基于K—V模型集成測(cè)試工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

熊夢(mèng)　劉小同　陽(yáng)小華　劉杰

摘要：隨著核電國(guó)產(chǎn)化率的不斷提高，核電軟件的開(kāi)發(fā)也在不斷的進(jìn)行。而軟件測(cè)試作為軟件生命周期中一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，對(duì)于保證軟件的質(zhì)量與可靠性有著重要的意義。在核電軟件中，部分軟件系統(tǒng)需要使用包含大量參數(shù)名與參數(shù)值的文件作為輸入卡進(jìn)行測(cè)試。在針對(duì)該類軟件的集成測(cè)試中，主要使用非漸增式測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)輸入卡進(jìn)行參數(shù)值替換來(lái)生成相應(yīng)的測(cè)試用例，從而進(jìn)行測(cè)試。因此存在人工測(cè)試時(shí)工作量大、效率低、準(zhǔn)確性低等問(wèn)題。對(duì)于此類的集成測(cè)試工作，由于輸入卡中參數(shù)多、參數(shù)可選值多、系統(tǒng)輸出文件對(duì)比困難等原因，筆者提出了基于K-V（Key-Value）模型的集成測(cè)試工具，以解決測(cè)試過(guò)程人工測(cè)試所面臨的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：軟件測(cè)試自動(dòng)化；集成測(cè)試工具；K-V模型；非漸增式測(cè)試；替換輸入卡值

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2017）10-0230-03

1.背景

核電國(guó)產(chǎn)化正在持續(xù)進(jìn)行，核電軟件也隨之在一步步的開(kāi)發(fā)。而軟件測(cè)試作為軟件開(kāi)發(fā)的重要有機(jī)組成部分，在軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)工程中占據(jù)著相當(dāng)大的比重。集成測(cè)試作為軟件測(cè)試的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其充分性、高效性在測(cè)試過(guò)程中尤為重要。如何高效地完成集成測(cè)試，并且在確保其充分性基礎(chǔ)下減少測(cè)試成本，提高測(cè)試效率，成為集成測(cè)試的一個(gè)重要研究方向。

對(duì)于集成測(cè)試，通常有非漸增式組裝測(cè)試和漸增式組裝測(cè)試兩種不同的組裝方式。非漸增式組裝測(cè)試是指一次性將所有模塊按照設(shè)計(jì)要求組裝成完整的系統(tǒng)，然后將龐大的系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行測(cè)試。漸增式組裝測(cè)試是指先將某個(gè)模塊作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)開(kāi)始測(cè)試，之后每次將測(cè)試過(guò)的單個(gè)模塊組裝到系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，直到整個(gè)系統(tǒng)組裝完成。對(duì)于核電軟件來(lái)說(shuō)，在單元測(cè)試完成的情況下，所有計(jì)算代碼集成的系統(tǒng)可能具有許多未知的缺陷。所以使用非漸增式組裝測(cè)試方法，根據(jù)系統(tǒng)需求經(jīng)過(guò)分析生成測(cè)試用例，使用黑盒測(cè)試對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行集成測(cè)試，發(fā)現(xiàn)集成后的系統(tǒng)中不可預(yù)知的缺陷。從而修復(fù)軟件系統(tǒng)缺陷，完善整個(gè)系統(tǒng)。

集成測(cè)試是在單元測(cè)試的基礎(chǔ)上，將所有模塊按照設(shè)計(jì)要求組裝成為子系統(tǒng)或系統(tǒng)，進(jìn)行集成測(cè)試，從而確保各單元在組合之后能夠按照要求正常的協(xié)作運(yùn)行。而測(cè)試用例的設(shè)計(jì)原理作為軟件測(cè)試必須遵守的準(zhǔn)則，是軟件測(cè)試質(zhì)量最根本的保障。好的測(cè)試用例應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：有效性、可復(fù)用性、易組織性、可評(píng)估性和可管理性。因此，有一個(gè)好的用例設(shè)計(jì)原理，能夠讓測(cè)試人員設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的測(cè)試用例，從而降低測(cè)試成本，并得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

核電類計(jì)算軟件，數(shù)值計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，中間過(guò)程不透明，運(yùn)算結(jié)果的正確性判定使用一個(gè)分析程序進(jìn)行分析判斷。通過(guò)輸出結(jié)果中相應(yīng)參數(shù)的值與分析程序得到的值的對(duì)比得到相關(guān)信息，所以此類軟件的集成測(cè)試方法主要是非漸增式組裝測(cè)試，屬于黑盒測(cè)試。黑盒測(cè)試將軟件作為一個(gè)黑盒子，不考慮內(nèi)部程序結(jié)構(gòu)，只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)與軟件設(shè)計(jì)文檔上的規(guī)定正常使用，程序是否能接受輸入并產(chǎn)生正確的輸出。因此，黑盒測(cè)試只著眼于程序外部的結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)軟件的功能進(jìn)行測(cè)試。

