Nghiên cứu các kỹ thuật kiểm thử hộp trắng

Kỹ thuật kiểm thử technical testing hộp trắng white box dựa vào thuật giải cụ thể, dựa vào cấu trúc dữ liệu bên trong của đơn vị phần mềm cần kiểm thử để xác định đơn vị phần mềm đó có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

NGUYỄN HƯƠNG GIANG

NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT KIỂM THỬ HỘP TRẮNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

HÀ NỘI, 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

NGUYỄN HƯƠNG GIANG

NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT KIỂM THỬ HỘP TRẮNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học:TS Lê Văn Phùng

HÀ NỘI, 2015

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Lê Văn Phùng - Viện

Công nghệ thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình tôi làm luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trường Đại học sư phạm Hà Nội

2, các thầy cô Viện Công nghệ thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học của mình

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè những

người đã động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học vừa qua

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn này do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và thực hiện, đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới

sự hướng dẫn khoa học của thầy TS Lê Văn Phùng Các số liệu, kết quả trong luận

văn là trung thực, rõ ràng Trong luận văn tôi có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà nội, ngày … tháng 12 năm 2015

Người viết luận văn

Nguyễn Hương Giang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 0

LỜI CAM ĐOAN 3

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Dự kiến đóng góp mới của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KIỂM THỬ PHẦN MỀM 3

1 Tổng quan về kỹ nghệ phần mềm 3

1.1 Khái niệm cơ bản về kiềm thử 3

1.2 Chiến lược kiểm thử 6

1.2.1 Khái niệm chiến lược kiểm thử 6

1.2.2 Mô hình chiến lược tổng thể 8

1.2.3 Một số chiến lược kiểm thử khác 9

1.2.3.1 Chiến lược kiểm thử hệ thời gian thực 10

1.2.3.2 Kiểm thử Alpha và Beta 11

1.2.3.3 Kiểm thử so sánh 13

1.3 Các phương pháp kiểm thử 14

1.4 Các kỹ thuật kiểm thử 15

1.4.1 Kỹ thuật kiểm thử hộp đen (Black – box testing) 16

1.4.2 Kỹ thuật kiểm thử hộp trắng (white – box testing) 16

Kết luận 17

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT KIỂM THỬ HỘP TRẮNG 18

2.1 Đồ thị dòng 18

2.2 Ma trận kiểm thử 23

2.3 Điều kiện logic với chiến lược kiểm thử miền và nhánh 38

2.4 Điều khiển theo dòng dữ liệu 46

2.5 Cấu trúc chu trình – giá trị đặc trưng 47

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG KỸ THUẬT

KIỂM THỬ HỘP TRẮNG 50

3.1 Môi trường thử nghiệm 50

3.1.1 Giới thiệu cơ bản về ngôn ngữ C# 50

3.1.1.1 C# là ngôn ngữ đơn giản 50

3.1.1.2 C# là ngôn ngữ hiện đại 51

3.1.1.3 C# là ngn ngữ hướng đối tượng 51

3.2 Dữ liệu đầu vào và yêu cầu đầu ra 52

3.2.1 Dữ liệu đầu vào: 52

3.2.2 Yêu cầu đầu ra 52

3.3 Thiết kế ca kiểm thử 52

3.3.1 Quy trình thực hiện trong chương trình 52

3.3.2 Ví dụ minh họa chương trình 53

3.4 Kết quả thử nghiệm và đánh giá 53

3.4.1 Giao diện form chính của phần mềm 53

3.4.2 Chọn file nguồn 54

3.4.3 Kết quả thực hiện nút Open 54

3.4.4 Kết quả thực hiện nút Tính độ phức tạp 55

3.4.5 Kết quả thực hiện nút Tập kiểm thử 56

KẾT LUẬN 57

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.Mô hình chiến lược kiểm thử tổng thể 9

Hình 2.1 Các cấu trúc cơ bản của đồ thị dòng(sequence, if, while, until, case) 18

Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển của chương trình 21

Hình 2.3 Sơ đồ luồng điều khiển 22

Hình 2.4 Đồ thị dòng 22

Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển chương trình của ví dụ 2 30

Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển chương trình mức gộp của ví dụ 2 31

Hình 2.7 Đồ thị dòng mức gộp của ví dụ 2 32

Hình 2.8 Độ phức tạp của chu trình xác định từ đồ thị dòng mức gộp 34

Hình 2.9 Xác định các ca kiểm thửbằng đường cơ bản và điều kiện 44

Hình 2.10 Đồ thị dòng để xác định tập đường cơ bản nhỏ nhất phủ các lệnh 45

Hình 2.11 Xác định điều kiện cho đường cơ bản 45

Hình 2.12 Dạng vòng lặp thứ nhất 51

Hình 2.13 Dạng vòng lặp thứ hai 52

Hình 2.14 Kiểu vòng lặp lồng nhau 52

Hình 2.15 Kết hợp mỗi vòng lặp trước với mọi vòng lặp sau 48

Hình 2.16 Vòng lặp phi cấu trúc 49

Hình 3.1 Giao diện form chính 54

Hình 3.2 Cửa sổ chọn file nguồn cho chương trình 54

Hình 3.3 Hiển thị file nguồn 55

Hình 3.4 Kết quả độ phức tạp 55

Hình 3.5 Kết quả Tập kiểm thử 56

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng tính độ phức tạp của đồ thị dòng V(G): 24

