Erfolg erzielen mit Dynamischem Testen!

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1 Erfolg erzielen mit Dynamischem Testen! Ronald Heimberg - Professional Services Tel.: + 49 (0)

2 Webinar Dynamisches Testen Themenübersicht: Wie definiert sich Erfolg beim dynamischen Testen? Welche Notwendigkeiten gibt es hinsichtlich einzuhaltender Normen? Welche Risiken gilt es, fakultativ zu minimieren? Welche Teststrategien führen zum Erfolg? Wie sieht es aus mit Aufwand, Ressourcen und deren Organisation? Wie steht es letztlich um die Machbarkeit mit Tools für dynamisches Testen? Slide 2/34

3 Erwartungen Dynamisches Testen Subjektive Erwartungen: "Code ist fehlerfrei" "Code ist robust" "Code ist schnell" "Alles ist getestet" "Wir haben 100% Überdeckung" "Tests liefen auf der Hardware" Tatsächliche Ergebnisse: Tester finden Fehler Tester finden Lücken Tester finden Engpässe Tester finden unspezifiziertes Verhalten <100% Entscheidungsüberdeckung Tests auf dem Simulator Slide 3/34

4 Provokation = Motivation "Es gibt keine Softwareverifikation." Warum? Weil sich die Abwesenheit von Fehlern nicht beweisen läßt. Gödelscher Unvollständigkeitssatz (1931) / Halteproblem Turing-Maschinen (1936) Erkenntnis: Kein Garant für fehlerfreie Software ist die Anzahl erfolgreich ausgeführter Testfälle die Gesamtanzahl beseitigter Softwarefehler die sinkende Anzahl entdeckter Softwarefehler Slide 4/34

5 Provokation = Motivation Zweifel an der Analogie zu Turingmaschinen? Ihr persönliches Exemplar einer "nicht-terminierenden Turingmaschine" Sind Sie absolut sicher, daß Ihr zuletzt abgeschlossenes Software-Projekt eine terminierende Turingmaschine darstellt, demzufolge keine Testfalleingaben existieren, die "endlos" bearbeitet werden, das heißt praktischerweise bei beschränktem RAM in einer Endlosschleife stecken oder wegen Speichermangels abstürzen? Beispiel: Race Conditions (mit zahlreichen konkreten Repräsentanten) Slide 5/34

6 Erfolg Dynamisches Testen Wie definiert sich Erfolg beim dynamischen Testen? Fehler finden Fehler finden 100 Fehler finden Und weiter? Fehler früh finden Cost Factor 10 1 Design Before Coding Coding Before Test Test Field Slide 6/34

7 Erfolg Dynamisches Testen Trivial? Widerstände: Keine Leute Keine Zeit Keine Lust Keinen Plan Keine Vorgaben Keine Strategien Keine Spezifikation alles zu spät Slide 7/34

8 Erfolg Dynamisches Testen Fehler früh finden: Requirements Design Reviews Code Reviews Teststrategien wählen und verfolgen Teststrategien dokumentieren und anpassen Test Case Reviews Test Case Execution Reports Slide 8/34

9 Erfolg Klassisch Nachweis, daß die Software leistet, was sie soll "Wer weiß denn das?" Anforderungsspezifikation Funktionale Spezifikation Dokumente zum Software Design Nachweis, daß die Software robust ist "Auch noch robust?" Fehlerbehandlung Keine Nebeneffekte Unspezifiziertes Verhalten Unvorhergesehene Ausführungspfade Nachweis, daß die Software performant ist "Reicht nicht korrekt?" Zeitkritische Reaktionen Slide 9/34

