Phương Pháp Kiểm Thử Tự Động Dựa Trên UML 2.0

Trong kiểm thử tự động phần mềm, kiểm thử viên tạo ra các kịch bản kiểm thử bằng cách ghi lại tính năng của phần mềm. Sau đó, kiểm thử viên tiến hành kiểm thử theo kịch bản đã tạo với các tham số khác nhau. Tuy nhiên, việc tạo kịch bản kiểm thử lại được tiến hành thủ công. Hầu hết các công cụ kiểm thử ngày nay đều kiểm thử tự động dựa trên các kịch bản có sẵn, do đó việc tạo kịch bản tốn nhiều công sức của kiểm thử viên và mất rất nhiều thời gian. Để tránh việc sai sót trong quá trình kiểm thử, việc tạo kịch bản phải được xây dựng chu đáo. Thêm vào đó, mỗi khi yêu cầu từ phía người dùng thay đổi thì kịch bản cũng phải thay đổi theo. Vì vậy, việc tạo tự động các kịch bản kiểm thử là thật sự cần thiết.

Hướng tiếp cận ở đây là kiểm thử dựa trên mô hình nhằm khắc phục được các vấn đề về chi phí, thời gian. Kiểm thử dựa trên mô hình là phương pháp kiểm thử nơi mà các ca kiểm thử được sinh ra từ mô hình đặc tả hành vi của hệ thống đang được kiểm thử. Mô hình này được biểu diễn bằng máy hữu hạn trạng thái, ô tô mát, đặc tả đại số, biểu đồ trạng thái bằng UML, v.v.

Hiện nay, có nhiều hướng nghiên cứu liên quan đến việc sinh mô hình cho phần mềm đã được đề xuất bởi nhiều tác giả. Một hướng là tập trung vào nghiên cứu các phương pháp sinh mô hình cho phần mềm. Với cách tiếp cận này, ta có thể kể đến các phương pháp sinh mô hình được đề cập trong [19], [20], [21], và [22]. Trong [19], các tác giả đã đặt ngữ cảnh là xây dựng mô hình cho phần mềm được cho dưới dạng một hộp đen và ta có thể thử nghiệm thực thi các hành động trên nó để có thể xây dựng được một tập các chuỗi hành động của phần mềm. Sau đó, tập các chuỗi hành động của phần mềm thu được có thể được coi là một biểu thức chính quy đặc tả hành vi của phần mềm, các tác giả sau đó đã sử dụng thuật toán Thompson để sinh mô hình cho phần mềm được cho bởi biểu thức chính quy đó. Phương pháp này bị giới hạn bởi độ dài tối đa của chuỗi các hành động có thể thử nghiệm trên phần mềm.

Nghiên cứu trong [20] trình bày một thuật toán gọi là GK-tail mà tự động sinh mô hình cho phần mềm dưới dạng các EFSM (Extended Finite State Machine) từ các chuỗi tương tác của nó. EFSM mô hình hóa sự tương tác giữa các giá trị dữ liệu và phần mềm bằng cách ghi chú lên các cạnh của ô tô mát hữu hạn đó với các điều kiện trên các giá trị dữ liệu. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã đề cập một khía cạnh rất quan trọng của phần mềm. Đó là mô hình hóa các lời gọi hàm trong quan hệ với các tham số của. Phương pháp này dựa vào một phần mềm gọi là phần mềm giám sát để có thể sinh ra được các chuỗi tương tác mà được dùng như là đầu vào của nó.

Phương pháp nghiên cứu gồm hai quá trình chính là chuyển đổi biểu đồ tuần tự về đồ thị dòng điều khiển và từ đồ thị dòng điều khiển sinh bộ kiểm thử. Biểu đồ tuần tự được cung cấp dưới dạng tệp xml sẽ được phân tích để cho ra một đường kiểm thử tương ứng đặc tả hoạt động. Qua quá trình phân tích, dữ liệu từ tệp xml được chuyển đổi thành cấu trúc dữ liệu biểu đồ tuần tự tương ứng. Ứng với mỗi khối trong biểu đồ tuần tự, tiến hành bóc, tách từng khối và dựa vào quan hệ giữa các khối để lồng các khối nhằm sinh ra đồ thị dòng điều khiển.

