PHƯƠNG PHÁP SINH dữ LIỆU KIỂM THỬ tự ĐỘNG từ BIỂU đồ TUẦN tự UML, BIỂU đồ lớp và RÀNG BUỘC OCL

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN HÒA

PHƯƠNG PHÁP SINH DỮ LIỆU KIỂM THỬ TỰ ĐỘNG
TỪ BIỂU ĐỒ TUẦN TỰ UML, BIỂU ĐỒ LỚP
VÀ RÀNG BUỘC OCL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHẦN MỀM

HÀ NỘI – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN HÒA

PHƯƠNG PHÁP SINH DỮ LIỆU KIỂM THỬ TỰ ĐỘNG
TỪ BIỂU ĐỒ TUẦN TỰ UML, BIỂU ĐỒ LỚP
VÀ RÀNG BUỘC OCL
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm
Mã số: 60480103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHẦN MỀM
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. PHẠM NGỌC HÙNG

HÀ NỘI – 2016

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI
UNIVERSITY OF ENGINEERING TECHNOLOGY

NGUYEN VAN HOA

A METHOD AND TOOL SUPPORTING FOR AUTOMATED
TESTING FROM UML SEQUENCE DIAGRAMS, CLASS
DIAGRAMS AND OCL CONSTRAINS

THE MS. THESIS INFORMATION TECHNOLOGY
Supervisor: Assoc. Prof., PHAM NGOC HUNG, PhD

HÀ NỘI – 2016


i
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy Phạm Ngọc Hùng –
Người đã trực tiếp hướng dẫn nhiệt tình, giúp đỡ và động viên tôi rất nhiều, cho tôi có cơ
hội được tiếp xúc với các tài liệu tham khảo quý giá, góp ý cho tôi những lời khuyên chân
thành trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài này.
Tiếp theo tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giảng viên Trường Đại học Công
Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội – những người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức
quý báu làm nền tảng cho tôi suốt 2 năm học.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình vì đã luôn ở bên cạnh tôi,
mang lại cho tôi nguồn động viên tinh thần to lớn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Với luận văn này tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ Thầy, Cô giáo và các
bạn quan tâm để hoàn thiện và phát triển nhiều hơn về các phương pháp mới trong kiểm

thử phần mềm.
Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016
Học viên

Nguyễn Văn Hòa


ii
TÓM TẮT
Luận văn này trình bày một phương pháp nghiên cứu tự động hóa quá trình kiểm
thử dự án phần mềm từ biểu đồ tuần tự UML 2.0. Hướng nghiên cứu dựa trên lý thuyết
kiểm thử dựa trên mô hình. Mục tiêu đề ra là tự động hóa quá trình kiểm thử, nâng cao
hiệu quả kiểm thử, tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển dự án. Phương pháp được đề
xuất với nội dung chính như sau. Đầu vào là biểu đồ tuần tự UML 2.0 lưu giữ dưới dạng
tệp xmi. Chương trình kiểm thử biến đổi tệp xmi bằng cách bóc tách các thông điệp, toán
tử và các ràng buộc được đưa vào trong thiết kế, từ đó vẽ đồ thị dòng điều khiển tương
ứng. Từ đồ thị dòng điều khiển sử dụng thuật toán dò tìm, thuật toán sinh ca kiểm thử cho
các toán tử song song có các điểm chia sẻ dữ liệu tìm ra các đường đi từ điểm bắt đầu cho
tới điểm kết thúc gọi là các đường kiểm thử. Tập các đường kiểm thử được chia tương
ứng thành 3 cấp độ kiểm thử khác nhau. Các ràng buộc trên mỗi đường đi được thu thập
và giải lấy kết quả dựa trên công cụ SMT solver kết hợp phương pháp sinh ngẫu nhiên.
Kết quả thu được sau khi giải hệ chính là đầu vào cho các ca kiểm thử tương ứng. Cuối
cùng trích xuất ra tệp excel là các ca kiểm thử theo từng độ bao phủ dùng cho kiểm thử
thiết kế. Để kiểm nghiệm mức độ khả thi của phương pháp, một công cụ hỗ trợ đã được
cài đặt và thử nghiệm với một số ví dụ đơn giản nhằm minh chứng cho tính đúng đắn và
hiệu quả của phương pháp trên. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả của các ca kiểm
thử cũng là khả quan để áp dụng cho các công ty phát triển phần mềm.
Từ khóa: Kiểm thử dựa trên mô hình, kiểm thử tự động, biểu đồ tuần tự, đồ thị