Bảng 2.2 Bảng kết quả tập đường kiểm thử 27

Bảng 2.3 Bảng kiểm thử kết quả ra 41

Bảng 2.4 Bảng kiểm thử có ràng buộc 41

Bảng 2.5.Tập các giá trị bảo đảm các ràng buộc đầu ra 42

Bảng 2.6 Tập các giá trị bảo đảm các ràng buộc đầu ra của C 42

Bảng 2.7.Xác định các đầu ra để kiểm thử 43

Bảng 2.8 Tập đường cơ bản nhỏ nhất phủ các lệnh 45

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Các kỹ thuật kiểm thử hộp trắng có vai trò rất quan trọng trong việc đưa

một ứng dụng vào áp dụng thực tế

Kiểm thử là một trong những giai đoạn của quá trình phát triển, hoàn thành

sản phẩm Trước khi sản phẩm được phát hành tất cả các chức năng cũng như giao diện, ứng dụng của sản phẩm đó đều cần qua kiểm thử Một sản phẩm tuy được thiết kế tốt nhưng cũng không thể tránh khỏi các sai sót Kiểm thử hiệu quả sẽ phát hiện ra được các sai sót này, tránh các lỗi trước khi phát hành Kiểm thử đứng dưới vai trò của người sử dụng, sẽ giúp cho sản phẩm có sự thích ứng phù hợp hơn với thị hiếu và nhu cầu của người dùng Chính vì lẽ đó, kiểm thử là việc hết sức cần thiết, cần nghiên cứu về kiểm thử nhằm góp phần xác định chất lượng phần mềm vừa được xây dựng

Kỹ thuật kiểm thử (technical testing) hộp trắng (white box) dựa vào thuật

giải cụ thể, dựa vào cấu trúc dữ liệu bên trong của đơn vị phần mềm cần kiểm thử

để xác định đơn vị phần mềm đó có thực hiện đúng không

Vậy tại sao ta phải quan tâm đến các kỹ thuật kiểm thử? Vì chọn kỹ

thuật kiểm thử phù hợp thì sẽ:

- Giảm chi phí phát triển

- Tăng độ tin cậy của sản phẩm

- Giúp tìm ra nhiều lỗi nhất

- Chi phí (thời gian, công sức) ít nhất

- Sinh ra được kỹ thuật kiểm thử chạy tốt

Vì vậy tôi mạnh dạn chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ của mình là “Nghiên

cứu các kỹ thuật kiểm thử hộp trắng”

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về kiểm thử phần mềm

- Nghiên cứu tổng hợp về các kỹ thuật sử dụng để kiểm thử hộp trắng như kỹ thuật

đồ thị dòng, ma trận kiểm thử, điều kiện logic, điều khiển theo dòng dữ liệu, cấu trúc chu trình,…

- Lập trình thử nghiệm một hoặc nhiều trong các kỹ thuật đã nghiên cứu để xác định các ca kiểm thử và xây dựng kịch bản kiểm thử cho một bài toán cụ thể

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là đơn vị phần mềm (một đoạn lệnh/mô-đun/chương trình).Phạm vi nghiên cứu của đề tài là các kỹ thuật kiểm thử hộp trắng trong kiểm thử phần mềm

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp phân tích các vấn đề liên quan đến đề tài,

- Phương pháp thống kê kết hợp với phương pháp chuyên gia,

- Phương pháp kết hợp lý thuyết với thực nghiệm trên máy tính

6 Dự kiến đóng góp mới của đề tài

- Xác định các tiêu chuẩn thích hợp cho việc chọn phương pháp thiết kế ca kiểm thử

và ứng dụng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KIỂM THỬ PHẦN MỀM

1 Tổng quan về kỹ nghệ phần mềm

Kỹ nghệ phần mềm (software engineering) là sự áp dụng một cách tiếp cận

có hệ thống, có kỷ luật, và định lượng được cho việc phát triển, sử dụng và bảo trì phần mềm Ngành học kỹ nghệ phần mềm bao trùm kiến thức, các công cụ, và các phương pháp cho việc định nghĩa yêu cầu phần mềm, và thực hiện các tác

vụ thiết kế, xây dựng, kiểm thử (software testing), và bảo trì phần mềm.[2] Kỹ nghệ phần mềm còn sử dụng kiến thức của các lĩnh vực như kỹ thuật máy tính, khoa học máy tính, quản lý, toán học, quản lý dự án, quản lý chất lượng, công thái học phần

mềm (software ergonomics), và kỹ nghệ hệ thống (systems engineering).

