] trình bày phương pháp kiểm chứng đặc tả UML cho tác tử phần mềm, khóa luận đưa phương pháp pháp phân tích kiểm chứng cho số giao thức (AB)n [A*B]n Nhưng khóa luận đó, chưa giải số vấn đề như: - Mới dừng kiểm tra số giao thức đơn giản - Chỉ kiểm tra cho biểu đồ thường, biểu đồ theo Agent UML Đối với, giao thức mơ tả UML trở lên công cụ thực - Việc tự động sinh Aspect chưa thực hoàn thiện Aspect sinh sau lưu lại Để sử dụng Aspect phải đưa vào project cần thiết - Aspect sinh có phạm vi tồn project Tức là, lớp có phương thức mơ tả pointcut chịu tác dụng Aspect Điều này, nhiều gây nên lỗi - Tài liệu XMI đầu vào công cụ thu gọn chứa thành phần cần thiết Phát triển từ khóa luận trên, tơi giải vấn đề Aspect sinh trực tiếp gắn vào project tên với file xmi Giao thức kiểm chứng đa dạng Được thiết kế theo UML 2.0, Các điều kiện lặp, lựa chọn sử dụng mô tả đoạn gộp đoạn gộp alt, loop Aspect sinh đảm bảo kiểm tra cho phương thức người dùng đánh dấu Do khác cách mô tả UML 2.0 trước đây, nên cấu trúc để lưu giữ Aspect sinh khác nhiều so với công cụ PVG Phát triển từ công cụ PVG thay đổi nhiều để phù hợp với đặc tả giao thức UML2.0 Bài toán bắt đầu với đầu vào biểu đổ UML 2.0, biểu đồ tạo công cụ Altova Umodel 2010 Altova Umodel 2010 plugin, biểu đồ xuất dạng XMI Sau đó, lấy thơng tin cần thiết đối tượng biểu đồ chuyển thành máy trạng thái (FSM) Lập trình viên phát triển mơ-đun nghiệp vụ từ biểu đồ biểu đồ cịn lại Song song với q trình xây dựng Aspect từ máy trạng thái Bài báo “Checking Interface Interaction Protocols Using Aspect-Oriented Programming”[3] xây dựng phương pháp kiểm chứng giao thức sử dụng AOP Dựa vào báo xây dựng công cụ tự động sinh Aspect với đầu vào tài liệu XMI mô tả biểu đồ UML 2.0 Phương pháp xây dựng công cụ Plugin Protocol Verification Generator(PPVG gồm hai bước − Bước : Phân tích tài liệu XMI, lấy thông tin cần thiết để xây dựng máy trạng thái − Bước : Xây dựng tự động sinh Aspect từ FSM : Sử dụng FSM vừa sinh từ trên, duyệt trạng thái FSM, áp dụng phương pháp cài đặt As- pect báo nói trên, tơi tạo join-point, pointcut advice từ trạng thái để hình thành nên mơ-đun Aspect 1.4 Cấu trúc khóa luận Các phần cịn lại khóa luận cấu trúc sau: Chương giới thiệu annotations, AspectJ, AOP , UML 2, xây dựng máy trạng thái Trong chương tơi trình bày kiến thức sử dụng khóa luận tơi cách xây dựng máy trạng thái Chương xây dựng công cụ sinh Aspect từ máy trạng thái mô tả biểu đồ trình tự UML Chương cài đặt cơng cụ tự động sinh Aspect tiến hành kiểm chứng số giao thức Chương đưa kết luận khóa luận hướng nghiên cứu tương lai Hình 4.2.3.1: Biểu đồ trình tự sử dụng nhiều đoạn gộp Giao thức chứa đoạn gộp alt, opt, loop, break 4.2.3.2 Kiểm chứng giao thức Aspect sinh : public aspect All{ int loop2 = ; private boolean isError = false ; private int numError = 0; private ArrayList Id = new ArrayList(); ArrayList listEnd = new ArrayList(); 37 pointcut AllChecked() :call(@Implement * m9())||call(@Implement * m8())|| call(@Implement * m6())||call(@Implement * m7())||call(@Implement * m5())|| call(@Implement * m4())||call(@Implement * m3())||call(@Implement * m2())|| call(@Implement * m1||call(@Implement * m0()); before() : AllChecked(){ String nameThisAspect = this.getClass().toString(); nameThisAspect=nameThisAspect.substring( nameThisAspect.lastIndexOf(".") + 1, nameThisAspect.length()); String CallMethod = getNameMethod(thisJoin-pointStaticPart); String AnnotationOfMethod= getAnnotationOfMethod(thisJoin-pointStaticPart); if(isPart(nameThisAspect,AnnotationOfMethod) == false) return; if(Id.isEmpty()) Id.add("0"); if(listEnd.isEmpty()){ listEnd.add("6"); listEnd.add("10"); } isError = true; ArrayList l = new ArrayList(); ArrayList target = new ArrayList(); if( CallMethod.equals("* m9()")){ l.add("9"); target.add("10"); } else if( CallMethod.equals("* m8()")){ l.add("8"); target.add("9"); } else if( CallMethod.equals("* m6()")){ l.add("6"); target.add("9"); l.add("5"); target.add("7"); } else if( CallMethod.equals("* m7()")){ l.add("6"); target.add("8"); 38 } else if( CallMethod.equals("* m5()")){ l.add("5"); target.add("6"); } else if( CallMethod.equals("* m4()")){ l.add("4"); target.add("5"); l.add("3"); target.add("5"); } else if( CallMethod.equals("* m3()")){ l.add("3"); target.add("4"); } else if( CallMethod.equals("* m2()")){ l.add("2"); target.add("3"); l.add("1"); target.add("3"); } else if( CallMethod.equals("* m1()")){ l.add("2"); target.add("2"); l.add("1"); target.add("2"); } else if( CallMethod.equals("* m0()")){ l.add("0"); target.add("1"); } setIdIfTrue(l,target); if(isError == true){ numError ++; System.out.println("goi sai o dong phuong thuc "+ CallMethod +" o dong thu "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); 39 Id.clear(); Id = target ; } } after():AllChecked(){ if(Id.lastIndexOf("2")>=0) loop2++; /*neu trang thai hien tai la trang thai opt thi thong bao*/ if(Id.lastIndexOf("4")>=0) System.out.println("khoi opt thu bat dau bang * m3() duoc su dung "+" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); /*Neu trang thai hien tai la trang thai break thi thong bao*/ if(Id.lastIndexOf("6")>=0) System.out.println("khoi break thu bat dau bang * m5() duoc su dung "+" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); /*thong bao viec khoi alt duoc kich hoat neu trang thai hien tai la trang thai alt*/ if(Id.lastIndexOf("6")>=0){ System.out.println("khoi alt thu bat dau bang * m5() duoc su dung "+" o dong thu : "+thisJoin-pointStaticPart.getSourceLocation().getLine()); } for(int i = 0; i < listEnd.size(); i ++) if(Id.lastIndexOf(listEnd.get(i)) >=0){ System.out.println("vong loop thu 1bat dau bang phuong thuc* m1() duong goi "+loop2+ "lan"); if(numError > 0) System.out.println("so loi hien tai : " + numError); } } } Tiếp theo đây, xây dựng số kiểm tra để minh chứng hoạt động aspect sinh - Test1 o Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3() -> m4 -> m5() o Kết 40 Hình 4.2.3.2a: Kết test1 o Nhận xét Chuỗi gọi hàm kết thúc gọi đoạn gộp break.Khối loop kích hoạt lần, khối opt kích hoạt Chuỗi thứ tự thông điệp đặc tả Kết mô tả xác - Test2 o Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3() -> m4 -> m6() -> m7() -> m8() o Kết Hình 4.2.3.2b: Kết test2 o Nhận xét Chuỗi gọi hàm kết thúc khối alt, với lựa chọn thứ Trong ví dụ này, đoạn gộp loop, alt, opt sử dụng Đoạn gộp break không sử dụng Chuỗi gọi hàm với đặc tả Kết - Test3 o Chuỗi gọi hàm 41 m1() -> m2() -> m3() -> m4 -> m6() -> m9() -> m10() -> m11() o Kết Hình 4.2.3.2c: Kết test3 o Nhận xét Tương tự ví dụ trên, khối alt theo nhánh thứ hai Kết mô tả - Test4 o Chuỗi gọi hàm m2()-> m4() -> m5() o Kết Hình 4.2.3.2d: Kết test4 o Nhận xét Đoạn gộp loop, alt, opt không sử dụng Chuỗi gọi hàm với đặc tả Như vậy, kết mô tả - Test5 o Chuỗi gọi hàm 42 m1() -> m2() -> m3 -> m4() -> m7() -> m8() o Kết Hình 4.2.3.2e: Kết test5 o Nhận xét Chuỗi gọi hàm gọi thiếu hàm m6() so với đặc tả Kết thông báo - Test6 o Chuỗi gọi hàm m1() -> m2() -> m3 -> m10() -> m4() -> m6()-> m7() -> m8() o Kết Hình 4.2.3.2f: Kết test6 o Nhận xét Chuỗi gọi hàm sai điểm :  Thứ nhất: gọi sai hàm m10() Sau