dòng điều khiển, kiểm thử luồng song song, kiểm thử có chia sẻ dữ liệu luồng song song.


iii
ABSTRACT
The content of this thesis is research and propose a method to generate a set of test
cases from the UML 2.0 Sequence diagrams. Based on model-based testing in order to
automate the testing process, increase effectiveness, reduce cost and time of testing. The
method follows the following steps. At first, in order to have the input model for testing,
it analyzes and divides the input diagram into fragments. These fragments can be
Sequential or nested based on their relationship. After that, it generates the corresponding
control flow graph for the input Sequence diagram. The final control flow graph is
analyzed to generate a set of testing paths. Symbolic Execution (SE) technique is used to
create reStrictions associated with that set of testing paths. Finally, the method uses SMT
solver to solve the set of reStrictions to find solution and then to generate a set of test
cases. A tool is also implemented and tested with some simple examples in order to show
the correctness and effectiveness of the method. The experimental results give us the
potential application of the tool in automation testing in companies.
Keywords: Model base testing, automated testing, Sequence diagram, control flow
testing, Parallel threading testing, threading testing with data shared.


iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng những nghiên cứu về sinh tự động bộ kiểm thử từ biểu đồ
tuần tự được trình bày trong luận văn này dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm Ngọc Hùng
là của tôi. Những gì tôi viết ra không sao chép từ các tài liệu, không sử dụng các kết quả
của người khác mà không trích dẫn cụ thể.
Tôi xin cam đoan công cụ kiểm thử tự động tôi trình bày trong luận văn là do tôi tự
phát triển, không sao chép mã nguồn của người khác. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách

nhiệm theo quy định của Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội.

Hà nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016
Học viên:

Nguyễn Văn Hòa


v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ i
TÓM TẮT ............................................................................................................................ii
ABSTRACT ........................................................................................................................iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ iv
MỤC LỤC ............................................................................................................................ v
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .............................................................................................. vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ...................................................................................................viii
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... x
Chương 1: GIỚI THIỆU....................................................................................................... 1
Chương 2: CÁC KHÁI NIỆM VÀ TỔNG QUAN KIỂM THỬ DỰA TRÊN MÔ HÌNH . 3
2.1

Tổng quan kiểm thử dựa trên mô hình ..................................................................... 3

2.1.1.

Khái niệm kiểm thử dựa trên mô hình .................................................................. 3

2.1.2.

Quy trình chung của kiểm thử dựa trên mô hình.................................................. 5

2.1.3.

Phương pháp đặc tả mô hình bằng máy trạng thái UML ..................................... 6

2.1.4.

Thuận lợi và khó khăn của kiểm thử tự động dựa trên mô hình .......................... 6

2.2

Biểu đồ tuần tự và các khối phân đoạn trong UML ................................................. 8

2.2.1.

Biểu đồ tuần tự ..................................................................................................... 8

2.2.2.

Các phân đoạn sử dụng trong biểu đồ tuần tự ...................................................... 8

2.3

Đồ thị dòng điều khiển ........................................................................................... 16

2.4

Các độ đo kiểm thử ................................................................................................. 17

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP SINH ĐỒ THỊ DÒNG ĐIỀU KHIỂN TỪ BIỂU ĐỒ TUẦN
TỰ....................................................................................................................................... 20
3.1

Điều kiện ràng buộc trong thiết kế ......................................................................... 20

3.2

Thuật toán biến đổi biểu đồ tuần tự sang đồ thị dòng điều khiển .......................... 24

3.2.1.