10 Erfolg Fazit Unterstützen Sie Test Designer durch Einbeziehen in frühen Projektphasen Einfordern der Teststrategien und Testplanung Bereitstellung der richtigen Testtools Einfordern von Zwischenberichten Bereitstellung einer Bug Tracking Software Akzeptieren Sie, daß Test Designer destruktiv mit Ihrer Software umgehen mehr Fehler finden, als Sie sich wünschen mehr Mängel finden, als Sie sich wünschen die Spezifikation verstehen müssen den Code Reviews beiwohnen selbst Test Case Reviews unterzogen werden Slide 10/34

11 Test Design Lehrbeispiel Es liegt ein Programm "triangle" zum Test vor. Input: drei int-parameter Output: mit den angegebenen Längen läßt sich ein gleichseitiges Dreieck, ein gleichschenkliges Dreieck, ein allgemeines Dreieck oder überhaupt kein Dreieck konstruieren. Eine einprägsame Spezifikation mit nicht-trivialen Testfällen! aus: Glenford J. Myers: "The Art of Software Testing", John Wiley & Sons, 2. Ed übrigens: Erstauflage von 1979 Slide 11/34

12 Test Design triangle Eine Teststrategie zum "Anfüttern": triangle soll alle vier Rückgabewerte je einmal liefern Erwartung: 100% Coverage Lösungsansatz: gleichseitig: 100, 100, 100 gleichschenklig: 100, 100, 80 allgemein: 100, 90, 80 ungültig: 100, 90, 5 Slide 12/34

13 Normen Welche Notwendigkeiten gibt es hinsichtlich einzuhaltender Normen? Sicherheitskritische Anwendungen, SIL IEC und ff. Bahnanwendungen CENELEC:EN Medizintechnik IEC Avionik RTCA:DO-178B, EUROCAE:ED-12B Automotive ISO Slide 13/34

14 Normen Notwendigkeiten Nachweispflichten hinsichtlich: Angewandter Methoden Tooleinsatz möglicherweise qualifiziert / zertifiziert Aussagen zur Testüberdeckung "Coverage" Statement (Anweisungsüberdeckung) Decision (Entscheidungsüberdeckung) Condition (Bedingungsüberdeckung) MC/DC (Modified Condition & Decision Coverage) Path (Pfadüberdeckung) Slide 14/34

15 Test Design triangle Die nächste Teststrategie: Boundary Checks: Null richtig behandelt? Lösungsansatz: gleichseitig? 0, 0, 0 gleichschenklig? 0, 100, 100 allgemein? 0, 100, 100 ungültig? 0, 100, 90 Bonusmaterial: 200, 100, 100 Slide 15/34

16 Risiken Normen sind obligatorisch Welche Risiken gilt es darüber hinaus zu verringern? Untestbarer Code hinderliche Konstrukte durch Styleguide vermeiden Inkonsistente Daten Korrupte Datenzustände definieren und durch Tests gezielt provozieren Zu viele unerwünschte Ausführungspfade defensive Programmierung (pre-/post-conditions, assertions) Testbeobachtungen gehen verloren Testbeobachtungen festhalten (Bug Tracking Tool) Erfolgskennzahlen nicht vorhanden Testberichtswesen aufbauen (Kennzahlen sammeln, korrelieren, visualisieren) Slide 16/34

17 Risiken verringern Was dynamisches Testen darüber hinaus vermag: reduziert Folgekosten fördert Wiederverwendbarkeit hinterfragt Funktionale Spezifikation hinterfragt Software-Design Einstieg in Requirements Traceability gibt Sicherheit, Zuversicht, Vertrauen Slide 17/34

18 Test Design triangle Portierung von int auf float Keine große Sache, oder? Regressionstest (Wiederausführung vorhandener Testfälle) Alle ausführbar? Alle sinnvoll? Noch ausreichend? Slide 18/34

19 Teststrategien Welche Teststrategien führen zum Erfolg? Einzelschrittanalyse Single Step Debugging Code Inspection Abdeckung der Funktionalen Spezifikation Typische Ausführungspfade Requirements Tracing Black-Box Test White-Box Test Äquivalenzklassentests Grenzfallanalyse Boundary Checks Error handling Slide 19/34