hàm m3() lẽ phải gọi hàm m4() 43  Thứ hai: Sau hàm m10() lẽ phải gọi hàm m11() lại gọi hàm m4() Như vậy, kết mô tả 4.3 Kết luận Trong chương nay, tơi trình bày cách cài đặt công cụ dựa vào phương pháp “Kiểm chứng đặc tả UML” Mã Aspect sinh từ cơng cụ đan xen vào chương trình thời gian chạy Bước kiểm chứng số giao thức, thấy công cụ sinh Aspect phù hợp cho việc kiểm chứng 44 Chương Kết luận Trong trình thực khóa luận này, tơi tìm hiểu kiến thức kiểm chứng phần mềm Từ tơi phát triển phương pháp kiểm chứng dựa AOP xây dựng công cụ tự động sinh Aspect Với phát triển từ công cụ PVG(Protocol Verification Generator), với mục tiêu kiểm chứng đặc tả cho UML Tơi thay đổi để kiểm chứng đặc tả dùng cho UML 2, khả tự động sinh Aspect nói hồn thiện, Ở công cụ PVG giải giao thức đơn giản Ở khóa luận tơi, giải trường hợp đa giạng, với biểu đồ thiết kế UML Agent UML công cụ PVG Trong phương pháp này, Aspect sinh se cắt ngang hệ thống để kiểm tra trình hoạt động Từ biểu đồ trình tự UML xuất dạng tài liệu XMI Tiếp đó, tiến hành phân tích tài liệu XMI để xây dựng máy trạng thái (FSM), FSM sinh xử lý để tạo lên Aspect cuối phục vụ cho việc kiểm chứng Áp dụng phương pháp này, xây dựng cơng cụ có khả kiểm chứng cho đoạn gộp bàn biểu đồ trình tự đoạn gộp alt, opt, loop, break Tuy nhiên, vấp phải số khó khăn q trình thực khóa luận như: Đối với đoạn gộp trọng biểu đồ trình tự có điều kiện kích hoạt khác Để xử lý cần phải biết thành phần điều kiện lấy đâu, phương thức trả lại Với đặc tả UML2 hạn chế tài liệu XMI chưa thể giúp giải vấn đề Hơn nữa, hệ thống nhiều thành phần tài liệu XMI phức tạp, với đoạn gộp khơng đan cơng cụ tơi kiểm chứng Nhưng khi, thành phần chứa nhiều đoạn gộp lồng đoạn gộp loop lồng đoạn gộp alt tơi chưa giải 45 Từ vấn đề tồn khóa luận này, tương lai tơi tiếp tục hướng nghiên cứu nhằm xây dựng hoàn thiện công cụ để đáp ứng yêu cầu Hướng phát triển gần phát triển công cụ để giải vấn đề ràng buộc đoạn gộp lồng biểu đồ UML Bên cạnh đó, tơi nghiên cứu tìm phương pháp sinh mã Aspect không phụ thuộc vào tài liệu XMI mà phụ thuộc vào ràng buộc điều kiện mô tả dạng liệu khác nhằm tăng tính ứng dụng cơng cụ tơi công cụ sản xuất phần mềm 46 Phụ lục Phụ lục A : Tài liệu XMI mô tả biểu đồ trình tự 99713c9e-7097-4599-bc9d-3dc0f6bcf849 47 48 Các tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Ba Phát triển hệ thống hướng đối tượng với UML 2.0 C+ +.2008,tr.33 [2]Vũ Sỹ Vương KIỂM CHỨNG ĐẶC TẢ UML CHO TÁC TỬ PHẦN MỀM Khóa luận tốt nghiệp.Hà Nội,2009 [3] Anh-Hoang Truong, Thanh-Binh Trinh, Dang Van Hung, Viet-Ha Nguyen Nguyen Thi Thu Trang, and Pham Dinh Hung “Checking Interface Interaction Protocols Using Aspect-Oriented Programming” SEFM' 08, Cape Town, South Africa, November 10-14, 2008 [4] R Laddad AspectJ in Action Practical Aspect-Oriented Programming Manning Publications Co., 2003 [5] R S Pressman Software Engineering, A Practitioner’s Approach, 5th edition Thomas Casson, 2001 49 ... Aspect kiểm chứng đặc tả giao thức biểu đồ UML 1.3 Tổng quan phương pháp ? ?kiểm chứng cài đặt biểu đồ tương tác với UML 2. 0” Trong khóa luận “KIỂM CHỨNG ĐẶC TẢ UML CHO TÁC TỬ PHẦM MỀM” [2] trình... biểu đồ trình tự UML 2. 0 2. 3 .2 Biểu đồ trình tự UML Một biểu đồ trình tự cộng tác động loạt đối tượng Khía cạnh quan trọng biểu đồ trình tự thông điệp (message) gửi đối tượng Nó trình tự tương tác. .. sinh kiểm tra xác giao thức mơ tả 4 .2. 2 Kiểm chứng biểu đồ loop 4 .2. 2.1 Đặc tả giao thức Để minh chứng cho việc dùng Aspect sinh để kiểm chứng cho biều đồ dùng loop Tôi lấy ví dụ đơn giản với biểu