基于K-V模型測(cè)試的集成測(cè)試的工作內(nèi)容主要是在提供的base算例基礎(chǔ)上，根據(jù)需求中輸入?yún)?shù)生成測(cè)試用例。Base算例即為軟件運(yùn)行所需要的輸入數(shù)據(jù)構(gòu)所成的輸入卡，base算例中的數(shù)據(jù)來(lái)自于核電軟件所運(yùn)行的環(huán)境中具有的各種環(huán)境數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)參數(shù)。本文主要針對(duì)基于K-V模型的集成測(cè)試工具如何解決基于K-V模型的核電軟件在軟件集成測(cè)試-過(guò)程中出現(xiàn)的耗時(shí)高、工作量大、容易出現(xiàn)誤差等問(wèn)題，提出合理的工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，并在此研究方案的可靠性、高效性與實(shí)用性。

2.基于K-V模型的集成測(cè)試

對(duì)于核電數(shù)值類計(jì)算軟件系統(tǒng)，其運(yùn)算是基于一組輸入卡參數(shù)。大量的輸入卡以參數(shù)名（key）與參數(shù)值（value）的組合作為基礎(chǔ)輸入元素輸入到軟件系統(tǒng)中。依據(jù)Key與Value的對(duì)應(yīng)關(guān)系構(gòu)建測(cè)試用例生成模型，生成測(cè)試用例。在其集成測(cè)試過(guò)程中將輸入?yún)?shù)以K-V模型的形式存入輸入卡中，作為軟件的輸入。在K-V模型中，K指的是Key，代表輸入卡中的參數(shù)名；v指的是Value，代表輸入卡中的參數(shù)值。Key與Value為——對(duì)應(yīng)的關(guān)系。設(shè)計(jì)測(cè)試用例過(guò)程中，我們需要考慮的Key，來(lái)自可變參數(shù)對(duì)應(yīng)表，可變參數(shù)表中包含了需要測(cè)試的所有參數(shù)的參數(shù)名。參數(shù)值可能是單個(gè)數(shù)值，也可能是一個(gè)數(shù)組。在測(cè)試用例設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果參數(shù)值為單個(gè)數(shù)值，則將生成的測(cè)試用例值直接替換base輸入卡中的值，生成測(cè)試用例輸入卡。如果參數(shù)值為數(shù)值數(shù)組，那么要將測(cè)試用例值逐個(gè)替換數(shù)組中的值，對(duì)應(yīng)一組測(cè)試用例，生成一組測(cè)試用例輸入卡。

針對(duì)K-V模型，我們對(duì)其進(jìn)行總結(jié)分類，劃分出四個(gè)類別：1）Key為邊界值類時(shí)，我們對(duì)其Value取上下邊界值以及上下邊界外的值作為測(cè)試用例。2）Key為枚舉類時(shí)，對(duì)其Value取值域集合中的每個(gè)值作為測(cè)試用例。3）Key為數(shù)值類時(shí)，對(duì)其Value取默認(rèn)值的上下一個(gè)數(shù)量級(jí)的值作為測(cè)試用例。4）Key為組合數(shù)據(jù)類時(shí)，對(duì)其Value值進(jìn)行便利替換，將所要取得值便利替換默認(rèn)值中的每一個(gè)數(shù)據(jù)，得到多個(gè)測(cè)試用例。

根據(jù)K-V模型得到測(cè)試用例后，根據(jù)每個(gè)測(cè)試用例，改變且僅改變Base算例中測(cè)試用例對(duì)應(yīng)的變量，未改變變量值與Base算例中的變量值保持一致，以此生成測(cè)試用例輸入卡，用于后續(xù)測(cè)試工作

3.基于K-V模型的集成測(cè)試工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于K-V模型的集成測(cè)試工具，主要用于生成測(cè)試用例，執(zhí)行測(cè)試用例，比較輸出文件并提取其中的差異項(xiàng)，生成誤差報(bào)表以提高人工走查的效率。該工具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用三層結(jié)構(gòu)，分為輸入層、處理層、數(shù)據(jù)層。1）10層包括整個(gè)工具對(duì)外的輸入輸出接口，包括BASE算例、參數(shù)約束、調(diào)用驅(qū)動(dòng)、BUG清單等模塊。2）處理層連接10層與數(shù)據(jù)層，根據(jù)10層的輸入輸出以及調(diào)用命令，進(jìn)行相應(yīng)的操作，包括用例生成、驅(qū)動(dòng)程序、差異分析等模塊。3）數(shù)據(jù)層包括對(duì)整個(gè)工具的數(shù)據(jù)存取，包含測(cè)試用例、待測(cè)程序、分析程序以及輸出文件等模塊。

根據(jù)各層各模塊間的調(diào)用關(guān)系，整個(gè)工具主要分為三個(gè)功能塊：測(cè)試用例生成；調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序；分析輸出文件。

1）測(cè)試用例生成

測(cè)試用例生成模塊根據(jù)Base算例和參數(shù)約束表，生成測(cè)試用例與測(cè)試用例輸入文件，主要包括CaseVariableToDict類、GenenrateCases類和CopyTestCaseInput類。CaseVariableToDict類對(duì)Base算例、參數(shù)約束表進(jìn)行解析，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)字典；GeneragCases依據(jù)測(cè)試用例生成規(guī)則將Base算例和參數(shù)約束表的數(shù)據(jù)字典生成測(cè)試用例字典；CopyTestCaseInput類將測(cè)試用例字典中的數(shù)據(jù)逐個(gè)替換Base算例輸入卡，生成測(cè)試用例輸入卡。

2）調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序

調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序模塊，主要為CallDriver類，通過(guò)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)待測(cè)程序與分析程序運(yùn)行測(cè)試用例，生成相應(yīng)的輸出文件。

3）分析輸出文件

分析輸出文件模塊，主要為AnalyseOutputFiles類，對(duì)待測(cè)程序與分析程序所生成的輸出文件進(jìn)行對(duì)比并進(jìn)行誤差分析后，得最終差異信息，生成BUG清單。

4.基于K-V模型的集成測(cè)試工具運(yùn)行實(shí)例

根據(jù)初步的工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，我們?nèi)∧耻浖糠謨?nèi)容作為待測(cè)軟件用于對(duì)工具進(jìn)行初步驗(yàn)證，并講述具體文件格式（驗(yàn)證具體流程如圖5）。

該待測(cè)軟件用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某種儀器的狀態(tài)，包含四個(gè)輸入?yún)?shù)，分別為：狀態(tài)state、溫度temp、速度speed、加速度accel。狀態(tài)表示當(dāng)前儀器的狀態(tài)，-1為異常，0為未啟動(dòng)，1為正常啟動(dòng)；溫度表示儀器所處環(huán)境溫度；速度表示儀器當(dāng)前速度；加速度表示儀器水平四個(gè)方向的受力情況。

表2中，“變量名”表示待測(cè)軟件的輸入?yún)?shù)名，“分析程序變量名”表示分析程序中所對(duì)應(yīng)的輸入?yún)?shù)的參數(shù)名，類型為參數(shù)值的類型，含義為參數(shù)的具體含義，默認(rèn)值為默認(rèn)狀態(tài)下參數(shù)的取值，值域?yàn)閰?shù)的取值范圍。

3）根據(jù)base算例以及參數(shù)約束表，可以生成測(cè)試用例設(shè)計(jì)表如圖7上。

其中，“name=xxx”表示測(cè)試用例編號(hào)，name為測(cè)試用例編號(hào)名，用于與參數(shù)名做區(qū)分，可取任意非參數(shù)名的單詞作為編號(hào)名，默認(rèn)為name。用例編號(hào)下對(duì)應(yīng)為測(cè)試用例所取參數(shù)的取值。

4）根據(jù)測(cè)試用例設(shè)計(jì)表，逐個(gè)將base算例中的相應(yīng)參數(shù)替換，即可生成對(duì)應(yīng)的測(cè)試用力輸入文件，用于對(duì)待測(cè)程序進(jìn)行測(cè)試。其中部分測(cè)試用例輸入文件圖7下。

根據(jù)上述過(guò)程生成測(cè)試用例后，調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行測(cè)試用例得到輸出文件，對(duì)待測(cè)程序與分析程序的輸出文件進(jìn)行差異分析，得到差異報(bào)表，生成BUG清單，完成集成測(cè)試的初步任務(wù)。

5.結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)基于K-V模型的核電軟件的集成測(cè)試進(jìn)行了討論，目的是研究其測(cè)試過(guò)程由測(cè)試工具來(lái)自動(dòng)化完成的可行性，闡述了工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等相關(guān)內(nèi)容。

在工具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，測(cè)試用例設(shè)計(jì)原理作為重點(diǎn)內(nèi)容，使用了黑盒測(cè)試的有關(guān)測(cè)試用例設(shè)計(jì)原理，有效地提高了測(cè)試用例可靠性與充分性。在實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)中，該工具解決了人工測(cè)試過(guò)程中容易出現(xiàn)的用例設(shè)計(jì)不完整、結(jié)果對(duì)比不準(zhǔn)確等問(wèn)題，有效地降低了測(cè)試周期，提高了測(cè)試效率。但是仍存在不足的地方，輸入卡解析模塊只能適配固定格式的輸入卡，遇到格式略有改變的輸入卡需測(cè)試人員修改解析模塊來(lái)適配新的格式，有待后續(xù)進(jìn)一步研究改進(jìn)。