Thuật toán sinh đồ thị dòng điều khiển .............................................................. 24

3.2.2.

Đồ thị dòng điều khiển tương ứng với các phân đoạn ....................................... 29


vi
3.3

Kỹ thuật sinh kịch bản kiểm thử............................................................................. 36

3.3.1.

Kịch bản kiểm thử cho các toán từ thông thường .............................................. 36

3.3.2.

Kịch bản kiểm thử cho các phân đoạn song song (Par, Seq) ............................. 41

3.4

Xây dựng hệ ràng buộc ........................................................................................... 43

3.5

Giải hệ sử dụng SMT-Solver .................................................................................. 44

3.6

Các nghiên cứu liên quan ....................................................................................... 45

Chương 4: CÔNG CỤ VÀ THỰC NGHIỆM .................................................................... 47
4.1

Giới thiệu công cụ và môi trường thực nghiệm ..................................................... 47

4.2

Thực nghiệm ........................................................................................................... 49

4.3

Ý nghĩa thực nghiệm .............................................................................................. 56

Chương 5:

KẾT LUẬN ................................................................................................ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 60


vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU

ảng 2.1 Ca kiểm thử độ bao phủ yếu ............................................................................... 18
ảng 2.2 Ca kiểm thử độ bao phủ trung bình..................................................................... 18
ảng 2.3 Ca kiểm thử độ bao phủ mạnh ............................................................................ 19
ảng 3.1 Các khóa cơ bản và ý nghĩa trong tệp xmi .......................................................... 24
ảng 3.2 Dữ liệu thu thập tương ứng theo các nốt được nối với nhau .............................. 38
ảng 4.1 Môi trường thử nghiệm công cụ sinh ca kiểm thử từ thiết kế............................. 48


viii
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1 Qui trình kiểm thử dựa trên mô hình. .................................................................... 5
Hình 2.2 Phân đoạn Alt. ....................................................................................................... 9
Hình 2.3 Phân đoạn Opt. ...................................................................................................... 9
Hình 2.4 Phân đoạn Loop vô hạn. ........................................................................................ 9
Hình 2.5 Phân đoạn Loop với cận trên bằng cận dưới bằng 10. ........................................ 10
Hình 2.6 Phân đoạn Loop với cận trên bằng 5, cận dưới bằng 10. .................................... 10
Hình 2.7 Phân đoạn Break. ................................................................................................. 11
Hình 2.8 Phân đoạn Par. ..................................................................................................... 12
Hình 2.9 Phân đoạn Seq. .................................................................................................... 12
Hình 2.10 Phân đoạn Strict. ................................................................................................ 13
Hình 2.11 Phân đoạn Ignore. .............................................................................................. 13
Hình 2.12 Phân đoạn Consider. .......................................................................................... 14
Hình 2.13 Phân đoạn Neg. .................................................................................................. 15

Hình 2.14 Phân đoạn Assert. .............................................................................................. 15
Hình 2.15 Phân đoạn Critical. ............................................................................................ 16
Hình 2.16 Đồ thị dòng điều khiển tương ứng của phân đoạn Par. ..................................... 18
Hình 3.1 Thiết kế tên thông điệp. ....................................................................................... 21
Hình 3.2 Thiết kế ràng buộc. .............................................................................................. 22
Hình 3.3 Khai báo biến trong ràng buộc tương ứng cho các lớp. ...................................... 23
Hình 3.4 Xóa triệt để các đối tượng không dùng nữa. ....................................................... 23
Hình 3.5 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Alt. ......................................................... 31
Hình 3.6 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Opt. ........................................................ 31
Hình 3.7 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Loop. ...................................................... 32
Hình 3.8 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Break. ..................................................... 32
Hình 3.9 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Par. ......................................................... 32
Hình 3.10 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Seq. ...................................................... 33