Trích dẫn một câu nói của Edsger Dijkstra về công nghệ phần mềm:

Khi máy tính chưa xuất hiện, thì việc lập trình chưa có khó khăn gì cả.Khi mới xuất hiện một vài chiếc máy tính chức năng kém thì việc lập trình bắt đầu gặp một vài khó khăn nho nhỏ.Giờ đây khi chúng ta có những chiếc máy tính khổng lồ thì những khó khăn ấy trở nên vô cùng lớn.Như vậy ngành công nghiệp điện tử không giải quyết khó khăn nào cả mà họ chỉ tạo thêm ra những khó khăn mới.Khó khăn mà họ tạo nên chính là việc sử dụng sản phẩm của họ

1.1 Khái niệm cơ bản về kiềm thử

Kiểm thử phần mềm (software testing) là một trong những yếu tố góp phần bảo đảm chất lượng phần mềm (SQA), là khâu điển hình kiểm soát đặc tả, thiết lập, lập mã

Theo Glen Myers: “Kiểm thử phần mềm là quá trình vận hành chương trình

để tìm ra lỗi”

Kiểm thử phần mềm được đặt ra với những lý do:

- Muốn nhận diện phần mềm như một phần tử của hệ thống hoạt động

- Hạn chế chi phí cho các thất bại do lỗi gây ra sau này (hiệu quả)

- Có kế hoạch tốt nâng cao chất lượng suốt quá trình phất triển (giải pháp) Kiểm thử giữ vai trò lớn trong quá trình phát triển phần mềm Xét theo tiêu chí về chi phí thì kiểm thử chiếm:

- 40% công sức phát triển;

- ≥ 30% tổng thời gian phát triển;

- Với các phần mềm có ảnh hưởng tới sinh mạng, chi phí có thể gấp từ 3 đến 5 lần tổng các chi phí khác cộng lại

Như vây, kiểm thử tốt sẽ:

- Giảm chi phí phát triển;

- Tăng độ tin cậy của sản phẩm phần mềm

Vấn đề đặt ra là cần vận hành phần mềm như thế nào để:

- Hiệu suất tìm ra lỗi là cao nhất?

- Chi phí (thời gian, công sức) ít nhất?

Công việc trước mắt của kiểm thử phần mềm là tạo ra các ca kiểm thử để tìm

ra lỗi của phần mềm

Mục đích cuối cùng của kiểm thử phần mềm nhằm có một chương trình tốt, chi phí ít

Glen Myers phát biểu một số quy tắc giống như mục đích kiểm thử:

Kiểm thử là một tiến trình thực hiện một chương trình với ý định tìm ra lỗi

Một ca kiểm thử là một trường hợp kiểm thử có xác suất cao để tìm ra lỗi

Việc kiểm thử thành công là việc kiểm thử làm lộ ra một lỗi còn chưa được phát hiện

Các mục đích trên dẫn đến một sự thay đổi lớn trong quan điểm.Chúng đi ngược lại quan điểm thông thường là một phép kiểm thử thành công là kiểm thử không tìm ra lỗi nào.Mục đích của chúng ta là thiết kế các ca kiểm thử để làm lộ ra một cách có hệ thống những lớp lỗi khác nhau và làm như vậy với một số lượng thời gian và công sức ít nhất

Nếu kiểm thử được tiến hành thành công, thì nó sẽ làm lộ ra những lỗi trong phần mềm Việc kiểm thử phần mềm làm việc theo đặc tả nên các yêu cầu hiệu năng dường như là được đáp ứng Bên cạnh đó, dữ liệu thu thập được khi việc kiểm thử tiến hành đưa ra một chỉ dẫn tốt về độ tin cậy phần mềm và một chỉ dẫn nào đó

về phẩm chất phần mềm với tư cách toàn cục

Có một điều mà kiểm thử không thể làm được: Kiểm thử không thể chứng minh được việc không có khiếm khuyết, nó chỉ có thể chứng minh được khiếm khuyết phần mềm hiện hữu

Khi kiểm thử, người ta đưa ra những khái niệm về ca kiểm thử “tốt” và

“thắng lợi”:

- Ca kiểm thử tốt là ca kiểm thử có xác suất cao tìm ra 1 lỗi

- Ca kiểm thử thắng lợi là ca kiểm thử làm lộ ra ít nhất một lỗi

Vấn đề đặt ra ở chỗ nếu không tìm được lỗi nào thì có thể kết luận phần mềm hoàn hảo?Câu trả lời chung là chưa hẳn như vậy

Kiểm thử có nhiều lợi ích, trong đó phải kể đến các lợi ích quan trọng:

- Ca kiểm thử thắng lợi làm lộ ra khiếm khuyết

- Kiểm thử mang lại các lợi ích phụ là thuyết minh:

+ Chức năng tương ứng với đặc tả,

+ Thực thi phù hợp yêu cầu và đặc tả,

+ Cung cấp các chỉ số tin cậy và chất lượng

Tuy kiểm thử có nhiều lợi ích như trên nhưng chưa thể khẳng định phần mềm không còn khiếm khuyết

1.2 Chiến lƣợc kiểm thử

1.2.1 Khái niệm chiến lược kiểm thử

Chiến lược kiểm thử là sự tích hợp các kỹ thuật thiết kế ca kiểm thử tạo thành một dãy các bước nhằm hướng dẫn quá trình kiểm thử phần mềm thành công

Chiến lược kiểm thử được đặt ra với mục tiêu nhằm phác thảo một lộ trình để:

- Nhà phát triển tổ chức việc bảo đảm chất lượng bằng kiểm thử,

- Khách hàng hiểu được công sức, thời gian và nguồn lực cần cho kiểm thử

Chiến lược kiểm thử cần phải đạt những yếu cầu sau:

