Kiểm thử dựa trên mô hình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đoàn Trung Kiên
KIỂM THỬ DỰA TRÊN MÔ HÌNH
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin
HÀ NỘI - 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Đoàn Trung Kiên
KIỂM THỬ DỰA TRÊN MÔ HÌNH
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Ngọc Hùng
Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS. Đặng Việt Dũng
HÀ NỘI - 2010

Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Ngọc Hùng và ThS.
Đặng Việt Dũng, các thầy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông
tin - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn em và
luôn tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập trong suốt quá trình học đại học đặc biệt là
trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp.
Con xin chân thành cảm ơn Ông Bà, Cha Mẹ đã luôn động viên, ủng hộ vật
chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua.
Tôi xin cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và ủng hộ của anh chị, bạn bè, đặc biệt

là các bạn sinh viên lớp K51CB trường Đại học Công nghệ trong quá trình thực hiện
khóa luận.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép
nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
thông cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn.
Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2008
Đoàn Trung Kiên
i
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
TÓM TẮT
Quá trình sinh các ca kiểm thử tự động dựa trên mô hình gồm các công đoạn
chính: Xây dựng mô hình, nhúng mã C, áp dụng công cụ Spin để sinh các ca kiểm
thử. Trong đó xây dựng mô hình là công đoạn đầu tiên, nhiệm vụ chính ở đây là từ
mô tả các yêu cầu của hệ thống và chức năng xác định cùng với dữ liệu đầu vào và ra
phải xây dựng được mô hình của hệ thống. Xây dựng mô hình có vai trò hết sức quan
trọng, nếu việc xây dựng mô hình không chính xác thì các công đoạn về sau trong hệ
thống kiểm thử dựa trên mô hình không thể chính xác được. Do tầm quan trọng đó
của việc xây dựng mô hình, khóa luận này đề cập tới các lý thuyết cơ bản về xây
dựng mô hình của hệ thống bằng ngôn ngữ mô hình promela.
Trong khóa luận này tôi trình bày phương pháp nhúng mã nguồn C vào trong
mô tả promela để lọc các trạng thái và sinh các ca kiểm thử một cách tự động bằng
công cụ hỗ trợ kiểm thử Spin. Từ đó áp dụng các kỹ thuật trên vào bài toán cụ thể
kitchen timer.
ii
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
MỤC LỤC
Đoàn Trung Kiên ....................................................................................................... 1
HÀ NỘI - 2010 ...................................................................................................... 1
Đoàn Trung Kiên ........................................................................................................ i
HÀ NỘI - 2010 ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................i
TÓM TẮT.................................................................................................................ii
1.1 Đặt vấn đề........................................................................................................1
1.2 Nội dung nghiên cứu của khóa luận..................................................................1
1.3 Cấu trúc khóa luận............................................................................................1
2.1 Khái niệm kiểm thử dựa trên mô hình ..............................................................3
2.2 Các bước thực hiện...........................................................................................3
2.3 Thuận lợi và khó khăn của kiểm thử dựa trên mô hình......................................4
Thuận lợi................................................................................................................4
Khó khăn................................................................................................................5
Mặc dù có nhiều thuận lợi nhưng bên cạnh đó cũng có những trở ngại nhất định
của kiểm thử dựa trên mô hình:..............................................................................5
Do phải xây dựng mô hình của hệ thống vì vậy người kiểm thử phần mềm phải yêu
cầu là những người có khả năng phân tích và thiết kế hệ thống..............................5
Trong kiểm thử dựa trên mô hình công việc quan trọng nhất là xây dựng mô hình.
Người kiểm thử phải đầu tư đáng kể cả về thời gian, trí tuệ và tiền bạc cho việc
xây dựng mô hình hệ thống....................................................................................5
Giống như các phương pháp kiểm thử khác, việc kiểm thử dựa trên mô hình chỉ
phát hiện được lỗi của hệ thống mà không thể phát hiện được hệ thống còn lỗi hay
không. 5
2.4 Máy hữu hạn trạng thái ( Finite State Machines )..............................................5
Trong kiểm thử phần mềm có nhiều kiểu mô hình được sử dụng như : Finite State
Machines, UML, Grammars, ... Trong nghiên cứu này trình bày về mô hình máy
hữu hạn trạng thái: Finite State Machines...............................................................5
Một máy trạng thái mô tả cho hệ thống phần mềm được định nghĩa dựa vào ( I,
S, T, F, L), trong do:...............................................................................................5
I : Tập hợp các yếu tố đầu vào của hệ thống.........................................................6
iii
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
S : Tập các trạng thái của hệ thống.......................................................................6