20 Ressourcen: Aufwand Einplanen, so viel es geht und so früh wie möglich. Rüstkosten: Spezifikationen aneignen und hinterfragen Testplanung erstellen Teststrategien festlegen Testtool anpassen (Simulator, Emulator, ) Bug Tracking Tool aufsetzen Reporting etablieren Daumenregeln sammeln und verfeinern bspw. 6 h pro Funktionaler Spezifikation bspw. 30 min pro Testfallspezifikation Slide 20/34

21 Ressourcen: Test Designer Welche Eigenschaften hat ein Test Designer? analytisch kritisch mißtrauisch intuitiv erfinderisch einfallsreich akribisch hartnäckig sadistisch aber zuversichtlich! Slide 21/34

22 Machbarkeit Instrumentierung Parser berücksichtigen glgtl. Compiler-spezifische Spracherweiterungen Instrumentierung stellt das Code Framework zur Verfügung Testtreiber für SUT (Software Under Test) Stubbing Wrapping Testfallerstellung Datenschnittstelle manuell (halb)automatisch Testsequenzen Regressionstests Massentest Versionstest Slide 22/34

23 Beispiel Instrumentierung Slide 23/34

24 Beispiel Instrumentierung Slide 24/34

25 Machbarkeit Normen Normen Zertifizierung Prozesse werden zertifiziert in einem Audit nicht Tools, Produkte oder Projekte Tool qualification meist durch die Kunden angeregt auf konkreten Projekten üblicherweise Beratungsleistung bspw. TÜV Coverage in vielen Tools verfügbar bei MC/DC (SIL 3) u.u. mit Einschränkungen rechnen Slide 25/34

26 Beispiel Coverage Levels Slide 26/34

27 Beispiel Coverage Viewer Slide 27/34

28 Machbarkeit Reporting Reporting Testfallausführungen werden dokumentiert Testkriterien und Abweichungen pass / fail / not executed Prozentsätze Coverage Eingefärbter Source Code Viewer Prozentsätze bei MC/DC (SIL 3) u.u. Darstellungsproblem Aggregierte Übersichten Slide 28/34

29 Beispiel Report Slide 29/34

30 Beispiel Report Summary Slide 30/34

31 Beispiel Report Slide 31/34

32 Zielsetzung Appellativ Appell an die Tester: "Findet Fehler!" "Findet Lücken!" "Findet Engpässe!" "Findet unspezifiziertes Verhalten!" "Nähert euch 100% Entscheidungsüberdeckung!" "Portiert Tests möglichst auf Emulator, dann Target!" bis zum "Ende des Projekts" Slide 32/34

33 Zielsetzung Objektiv Objektive Zielsetzung: Maximiere Anzahl gemeinsamer Code und Test Case Reviews Maximiere Anzahl geprüfter Requirements Maximiere Grad der Überdeckung Maximiere Anzahl der ausführbaren Testfälle Maximiere Anzahl entdeckten fehlerhaften Verhaltens Maximiere Anzahl entdeckten unspezifizierten Verhaltens Erfolgskurven über die Zeit Slide 33/34

34 Zum Abschluss Dr. Scott Meyers Effective C++ in an Embedded Environment Stuttgart Fastware for C Stuttgart An Overview of the New C++ (C++11) Stuttgart Prof. Dr. Les Hatton Safer Software Engineering: a management perspective Stuttgart Safer C Developing in high-integrity and safety-critical systems Stuttgart Dr. Stephan Grünfelder Testen von Software Eingebetteter Systeme Ludwigsburg Dr. Markus Pizka Wartbarkeit erreichen, Produktivität und Erfolg behalten Ludwigsburg Dipl.-Inform. Peter Rösler Reviews richtig durchgeführt Ludwigsburg Dipl.-Inform. Ralf Kalmar und Dr. Jens Heidrich Software-Metriken Ludwigsburg Slide 34/34

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