基于软件体系结构的测试用例生成技术研究

摘要

从90年代开始，软件体系结构(SA) 技术受到了研究界和工业界的普遍重视并开始得到应用。软件体系结构的设计对于整个软件系统的开发至关重要，这种重要性不仅表现在软件的构造上，还表现在对软件测试的指导上。因此，为了提高软件体系结构设计的质量并用软件体系结构设计指导软件测试，有必要研究基于规格说明的软件体系结构测试技术。软件体系结构为软件测试提出了很多新问题，但目前对软件体系结构测试的研究还很薄弱。能否找到有效的适用于软件体系结构的测试技术，将决定着软件体系结构技术是否能够应用成功。 基于软件体系结构的测试技术研究的核心是自动生成测试用例。为此，需要选择或设计合适的软件体系结构描述语言，将被测系统 IUT的描述建立在软件体系结构层上，并以此为出发点，寻找恰当的测试视点、测试覆盖准则和测试用例生成算法。 第一部分从软件测试的角度出发，以满足多视点地测试软件体系结构为目标，提出了对软件体系结构基本模型的多视点要求，即结构视点和行为视点，以及相应的模型，说明了它们的可测性。利用结构模型所提供的信息，能够分析软件体系结构元素之间的连接是否恰当、接口是否匹配，能够测试软件体系结构中元素的交互路径等；利用对行为模型的进程代数规格说明，能够测试软件体系结构元素的行为以及元素之间的交互行为。 第二部分提出并设计了针对一类分布式实时系统的体系结构描述语言 DRTSADL；在该语言中嵌入了计时进程代数模型，研究了计时状态进程TSP的操作语义，以支持分布式实时系统的行为描述。通过扩展和裁减手段，在有限状态进程FSP的基础上，定义计时状态进程 TSP，其成分主要有常量进程、前缀进程、超时进程、时钟复位进程、卫式条件进程、非确定性选择进程、发送进程、接收进程、组合进程和顺序进程等。与FSP相比，TSP可支持计时特征和构件/进程之间的通信。在DRTSADL中，本文定义了简单构件、组合构件、连接件和端口等。从简单构件、组合构件、连接件和体系结构风格入手，描述了如何使用DRTSADL描述应用系统的软件体系结构，并以C<'3>I的MMI为例说明了一个软件体系结构的完整描述。 第三部分设计了一类分布式实时系统的测试用例生成方法，主要内容包括：(1)根据软件体系结构配置信息，设计了一套测试覆盖准则，定义其对应的计算规则；(2)针对结构视点，基于DRTSADL规格说明的配置信息，设计了对应的测试用例生成算法；(3)基于异步网络的分布式系统模型和DRTSADL规格说明，设计了一种产生分布式系统的测试用例的算法；(4)基于一类计时自动机模型和DRTSADL规格说明，利用计时Wp算法，设计了一种产生实时系统测试用例的算法，并证明了其终止性。 第四部分实现了一个面向DRTSADL的测试用例生成的环境原型，该原型支持DRTSADL的可视方式和文本方式的模型构建，依据所描述的被测系统，从配置(结构)和行为两个视点产生测试用例。用一个人机接口系统软件MMI进行实验，表明该环境原型能够按用户要求产生测试用例。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究动因

1.2软件体系结构测试技术

1.3软件体系结构测试技术研究现状

1.3.1软件测试技术研究的历程

1.3.2对软件体系结构测试现状的分析

1.4存在问题

1.5研究目标

1.6本文的主要工作和组织安排

1.6.1本文主要工作

1.6.2与本文研究相关的科研项目

1.6.3本文的组织结构

第2章软件体系结构测试基础与研究实例

2.1软件体系结构测试基础

2.1.1软件体系结构定义

2.1.2测试对象

2.1.3软件体系结构层的测试覆盖准则

2.1.4有限状态进程(FSP)

2.1.5记号系统与计时标号迁移系统

2.1.6 S.Schneider的部分TCSP进程操作语义结论

2.1.7基于软件体系结构的依赖分析技术

2.1.8模型检验技术基础

2.1.9配置信息测试基础

2.1.10分布式系统测试基础

2.1.11实时系统测试基础

2.2 MMI实例

第3章基于软件体系结构的可测性模型研究

3.1软件体系结构模型的要求

3.2软件体系结构的基本模型

3.3软件体系结构设计空间的概念

3.4多视点下的软件体系结构模型

3.5软件体系结构描述模型的可测性分析

3.6小结

第4章TSP及其操作语义模型研究

4.1基本TSP

4.1.1 TSP中的时间模型

4.1.2对FSP的扩展

4.1.3 TSP基础

4.1.4 TSP实例

4.2基本TSP的操作语义

4.3 TSP的操作语义

4.4小结

第5章DRTSADL体系结构描述语言的设计研究

5.1 DRTSADL体系结构描述语言的设计思想

5.2软件体系结构的描述

5.2.1 DRTSADL的总体结构

5.2.2软件体系结构的结构描述

5.2.3软件体系结构的行为描述

5.2.4软件体系结构的配置描述

5.3软件体系结构基本成分描述

5.3.1简单构件描述

5.3.2组合构件

5.3.3连接件

5.3.4体系结构风格

5.4 MMI描述

5.4.1 MMI中的基本成分描述

5.4.2 MMI中的配置描述

5.4.3 MMI的总体结构描述框架

5.5小结

第6章基于软件体系结构配置信息的测试用例生成算法研究

6.1配置行为图及其实例描述

6.2软件体系结构覆盖准则及其计算规则

6.3基于体系结构配置信息描述的测试用例生成算法

6.3.1基于体系结构配置信息的测试用例生成过程

6.3.2基于配置信息的测试用例生成

6.3.3基于配置信息的测试用例生成算法复杂性分析

6.4实验情况

6.5小结

第7章基于异步网络模型的分布式系统的测试用例生成

7.1基于异步网络模型的分布式系统的测试用例生成的思想

7.1.1分布式系统的测试用例

7.1.2算法思想

7.1.3一个简单例子

7.2生成分布式系统的测试用例算法

7.2.1基础算法

7.2.2从DRTSADL规格说明导出进程时间图PTG

7.2.3基于逻辑时间快照的全局状态图生成算法

7.2.4基于全局状态图的测试用例生成

7.3小结

第8章基于DRTSADL-TSP行为模型的测试用例生成技术研究

8.1 T-TIOA

8.2用T-TIOA描述实例

8.2.1使用TIOA和DRTSADL-TSP描述自感应电灯

8.2.2使用T-TIOA描述自感应电灯

8.2.3使用DRTSADL-TSP描述MMI的行为

8.3基于DRTSADL-TSP规格说明的测试用例生成

8.3.1 DRTSADL-TSP描述到T-TIOA描述的转换

8.3.2自T-TIOA构建网格自动机

8.3.3将网格自动机变换成NTFSM

8.3.4自NTFSM生成测试用例

8.3.5基于DRTSADL-TSP生成测试用例算法的复杂度分析

8.3.6实验情况

8.4故障模型

8.5小结

第9章测试工具ADLTester的设计与实现

9.1 ADLTester集成环境的设计原则

9.2 ADLTester体系结构的设计

9.3 ADLTester用户界面设计

9.4 ADLTester的应用

9.5小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录