T : Tập hợp hàm chuyển đổi trạng thái khi đầu vào là một trạng thái cụ thể.........6
F : Tập hợp các trạng thái kết thúc........................................................................6
L : Trạng thái ban đầu của hệ thống......................................................................6
2.5 Bài toán Kitchen Timer.....................................................................................6
Chúng ta sẽ dựa vào các khái niệm của máy hữu hạn trạng thái để xây dựng mô
hình hệ thống kitchen timer....................................................................................6
2.5.1 Miêu tả bài toán.............................................................................................6
2.5.2 Xây dựng mô hình.........................................................................................6
3.1 Ngôn ngữ Promela............................................................................................8
3.1.1 Khái niệm cơ bản...........................................................................................8
3.1.2 Biến và Kiểu..................................................................................................9
Giống như nhiều ngôn ngữ lập trình khác, Promela yêu cầu các biến phải được
khai báo trước khi chúng có thể được sử dụng. Khai báo biến theo phong cách của
ngôn ngữ lập trình C. Theo mặc định tất cả các biến của các loại biến cơ bản được
bắt đầu từ 0. Cũng như trong C thì 0 được coi như sai và khác 0 được coi là đúng.
Một biến có thể là biến toàn cục hoặc là biến địa phương của mỗi tiến trình..........9
Kiểu dữ liệu............................................................................................................9
Type 9
Domain 9
bit or bool ..............................................................................................................9
{ 0, 1} 9
byte 9
0…255 9
short 9
-215 … 215 - 1 ......................................................................................................9
int 9
-231 … 231 – 1......................................................................................................9
Kiểu khai báo.........................................................................................................9
Kiểu cấu trúc..........................................................................................................9
Kiểu mảng............................................................................................................10

Một mảng có cấu trúc như sau:............................................................................10
int table[max].......................................................................................................10
iv
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
Lưu ý rằng điều này tạo ra một mảng max-1 số nguyên: .....................................10
table[0], table[1], ... table[max-1]........................................................................10
Kiểu liệt kê...........................................................................................................10
3.1.3 Định danh, Hằng số và Biểu thức.................................................................10
Định danh.............................................................................................................10
Định danh có thể là một chữ cái, một ký tự.........................................................10
Hằng số 10
Hằng số là một chuỗi ký tự đại diện cho một số nguyên thập phân. Hằng số tượng
trưng có thể được định nghĩa như sau:..................................................................10
#define MAX 999...............................................................................................10
Biểu thức..............................................................................................................10
3.1.4 Tiến trình.....................................................................................................10
3.2 Công cụ Spin..................................................................................................11
3.2.1 Sơ lược về Spin...........................................................................................11
3.2.2 Công cụ XSpin............................................................................................12
4.1 Phương pháp sinh các ca kiểm thử tự động.....................................................21
char tempLable[256] ="FIRST";................................................................21
char tempInput[256] = "";.....................................................................................21
char tempOutput[256] = "";..........................................................................21
Node tempNode = {"FIRST","",""};............................................................21
void setNode(char* cur_label, char* cur_input, char* cur_output) {............21
strcpy(tempNode.label,cur_label);........................................................................22
strcpy(tempNode.input, cur_input);......................................................................22
strcpy(tempNode.output, cur_output);..................................................................22
} 22
void printNode(Node n) {.....................................................................................22