- Tích hợp được các khâu như lập kế hoạch, thiết kế ca kiểm thử, tiến hành kiểm thử, thu thập và đánh giá các thong tin kết quả

- Đủ mềm dẻo để cổ vũ óc sáng tạo, đáp ứng được nhu cầu khách hàng

- Thích ứng với mức kiểm thử cụ thể

- Đáp ứng các đối tượng quan tâm khác nhau

Kiểm thử là một tập hợp những hoạt động mà có thể được lập kế hoạch trước

và tiến hành một cách có hệ thống Một tập các bước mà trong đó chúng ta có thể vận dụng những kỹ thuật thiết kế ca kiểm thử và phương pháp kiểm thử có những

đặc trưng mang tính “khuôn mẫu”:

- Bắt đầu ở mức mô-đun và tiếp tục cho đến khi tích hợp ở mức hệ thống trọn vẹn

- Các kỹ thuật kiểm thử khác nhau là thích hợp cho những thời điểm khác nhau

- Được cả người phát triển và nhóm kiểm thử độc lập cùng tiến hành

- Kiểm thử đi trước gỡ lỗi, song việc gỡ lỗi phải thích ứng với từng chiến lược kiểm thử

Chiến lược cần thích ứng với từng mức kiểm thử và phải đưa ra hướng dẫn cho người thực hành và một tập các cột mốc cho người quản lý Có hai mức kiểm thử:

- Kiểm thử mức thấp: thẩm định từng đoạn mã nguồn xem có tương ứng và thực thi đúng đắn hay không?

- Kiểm thử mức cao: thẩm định và xác minh các chức năng hệ thống chủ yếu có đúng đặc tả và đáp ứng yêu cầu của khách hàng hay không?

Mỗi chiến lược đáp ứng được yêu cầu cần quan tâm:

- Có các hướng dẫn cho người thực hiện tiến hành kiểm thử

- Có các cột mốc cho các nhà quản lý kiểm soát hoạt động bảo đảm chất lượng

- Có thước đo để đo và nhận ra các vấn đề càng sớm càng tốt

- Khách hàng có thể nhận biết được quá trình kiểm thử

Việc kiểm thử cung cấp một thành lũy cuối cùng để có thể thẩm định về chất lượng và có thể phát hiện ra lỗi

Có một số quan điểm sai lầm:

- Người phát triển không nên tham gia kiểm thử

- Cho phép người lạ kiểm thử một cách thô bạo

- Người kiểm thử chỉ quan tâm khi kiểm thử bắt đầu

Nên xuất phát từ thực tiễn mà phân công trách nhiệm thử:

- Người phát triển chịu trách nhiệm kiểm thử đơn vị do mình phát triển để bảo đảm thực hiện theo đúng thiết kế, có thể tham gia kiểm thử tích hợp; không khoán trắng chương trình cho người kiểm thử mà phải cùng làm việc với người kiểm thử xuyên suốt dự án

- Nhóm kiểm thử độc lập bắt đầu làm việc khi các khoản mục cấu trúc phần mềm đã đầy đủ, giúp gỡ bỏ những thành kiến: “người xây dựng không thể kiểm thử tốt sản phẩm”, gỡ bỏ mâu thuẫn giữa những người tham gia; đánh giá công sức người phát triển bỏ ra tìm lỗi; tạo ra báo cáo đầy đủ cho tổ chức bảo đảm chất lượng phần mềm

1.2.2 Mô hình chiến lược tổng thể

Về mặt kỹ nghệ, việc kiểm thử gồm một số bước được thực hiện tuần tự Ban đầu, việc kiểm thử tập trung vào từng mô-đun riêng biệt bảo đảm nó ban hành đúng đắn như một đơn vị Do đó mới có tên kiểm thử đơn vị Kiểm thử đơn vị dùng rất nhiều các kỹ thuật kiểm thử hộp trắng, kiểm soát các đường đặc biệt trong cấu trúc điều khiển của một lớp mô-đun nhằm phát hiện tối đa các lỗi Mặt khác, các mô-đun phải được lắp ghép hay tích hợp lại để tạo nên phần mềm hoàn chỉnh

Việc kiểm thử tích hợp có liên quan đến thẩm định và xây dựng chương trình.Các kỹ thuật thiết kế kiểm thử hộp đen được dùng trong hầu hết quá trình tích hợp, mặc dù các kiểm thử hộp trắng cũng có thể được dùng để bao quát đa số các đường điều khiển.Sau khi phần mềm đã được dùng tích hợp (được xây dựng), một tập hợp các phép kiểm thử sẽ được tiến hành.Các tiêu chuẩn hợp lệ (được thiết lập trong phân tích yêu cầu) cũng phải được kiểm thử.Việc kiểm thử hợp lệ được tiến hành nhằm bảo đảm phần mềm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chức năng.Các kỹ thuật kiểm thử hộp đen được dùng chủ yếu trong kiểm thử hợp lệ

Kiểm thử hệ thống nằm trong khung cảnh rộng hơn của kỹ nghệ hệ thống máy tính.Khi làm hợp lệ, phần mềm phải được tổ hợp với các phần tử hệ thống khác (như phần cứng, con người, CSDL).Vì vậy, kiểm thử hệ thống là rất quan trọng

