Bài giảng Kiểm chứng, thẩm định và kiểmthử (verification, validation, and testing)

Kiểm Chứng, Thẩm Định và Kiểm Thử (Verification, Validation, and Testing) 2Mục đích z Sau buổi học sinh viên phải nắm được: − Hiểu các khái niệm: verification, valdation, và testing − Nắm được các nguyên lý về kiểm thử − Hiểu khái niệm ca kiểm thử (test case) − Các phương pháp thiết kế test case − Làm thế nào để kiểm thử chương trình − Làm thế nào để kiểm thử hệ thống 3Nội dung z Giới thiệu − Verification,Validation, và Testing z Các nguyên lý về kiểm thử z Ca kiểm thử (test case) z Các kỹ thuật kiểm thử chương trình − Kiểm thử chức năng − Kiểm thử cấu trúc z Các giai đoạn và chiến lược kiểm thử 4Tài liệu z Pressman, Software Engineering, McGraw Hill (chapter 18 & 19) z Sommerville, Software Engineering, Addison-Wesley (chapter 22 & 23) z Giáo trình kỹ nghệ phần mềm (chương 5) z Các tài liệu điện tử khác 5Verification,Validation, và Testing z Kiểm chứng (Verification) − có đúng đặc tả không, có đúng thiết kế không − phát hiện lỗi lập trình z Thẩm định (Validation) − có đáp ứng nhu cầu người dùng không − có hoạt động hiệu quả không − phát hiện lỗi phân tích, lỗi thiết kế (lỗi mức cao) z V&V = Verification and Validation − mục tiêu là phát hiện và sửa lỗi PM, đánh giá tính dùng được của PM z Thứ tự thực hiện: Verification -> Validation 6Kiểm chứng/Thẩm định tĩnh và động z Kiểm chứng/Thẩm định tĩnh − không thực hiện chương trình − xét duyệt yêu cầu, thiết kế, mã nguồn − tiến hành ở mọi công đoạn phát triển − khó đánh giá tính hiệu quả của sản phẩm z Kiểm chứng/Thẩm định động (kiểm thử - Testing) − thực hiện chương trình − cần có mã nguồn − phát hiện lỗi lập trình − đánh giá tính hiệu quả phần mềm − là cách duy nhất để kiểm tra yêu cầu phi chức năng 7Mô hình phát triển “V” Đặc tả yêu cầu Đặc tả hệ thống Thiết kế hệ thống Thiết kế chi tiết Mã hóa mô đun & kiểm thử mô đun Kiểm thử tích hợp các hệ thống con Kiểm thử tích hợp hệ thống Kiểm thử chấp nhận Dịch vụ Kế hoạch kiểm thử chấp nhận Kế hoạch kiểm thử tích hợp HT Kế hoạch kiểm thử tích hợp HT con 8Kiểm thử phần mềm (Testing) z Tập các hoạt động với mục đích khám phá các lỗi và khuyết tật/khiếm khuyết z Mục đích của kiểm thử: − Thiết kế các ca kiểm thử (test cases) với khả năng tìm kiếm các lỗi/khuyết tật − Thực hiện chương trình với mục đích tìm các lỗi/khuyết tật z Mỗi phép kiểm thử (a test) chỉ thành công khi − một lỗi được phát hiện − một kết quả chỉ ra sự thất bại của thủ tục kiểm thử được trả lại 9Các loại kiểm thử phần mềm z Kiểm thử tìm khuyết tật − tìm lỗi lập trình − tiến hành dựa trên phân tích đặc tả chức năng, − phân tích mã nguồn z Kiểm thử thống kê − đánh giá tính dùng được của sản phẩm − sử dụng dữ liệu thực (dựa trên thống kê) − số người truy cập − số giao tác − cơ sở dữ liệu lớn 10 Yêu cầu đối với kiểm thử z Tính lặp lại − kiểm thử phải lặp lại được (kiểm tra xem lỗi đã được sửa hay chưa) − dữ liệu/trạng thái phải mô tả được z Tính hệ thống − đảm bảo kiểm tra hết các trường hợp (coverage) z Được lập tài liệu − kiểm soát tiến trình/kết quả 11 Các nguyên lý kiểm thử PM z Các phép kiểm thử phải tương ứng với các yêu cầu của HT z Mỗi phép kiểm thử nên được lập kế hoạch từ rất sớm trước khi tiến hành kiểm thử z Qui luật Pareto hay qui luật 80/20 (qui luật thiểu số quan trọng và phân bố nhân tố) − khoảng 80% kết quả là do 20% nguyên nhân gây ra − “80% of all errors uncovered