printf("Input: %s\n",n.input);...............................................................................22
printf("Output: %s\n",n.output);..........................................................................22
printf("STATE<%s>\n",n.label);.........................................................................22
4.2 Ví dụ áp dụng.................................................................................................22
Áp dụng các phương pháp đã đề xuất ở được tìm hiểu trong khóa luận cho bài
toán Kitchen Timer. Kitchen timer một thiết bị hẹn giờ đơn dùng trong các nhà
v
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
bếp. Đầu vào của thiết bị thông qua 2 nút bấm SW1 và SW2. Đầu ra là thông qua 2
đèn báo hiệu LED.................................................................................................22
22
Hình 11: Kiến trúc hệ thống kitchen timer............................................................22
4.2.1 Mô tả bài toán..............................................................................................23
Khởi động kitchen timer.......................................................................................23
Bật công tắc khởi động kitchen timer. Khi bạn bắt đầu chương trình cả hai đèn
LED đã được chờ đợi ở chế độ tắt........................................................................23
Thiết lập thời gian................................................................................................23
Thiết lập thời gian bằng công tắc 1. Thiết lập thời gian được hiển thị ở đèn LED ở
dạng số nhị phân. Thời gian thiết lập là từ 1 tới 3 phút.........................................23
Bắt đầu tính giờ....................................................................................................23
Bắt đầu đồng hồ đếm ngược bằng công tắc 2. Nếu đồng hồ bắt đầu đếm ngược thì
đèn LED sẽ nháy..................................................................................................23
Tạm dừng.............................................................................................................23
Nếu bấm công tắc 1 trong khi đang tính giờ, thì sẽ kết thúc việc tính giờ và cả 2
đèn LED sẽ tắt hoàn toàn......................................................................................23
Nếu bấm công tắc 2 thì đồng hồ đếm ngược tạm dừng và đèn LED cũng dừng.
Bấm lại công tắc 2 lần nữa thì đồng hồ tiếp tục tính giờ và đèn LED tiếp tục nháy.
23
Hiển thị thời gian hết và báo động........................................................................23
4.2.2 Máy hữu hạn trạng thái của Kitchen Timer..................................................23

Từ những thông số kỹ thuật được mô tả ở trên chúng ta xây dựng được mô hình
máy trạng thái của Kitchen Timer như hình vẽ sau...............................................23
24
Hình 12: Mô hình máy hữu hạn trạng thái kitchen timer.......................................24
Bộ 24
Yếu tố 24
Ý nghĩa 24
Nhãn 24
NUMINPUT.........................................................................................................24
COUNTDOWN....................................................................................................24
PAUSE 24
vi
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
ALARM24
ALARMOFF........................................................................................................24
Thiết lập thời gian................................................................................................24
Đếm ngược...........................................................................................................24
Tạm dừng.............................................................................................................24
Báo giờ 24
Ngừng báo giờ......................................................................................................24
Biến 24
in_t 24
t 24
alarm_t 24
bTimeClk.............................................................................................................24
Biến đại diện cho thời gian thiết lập.....................................................................24
Biến đại diện cho thời gian đếm ngược................................................................24
Biến đại diện cho thời gian báo chuông................................................................24
Biến đại diện cho hoạt động chu kỳ......................................................................24
Đặt biểu tượng đầu vào........................................................................................25

xSTART25
xTIME_SET.........................................................................................................25
TIMER_CLK.......................................................................................................25
Thông báo hoạt động từ SW2...............................................................................25
Thông báo hoạt động từ SW1...............................................................................25
Thông báo hoạt động dựa vào chu kỳ...................................................................25
Đặt biểu tượng đầu ra...........................................................................................25
Thời gian thiết lập................................................................................................25
Đặt lại thời gian thiết lập......................................................................................25
Đặt lại thời gian đếm ngược.................................................................................25
Đặt lại thời gian báo thức.....................................................................................25
Đặt thời gian đếm ngược......................................................................................25
Stop clock.............................................................................................................25
Start clock............................................................................................................25
Giá trị in_t có thể là 0, 1, 2, 3...............................................................................25
in_t = 0 25
vii
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
t = 0 25
alarm_t = 0...........................................................................................................25
t = in_t * 6............................................................................................................25
bTimeClk = 0.......................................................................................................25
bTimeClk = 1.......................................................................................................25
4.2.3 Đặc tả kitchen timer bằng promela có nhúng mã C......................................25
Mô tả Kitchen Timer bằng Promela gồm hai tiến trình song song gồm : Bộ hẹn
giờ (Timer) và các hành động của môi trường (Trigger). Tiến trình Timer mô tả sự
tính toán thời gian. Tiến trình Trigger xử lý và giám sát để mô tả nhiệm vụ trọng
tâm. 25
Một đoạn mã mô tả tiến trình Timer() (tham khảo Phụ lục A)..............................25
/* Tien trinh Timer() */........................................................................................25