Cuối cùng, kiểm thử chấp nhận sẽ thẩm định lại rằng tất cả các thành phần có

phối khớp với nhau không, cũng như chức năng hay độ hoàn thiện của hệ thống có đạt được không

Hình 1.1.Mô hình chiến lƣợc kiểm thử tổng thể

1.2.3 Một số chiến lược kiểm thử khác

Ngoài chiến lược kiểm thử tổng thể, người ta còn tiến hành một loạt các

chiến lược kiểm thử bổ trợ khác như:

- Kiểm thử hệ thời gian thực

- Kiểm thử Alpha và Beta

- Kiểm thử so sánh

Phân tích

yêu cầu

KH kiểm thử chấp nhận

KH kiểm thử tích hợp

Thiết kế chi tiết

Thẩm định

1.2.3.1 Chiến lƣợc kiểm thử hệ thời gian thực

Hệ thời gian thực là hệ thống đáp ứng đúng, chính xác các sự kiện của môi trường

Kiểm thử hệ thống thời gian thực là rất khó Những người thiết kế ca kiểm thử không chỉ phải xem xét các trường hợp kiểm thử hộp đen và hộp trắng mà còn phải xem xét cả việc chia thời gian cho dữ liệu cà cơ chế song song cho các nhiệm

vụ (tiến trình) giải quyết dữ liệu đó.Trong nhiều tình huống, trạng thái của hệ thống cũng có thể dẫn tới lỗi

Mối quan hệ mật thiết giữa phần mềm thời gian thực và môi trường phần cứng của nó cũng có thể gây ra các vấn đề cho kiểm thử.Việc kiểm thử phần mềm phải xem xét tác động của các lỗi phần cứng đến xử lý phần mềm.những lỗi như thế rất khó mô phỏng sát thực tế

Để khắc phục khó khăn trên, chiến lược kiểm thử được vạch ra theo 4 bước thực hiện:

Trước hết sử dụng công cụ CASE tạo mô hình hệ thống để mô phỏng ứng

xử, xem ứng xử như hậu quả của sự kiện tác động từ ngoài vào

Sau đó dựng kết quả hoạt động phân tích này để thiết kế các ca kiểm thử (tương tự kỹ thuật đồ thị nhân quả)

Tiếp theo, phân lớp sự kiện (phân hoạch tương đương) Kiểm thử từng lớp sự kiện và nhận ứng xử của hệ thi hành để phát hiện các sai do xử lý đáp ứng các sự kiện đó

Cuối cùng, kiểm thử mọi lớp sự kiện Các sự kiện được đưa vào trong hệ thống theo thứ tự ngẫu nhiên và với tần xuất ngẫu nhiên nhằm phát hiện các lỗi ứng

Bước 4: Kiểm thử toàn hệ thống

Tích hợp phần cứng và phần mềm nhằm tìm lỗi trên các phương diện:

- Giao diện (giữa phần cứng và phần mềm)

- Môi trường (tác động từ môi trường: các sự kiện)

- Các ngắt (các loại ngắt và các xử lý xảy ra như hậu quả của ngắt)

1.2.3.2 Kiểm thử Alpha và Beta

Kiểm thử alpha (alpha testing) và kiểm thử beta (beta testing) đều do người dùng thực hiện và đều được thực hiện trong môi trường thực

Người phát triển không thể nào lường hết được khách hàng sẽ dùng chương trình như thế nào Các hướng dẫn sử dụng có thể bị hiểu sai, việc tổ hợp dữ liệu lạ

lại có thể hay được dùng, cái ra dường như rõ ràng với người kiểm thử, nhưng có thể lại khó hiểu đối với người dùng

Kiểm thử Alpha

Kiểm thử Alpha được khách hàng tiến hành tại cơ quan của người phát triển Phần mềm được dùng theo sự sắp đặt tự nhiên với người phát triển (nhìn qua vai) người dùng và ghi lại các lỗi khi sử dụng Kiểm thử Alpha còn có tên khác là kiểm thử “sau lưng” và được tiến hành trong một môi trường có kiểm soát

Dữ liệu cho kiểm thử Alpha là dữ liệu mô phỏng

Kiểm thử Beta

Kiểm thử Beta được người dùng cuối tiến hành tại một hay nhiều cơ quan khách hàng Không giống kiểm thử Alpha, người phát triển thường không có mặt

Do đókiểm thử Beta là việc áp dụng “sống” của phần mềm trong một môi trường

mà người phát triển không thể nào kiểm soát được Khách hàng ghi lại tất cả các vấn đề (thực hay tưởng tượng) gặp phải trong khi kiểm thử Beta và báo cáo lại những vấn đề đó cho người phát triển trong những khoảng thời gian đều đặn Xem như một kết quả của vấn đề được báo cáo trong kiểm thử Beta, người phát triển tiến hành sửa đổi rồi chuẩn bị đưa ra sản phẩm phần mềm cho toàn bộ khách hàng

Trường hợp kiểm thử Alpha và Beta cho 1 khách:

- Khi các phần mềm dành cho một người đặt hàng, thì hoạt động kiểm thử chỉ cần một khách hàng tiến hành thẩm định mọi yêu cầu

