一種高可靠性軟件測試方案

　　1 引言

　　高可靠性軟件泛指一類軟件：該類軟件運(yùn)行過程中若出現(xiàn)故障會引發(fā)重大災(zāi)難性事故或經(jīng)濟(jì)損失。通常航天型號軟件、銀行系統(tǒng)軟件、醫(yī)療行業(yè)軟件、通訊行業(yè)軟件等均屬此范疇。目前，越來越多的軟件企業(yè)涉及高可靠性軟件項(xiàng)目，如何保證軟件質(zhì)量成為眾多企業(yè)面臨的一個(gè)很重要的課題。這篇文章結(jié)合某航天項(xiàng)目地面應(yīng)用系統(tǒng)模型(本文命名為CraftGS)，重點(diǎn)討論如何從軟件測試的角度保證此類產(chǎn)品的軟件質(zhì)量。

　　2 CraftGS項(xiàng)目簡介

　　CraftGS是一個(gè)很經(jīng)典的衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)模擬項(xiàng)目。它分為5個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)(DAS)、數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)(DPS)、運(yùn)行管理子系統(tǒng)(OMS)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(DMS)以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)(DPRS)子系統(tǒng)。CraftGS的總體可靠度要求是0.95。各分系統(tǒng)分配到的可靠度指標(biāo)是如下：

　　分系統(tǒng)名 可靠度指標(biāo)

　　DAS 0.99994

　　DPS 0.99865

　　OMS 0.99910

　　DMS 0.99950

　　DPRS 0.99502

　　CraftGS的業(yè)務(wù)邏輯是Data Package從衛(wèi)星傳入DAS，DAS負(fù)責(zé)解包，將解包后數(shù)據(jù)傳入OMS及DPS，OMS通過DAS傳來的數(shù)據(jù)檢測衛(wèi)星是否正常運(yùn)行并負(fù)責(zé)衛(wèi)星飛行姿態(tài)調(diào)整;DPS負(fù)責(zé)調(diào)制DAS傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成有意義的邏輯數(shù)據(jù)。DPS處理后的邏輯數(shù)據(jù)傳入DMS以及DPRS。其中DMS負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)查詢及數(shù)據(jù)鏈路維護(hù)等操作;DPRS負(fù)責(zé)將DPS處理過的邏輯數(shù)據(jù)分門別類地轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)產(chǎn)品，并封裝發(fā)布。

　　考慮到項(xiàng)目固有的可靠性安全性要求，CraftGS系統(tǒng)采用Java+Unix技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該架構(gòu)從編程語言級和系統(tǒng)級對軟件產(chǎn)品質(zhì)量做了保證。為了控制軟件產(chǎn)品開發(fā)過程中的質(zhì)量，筆者推薦采用如下軟件測試方案。

　　3 測試方案：軟件驗(yàn)證技術(shù)+軟件確認(rèn)技術(shù)+軟件測試管理

　　CraftGS系統(tǒng)的軟件測試方案由三個(gè)部分組成，即軟件驗(yàn)證技術(shù)、軟件確認(rèn)技術(shù)和軟件測試管理技術(shù)。它們內(nèi)涵及相互之間的關(guān)系如下圖所示：YSR中國可靠性資源網(wǎng)

　　CraftGS測試方案

　　測試技術(shù)層面 測試管理層面

　　軟件驗(yàn)證技術(shù) 需求規(guī)格說明驗(yàn)證 軟件測試團(tuán)隊(duì)組織管理

　　設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證

　　代碼驗(yàn)證 軟件測試計(jì)劃管理

　　交付驗(yàn)證

　　軟件確認(rèn)技術(shù) 單元測試 軟件缺陷(錯(cuò)誤)跟蹤管理

　　集成測試

　　系統(tǒng)測試 軟件測試件管理

　　交付測試

　　YSR中國可靠性資源網(wǎng)