proctype Timer() {................................................................................................25
mtype evt;.............................................................................................................25
/*-------------------------------------------------------------------*/.................................25
/* Thiet lap thoi gian */........................................................................................25
NUMINPUT_ST:.................................................................................................25
printf("TIMER: ST NUMINPUT\n");.................................................................25
NUMINPUT:.......................................................................................................25
c_code{ 25
strcpy(tempLabel,"NUMINPUT");......................................................................26
setNode(tempLabel,now.in_time,now.time,now.alm_time,now.bTimeClk,tempInp
ut,tempOutput);....................................................................................................26
printNode(tempNode);.........................................................................................26
}; 26
GetEvtTimer(evt);................................................................................................26
if 26
::evt==TIMER_CLK ->........................................................................................26
atomic{ 26
MUSI; 26
c_code{..............................................................................................................26
strcpy(tempInput,"TIME_CLK");......................................................................26
strcpy(tempOutput, "");.....................................................................................26
viii
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
} 26
} 26
::evt==xTIME_SET -> ........................................................................................26
IncInTime(); .......................................................................................................26
atomic {26
printf("NumDsp.\n");..........................................................................................26
c_code{..............................................................................................................26

strcpy(tempInput,"xTIME_SET");.....................................................................26
strcpy(tempOutput,"Increase InTime");.............................................................26
} 26
} 27
::evt==xSTART -> .............................................................................................27
if 27
::in_time==0 -> ..............................................................................................27
atomic{27
MUSI; 27
c_code{.............................................................................................................27
strcpy(tempInput,"xSTART");..........................................................................27
strcpy(tempOutput, "");....................................................................................27
} 27
} 27
::else ->...........................................................................................................27
SetTime(); SetTimerClk(ON);............................................................................27
printf("STA_CNTDOWN.\n"); ..........................................................................27
atomic{27
c_code{.............................................................................................................27
strcpy(tempInput,"xSTART");..........................................................................27
strcpy(tempOutput, "Set Time = InTime * 6; Start clock");...............................27
}; 27
goto COUNTDOWN_ST;.................................................................................27
} 27
fi; 27
fi; 28
ix
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
goto NUMINPUT;................................................................................................28
…. 28

Đoạn mã mô tả tiến trình Environment.................................................................28
/* Tien trinh Environment */................................................................................28
proctype Environment(){......................................................................................28
do 28
::true -> SetEvtTimer(xTIME_SET);....................................................................28
::true -> SetEvtTimer(xSTART);..........................................................................28
::true -> 28
if 28
::bTimeClk==1 -> SetEvtTimer(TIMER_CLK);..................................................28
::bTimeClk==0 -> ;..............................................................................................28
fi 28
od 28
} 28
Bởi vì kiểu dữ liệu mới này được tham chiếu tới các khai báo khác, vì vậy chúng
ta phải chắc chắn rằng định nghĩa của nó được đặt đầu đoạn mã mô hình Promela.
Đoạn mã c_decl chỉ để định nghĩa kiểu dữ liệu mới C trong Promela...................28
Đoạn mã định nghĩa dữ liệu Node......................................................................28
Đoạn mã sau có nhiệm vụ thiết lập các thông số cho dữ liệu kiểu Node và in ra
input, output và các trạng thái cùng các thông số của nó.......................................29
Đoạn mã lưu các trạng thái vào Node và in ra Node...........................................29
c_code{ 29
char tempLabel[256] = "NUMINPUT";................................................................29
char tempInput[256] = "";.....................................................................................29
char tempOutput[256] = "";..................................................................................29
Node tempNode = {"NUMINPUT",0,0,0,0,"",""};...............................................29
void setNode(char* cur_label, int cur_in_time, int cur_time, int cur_alm_time,
unsigned cur_bTimeClk, char* cur_input, char* cur_output) {.............................29
strcpy(tempNode.label,cur_label);........................................................................29
tempNode.in_time = cur_in_time;........................................................................29
tempNode.time = cur_time;..................................................................................29