- Kiểm thử này do người sử dụng cuối cùng thực hiện, không phải là người đặt hàng

- Kiểm thử chấp nhận có thể tiến hành vài tuần hoặc vài tháng một lần, nhờ

đó mà bộc lộ được các lỗi tích lũy làm suy giảm hệ thống theo thời gian

Trường hợp kiểm thử Alpha và Beta cho n khách:

Với phần mềm dành cho nhiều khách hàng, thì kiểm thử chấp nhận bằng một khách hàng là không thực tế.Quá trình kiểm thử Alpha và Beta cho nhiều người tiến hành là bắt buộc

1.2.3.3 Kiểm thử so sánh

Có một số tình huống (như điều khiển máy bay, điều khiển nhà máy năng lượng hạt nhân) mà trong đó độ tin cậy của phần mềm là yếu tố hàng đầu.Trong những ứng dụng như vậy, phần cứng và phần mềm thường được yêu cầu tối thiểu hóa khả năng lỗi.Khi phần mềm được phát triển, nhóm kỹ nghệ phần mềm tách biệt

sẽ phát triển những bản độc lập ứng dụng bằng cách dùng cùng đặc tả.Trong những tình huống như thế, mỗi bản có thể được kiểm thử với cùng dữ liệu để đảm bảo rằng tất cả đều cho kết quả giống nhau

Các nhà nghiên cứu đã gợi ý rằng các bản phần mềm độc lập được phát triển Những bản độc lập này tạo nền cho kỹ thuật kiểm thử hộp đen được gọi là kiểm thử

so sánh (comparision testing) hay kiểm thử dựa vào nhau (back-to-back testing)

Khi tạo ra nhiều cài đặt cho cùng một đặc tả, các ca kiểm thử được thiết kế

để dùng những kỹ thuật hộp đen khác (như phân hoạch tương đương) được xem như

từng bản đầu vào của phần mềm.Nếu kết quả ra của mỗi bản là giống nhau thì

người ta giả thiết rằng tất cả các cài đặt đều đúng.Nếu kết quả ra là khác nhau thì

từng ứng dụng sẽ được nghiên cứu lại để xác định liệu một khiếm khuyết trong một hay nhiều bản có phải là nguyên nhân sinh ra sự khác biệt hay không.Trong phần lớn các trường hợp, việc so sánh các kết quả ra có thể được thực hiện tự động

Việc kiểm thử so sánh không đơn giản Nếu đặc tả mà từ đó tất cả các phiên bản đã được xây dựng ra bị lỗi thì mọi bản đều có thể phản ánh lỗi đó.Mặt khác, nếu từng bản độc lập lại tạo ra kết quả giống nhau, nhưng không đúng, thì việc kiểm thử điều kiện sẽ không phát hiện được lỗi

Trong quá trình kiểm thử so sánh, cần chú ý:

- Khi triển khai nhiều phiên bản phần mềm từ cùng một đặc tả, kiểm thử hộp đen cho các sản phẩm này được thực hiện với cùng ca kiểm thử và cùng các dữ liệu vào

- Khi so sánh các kết quả thu được, nếu có khác biệt nghĩa là có sai trong một sản phẩm nào đó

1.3 Các phương pháp kiểm thử

Thiết kế kiểm thử cho phần mềm và các sản phẩm kỹ nghệ khác có thể có tính thách đố như việc thiết kế ban đầu cho chính bản thân sản phẩm Người kỹ sư phần mềm thường kiểm thử hần mềm sau khi lập trình xong.Các ca kiểm thử đòi hỏi vừa đúng lại vừa đủ.Mặt khác, kiểm thử cần được thiết kế sao cho có khả năng cao nhất để tìm ra lỗi với thời gian và công sức ít nhất

Có rất nhiều phương pháp thiết kế trường hợp kiểm thử cho phần mềm.Những phương pháp này cung cấp cho người phát triển một cách tiếp cận hệ thống tới việc kiểm thử.Quan trọng hơn, những phương pháp này đưa ra một cơ chế

có thể giúp đảm bảo tính đầy đủ của kiểm thử và đưa ra khả năng cao nhất để phát hiện ra lỗi trong phần mềm

Bất kỳ sản phẩm kỹ nghệ nào đều có thể được kiểm thử một trong hai cách:

(1) Kiểm thử chức năng/ hộp đen: cho dữ liệu đầu vào đúng/ sai, kiểm tra đầu

ra đúng/ sai, tức là kiểm thử xem từng chức năng có vận hành đúng không, không quan tâm đến cấu trúc bên trong của chức năng đó;

(2) Kiểm thức cấu trúc/ hộp trắng: không những quan tâm đến mối quan hệ đầu vào và đầu ra của chức năng đó mà còn quan tâm đến cấu trúc bên trong, quan tâm chi tiết đến từng đầu vào đầu ra của các thành phần cấu thành trong

đó và cả sự ăn khớp giữa chúng nữa, tức là đảm bảo rằng, sự vận hành bên trong thực hiện đúng theo đặc tả và tất cả các thành phần bên trong đều được quan tâm và được kiểm tra một cách chi tiết

Đối với phần mềm máy tính, kiểm thử hộp đen biểu thị việc kiểm thử được tiến hành tại giao diện phần mềm Mặc dầu chúng được thiết kế để phát hiện ra lỗi, kiểm thử hộp đen được dùng để thể hiện rằng các chức năng phần mềm đã vận hành, cái vào được chấp nhận đúng, và cái ra được tạo ra đúng, tính toàn vẹn thông tin ngoài (như tệp dữ liệu) là được duy trì Phép kiểm thử hộp đen xem xét một khía cạnh của hệ thống mà ít để ý tới cấu trúc logic bên trong của phần mềm

Kiểm thử hộp trắng được hướng tới việc xem xét kỹ về chi tiết thủ tục.Các đường logic đi qua phần mềm được kiểm thử bằng cách đưa ra các trường hợp kiểm thử, vốn thực hiện trên một tập xác định các điều kiện và/ hoặc chu trình “Trạng thái của chương trình” có thể được xem xét tại nhiều điểm khác nhau để xác định liệu trạng thái dự kiến hay khẳng định có tương ứng với trạng thái thực tại hay không

Thoáng nhìn dường như là việc kiểm thử hộp trắng rất thấu đáo sẽ dẫn tới

“chương trình chính xác 100%” Mọi điều ta cần là xác định tất cả các con dđường logic, xây dựng các trường hợp kiểm thử để vét hết logic chương trình Nhưng việc kiểm thử vét cạn lại có một số vấn đề.Ngay cả với những chương trình nhỏ, số các đường logic cũng có thể rất lớn

Tuy nhiên, việc kiểm thử hộp trắng không nên bị bỏ qua không xét vì không thực tế.Người ta có thể chọn ra một số có giới hạn đường logic quan trọng và thực hiện chúng Có thể thăm dò cấu trúc dữ liệu quan trọng về tính hợp lệ Các thuộc tính của cả kiểm thử hộp đen lẫn hộp trắng có thể được tổ hợp để đưa ra một cách tiếp cận để làm hợp lệ cho giao diện phần mềm và bảo đảm có chọn lựa rằng công việc bên trong của phần mềm là đúng đắn

1.4 Các kỹ thuật kiểm thử

Mục tiêu của kiểm thử là phải thiết kế các trường hợp kiểm thử có khả năng cao nhất trong việc phát hiện nhiều lỗi với thời gian và công sức tối thiểu Do đó, có thể chia các kỹ thuật kiểm thử thành hai loại:

- Kỹ thuật kiểm thử hộp đen (Black – box testing) hay còn gọi là kỹ thuật kiểm thử chức năng

- Kỹ thuật kiểm thử hộp trắng (white – box testing) hay còn gọi là kỹ thuật kiểm thử cấu trúc (structural testing)

1.4.1 Kỹ thuật kiểm thử hộp đen (Black – box testing)

Kiểm thử hộp đen hay còn gọi kiểm thử hướng dữ liệu (data driven) hay là kiểm thử hướng vào/ra (input/output driven)

Trong kỹ thuật này, người kiểm thử xem phần mềm như là một hộp đen Người kiểm thử hoàn toàn không quan tâm đến cấu trúc và hành vi bên trong của chương trình Người kiểm thử chỉ cần quan tâm đến việc tìm các hiện tượng mà phần mềm không hành xử theo đúng đặc tả của nó Do đó, dữ liệu kiểm thử sẽ xuất phát từ đặc tả

1.4.2 Kỹ thuật kiểm thử hộp trắng (white – box testing)

Kiểm thử hộp trắng hay còn gọi là kiểm thử hướng logic, cho phép kiểm tra cấu trúc bên trong của phần mềm với mục đích bảo đảm rằng tất cả các câu lệnh và điều kiện sẽ được thực hiện ít nhất một lần.Người kiểm thử truy nhập vào mã nguồn chương trình và có thể kiểm tra nó, lấy đó làm cơ sở để hỗ trợ việc kiểm thử

Kết luận

Trong chương 1 đã nêu tổng quan về kỹ nghệ phần mềm và các loại kiểm thử phần mềm cơ bản.Kiểm thử hộp trắng xem xét chương trình ở mức độ chi tiết và phù hợp khi kiểm tra các môđun nhỏ.Tuy nhiên, kiểm thử hộp trắng có thể không đầy đủ vì kiểm thử hết các lệnh không chứng tỏ là chúng ta đã kiểm thử hết các trường hợp có thể.Ngoài ra chúng ta không thể kiểm thử hết các đường đi với các vòng lặp lớn

Kiểm thử hộp đen chú trọng vào việc kiểm tra các quan hệ vào/ra và những chức năng giao diện bên ngoài, nó thích hợp hơn cho các hệ thống phần mềm lớn hay các thành phần quan trọng của chúng.Nhưng chỉ sử dụng kiểm thử hộp đen là chưa đủ.Bởi vì, kiểm thử chức năng chỉ dựa trên đặc tả của môđun nên không thể kiểm thử được các trường hợp không được khai báo trong đặc tả Ngoài ra, do không phân tích mã nguồn nên không thể biết được môđun nào của chương trình đã hay chưa được kiểm thử, khi đó phải kiểm thử lại hay bỏ qua những lỗi tiềm ẩn trong gói phần mềm

