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面向分布式安全苛刻軟件自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)研究

文檔作者：劉捷張維利文檔來源：電子科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月13日
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務(wù)l生 匐 出
面向分布式安全苛刻軟件自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)研究
Research on autom atic test system for safety-critical softw are
劉捷，張維利
LIU Jie．ZHANG W ei-Ii
(電子科學(xué)研究院軟件室。北京100041)
摘要：安全苛刻軟件規(guī)模龐大，是典型的分布式系統(tǒng)。本文研究面向分布式安全苛刻軟件的自動(dòng)化
測(cè)試技術(shù)。給出了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路與四條設(shè)計(jì)原則，規(guī)劃了統(tǒng)一測(cè)試流程，
并提出了一種通用自動(dòng)化測(cè)試實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，可以為同領(lǐng)域研究者提供借鑒思路。
關(guān)鍵詞： 安全苛刻軟件；自動(dòng)化測(cè)試；測(cè)試流程；軟件架構(gòu)
中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1 009-01 34(201 2)07(下)-0066—03
Doi：1 0．3969／J．issn．1 009-01 34．201 2．7(下)．20
1 研究背景
近年來，軟件規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜度不斷增
加，軟件質(zhì)量和可靠性備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注 。目
前，軟件測(cè)試技術(shù)是保證軟件質(zhì)量的最直接、最
有效的手段。但是對(duì)于一些航天控制軟件、大型
武器裝備軟件等安全苛刻軟件， 由于其代碼量通
常為百萬行數(shù)量級(jí)，系統(tǒng)功能非常復(fù)雜，因此測(cè)
試用例數(shù)量龐大， 只依靠人工測(cè)試會(huì)耗費(fèi)太多的
人力和物力。因此，迫切需要引入自動(dòng)化測(cè)試技
術(shù)，提高測(cè)試效率，縮短回歸測(cè)試時(shí)間。
大型安全苛刻軟件一般具有兩個(gè)方面的特性：
分布式與異質(zhì)異構(gòu)。首先，安全苛刻軟件面對(duì)復(fù)雜
的裝備型號(hào)任務(wù)，需要綜合多個(gè)功能子系統(tǒng)形成分
布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各子系統(tǒng)間通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)互
聯(lián)，依靠統(tǒng)一的報(bào)文格式實(shí)現(xiàn)信息互通。其次，由
于各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能不同，因此，子系統(tǒng)內(nèi)部
組織形式多樣，從硬件平臺(tái)方面，可以基于X86、
PowerPC或者Spark等不同處理器或板卡結(jié)構(gòu)，從
軟件平臺(tái)而言，又常見構(gòu)造于Windows和Linux之
上。本文依據(jù)某安全苛刻軟件，對(duì)軟件功能加以抽
象與提升，給出面向分布式安全苛刻軟件的自動(dòng)化
測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)、工作流程與體系結(jié)構(gòu)。
2 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
安全苛刻軟件研發(fā)周期長(zhǎng)且功能模塊構(gòu)成復(fù)
雜，因此，面向其的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注重
兩個(gè)基本方面 ：
1)設(shè)計(jì)能夠反映某安全苛刻系統(tǒng)測(cè)試領(lǐng)域需
求的測(cè)試流程，對(duì)測(cè)試流程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，
將其設(shè)計(jì)成自動(dòng)化執(zhí)行的軟件過程，并通過過程
的組合實(shí)現(xiàn)某安全苛刻系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試。
2)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性和可
維護(hù)性?？紤]到某安全苛刻軟件的復(fù)雜性以及擴(kuò)展
應(yīng)用到其他相關(guān)系統(tǒng)中， 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須
具備一定的可擴(kuò)展性以靈活應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的變化。
基于上述目標(biāo)，可以歸納出如下四條基本設(shè)
計(jì)思想：
1)模塊化和層次化設(shè)計(jì)思想相結(jié)合
軟件系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)踐證明，模塊化的分層設(shè)
計(jì) 是提高系統(tǒng)可用性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性的