during testing will likely be traceable to 20% of all program modules or classes” 12 Ca kiểm thử (test case) z Ca kiểm thử: dữ liệu để kiểm tra hoạt động của chương trình z Ca kiểm thử tốt − được thiết kế để phát hiện một lỗi của chương trình z Kiểm thử thành công: phát hiện ra lỗi z Mục đích: − Chứng minh được sự tồn tại của lỗi − Không chứng minh được sự không có lỗi 13 Nôi dung của test case z Tên mô đun/chức năng muốn kiểm thử dữ liệu vào − dữ liệu thông thường: số, xâu kí tự, file,... − môi trường thử nghiệm: phần cứng, OS,... − thứ tự thao tác (khi kiểm thử giao diện) z Kết quả mong muốn − thông thường: số, xâu kí tự, file,... − màn hình, thời gian phản hồi z Kết quả thực tế 14 Các kỹ thuật kiểm thử chương trình z Kiểm thử chức năng (functional testing) − dựa trên đặc tả chức năng − phát hiện các sai sót về chức năng − không quan tâm đến cách cài đặt z Kiểm thử cấu trúc (structured testing) − kiểm thử có nghiên cứu mã nguồn − phân tích thứ tự thực hiện các lệnh 15 Kiểm thử chức năng Functional testing / Black box testing Dựa trên đặc tả chức năng • Test case được thiết kế để kiểm tra chức năng • Phát hiện các khiếm khuyết so với đặc tả • Không quan tâm đến cách cài đặt (mã nguồn) - Phát hiện sai sót, thiếu sót chức năng - Sai sót về giao diện của mô đun - Kiểm tra tính hiệu quả - Phát hiện lỗi khởi tạo, lỗi kết thúc, 16 Phân hoạch tương đương • Không thể kiểm thử mọi trường hợp • Chia dữ liệu thành các miền có cùng hành vi • Tạo một test case cho từng miền • Tạo test case cho biên của các miền - nhiều lỗi xuất hiện với giá trị biên Equivalence partitioning 17 Phân hoạch tương đương - Ví dụ Hàm tính trị tuyệt đối - miền dữ liệu ≥ 0 - miền dữ liệu < 0 100 20 0 100 -20 0 Expected Output Input 18 Tạo test case cho các trường hợp đặc biệt - biên của số trong máy tính (vd. 32767, -32768) - số không (0) - số âm, số thập phân - dữ liệu sai kiểu - dữ liệu ngẫu nhiên Mở rộng các test case 19 Kiểm thử cấu trúc • Xây dựng ca kiểm thử dựa trên phân tích mã nguồn • Xây dựng bộ test case để kiểm tra mọi dòng lệnh • Phân tích các lệnh rẽ nhánh, vòng lặp • Phù hợp với các mô đun nhỏ • Là sự bổ sung cho kiểm thử chức năng Structural testing / White box testing 20 Đường đi trong mô đun • Phân tích mô đun để xác định đường đi • Đường đi là thứ tự thực hiện các lệnh từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc của mô đun • Thiết kế các test case để kiểm thử mọi đường đi 21 Xác định đường đi • Đánh số các khối lệnh - đánh số các khối lệnh, câu lệnh điều kiện - đánh số các hợp điểm của luồng lệnh • Rút gọn flow chart (đồ thị) - các khối tuần tự được tích hợp thành một khối - tích hợp khối tuần tự vào câu lệnh điều kiện kế tiếp 22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Start End 0 23 1 2 4 65 7 8 3 9 đường đi: 1-2-3-8-1-9 1-2-4-6-7-8-1-9 24 Đường đi độc lập • Không thể chọn mọi đường đi - chọn các đường đi độc lập • Đường đi độc lập - có ít nhất một cặp khối lệnh (một cạnh của đồ thị) chưa xuất hiện trong các đường đi đã có • Bộ các đường đi độc lập là một tập hợp thỏa mãn - mọi khối lệnh đều được thực hiện ít nhất một lần - mọi điều kiện đều được kiểm thử với hai trường hợp true và false 25 1 2 4 65 7 8 3 9 1-9 1-2-3-8-1-9 1-2-4-6-7-8-1-9 1-2-4-5-7-8-1-9 Đường đi độc lập: 26 Đường đi độc lập có thể tồn tại nhiều bộ đường đi độc lập số đường đi tối thiểu cần kiểm tra = độ phức tạp thuật toán 27 Độ phức tạp thuật