Phương pháp kiểm thử hộp trắng và kiểm thử hộp đen là hai phương pháp cơ bản có vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển phần mềm, nếu chúng ta biết kết hợp chúng để bổ sung khiếm khuyết lẫn nhau

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT KIỂM THỬ HỘP TRẮNG

2.1 Đồ thị dòng

Một kỹ thuật kiểm thử hộp trắng đầu tiên được TomMcCabe đề nghị là

“kiểm thử đường cơ sở Phương pháp đường cơ sở giúp cho người thiết kế trường

hợp kiểm thử có thể suy dẫn ra một cách đo độ phức tạp logic của thiết kế thủ tục và dùng cách này như một hướng dẫn để xác định một tập cơ sở các đường thực hiện Các trường hợp kiểm thử được suy dẫ ra để thực hiện một tập cơ sở, đảm bảo để thực hiện mọi câu lệnh trong chương trình ít nhất một lần trong khi kiểm thử

Trong phương pháp đường cơ sở một hệ thống ký pháp đơn giản được dùng

để biểu diễn cho luồng điều khiển, được gọi là đồ thị dòng (hay đồ thị chương

trình) Đồ thị dòng mô tả cho dòng điều khiển logic dung ký pháp được minh họa

trong hình 2.1 Mỗi kết cấu có cấu trúc đều có một ký hiệu đồ thị dòng tương ứng

Hình 2.1 Các cấu trúc cơ bản của đồ thị dòng

(sequence, if, while, until, case)

Đồ thị dòng thực chất là một kỹ thuật dựa trên cấu trúc điều khiển của chương trình.Nó gần giống đồ thị luồng điều khiển của chương trình

Đồ thị dòng nhận được từ đồ thị luồng điều khiển bằng hai cách:

- Gộp các lệnh tuần tự và điều khiển liên tiếp thành một lệnh;

- Thay lệnh rẽ nhánh của các đường điều khiển bằng một nút “vị tự”

- Chia mặt phẳng thành nhiều miền

- Có nút vị tự biểu thị sự phân nhánh của các cung

- Mỗi cung nối từng cặp nút biểu diễn luồng điều khiển

Ví dụ 1:

Xét một cấu trúc điều khiển chương trình

Do while còn bản ghi chưa xử lý

Read bản ghi chưa xử lý

if giá trị trường thứ nhất của bản ghi = 0

then xử lý bản ghi;

Cất vào bộ nhớ;

tăng biến đếm;

else if giá trị trường thứ hai của bản ghi = 0

then tạo lại bản ghi;

else xử lý bản ghi;

Cất vào tệp;

end if end if

end do

Bước 1- Gán nhãn cho các dòng lệnh:

1 Do while còn bản ghi chưa xử lý

2 Read bản ghi chưa xử lý

3 if giá trị trường thứ nhất của bản ghi = 0

4 then xử lý bản ghi;

Cất vào bộ nhớ;

6 else if giá trị trường thứ hai của bản ghi = 0

7 then tạo lại bản ghi;

Bước 2- Vẽ sơ đồ điều khiển của chương trình :

Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển của chương trình

Trên cơ sở gộp các lệnh thực hiện tuần tự liền kề với nhau hoặc lệnh thực hiện liền kề rẽ nhánh, ta có sơ đồ luồng điều khiển (mức gộp) (hình 2.3)

Hình 2.3 Sơ đồ luồng điều khiển

Bước 3- Vẽ đồ thị dòng:

Từ sơ đồ luồng điều khiển xác định được đồ thị dòng (hình 2.4) Các thông

số của đồ thị dòng gồm: 9 nút (N=9), trong đó:3 nút là vị tự (P=3) (nút được đánh dấu tô màu sẫm), 11 cung (E=11)

Hội nhập

Hội nhập

2.2 Ma trận kiểm thử

Ma trận kiểm thử là một ma trận vuông có kích thước bằng số các nút trên đồ thị dòng:

- Tên mỗi dòng/ cột ứng với tên một nút;

- Mỗi ô: ghi giá trị là 1 nếu có cung nối nút dòng đến nút cột, ghi giá trị là

0 nếu không có cung nối nút dòng đến nút cột

Nhân liên tiếp k ma trận này ta được ma trận có số ở mỗi ô chỉ số con đường

- Xác suất cung đó được thực thi

- Thời gian xử lý của tiến trình đi qua cung đó

- Bộ nhớ đòi hỏi của tiến trình đi qua cung đó

- Nguồn lực đòi hỏi của tiến trình đi qua cung đó

- Tên mỗi dòng/ cột ứng với tên một nút;

- Mỗi ô: ghi giá trị là 1 nếu có cung nối nút dòng đến nút cột, ghi giá trị là

0 nếu không có cung nối nút dòng đến nút cột

Từ đây, chúng ta dễ dàng xác định được tập đường kiểm thử:

Từ ma trận A, xác định độ phức tạp của chu trình trong ví dụ bằng công thức:

Bước 1: tính các tổng theo hàng của ma trận A trừ dòng cuối cùng

T1=a11+ a12+ a13+ +a19=2

T2=a21+ a22+ a23+ + a29 =2

T3=a31+ a32+ a33+ +a39 =1

T4=a41+ a42+ a43+ + a49 =2

T5=a51+ a52+ a53+ +a59 =1