主要途徑。分層模型設(shè)計(jì)將軟件系統(tǒng)劃分為若干個(gè)
相互獨(dú)立的層次進(jìn)行描述，各層之間通過設(shè)計(jì)好的
接口通訊。每層負(fù)責(zé)一個(gè)功能模塊，此功能模塊可
以又包含若干粒度更小的功能模塊，這些功能模塊
各自負(fù)責(zé)一個(gè)功能。分層設(shè)計(jì)方法可考慮面向過
程、面向?qū)ο蠛兔嫦蚪M件的分層設(shè)計(jì)方法 。
2)平衡系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性與設(shè)計(jì)復(fù)雜性
由于不同被測(cè)系統(tǒng)、同一被測(cè)系統(tǒng)的不同分
系統(tǒng)，其測(cè)試流程、測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試規(guī)范均有不
同， 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)必須能夠快速的對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用
進(jìn)行原有功能的修改或者擴(kuò)展新的功能，因此本
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須具有一定的靈活性和前瞻性。針
對(duì)此設(shè)計(jì)需求，要仔細(xì)進(jìn)行接口設(shè)計(jì)并參考已有
的各種設(shè)計(jì)模式。
3)界面設(shè)計(jì)的基本原則
交互界面的設(shè)計(jì)，直接關(guān)系到操作的友好度
和軟件的易用性。并且測(cè)試準(zhǔn)備人員一般具有較
高的被測(cè)系統(tǒng)測(cè)試知識(shí)技能，但計(jì)算機(jī)知識(shí)相對(duì)
薄弱。因此， 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)必須直
觀、友好和易于使用。最后，界面操作的響應(yīng)時(shí)
收稿日期：2012-05-10
作者簡(jiǎn)介：劉捷(1979一)，女，河北保定人，工程師，碩士，研究方向?yàn)槿藱C(jī)界面設(shè)計(jì)與軟件研發(fā)。
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間必須在用戶的容忍范圍內(nèi)，如果操作時(shí)間無法
縮短，則應(yīng)給出提示信息。
4)安全保障原則
由于安全苛刻系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境的領(lǐng)域特殊性，
因此系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行的重要性極高。要考慮
采用何種設(shè)計(jì)以保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，即
在測(cè)試程序編輯時(shí)，根據(jù)用戶角色給與不同的權(quán)
限，并且據(jù)此約束用戶行為， 以避免誤操作等導(dǎo)
致嚴(yán)重后果。
3 自動(dòng)化測(cè)試流程
自動(dòng)化測(cè)試的總體流程分為四個(gè)子流程：權(quán)
限認(rèn)證，測(cè)試準(zhǔn)備，測(cè)試執(zhí)行以及結(jié)果分析，主
流程如圖l所示。
用戶權(quán)限認(rèn)證可以確保當(dāng)前使用軟件的用戶
具有相應(yīng)的操作權(quán)限，系統(tǒng)對(duì)用戶權(quán)限有嚴(yán)格的
管理，對(duì)用戶權(quán)限的操作進(jìn)行訪問控制。測(cè)試準(zhǔn)
備流程為自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行準(zhǔn)備測(cè)試任務(wù)，測(cè)試任
務(wù)是自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行過程所必須的測(cè)試資源，是
自動(dòng)化測(cè)試執(zhí)行的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。測(cè)試準(zhǔn)備流程屬于
自動(dòng)化測(cè)試流程，是自動(dòng)化測(cè)試流程的最初階段，
進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試的執(zhí)行準(zhǔn)備相關(guān)的數(shù)據(jù)以及相關(guān)
的配置。測(cè)試執(zhí)行流程為自動(dòng)化測(cè)試流程的核心階
段，該流程必須與被測(cè)環(huán)境進(jìn)行交互實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)
試執(zhí)行，而其他流程往往可以獨(dú)立于被測(cè)環(huán)境而進(jìn)
行。首先在測(cè)試執(zhí)行開始之后，進(jìn)行測(cè)試任務(wù)的封
裝和發(fā)布過程，同時(shí)進(jìn)行測(cè)試環(huán)境的監(jiān)控過程，發(fā)
現(xiàn)測(cè)試執(zhí)行異常以及出錯(cuò)之后進(jìn)行異常處理過程，
然后繼續(xù)執(zhí)行剩余的用例，當(dāng)測(cè)試任務(wù)包含的所有
用例執(zhí)行完畢之后測(cè)試執(zhí)行流程結(jié)束。
結(jié)果分析流程將對(duì)此測(cè)試結(jié)果信息進(jìn)行解析
處理形成用戶易于理解的測(cè)試結(jié)果信息。同時(shí)展
示的信息還包括測(cè)試異常出錯(cuò)信息等。
4 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)面向信息和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)
的測(cè)試系統(tǒng)。。 。根據(jù)分布式軟件自動(dòng)化測(cè)試基本