toán Độ phức tạp V(G) của flow chart G: 1. Số miền của đồ thị G 2. V(G) = E - N + 2 E: số cạnh N: số đỉnh 3. V(G) = P + 1 P: số các nút điều kiện 28 1 2 4 65 7 8 3 9 Độ phức tạp: 4 Số cạnh E = 11 Số đỉnh N = 9 Số điều kiện = 3 Số miền = 4 29 Độ phức tạp thuật toán không nên tạo các mô đun có độ phức tạp > 10 phân rã mô đun (tạo các mô đun thứ cấp để giảm độ phức tạp) Độ phức tạp lớn thì xác suất xuất hiện lỗi cao 30 Chức năng vs. Cấu trúc • Kiểm thử chức năng - kiểm tra tính hiệu quả của phần mềm - thuận tiện với các mô đun lớn, tích hợp • Kiểm thử cấu trúc - đảm bảo mọi lệnh đều được kiểm tra - hiệu quả với các mô đun nhỏ, đơn lẻ 31 Kiểm thử và gỡ rối z Kiểm thử và gỡ rối là hai công việc phân biệt z Kiểm thử nhằm phát hiện sự tồn tại của lỗi z Gỡ rối nhằm định vị và sửa chữa mã gây lỗi z Gỡ rối bao gồm việc sinh ra các giả thiết về hoạt động của chương trình và kiểm thử chương trình để tìm lỗi 32 Tiến trình gỡ rối Locate error Design error repair Repair error Re-test program Test results Specification Test cases 33 Mini test Tạo test case (dựa trên phân hoạch tương đương) cho hàm tìm kiếm sau: input: - mảng số nguyên a[] đã sắp xếp - khóa tìm kiếm k (số nguyên) output: vị trí của k trong mảng a[] nếu có, -1 nếu không có 34 Tạo test cases cho hàm tìm kiếm nhị phân Số phần tử của mảng: - 0, 1 - lớn hơn 1 Khóa tìm kiếm: - không có trong mảng + nhỏ hơn, lớn hơn + xen kẽ - có trong mảng + phần tử đầu tiên, cuối cùng + phần tử ở vị trí bất kỳ 35 Tạo test cases cho hàm tìm kiếm nhị phân -1 -1 -1 0 -1 -1 -1 0 3 1 7 20 3 10 1 30 8 3 20 7 10 10 10 3 7 10 20 3 7 10 20 3 7 10 20 3 7 10 20 3 7 10 20 3 7 10 20 0 1 1 1 4 4 4 4 4 4 Kết quảKhóaMảngSố p.tử 36 Nội dung z Giới thiệu − Verification,Validation, và Testing z Các nguyên lý về kiểm thử z Ca kiểm thử (test case) z Các kỹ thuật kiểm thử chương trình − Kiểm thử chức năng − Kiểm thử cấu trúc z Các giai đoạn và chiến lược kiểm thử 37 Các giai đoạn kiểm thử z Kiểm thử đơn vị z Kiểm thử tích hợp − top-down − bottom-up z Kiểm thử chấp nhận − alpha, beta testing z Kiểm thử hệ thống 38 Kiểm thử đơn vị Unit testing • Kiểm thử các mô đun, chương trình riêng lẻ • Người tiến hành: thường là người lập trình • Sử dụng các stubs và drivers • Phối hợp giữa kiểm thử cấu trúc và kiểm thử chức năng - kiểm tra câu lệnh điều kiện, cấu trúc dữ liệu điều kiện biên,... • Tài liệu thường sơ sài 39 Kiểm thử đơn vị Module stub stub driver RESULTS giao diện cấu trúc dữ liệu điều kiện biên đường đi độc lập xử lý lỗi test cases 40 Ví dụ sử dụng stub • Kiểm thử mô đun calender() có gọi đến mô đun tính ngày • trong tuần calc_day()chưa được phát triển. calender() calc_day() đã phát triển, cần kiểm thử chưa phát triển 41 Mô đun tính ngày trong tuần calc_day(): - input: ngày, tháng, năm - output: trả xâu kí tự là thứ của ngày đã cho String calc_day(Date d) { return "Sunday"; } Ví dụ sử dụng stub 42 Để tăng độ thích nghi, có thể thay thế dữ liệu cố định bằng cách nhập kết quả trực tiếp từ bàn phím. String calc_day(Date d) { String s; cout << ”Enter day_of_week of ”<< d; cin >> s; return s; } Ví dụ sử dụng stub 43 Ví dụ về test drive Test drive để thử nghiệm calc_day() void calc_day_test_drive() { Date d; String s; while (1) { cout << ”Enter date: ”); cin >> d; s = calc_day(d); cout << s << endl; } } 44 Kiểm thử tích hợp Intergration testing • Kiểm thử tích hợp các unit • Người tiến hành: người lập trình, người thiết