tempNode.alm_time = cur_alm_time;...................................................................29
x
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
tempNode.bTimeClk = cur_bTimeClk;.................................................................30
strcpy(tempNode.input, cur_input);......................................................................30
strcpy(tempNode.output, cur_output);..................................................................30
} 30
void printNode(Node n) {....................................................................................30
printf("Input: %s\n",n.input);................................................................................30
printf("Output: %s\n",n.output);...........................................................................30
printf("STATE<%s,%d,%d,%d,
%d>\n",n.label,n.in_time,n.time,n.alm_time,n.bTimeClk);...................................30
} 30
}; 30
4.2.4 Kết quả........................................................................................................30
Cấu trúc của ca kiểm thử:...................................................................................30
Input: 30
Output: 30
STATE<”label”, “in_time”, time, alm_time, bTimeClk >....................................30
Trong đó: .............................................................................................................30
Input là biểu tượng đầu vào,.................................................................................30
Output là biểu tượng đầu ra,.................................................................................30
Label là nhãn của trạng thái tiếp theo,...................................................................30
In_time là thời gian thiết lập,................................................................................30
Time là thời gian của đồng hồ đếm ngược,...........................................................30
Alm_time là thời gian báo chuông,.......................................................................30
bTimeClk là trạng thái của đồng hồ (0 là OFF, 1 là ON)......................................30
Sau đây là một vài trạng thái trích trong ca kiểm thử được sinh ra từ chương trình (
tham khảo thêm tại Phụ lục B)..............................................................................30
Phụ lục A: Đặc tả của kitchen timer bằng promela có nhúng mã C ..........................33

Phụ lục B: Một số ca kiểm thử.................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................44
DANH MỤC HÌNH VẼ
Đoàn Trung Kiên ....................................................................................................... 1
xi
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
Đoàn Trung Kiên ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................i
TÓM TẮT.................................................................................................................ii
Phụ lục A: Đặc tả của kitchen timer bằng promela có nhúng mã C ..........................33
Phụ lục B: Một số ca kiểm thử.................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................44
xii
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Trong các công ty phát triển phần mềm hầu hết công việc kiểm thử của kiểm
thử viên được thực hiện thủ công bằng tay. Trong khi đó số lượng tình huống kiểm
tra quá nhiều mà các kiểm thử viên không thể hoàn tất bằng tay trong thời gian cụ thể
nào đó. Hoặc khi nhóm lập trình đưa ra nhiều phiên bản phần mềm liên tiếp để kiểm
tra. Thực tế cho thấy việc đưa ra các phiên bản phần mềm có thể là hàng ngày, mỗi
phiên bản bao gồm những tính năng mới, hoặc tính năng cũ được sửa lỗi hay nâng
cấp. Việc bổ sung hoặc sửa lỗi code cho những tính năng ở phiên bản mới có thể làm
cho những tính năng khác đã kiểm tra tốt chạy sai mặc dù phần code của nó không hề
chỉnh sửa. Để khắc phục điều này, đối với từng phiên bản, kiểm thử viên không chỉ
kiểm tra chức năng mới hoặc được sửa, mà phải kiểm tra lại tất cả những tính năng
đã kiểm tra tốt trước đó. Điều này khó khả thi về mặt thời gian nếu kiểm tra thông
thường. Để giải quyết vấn đề này chúng ta áp dụng kỹ thuật kiểm thử dựa trên mô
hình cho quá trình sinh các ca kiểm thử tự động .

