Modellbasiertes Testen Alter Wein in neuen Schläuchen?

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1 - Alter Wein in neuen Alter Wein in neuen Universität Paderborn 17. April 2008 Prof. Dr. Mario Winter FH Köln Ihr Referent: Prof. Dr. Mario Winter Dipl.-Ing. (GH Siegen 1983), Dipl.-Inform. (Uni Hagen 1994) Institut für Informatik der Fachhochschule Köln Sprecher der GI-Fachgruppe Test, Analyse und Verifikation von Software (TAV) Gründungsmitglied des German Testing Board (GTB) des ISTQB Mitglied des Forschungsschwerpunkts Software-Qualität der FH-Köln Forschung, Lehre, Beratung, Schulung und Coaching zu Softwareentwicklung Modellierung / UML Qualitätssicherung Software-Test Projektmanagement Folie 2, 17. April

2 - Alter Wein in neuen Warum Testen? Der erste Software-Fehler :45: Eine Motte verursacht einen Fehler in Relais Nr. 70, Panel F, im Rechner Mark I. Mrs. Grace Murray Hopper beseitigt den Fehler und dokumentiert ihn im Log-Buch.»First actual case of bug being found.«ein»offen«-sichtlicher Fehler! Lokalisierung (?) und Beseitigung ist einfach! http: // Folie 3... und viele, viele weitere Software-Fehler! NASA - Erdbeobachtungssatelliten Ozonloch 7 Jahre (!) lang nicht erkannt Ursache: Softwarefehler Veränderung der Ozonschicht als Sensordrift durch automatische Nullpunktkorrektur herausgemittelt ESA, Kourou, Franz. Guyana, 4. Juni 1996 Selbstzerstörung der Ariane 5 beim Jungfernflug 39 Sek. nach dem Start 800 Mio. Schaden, davon 450 Mio. wg. 2 zerstörter Satelliten Ursache: Softwarefehler Lageregelungssoftware Ariane 4 ohne Test wiederverwendet, dadurch Overflow bzw. Konvertierungsfehler Deutsche Bank 24, Anfang Januar 2002 Nächtlicher Batch-Lauf, einige Tausend der insgesamt etwa 1,5 Millionen angefallenen Kontobewegungen durch einen Programmfehler falsch bearbeitet: Euro-Beträge um das 1,95-fache erhöht abgebucht. Zufälligerweise (!) nur Geldautomaten-Transaktionen der DB 24 betroffen Ursache: Softwarefehler Details nicht näher bekannt gegeben... Folie 4 Ariane 5 Flight 501, 17. April

3 - Alter Wein in neuen : Überblick Alter Wein? Neue Schläuche? Folie 5 : Wo sind wir? Alter Wein? Neue Schläuche? Folie 6, 17. April

4 - Alter Wein in neuen Fehlhandlung, Fehlerzustand, Fehlerwirkung und Testen Kein umfangreiches Softwaresystem ist fehlerfrei Testen ist eine stichprobenartige Prüfung Fehlerfreiheit ist durch Testen nicht erreichbar Testen ist nicht Debugging deckt auf Testen Debugging Standards, Normen, Ausbildung... sucht verhindert Fehlerwirkung Fehlerzustand Fehlhandlung einer Person in einem Program das fehlschlägt Folie 7 Gebiete des Software-Tests ISTQB Certified Tester Lehrplan Foundation Level Grundlagen des Softwaretestens Begriffsdefinitionen Motivation für den Softwaretest Fundamentaler Testprozess Die Psychologie des Testens Testwiederholung u. Regressionstest Sollwerte Priorisierung von Tests Testen im SW-Lebenszyklus Testprozess Wirtschaftlichkeit des Testens Testkonzept Komponententest Integrationstest Funktionaler Systemtest Nichtfunktionaler Systemtest Abnahmetest Instandhaltungs- u. Wartungstest Dynamischer Test Dynamischer Test Begriffserklärung Black und White Box Test Techniken Funktionaler Test Techniken Struktureller Test Intuitive Testfallermittlung Statischer Test Bedeutung Statischer Test Reviews und Testprozess Reviewtypen Statische Analyse Testmanagement Organisation Konfigurationsmanagement Testaufwand, -überwachung, -steuerung Abweichungsmanagement Standards für den Test Testwerkzeuge Typen von Testunterstützungswerkzeugen Werkzeug-Auswahl und -Einsatz = MBT-Relevanz 2007 ISTQB / German Testing Board Folie 8, 17. April