　　其中，軟件驗(yàn)證技術(shù)著眼于排除軟件開發(fā)文檔中的錯(cuò)誤。驗(yàn)證活動(dòng)涉及的文檔按開發(fā)流程主要涉及需求規(guī)格說明、設(shè)計(jì)規(guī)格說明(包括概要設(shè)計(jì)規(guī)格說明、詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)格說明、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)規(guī)格說明)、編碼規(guī)格說明、產(chǎn)品交付文檔等一系列書面材料。目前驗(yàn)證技術(shù)的實(shí)施在很大程度上是依靠測試人員手工完成的。驗(yàn)證活動(dòng)視實(shí)際需要有時(shí)還會涉及到開發(fā)人員和目標(biāo)客戶，需要得到他們必要的理解和支持。驗(yàn)證測試采用的主要測試手段有：面對面質(zhì)詢、文檔抽查、非正式會議、同行評審等等。

　　相對于軟件驗(yàn)證技術(shù)，軟件確認(rèn)技術(shù)則主要著眼于排除程序代碼中的錯(cuò)誤?；顒?dòng)涉及的對象主要是程序部件的代碼或軟件成品。在實(shí)施過程中，常常按被測代碼的規(guī)模和測試所處的層次將軟件確認(rèn)測試分為四個(gè)階段，即：單元測試(也叫類測試)、集成測試(也叫組裝測試)、系統(tǒng)測試和交付測試。確認(rèn)測試基本上由軟件測試人員對照相關(guān)開發(fā)文檔運(yùn)行程序獨(dú)立完成的。必要時(shí)，也可讓設(shè)計(jì)人員帶領(lǐng)測試人員閱讀程序代碼共同發(fā)現(xiàn)其中的錯(cuò)誤，(即所謂代碼評審會)。有意見認(rèn)為，在單元測試(或類測試)階段，應(yīng)該有軟件編碼人員參與，這樣能減輕測試人員閱讀代碼障礙。原則上，測試?yán)碚摬惶岢绦蜃髡哓?fù)責(zé)把關(guān)自己編寫的程序的質(zhì)量。在實(shí)際實(shí)施過程中，可視實(shí)際情況靈活處理。(如成對編程可能會較好的處理單元測試這個(gè)難題，上面提到的代碼評審會也是為應(yīng)對這個(gè)難題而想出的一個(gè)好辦法。)，軟件確認(rèn)技術(shù)目前已經(jīng)部分地實(shí)現(xiàn)了測試工具的自動(dòng)化，市面上已有不少自動(dòng)化工具能在測試人員的輔助下完成相應(yīng)的測試工作(例如用于Java代碼單元測試的Junit工具，又如用于GUI測試的Rational Visual Test工具，等等)。

　　軟件驗(yàn)證技術(shù)和軟件確認(rèn)技術(shù)均屬于測試技術(shù)層面的東西。然而對于工程質(zhì)量的保證而言，光靠軟件測試技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要技術(shù)管理層面上的東西。軟件測試管理技術(shù)的誕生正是為彌補(bǔ)這個(gè)不足。按照管理的對象不同，測試管理技術(shù)大致涵蓋軟件測試團(tuán)隊(duì)組織管理、軟件測試計(jì)劃管理、軟件缺陷(錯(cuò)誤)跟蹤管理以及軟件測試件管理四大部分。下面，筆者將結(jié)合CraftGS項(xiàng)目對該測試方案做一個(gè)詳細(xì)的詮釋。

　　4 在CraftGS項(xiàng)目中具體應(yīng)用上述測試方案

　　CraftGS五個(gè)分系統(tǒng)的開發(fā)過程均在CraftGS測試團(tuán)隊(duì)的質(zhì)量控制下有序進(jìn)行，嚴(yán)格地實(shí)施了上述測試方案。經(jīng)專家評定，各分系統(tǒng)及最后集成后的系統(tǒng)總體均達(dá)到了任務(wù)書中所分配的可靠性指標(biāo)。

　　4.1 在CraftGS項(xiàng)目中應(yīng)用軟件驗(yàn)證技術(shù)