Do đó, khoá luận này tập trung trình bày về việc nghiên cứu kiểm thử dựa trên
mô hình và ứng dụng công cụ Spin vào việc tự động sinh các ca kiểm thử: Xây dựng
mô hình hệ thống và thực nghiệm.
1.2 Nội dung nghiên cứu của khóa luận
Bài toán thực hiện trong khóa luận này là bài toán kiểm thử dựa trên mô hình
để sinh ra các ca kiểm thử một cách tự động. Thiết kế hệ thống bằng ngôn ngữ
Promela và nhúng mã C vào thiết kế Promela là hai nội dung quan trong nhất của quá
trình sinh ca kiểm thử tự động. Tôi nghiên cứu phương pháp được sử dụng để thực
hiện các nội dung đó, và áp dụng nó vào bài toán sinh ca kiểm thử tự động của hệ
thống máy hẹn giờ kitchen timer.
Quá trình thực nghiệm sẽ bao gồm các thực nghiệm về thiết kế hệ thống
kitchen timer bằng Promela, nhúng mã nguồn C vào thiết kế Promela của hệ thống
và sử dụng Spin sinh các ca kiểm thử một cách tự động.
1.3 Cấu trúc khóa luận
Các phần còn lại của khóa luận có cấu trúc như sau:
1
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết của kiểm thử mô hình, bao gồm các khái
niệm cơ bản, các bước thực hiện, lợi ích của kiểm thử mô hình và cách thức xây dựng
mô hình (máy hữu hạn trạng thái).
Chương 3 trình bày các khái niệm về ngôn ngữ mô hình promela, bao gồm
các định nghĩa cơ bản về khai báo biến và kiểu, định danh, hằng số, biểu thức, tiến
trình.
Chương 4 trình bày về các kết quả thực nghiệm của quá trình mô tả máy hẹn
giờ kitchen timer, thiết kế mô hình hệ thống kitchen timer bằng Promela, và quá trình
sinh ca kiểm thử tự động.
Chương 5 tóm tắt các kết quả đã đạt được, kết luận, những hạn chế và hướng
nghiên cứu phát triển trong tương lai.
2
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO KIỂM THỬ MÔ HÌNH
Quá trình thiết kế mô hình của hệ thống bằng ngôn ngữ mô hình Promela làm
việc dựa trên các khái niệm về kiểm thử mô hình. Chương này sẽ lần lượt trình bày
những khái niệm cơ bản về kiểm thử mô hình.
2.1 Khái niệm kiểm thử dựa trên mô hình
Theo Colin Campbell, kiểm thử dựa trên mô hình là một kỹ thuật kiểm thử mà
các hoạt động của hệ thống được chạy thử trong một thời gian sẽ được dự đoán
trước, nó được thực hiện bởi một đặc tả hình thức hoặc một mô hình của hệ thống.
Các mẫu thiết kế hay mô hình là mô tả đơn giản của hệ thống dựa trên yêu cầu
hệ thống và chức năng xác định, giúp chúng ta có thể hiểu và dự đoán được hành vi
của hệ thống.
2.2 Các bước thực hiện
Quá trình kiểm thử dựa trên mô hình được bắt đầu bằng việc xác định yêu cầu
của hệ thống từ đó xây dựng mô hình dựa vào các yêu cầu và chức năng của hệ
thống. Việc xây dựng mô hình còn phải dựa trên các yếu tố dữ liệu đầu vào và đầu ra.
Mô hình này được sử dụng để sinh ra các ca kiểm thử. Chúng ta có thể biết kết quả
đầu ra mong đợi từ mô hình hoặc từ quy định chuẩn ( oracle ). Khi chạy kịch bản và
kết quả thu được sẽ được so sánh với kết quả mong đợi. Từ đó quyết định hành động
tiếp theo như sửa đổi mô hình hoặc dừng kiểm thử,…
Các bước để thực hiện kiểm thử dựa trên mô hình:
• Xây dựng mô hình dựa trên các yêu cầu và chức năng của hệ thống.
• Tạo đầu ra dự kiến từ mô tả bài toán.
• Chạy kịch bản kiểm thử.
• So sánh kết quả đầu ra thực tế với kết quả đầu ra dự kiến.
• Quyết định hành động tiếp theo (Sửa đổi mô hình, tạo thêm ca kiểm thử,
dừng kiểm thử, đánh giá chất lượng của phần mềm )
Các bước thực hiện kiểm thử dựa trên mô hình được minh họa bằng sơ
đồ sau:
3

Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
Hình 1: Các bước thực hiện kiểm thử mô hình.
2.3 Thuận lợi và khó khăn của kiểm thử dựa trên mô hình
•Thuận lợi
Trong phát triển phần mềm các kiểm thử viên thường thực hiện công
việc của mình bằng phương pháp truyền thống nên thường thiếu thời gian để
thực hiện kiểm thử, hoặc giá thành sản phẩm khi hoàn thành thường cao…. Và
kiểm thử dựa trên mô hình sẽ khắc phục được một số nhược điểm đó:
 Do quá trình sinh ca kiểm thử là tự động vì vậy mà rút ngắn thời
làm phần mềm, và chất lượng phần mềm tốt hơn.
 Đặc biệt tuy chi phí lớn cho việc xây dựng mô hình nhưng điều này
sẽ được khấu trừ do chi phí bảo dưỡng thấp hơn nhiều khi hệ thống
được hoạt động.
 Quá trình sinh ra các ca kiểm thử được thực hiện một cách tự động
nên sinh ra nhiều ca kiểm thử và phát hiện nhiều lỗi.
 Người kiểm thử phần mềm cần thường xuyên trao đổi với người
phát triển phần mềm trong khi xây dựng mô hình hệ thống vì vậy
4
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
mà tăng khả năng giao tiếp trao đổi giữa người phát triển phần
mềm, và người kiểm thử.
 Người kiểm thử sẽ không bị nhàm chán khi phải thực hiện lặp lại
nhiều lần một công việc, điều đó làm cho người kiểm thử hài lòng
với công việc của mình.
 Sớm phát hiện lỗi và sự không rõ ràng trong đặc điểm kỹ thuật và
thiết kế vì vậy sẽ tăng thời gian giải quyết vấn đề trong kiểm thử.
 Tự động tạo và kiểm tra chánh các ca kiểm thử trùng nhau hoặc
không hữu hiệu.
 Khi một yêu cầu của hệ thống thay đổi việc thay đổi các ca kiểm
thử là rất phức tạp nhưng nó được giải quyết khi mà kiểm thử dựa

trên mô hình. Việc thay đổi các ca kiểm thử chỉ việc thay đổi mô
hình của hệ thống.
 Có khả năng đánh giá chất lượng phần mềm.
•Khó khăn
Mặc dù có nhiều thuận lợi nhưng bên cạnh đó cũng có những trở ngại
nhất định của kiểm thử dựa trên mô hình:
 Do phải xây dựng mô hình của hệ thống vì vậy người kiểm thử
phần mềm phải yêu cầu là những người có khả năng phân tích và
thiết kế hệ thống.
 Trong kiểm thử dựa trên mô hình công việc quan trọng nhất là xây
dựng mô hình. Người kiểm thử phải đầu tư đáng kể cả về thời gian,
trí tuệ và tiền bạc cho việc xây dựng mô hình hệ thống.
 Giống như các phương pháp kiểm thử khác, việc kiểm thử dựa trên
mô hình chỉ phát hiện được lỗi của hệ thống mà không thể phát hiện
được hệ thống còn lỗi hay không.
2.4 Máy hữu hạn trạng thái ( Finite State Machines )
Trong kiểm thử phần mềm có nhiều kiểu mô hình được sử dụng như : Finite
State Machines, UML, Grammars, ... Trong nghiên cứu này trình bày về mô hình
máy hữu hạn trạng thái: Finite State Machines.
Một máy trạng thái mô tả cho hệ thống phần mềm được định nghĩa dựa vào
( I, S, T, F, L), trong do:
5
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
I : Tập hợp các yếu tố đầu vào của hệ thống.
S : Tập các trạng thái của hệ thống.
T : Tập hợp hàm chuyển đổi trạng thái khi đầu vào là một trạng thái cụ thể.
F : Tập hợp các trạng thái kết thúc.
L : Trạng thái ban đầu của hệ thống.
2.5 Bài toán Kitchen Timer
Chúng ta sẽ dựa vào các khái niệm của máy hữu hạn trạng thái để xây dựng