5 - Alter Wein in neuen Wann und wogegen wird getestet? Requirements Komponententest Abnahmetest Start Planung und Steuerung Konstruktion Analyse Architektur Entwurf Implementation Systemtest Integrationstest Validierung & Verifikation Teststufe Testanalyse und Testspezifikation Testrealisierung und Testausführung Testauswertung und Bericht Abschluss der Testaktivitäten Ende Testfälle basieren auf Arbeitsprodukten (Dokumente) Testprozess [ISTQB Certified Tester Foundation Level Syllabus 2005] Folie 9 Wie wird getestet? Statischer Test Kein ausführbarer Code notwendig Automatische Codeanalyse Manuelle Reviews und Inspektionen Dynamischer Test Ausführbarer Code notwendig Testfälle mit Eingaben und erwarteter Ausgabe / Verhalten Für Komponenten- und Integrationstests werden Testrahmen benötigt DIN/ISO 61504, EN 50128, DO178B,... V-Modell XT, RUP,... Stimulierung Testobjekt Beobachtung Prozessor Folie 10, 17. April

6 - Alter Wein in neuen Dynamischer Test: Black-box vs. White-box Testfall = (Vorzustand + Eingabedaten, Ausgabedaten + Nachzustand)! Black-box Test (Spezifikationsbasiert, Funktional) Eingabe/ Vorzustand Ausgabe/ Nachzustand Spezifikation benötigt! Testobjekt Testorakel benötigt! White-box Test (Strukturbasiert) Eingabe/ Vorzustand Ausgabe/ Nachzustand Spezifikation und Realisierung (Sourcen) benötigt! Testbjekt Testorakel benötigt! Folie 11 : Wo sind wir? Alter Wein? Neue Schläuche? Folie 12, 17. April

7 - Alter Wein in neuen Why do we test? Software Mensch (unvollkommen) (fehlerhaft(?)) Spezifikation Gott (vollkommen) (korrekt(?)) Why is testing OO-SW difficult? Specification and testing of OO-SW The UML Testing Profile TTCN-3 cases for OO Folie 13 Spezifikationsbasierte Testtechniken gestern (und heute!) Wertebereiche Gültige Eingaben Ungültige Eingaben Eingabe X 1 X n Y = F (X) Funktion Ausgabe Y 1 Y m Wertebereiche Gültige Ausgaben Ungültige Ausgaben Äquivalenzklassenbildung! Repräsentative Eingaben! Gültige Dateneingaben! Ungültige Dateneingaben Grenzwertanalyse! Wertebereiche! Wertebereichsgrenzen! Bereichstest Entscheidungstabellen, Ursache-Wirkungs-Graphen, Klassifikationsbäume,... Folie 14, 17. April