Kế tiếp, một đường kiểm thử tương ứng được trả về đặc tả chính xác hoạt động của đồ thị dòng điều khiển. Kỹ thuật được sử dụng để xây dựng hệ ràng buộc tương ứng cho tập đường kiểm thử ở đây là thực thi tượng trưng (symbolic execution - SE). Cuối cùng, bằng cách kết hợp kỹ thuật sinh ngẫu nhiên và tận dụng thế mạnh các công cụ giải các hệ ràng buộc (SMT-Solver), hệ ràng buộc được giải để sinh ca kiểm thử. Bộ kiểm thử này sẽ được sử dụng để kiểm tra xem việc lập trình có đúng với thiết kế hay không.

Kỹ thuật được sử dụng để xây dựng hệ ràng buộc tương ứng cho tập đường kiểm thử ở đây là thực thi tượng trưng (symbolic execution - SE). Cuối cùng, bằng cách kết hợp kỹ thuật sinh ngẫu nhiên và tận dụng thế mạnh các công cụ giải các hệ ràng buộc (SMT-Solver), hệ ràng buộc được giải để sinh ca kiểm thử. Bộ kiểm thử này sẽ được sử dụng để kiểm tra xem việc lập trình có đúng với thiết kế hay không.

Một hướng tiếp cận khác là sinh mô hình trong khi thực hiện kiểm chứng mô hình hay trong khi thực hiện kiểm thử dựa trên mô hình [23], [24], và [25]. Trong [23], các tác giả đã sử dụng thuật toán học L* để học đặc tả của một thành phần phần mềm thông qua một biểu thức chính quy để sinh ra mô hình cho thành phần đó. Biểu thức chính quy đó là kết quả của khâu thiết, có thể được sinh ra từ từ biểu đồ tuần tự theo phương pháp được đề cập trong [23]. Tuy phương pháp này sinh được mô hình cho phần mềm, nhưng sử dụng nhiều thời gian và bộ nhớ. Đặc biệt là phương pháp này bị giới hạn bởi độ dài tối đa của một chuỗi hành vi của phần mềm.

Nghiên cứu [24] đặt vấn đề cho việc kiểm thử hộp đen. Trong nghiên cứu này, nhiều chiến lược được trình bày để kiểm chứng phần mềm từ khi chúng ta chưa có mô hình. Mô hình được sinh ra trong các lần lặp kiểm chứng phần mềm. Nghiên cứu [25] trình bày một phương pháp sinh mô hình thành phần phần mềm trong quá trình thành phần đó tiến hóa. Những mô hình được sinh ra sử dụng các mô hình chưa đúng hiện có dựa vào các kỹ thuật kiểm thử hộp đen và học máy. Tuy nhiên, phương pháp này sinh mô hình cho toàn bộ phần mềm. Với những phần mềm lớn thì phương pháp này có thể dẫn đến sự bùng nổ trạng thái của mô hình.

Để giải quyết vấn đề trên, trong luận văn này, tôi nghiên cứu về phương pháp nhằm xây dựng một công cụ hỗ trợ phân tích biểu đồ dòng điều khiển dựa trên biểu đồ tuần tự UML 2.0 và ứng dụng để sinh bộ kiểm thử. Phương pháp nghiên cứu gồm hai quá trình chính là chuyển đổi biểu đồ tuần tự về đồ thị dòng điều khiển và từ đồ thị dòng điều khiển sinh bộ kiểm thử.

Biểu đồ tuần tự được cung cấp dưới dạng tệp xml sẽ được phân tích để cho ra một đường kiểm thử tương ứng đặc tả hoạt động. Qua quá trình phân tích, dữ liệu từ tệp xml được chuyển đổi thành cấu trúc dữ liệu biểu đồ tuần tự tương ứng. Ứng với mỗi khối trong biểu đồ tuần tự, tiến hành bóc, tách từng khối và dựa vào quan hệ giữa các khối để lồng các khối nhằm sinh ra đồ thị dòng điều khiển.

Phương pháp sinh đồ thị dòng điều khiển từ biểu đồ tuần tự bao gồm tổng quan về đồ thị dòng điều khiển, cách đặc tả biểu đồ tuần tự, phương pháp sinh đồ thị dòng điều khiển được trình bày trong chương 3. Chương 4 trình bày về phương pháp sinh ca kiểm thử từ đồ thị dòng điều khiển bao gồm bước xây dựng hệ ràng buộc và bước tìm nghiệm thỏa mãn hệ ràng buộc dựa trên SMT - Solver.

Luận văn này tập trung vào việc chỉ sinh mô hình cho thành phần phần mềm. Bằng cách này, chúng ta tập trung vào việc có được mô hình bằng một cách thực tế hơn như từ biểu đồ tuần tự [23]. Những mô hình này sau đó có thể được dùng như là đầu vào cho các phương pháp khác như kiểm chứng mô hình, kiểm thử dựa trên mô hình.