mô hình hệ thống kitchen timer.
2.5.1 Miêu tả bài toán
Kitchen timer là một thiết bị hẹn giờ đơn giản dùng trong nhà bếp. Chúng ta
ấn nút SW1 để thiết lập thời gian cho hệ thống, ấn nút SW2 để bắt đầu đếm ngược
thời gian. Thời gian có thể thiết lập được là 1 phút đến 3 phút (đơn vị thời gian thiết
lập là phút). Thời gian thiết lập được hiển thị bằng 2 đèn LED. Khi đếm ngược thời
gian, 2 đèn LED sẽ nhấp nháy. Nếu đang trong lúc đang đếm ngược, ấn nút SW1 thì
đếm ngược sẽ bị dừng (trở về trạng thái thiết lập), ấn nút SW2 thì đếm ngược sẽ tạm
thời dừng. Nếu đếm ngược kết thúc (thời gian trở về 0) thì 2 đèn LED sẽ cùng sáng
trong vòng 3 giây để thông báo cho người dùng biết.
2.5.2 Xây dựng mô hình
•Biểu diễn:
“Kitchen Timer” = (I, S, T, F, L) trong đó:
I = {<Thiết lập>, <Đếm ngược>, <Tạm dừng>, <Tiếp tục>,<Đếm
ngược kết thúc>}
S = {[Chờ], [Thiết lập thời gian], [Đếm ngược], [Tạm dừng]}
T:
<Thiết lập> Thay đổi từ [Chờ] sang [Thiết lập thời gian]
<Đếm ngược> Thay đổi từ [Thiết lập thời gian] sang [Đếm
ngược]
<Tạm dừng> Thay đổi từ [Đếm ngược] sang [Tạm dừng]
<Tiếp tục> Thay đổi từ [Tạm dừng] sang [Đếm ngược]
<Đếm ngược kết thúc> Thay đổi từ [Đếm ngược] sang [Chờ]
6
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
F = [Chờ]
L = [Chờ]
•Mô hình chuyển đổi trạng thái
Hình 2: Mô hình chuyển đổi trạng thái của kitchen timer.
7

Thiết
lập
Đếm
ngược
Chờ
Thiết lập
thời gian
Đếm ngược
Tạm dừng
Tiếp tục
Tạm
dừng
Đếm ngược kết
thúc
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU PROMELA VÀ SPIN
Chương này chúng ta sẽ biết cách sinh các ca kiểm thử một cách tự động bằng
công cụ Spin. Để có thể làm việc được với Spin chúng ta phải xây dựng mô hình của
hệ thống bằng ngôn ngữ Promela. Chương này sẽ lần lượt trình bày những khái niệm
cơ bản về ngôn ngữ mô hình Promela, công cụ Spin, và giao diện người dùng XSpin.
3.1 Ngôn ngữ Promela
Xây dựng mô hình hệ thống bằng ngôn ngữ Promela là một công đoạn quan
trọng trong kiểm thử dựa trên mô hình, để từ đó có thể dùng công cụ Spin sinh ra các
ca kiểm thử. Ngôn ngữ mô hình Promela có nhiều nét tương đồng với ngôn ngữ C.
3.1.1 Khái niệm cơ bản
•Định nghĩa Promela (Process meta language )
Promela là ngôn ngữ mô hình dùng để mô tả hệ thống đồng thời [The Spin
Model Checker: Primer and Reference Manual].
Ví dụ: Giao thức mạng, hệ thống điện thoại, các chương trình giao tiếp đa

luồng,…
•Cấu trúc chương trình Promela
Một chương trình Promela cơ bản gồm:
 Khai báo kiểu.
 Khai báo biến.
 Khai báo tiến trình.
 [init process].
// Các khai báo kiểu và biến
mtype = {MSG, ACK};
chan toS = ...
chan toR = ...
bool flag;
// Một tiến trình
proctype Sender() {
// Thân một tiến trình
8
Kiểm thử dựa trên mô hình Đoàn Trung Kiên
...
}
proctype Receiver() {
...
}
// Tiến trình init
init {
// Tạo một tiến trình
...
}
3.1.2 Biến và Kiểu
Giống như nhiều ngôn ngữ lập trình khác, Promela yêu cầu các biến phải được
khai báo trước khi chúng có thể được sử dụng. Khai báo biến theo phong cách của

ngôn ngữ lập trình C. Theo mặc định tất cả các biến của các loại biến cơ bản được
bắt đầu từ 0. Cũng như trong C thì 0 được coi như sai và khác 0 được coi là đúng.
Một biến có thể là biến toàn cục hoặc là biến địa phương của mỗi tiến trình.
•Kiểu dữ liệu
Type Domain
bit or bool { 0, 1}
byte 0…255
short -2
15
… 2
15
- 1
int -2
31
… 2
31
– 1
•Kiểu khai báo
int ii;
bit bb;
bb = 1;
ii = 2;
•Kiểu cấu trúc
Records (structs): Có thể tìm ra xung đột khi chạy
Typedef record{
short f1;
byte f2;
}
Truy cập như C
Record rr;

rr.f1 = …
9