8 Æ Á ¹ ¼- ëçñ º ±â»ç ëàú äã»çñ Ù. È-ÀÏ ü ÀÚ Â Àоî  ¹ ¼-ÀÇ Á º ÇØ ç ¹ ¼- ü ¼³Á À» äã»çñ Ù. È- é ü  ÀоîµéÀΠüµé ëçø ÀÌ º Î Á ÄÀ» ½ÃÄÑ È- é º ÁØ Ù. user 1: Doc view request ( ) mainwnd filemgr : FileMgr 9: sortbyname ( ) 2: fetchdoc( ) 3: create ( ) 6: filldocument ( ) document : Document 4: create ( ) 8: fillfile ( ) 5: readdoc ( ) 7: readfile ( ) gfile repository 1: Doc view request ( ) user :»ç ëàú mainwnd : MainWnd filemgr : FileMgr repository : Repository L 9: sortbyname ( ) 7: readfile ( ) 2: fetchdoc( ) 5: readdoc ( ) 4: create ( ) 8: fillfile ( ) 3: create ( ) 6: filldocument ( ) gfile : GrpFile document : Document rep Repository name : char * = 0 readdoc( ) readfile( ) FileMgr fetchdoc( ) sortbyname( ) (from Persistence) FileList add( ) delete( ) read( ) File Openning DocumentList add( ) delete( ) Service flist 1 Person1 Name = Klaus Alter = 25 Techniker Reading GrpFile read( ) open( ) create( ) fillfile( ) add file [ numberoffile==max ] / flag OFF close file Document name : int docid : int numfield : int get( ) open( ) close( ) read( ) sortfilelist( ) create( ) filldocument( ) eingetränkeautomat seriennummer = geldeinwurf = 5 auswahl = Limo1 wechselgeldeuro1= 73 wechselgeldeuro2= 57 vorratlimo1 = 20 vorratlimo2 = 17 Kauf Person2 Name = Maria Alter = 34 Verkäufer Kunde Closing close file Verkäufer add file Writing read() fill the code.. Kauf Kunde Person3 Name = Claudia Alter = 23 Wi ndow95 ¹ ¼- ü Å óàì¾ðæ.exe Wi ndows NT Wi ndows NT ¹ ¼- ü Áø.EXE Wi ndows95 IBM Mainframe µ ÀÌÅ º À̽º¼- ¹ö Solaris ÀÀ ë¼-¹ö.exe Wi ndows95 ¹ ¼- ü ¾ÖÇ Ã Alpha UNIX - Alter Wein in neuen Spezifikation heute: Unified Modelling Language Funktion Actor A Anwendungsfalldiagramm Use Case 1 Actor B Aktivitätsdiagramm Log. Struktur Klassendiagramm FileManager Repository Document DocumentList Use Case 2 Use Case 3 Objektdiagramm GraphicFile File FileList Kommunikationsdiagramm Sequenzdiagramm Komponentendiagramm Zustandsdiagramm Verteilungsdiagramm Verhalten = MBT-Relevanz Phys. Struktur Folie 15 Möglichkeiten spezifikationsbasierter Tests Specification Type Concrete Syntax Method / Coverage Criteria Contract based (declarative) Formal language Formal theory Informal (natural language) UML-OCL Object-Z, VDM API All conditions, MC/DC,... All clauses All functions State based (operational) Diagram with formal semantics UML state chart All states, all transitions, n-paths,..., all paths Interaction based (operational) Message based Structure based SDL MSC,UML sequence diagram UML communication diagram All messages, all nodes, all branches,..., all paths All messages, all links Function based (declarative/ operational) Informal (natural language) Diagram with formal semantics UML use case diagram UML activity diagram UML sequence diagr. Normal flow, all alternate flows,..., all flows All actions, all transitions, n-paths,..., all paths All messages, all nodes, all branches,..., all paths GI-TAV AK TOOP: Test von Komponenten Sichten, Techniken, Vorgehensweise und Werkzeuge. TAV 18, Potsdam, 2002 Folie 16, 17. April

9 - Alter Wein in neuen Zustandstest: BoundedStack (Stapel mit begrenzter Kapazität) Klasse BoundedStack Zustandserhaltende Operationen size():integer; // Number of elements MAXSIZE(): integer; // Maximum count of elements ():Object; // Pointer to most element Zustandsverändernde Operationen BoundedStack(maxSize: integer);// Constructor ~BoundedStack(); // Destructor (element: Object); // Stack element on (); // Removes most element Wie testen? MAXSIZE (element: Object) () ():Object 3! size 2! size 1 Folie 17 UML-Zustandsmodellierung für BoundedStack MAXSIZE 3 size 2 1 inital [ size < MAX-1] [ size > 1 ] Drei (fünf) Zustände: empty: size() = 0; filled: 0 < size() < MAXSIZE(); full: size() = MAXSIZE(); initial: before construction; final: after destruction; Stapel [ size = MAX-1] empty filled full [ size = 1 ] ~Stapel final Folie 18, 17. April