原理，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系
統(tǒng)結(jié)構(gòu)與基本原理中測(cè)試過程的三個(gè)階段相符合。
下面將詳細(xì)的介紹系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和功能， 自動(dòng)化
測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模塊對(duì)應(yīng)測(cè)試任務(wù)準(zhǔn)備過程，
它由測(cè)試數(shù)據(jù)庫和測(cè)試任務(wù)準(zhǔn)備單元組成，其中
測(cè)試數(shù)據(jù)庫包括測(cè)試腳本庫、測(cè)試用例庫、測(cè)試
權(quán)限認(rèn)證
1=Tt I
， 口“ ∞ l’
糊過
、、、— ：== ／
l I通過
測(cè)試準(zhǔn)備階段l i 試執(zhí)行階段 結(jié)果分析階段
I蝴的鍘瞄l
』
1測(cè)試任務(wù)封裝與發(fā)布I - 't 異常出錯(cuò)信息I
I 編輯任務(wù)屬性 I 上
測(cè)試任務(wù)調(diào)度
一 測(cè)試環(huán)I境 監(jiān)控 一 測(cè)試結(jié)果處理
f 嘲用例I
任務(wù)執(zhí)行情況統(tǒng)計(jì)
結(jié)果顯示
●
運(yùn)行結(jié)果信息 l
圖1 自動(dòng)化測(cè)試流程圖
任務(wù)庫、測(cè)試文檔庫、測(cè)試結(jié)果庫
和測(cè)試對(duì)象庫等相關(guān)內(nèi)容。
測(cè)試執(zhí)行控制模塊對(duì)應(yīng)測(cè)試任
務(wù)執(zhí)行過程，包括測(cè)試過程監(jiān)控單
元、測(cè)試執(zhí)行控制單元以及測(cè)試異
常處理單元。測(cè)試過程監(jiān)控單元負(fù)
責(zé)在測(cè)試任務(wù)執(zhí)行時(shí)對(duì)整個(gè)測(cè)試環(huán)
境進(jìn)行監(jiān)控，通過操作R志記錄本
記錄分布式測(cè)試框架系統(tǒng)的詳細(xì)操
作過程，生成操作留痕記錄；測(cè)試
異常處理單元將測(cè)試過程中異常信
息進(jìn)行回收并根據(jù)不同的策略進(jìn)行
恢復(fù)處理。
測(cè)試結(jié)果評(píng)估模塊對(duì)應(yīng)測(cè)試結(jié)
果評(píng)估過程，它包括結(jié)果處理單元、
結(jié)果統(tǒng)計(jì)單元和測(cè)試評(píng)估單元。
測(cè)試中間件分別與測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)
備模塊、測(cè)試執(zhí)行控制模塊和測(cè)試
結(jié)果評(píng)估模塊相連接，為整個(gè)測(cè)試
系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的服務(wù)支持。基礎(chǔ)服
務(wù)包括時(shí)間服務(wù)、文件服務(wù)、進(jìn)程
【下轉(zhuǎn)第127頁】
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表1 P／C的I／O地址分配
序號(hào) 輸入設(shè)備 編程地址 輸出設(shè)備 編程地址
1 驅(qū)動(dòng)滾筒處軸編碼器 IO_0 電磁換向閥 Q0．0
2 托輥處軸編碼器1 10．1 聲光報(bào)警 Q0．1
3 托輥處軸編碼器2 10_3 動(dòng)力開關(guān) Qo．2
4 托輥處軸編碼器3 10-4
5 托輥處軸編碼器4 10．6
6 托輥處軸編碼器5 I1．2
3 結(jié)束語
本文提供了一種煤礦井下帶式輸送機(jī)用分步
制動(dòng)裝置，可以有效防止斷帶事故的發(fā)生，盡可
能的減少由于斷帶造成的經(jīng)濟(jì)損失。筆者通過對(duì)
膠帶工作原理的分析，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的自
動(dòng)化控制系統(tǒng)。該裝置操作簡(jiǎn)單，多爪聯(lián)動(dòng)，抓
捕可靠， 自動(dòng)化程度高，具有重要的社會(huì)效益和
一定的推廣價(jià)值。
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?！?蠢● {島‘ 高‘ 翕‘ 島● ． 品‘ 出‘ 島‘ 島‘ 島● 島I 島‘ ‘ 島‘ ．{翕● 出 盤● {?！?{霸I
【上接第67頁】
l璽I2 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
服務(wù)、異常服務(wù)、消息通信服務(wù)、環(huán)境檢測(cè)服務(wù)
以及測(cè)試監(jiān)控服務(wù)，這些服務(wù)均通過統(tǒng)一的測(cè)試
中間件API接口提供本地和遠(yuǎn)程無差別訪問，以
適應(yīng)分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)。
5 結(jié)束語
本文面向航天器或大型武器裝備所用的安全
苛刻軟件軟件的自動(dòng)化測(cè)試問題，
從一般意義上給出了自動(dòng)化測(cè)試
系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、依據(jù)與基本流
程，并提出了一套分布式自動(dòng)化
測(cè)試架構(gòu)。基于本架構(gòu)，作者已
經(jīng)完成了某安全苛刻軟件的自動(dòng)
化測(cè)試工作。本領(lǐng)域內(nèi)，未來關(guān)
注的目標(biāo)是測(cè)試過程的實(shí)時(shí)性與
時(shí)序性問題， 同時(shí)，利用機(jī)器學(xué)
習(xí)方法對(duì)測(cè)試結(jié)果的深度分析也
是值得研究的內(nèi)容。
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