　　CraftGS項(xiàng)目中應(yīng)用的軟件驗(yàn)證技術(shù)主要包括需求規(guī)格說明驗(yàn)證、設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證、代碼驗(yàn)證以及交付驗(yàn)證。以下逐一說明。

　　需求規(guī)格說明驗(yàn)證的主要任務(wù)是保證用戶的功能需求、業(yè)務(wù)需求、以及其他的一些需求(如非功能性需求、約束性需求等等)都已經(jīng)被分配到軟件需求規(guī)格說明的各需求項(xiàng)中。

　　設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證相對需求規(guī)格說明驗(yàn)證而言，稍微復(fù)雜些，它包括3個(gè)部分的內(nèi)容：即概要設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證、詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證。其中概要設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證的主要任務(wù)是確保軟件需求規(guī)格說明中的需求項(xiàng)全部已經(jīng)分配到了概要設(shè)計(jì)規(guī)格說明的各軟件模塊之中并且無多余物，詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證的主要任務(wù)是確保概要設(shè)計(jì)規(guī)格說明中的模塊已經(jīng)全部分配到詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)格說明的各軟件單元之中并且無多余物，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)規(guī)格說明雖然從范疇上講應(yīng)該屬于詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)格說明范疇，但筆者認(rèn)為因改把它獨(dú)立出來實(shí)施驗(yàn)證活動(dòng)。(數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)畢竟有很多不同之處。)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)規(guī)格說明驗(yàn)證的重點(diǎn)任務(wù)是驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫與外部應(yīng)用程序的接口是否正確、數(shù)據(jù)操作實(shí)現(xiàn)界面是否清晰、數(shù)據(jù)庫整體設(shè)計(jì)是否合理、數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)是否符合3NF要求(如違反范式要說明詳細(xì)理由)以及數(shù)據(jù)表中的字段(鍵)和索引的設(shè)計(jì)是否高效合理等等。完成設(shè)計(jì)規(guī)格說明以后，下一步要做代碼驗(yàn)證。

　　代碼驗(yàn)證的內(nèi)容包括：代碼編寫規(guī)范審查、代碼審查和代碼靜態(tài)分析三個(gè)部分。代碼編寫規(guī)范審查主要是審核代碼排版的格式以及注解的格式是否符合開發(fā)團(tuán)隊(duì)的相應(yīng)規(guī)范;代碼審查的任務(wù)主要是驗(yàn)證詳細(xì)設(shè)計(jì)中的軟件單元是否都已被代碼覆蓋并正確實(shí)現(xiàn)，并且代碼中不含冗余物;代碼靜態(tài)分析技術(shù)主要任務(wù)是檢查變量或標(biāo)號的定義與使用、表達(dá)式運(yùn)算以及程序的流程設(shè)計(jì)上是否存在缺陷或錯(cuò)誤。

　　做完代碼驗(yàn)證以后，軟件系統(tǒng)需要依次做單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試，這部分內(nèi)容屬軟件確認(rèn)技術(shù)范疇，下面有專門的論述。軟件系統(tǒng)在做完系統(tǒng)測試后，就面臨著交付使用的問題，在系統(tǒng)正式移交給用戶之前，還需要做交付驗(yàn)證和交付測試。交付測試技術(shù)下文有專門的論述，不贅述，這里主要談交付驗(yàn)證技術(shù)。交付驗(yàn)證包括安裝驗(yàn)證和使用驗(yàn)證兩部分內(nèi)容。其中，安裝驗(yàn)證的主要任務(wù)是保證程序能按照用戶手冊的提示正確安裝到目標(biāo)機(jī)器上，使用驗(yàn)證的主要任務(wù)是確保程序能按照用戶手冊的提示的操作正確完成某項(xiàng)功能或事務(wù)處理。這兩部分工作通常是由測試人員完成的，用以核實(shí)相關(guān)安裝和使用手冊是否正確無誤。