10 - Alter Wein in neuen Zustandsbasierte Tests für BoundedStack MAXSIZE 3 size 2 1 T.S. Chow: Testing Software Design Modeled by Finite-State Machines. IEEE TSE, May 1978 initial Stapel inital [ size < MAX-1] [ size > 1 ] Stapel [ size = MAX-1] empty filled full [ size = 1 ] ~Stapel final empty ~Stapel error final error filled ~Stapel empty filled full filled filled error ~Stapel full filled full error Folie 19 : Wo sind wir? Alter Wein? Neue Schläuche? Folie 20, 17. April

11 - Alter Wein in neuen Model-Based Testing Generation of test input data from a domain model Generation of test cases from an environment model Generation of test cases with oracles from a behavior model Generation of test scripts from abstract tests Modelling Techniques Pre/post based ( model based specs, design by contract OCL, Z, JML, Spec#, VDM) Transition based (state machines, labelled transition systems) History based (traces, message sequence charts/interaction diagrams) Functional ( algebraic specs, HOL) Operational (process based CSP, CCS, Petri nets) Data flow based (blocks and connectors, Lustre, Matlab Simulink) Statistical (probabilistic models, stastistical usage testing, operational profiles) 2007 Beim modellbasierten Testen werden aus Modellen eines Systems, die das Sollverhalten der Software beschreiben, Testfälle abgeleitet. Wikipedia, April 2008 Folie 21 Modellgetriebenes Testen Model-Driven Testing Generation of test input data from a domain model Generation of test cases from an environment model Generation of test cases with oracles from a behavior model Generation of test scripts/artifacts (UTP) from domain/design models Modelling Techniques Pre/post based ( model based specs, design by contract OCL, Z, JML, Spec#, VDM) Transition based (state machines, labelled transition systems) History based (traces, message sequence charts/interaction diagrams) Data driven testing Real time and performance testing 2008 Als modellgetrieben wird das Testen bezeichnet, wenn Modelle und darauf basierende Generierung wesentliche Elemente der Erstellung automatisierter Tests darstellen. Wikipedia, April 2008 Folie 22, 17. April

12 - Alter Wein in neuen Spezifikationsbasierter Test vs. Modellbasierter Test 1. Manueller Test 2. Capture-Replay 3. Skript-basierter Test 4. Keyword-getriebener Test 5. Modellbasierter Test Testfälle (Eingaben) Testskripte Systemspezifikation Systemmodell (Vorzustand + Eingabedaten, Ausgabedaten + Nachzustand)! System unter Test =? Ist- Ausgaben = MBT-Innovation Folie 23 Welche Modelle als Testbasis? Fehlerblinder Separate Testmodelle (aus Anforderungen) Bereich 100% Aufwand Beste Fehleraufdeckungsgüte wenn Testmodelle aus Requirements abgeleitet Requirements Komponententest Abnahmetest Konstruktion Analyse Architektur Entwurf Systemtest Integrationstest Testfälle (Sollausgaben) Validierung & Verifikation Implementation Entwurfsmodelle (aus Entwicklung) 0% Aufwand Schlechteste Fehleraufdeckungsgüte Fehlerblinder Bereich wenn Testmodelle aus Entwurfsmodellen abgeleitet Folie 24, 17. April

13 - Alter Wein in neuen Werkzeuge gestern und heute? Oder erst morgen? Testplanung 1. Manueller Test 2. Capture-Replay Testorganisation- und Datenhaltung Spezifikation Sollwert bestimmung Testfallermittlung Testfälle (Sollausgaben) Testdatengenerierung Testausführung Testauswertung Programm Instrumentierung Testdokumentation 3. Skript-basierter Test 4. Keyword-getriebener Test 5. Modellbasierter Test Testfälle (Eingaben) (Vorzustand + Eingabedaten, Ausgabedaten + Nachzustand)! Ist- Ausgaben Systemmodell Testskripte =? System unter Test = MBT-Innovation Folie 25 Zusammenfassung Alter Wein! Neue Schläuche! Start Planung und Steuerung Testanalyse und Testspezifikation Testrealisierung und Testausführung Testauswertung und Bericht Abschluss der Testaktivitäten Ende 1. Manueller Test 2. Capture-Replay 3. Skript-basierter Test 4. Keyword-getriebener Test 5. Modellbasierter Test Testfall = (Vorzustand + Eingabedaten, Ausgabedaten + Nachzustand)! inital [ size < MAX-1] [ size > 1 ] Stapel [ size = MAX-1] empty filled full ~Stapel final [ size = 1 ] error error empty full Testfälle (Eingaben) initial empty filled filled Stapel filled full ~Stapel final filled full Testskripte filled ~Stapel error ~Stapel error Requirements Testprozess Abnahmetest Konstruktion Analyse Architektur Entwurf Systemtest Integrationstest Komponententest Validierung & Verifikation Systemmodell Systemspezifikation System unter Test Implementation Ist- Ausgaben Testfälle (Sollausgaben) =? Folie 26, 17. April

14 - Alter Wein in neuen Fragen? Prof. Prof. Dr. Dr. Mario Mario Winter Winter Fachhochschule Fachhochschule Köln Köln - - Campus Campus Gummersbach Gummersbach Institut Institut für für Informatik Informatik Steinmüllerallee Steinmüllerallee 1, 1, D D Gummersbach Gummersbach mario.winter@fh-koeln.de mario.winter@fh-koeln.de Web Web Fon Fon (+49)2261/ (+49)2261/ Fax Fax (+49)2261/ (+49)2261/ Folie 27 Literaturhinweise Baker, P., Dai, Z.R., Grabowski, J., Haugen, Ø., Schieferdecker, I., Williams, C.: Model-Driven Testing - Using the UML Testing Profile, Springer, Berlin, 2008 T.S. Chow: Testing Software Design Modeled by Finite-State Machines. IEEE TRANSACTIONS ON SOFTWARE ENGINEERING, VOL. SE-4, NO. 3, MAY 1978 GI-TAV AK TOOP: Test von Komponenten Sichten, Techniken, Vorgehensweise und Werkzeuge. TAV 18, Potsdam, 2002 Timea Illes, Horst Pohlmann, Thomas Roßner, Anton Schlatter, Mario Winter: Software Testmanagement Werkzeuge. ix Studie 01/2006, ix-verlag, Heidelberg, 2006 Harry Sneed, Mario Winter: Testen objektorientierter Software Das Praxishandbuch. Hanser, München, 2001 Andreas Spillner, Tilo Linz: Basiswissen Softwaretest; Aus- und Weiterbildung zum Certified Tester Foundation Level nach ISTQB-Standard. 3. Aufl., dpunkt.verlag, Heidelberg, 2005 Andreas Spillner, Thomas Roßner, Mario Winter, Tilo Linz: Praxiswissen Softwaretest Testmanagement; Aus- und Weiterbildung zum Certified Tester Advanced Level nach ISTQB-Standard. dpunkt.verlag, Heidelberg, 2006 Mark Utting, Bruno Legeard: Practical Model-Based Testing. Morgan Kaufmann, 2007 Mario Winter: Testing in the Component Age. Proc. 1 st International Workshop on Software Quality (SOQUA04), LNI P-58, GI, 2004 Mario Winter, Michael Averstegge: Structural and Functional Predicate Coverage Testing. Proc. 3 rd World Congress for Software Quality 2005 (3. WCSQ 05), München, September 2005 Folie 28, 17. April

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