kế... • Các unit được thêm vào theo một trong 2 chiến lược top-down hoặc bottom-up • Mục đích: - kiểm tra giao diện giữa các unit - kiểm tra tính đúng đắn so với đặc tả - kiểm tra tính hiệu quả • Thường sử dụng kiểm thử chức năng • Được lập tài liệu 45 Các chiến lược tích hợp Kiểm thử trên xuống (top-down) Kiểm thử dưới lên (bottom-up) Kiểm thử quay lui (regression) 46 Kiểm thử trên xuống Top-down testing Các mô đun mức trên được kiểm thử trước Các mô đun thuộc cấp được thay bằng bằng các mô đun tạm thời (stub function) - có cùng tên với mô đun thật - có cùng giao diện - trả lại kết quả với một hoặc một vài bộ dữ liệu chuẩn 47 Kiểm thử trên xuống A B C D E F G Top module được kiểm thử trước với các stubs Các stubs được thay thế từng cái một Mỗi khi một module mới được tích hợp một số ca kiểm thử được thực hiện lại (kiểm thử quay lui) 48 Ưu nhược điểm của top-down Phát hiện sớm các lỗi thiết kế (lỗi cấu trúc) - kiểm thử trên xuống kết hợp với phát triển trên xuống sẽ giúp phát hiện sớm các lỗi thiết kế và làm giảm giá thành sửa đổi Có sớm phiên bản thực hiện được - phiên bản thực hiện với các chức năng chính có sớm - có thể thẩm định tính dùng được của sản phẩm sớm Ưu điểm: Nhược điểm Nhiều mô đun cấp thấp rất khó mô phỏng - thao tác với cấu trúc dữ liệu phức tạp - trả lại kết quả phức tạp (con trỏ, ảnh, ...) 49 Kiểm thử dưới lên - bottom-up testing Các mô đun cấp thấp được kiểm thử trước Mô đun mức trên được thay thế bằng mô đun điều khiển (test driver), có chức năng - gọi mô đun cần thử nghiệm - truyền dữ liệu - hiển thị kết quả Thay thế dần các drive 50 Kiểm thử dưới lên A B C D E F K cluster G H I cluster Các module mức thấp được tích hợp trước Thay thế các driver từng cái một 51 Ưu nhược điểm của bottom up - Tránh xây dựng các mô đun tạm thời (stub) phức tạp - Tránh sinh các kết quả nhân tạo (nhập từ bàn phím) - Thuận tiện cho phát triển các mô đun để dùng lại • Ưu điểm - Chậm phát hiện các lỗi kiến trúc - Chậm có phiên bản thực hiện • Nhược điểm 52 Top down vs. Bottom up z Mỗi chiến lược đều có ưu nhược điểm riêng z Chiến lược kiểm thử phải phù hợp với chiến lược phát triển − phát triển top-down = top-down testing − phát triển bottom-up = bottom-up testing z Có thể phối hợp các chiến lược: Sandwich testing 53 Kiểm thử chấp nhận Acceptance testing • Có sự tham gia của khách hàng/người sử dụng • Dùng kiểm thử chức năng • Mục đích: thẩm định (validation) phần mềm - sai sót, thiếu sót so với yêu cầu người dùng • Sử dụng các dữ liệu thực do user cung cấp • Kiểm thử chấp nhận tiến hành ở môi trường khách hàng được gọi là alpha testing 54 Kiểm thử beta • Mở rộng của alpha testing • Được tiến hành với một lượng lớn users • User tiến hành kiểm thử không có sự hướng dẫn của người phát triển; thông báo lại kết quả cho người phát triển 55 Kiểm thử hệ thống z Mở rộng phạm vi kiểm thử, nhìn nhận phần mềm là một yếu tố trong một HTTT phức tạp z Kiểm tra các yếu tố − khả năng phục hồi sau lỗi − độ an toàn − hiệu năng và giới hạn của phần mềm 56 Kiểm thử gây áp lực - Stress Testing Sử dụng các dữ liệu lớn - số người sử dụng lớn, số giao dịch lớn, tệp kích thước lớn ƒ mức tới hạn của hệ thống (mức tải khiến hệ thống ngừng hoạt động) ƒ phản ứng của hệ thống khi đạt mức tới hạn + biến thiên của thời gian phản hồi + độ an toàn của dữ liệu,... ƒ các tổ hợp điều kiện khiến hệ ngừng hoạt động + OS, phần mềm, phần cứng,... • Nghiên cứu: