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3.2.3 基于EFSM的软件测试技术

1.基于扩展UIO序列的测试方法

基于FSM的测试序列生成方法中最常用的是UIO方法,绝大多数状态机都存在UIO序列,UIO序列是D序列或W序列的子集,其长度比D方法和W方法获得的序列长度短。由于未考虑状态迁移的前置条件,直接将UIO方法用于EFSM模型会产生测试序列的不可执行问题。

Chun W.、Amer P.D.等最早将UIO序列引入EFSM模型,不过没有给出可执行UIO序列的定义和生成方法。例如,某团队提出的基于EFSM测试序列的生成方法中使用了上下文无关唯一序列(Context Independent Unique Sequence,CIUS),该方法只在测试序列生成时考虑测试序列的可执行性,CIUS用作状态鉴别序列。事实上CIUS也是一种UIO序列,不过,并非每个EFSM都有CIUS,该方法的适用范围因此受到限制。

Ramalingam T.、Thulasiraman K.等提出了一种基于转换可执行性分析的方法,称为UIO E (Executable Unique Input Output)。利用转换可执行性分析(Transition Executability Analysis,TEA),以状态配置为节点,以可执行转换为弧,采用广度优先的策略,扩展生成一棵TEA树,并由此生成一个可执行的转换测试序列。这种方法解决了转换的可执行性问题,并利用转换子序列间未转换的重叠来尽量缩短测试序列。UIO E 方法首先将EFSM转换为规范化EFSM,然后配置初始状态,并选择一个以当前状态作为起始的可执行待测转换,对其进行TEA扩展,得到对应的UIO E 序列。所谓进行TEA扩展,就是通过对EFSM的转换可执行性分析,生成一棵TEA树。接着按照“EFSM中的每个转换都被测试一次”的原则,依次对其他待测转换进行TEA扩展并产生相应的UIO E 序列,直到所有的转换都被测试过。连接所有的测试事件,形成最终的测试序列。如果一个EFSM是转换强连通的且无陷阱,那么通过UIO E 方法总是能够得到可执行测试序列。

UIO E 方法的局限性在于对EFSM进行了简化,模型中仅存在环境变量(即某些内部变量),这些变量的初始值都是常数,因此可以用符号执行的方法进行可执行性分析,而没有考虑各状态迁移中存在的输入变量。

2.将EFSM转化为相应的FSM

为了更好地利用已有的基于FSM的测试方法,有研究者试图将EFSM转化为与之等价的FSM,然后利用现有的FSM测试序列生成方法产生可执行的测试序列。但是这种转化并不简单。首先,状态迁移的行为与变量相互关联;其次,状态迁移之间通过迁移上的操作以及变量产生交互作用。这种方法容易导致“状态爆炸”。

Duale A.Y.、Uyar M.U.等给出了一种规定了某些限制条件的EFSM自动生成可执行测试序列的方法,指出基于EFSM自动生成测试序列的困难源于EFSM模型含有不可达路径。引起不可达路径是由于所谓的上下文变量的存在,变量之间的相互依赖产生了行为冲突和条件冲突,使某些路径不可达。

当EFSM模型的所有冲突都被消除后,就可直接利用现有的基于FSM的自动测试生成方法。该方法只生成可达路径。但是该方法对EFSM模型做了一定的限制,比如规定规范由单个进程构成且不存在指针、递归函数和无限循环,以及所有的条件和行为都是线性的等,这些规定同样限制了该方法的使用范围。

3.基于标准生成EFSM测试序列

EFSM的数据流测试通常基于有向数据流图,在实际测试中,通常选择一个包含了EFSM数据流特征的标准,标准定义了需遍历的路径,这些路径只是图中所有可能的路径的一个子集。EFSM数据流测试覆盖标准的选择是一个权衡过程:所选的标准越强,对IUT(被测实现)的检查就越透彻;所选的标准越弱,则所需的测试用例数量越少,测试代价相对较小。

EFSM数据流测试的目的是发现和测试EFSM的状态迁移之间的数据依赖关系,通常是通过检查变量定义和使用之间的关联关系来完成的。Ural H.定义了数据流覆盖标准All-use和IO-df-chain。All-use标准要求从变量的定义到使用跟踪每个变量关联,并要求在对变量的跟踪过程中,该变量不能被重新定义。假设在结点J变量X被定义,在结点K变量X被使用,为了跟踪变量在定义和使用之间的关联,构造define-clear-use路径,该路径是连接从结点J到结点K的路径且结点J是路径中唯一的定义变量X的结点。如果这样的define-clear-use路径存在,那么变量X和结点J、K构成的关联称为define-use pair,又叫du-pair,表示为du(X,J,K)。一个测试序列如果能够覆盖每个变量的define-clear-use路径或du-pair至少一次,则它是满足All-use标准的。IO-df-chain标准的定义和All-use标准类似,不同的是IO-df-chain标准跟踪的是每个输出与影响该输出的所有输入之间的关联。

EFSM的控制部分涉及状态的转换。在实际基于EFSM的控制流测试中,通常要求测试序列覆盖EFSM中的每个状态转换至少一次。Chen W.H.等将覆盖标准作为测试序列的产生依据,该方法将EFSM转换为一个有向数据流图,在流图上标出变量的定义和使用,定义和选定数据流测试覆盖标准,选择测试序列和测试数据来满足该标准。在此基础上扩展测试用例,使之满足控制流测试覆盖标准。

4.基于流分析生成EFSM测试序列

结合FSM和EFSM的优势,控制流部分利用FSM测试序列生成方法,数据流部分借助EFSM数据流测试方法,也是一类兼顾数据流和控制流全面测试的EFSM测试序列生成方法。

Sarikaya、Bochmann G.等将功能程序测试方法应用于EFSM的数据流测试。该方法使用数据流图(Data Flow Graph,DFG)模拟ESTELLE规范中的信息流,使用分解和功能划分的方法得到规范的数据流功能模块,然后对这些模块进行测试。该方法未考虑测试序列的可执行性问题,得到的测试序列有可能不可执行。Miller R.、Paul S.首先将EFSM转换为一个等价的修改了输入和输出的FSM,转换没有改变状态的数目,但增加了状态迁移的数目。然后由该FSM构建一个数据流图,结合FSM的控制流图(Control Flow Graph,CFG)生成同时测试控制流和数据流并覆盖所有定义-观测路径的测试序列。该方法生成的测试序列是可执行的,但是其关于IUT的假定——例如IUT中使用的变量是可以由测试者访问的——在很多情况下是无法满足的。Chanson S.T.、Zhu Jin song提出了结合控制流和数据流分析技术产生EFSM测试序列的UTS(Unified Test Sequence)方法。该方法涉及四个算法:

·算法1对EFSM模型的控制部分基于FSM产生测试子序列,该子序列与特征序列具有相同的故障检测能力。

·算法2利用数据流分析技术分析EFSM模型的数据部分,得到EFSM状态转换之间的依赖关系,表示为转换依赖图(Transition Dependence Graph,TDG),给出了转换之间的控制和数据依赖,以及所有变量的du-pair和def-clear路径,并通过合并相连的路径,产生一条经过数据流和包含所有I/O依赖的路径。

·算法3合并前两个算法产生覆盖全部du-path和全部转换的子序列。

·算法4对子序列进行可执行性检验并得到最终的EFSM测试序列,可执行性检验是通过CSP(Constraint Satisfaction Problem)方法和转换回路分析完成的。该方法对EFSM做了一些简化,对测试序列可执行性的检验是在测试序列生成后进行的。

Huang C.M.等提出了一种基于EFSM模型的可执行数据流和控制流的测试序列生成方法。在数据流部分,探测和测试含有变量定义使用以及输出使用的迁移路径。一个可执行测试序列包含三部分:①可执行交换序列(Executable Switching Sequence,ECSS);②可执行DO路径(EDO-path)或可执行控制路径(EC-path),EDO和EC由以ECSS尾状态为根结点的TEA树扩展获得;③可执行回退路径(EBP-path),EBP由以EDO序列尾状态为根结点的TEA树扩展获得。其中,DO路径定义为定义-输出路径(Definition-Output Path),ECSS为测试前缀,EBP为测试后缀。在该方法中,所有的测试序列都是可执行的,但该方法是基于EFSM分析可达性的,故存在状态爆炸问题。此外,该方法为获得可执行测试序列,必须先初始化输入参数,这使得产生的测试序列会因为输入参数值的不同而不同。 rk5dgM6FKnRicEHEjMUFvcy2HvhJO9rY8miQuZb/H3auREhOYii2AEultnLS6qeN

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