ix
Hình 3.11 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Ignore. .................................................. 33
Hình 3.12 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Consider. .............................................. 34
Hình 3.13 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Neg....................................................... 35
Hình 3.14 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Assert. .................................................. 35
Hình 3.15 Đồ thị CFG tương ứng cho phân đoạn Strict..................................................... 36
Hình 3.16 Ví dụ cây đồ thị cần duyệt. ................................................................................ 37
Hình 3.17 Đồ thị dòng điều khiển. ..................................................................................... 38
Hình 3.18 Ví dụ về ràng buộc OCL được khai báo trong thiết kế. .................................... 44
Hình 3.19 Mô tả công cụ SMT Solver ............................................................................... 45
Hình 4.1 Cấu trúc công cụ thực nghiệm. ............................................................................ 47
Hình 4.2 Đầu vào công cụ của ví dụ 1. .............................................................................. 49
Hình 4.3 Đầu ra - đồ thị CFG của ví dụ 1. ......................................................................... 50
Hình 4.4 Đồ thị CFG và ca kiểm thử độ bao phủ yếu cho ví dụ 1. .................................... 51
Hình 4.5 Ca kiểm thử độ bao phủ yếu cho ví dụ 1. ............................................................ 51

Hình 4.6 Ca kiểm thử độ bao phủ trung bình cho ví dụ 1. ................................................. 51
Hình 4.7 Dữ liệu kiểm thử sau khi xuất ra tệp MS Excel .................................................. 52
Hình 4.8 Đầu vào của ví dụ 2. ............................................................................................ 53
Hình 4.9 Đầu ra đồ thị CFG cho ví dụ 2. ........................................................................... 54
Hình 4.10 Ca kiểm thử độ bao phủ yếu cho ví dụ 2. .......................................................... 54
Hình 4.11 Ca kiểm thử độ bao phủ trung bình cho ví dụ 2. ............................................... 55
Hình 4.12 Ca kiểm thử độ bao phủ mạnh cho ví dụ 2. ....................................................... 55
Hình 4.13 Đường đi tương ứng của một ca kiểm thử độ bao phủ mạnh của ví dụ 2. ........ 56


x
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

STT

Từ viết tắt

Tên đầy đủ

Ý nghĩa

1

BN

Block Node

Nốt đơn

2

CFG

Control Flow Graph

Đồ thị dòng điều khiển

3

DC

Decision Node

Nốt quyết định

4

FN

5

IDE

6

JN

Fork Node
Integrated Development
Environment

Join Node

Nốt rẽ nhánh
Môi trường phát triển tích
hợp
Nốt nối

7

MN

Merge Node

8

OCL

Object Constraint Language

9

SUT

Software Under Testing

10

UML

Unified Modeling Language

Nốt sáp nhập
Ngôn ngữ ràng buộc trên
đối tượng
Phần mềm đang được kiểm
thử
Ngôn ngữ mô hình hóa
thống nhất


1
Chương 1: GIỚI THIỆU
Công nghệ phần mềm đang ngày càng phát triển và chi phối cuộc sống của con
người. Ngược lại, con người luôn không ngừng sáng tạo để tạo ra những công nghệ mới,
phần mềm và dịch vụ mới. Trong quá trình phát triển đó, cần phải có một qui trình song
song để phát hiện và kiểm soát những sai lầm mà con người có thể vô tình hoặc cố tình
tạo ra, đó chính là kiểm thử. Theo ước tính, quá trình kiểm thử chiếm khoảng 50% thời
gian và 40% - 60% tổng chi phí trong toàn bộ quá trình phát triển phần mềm [1]. Quá
trình kiểm thử cũng quyết định sự thành công, mức độ đảm bảo của dự án phần mềm đặc
biệt là trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không, quân sự, khoa học, vũ
trụ.. Vì vậy, để rút ngắn thời gian phát triển và nâng cao chất lượng dự án phần mềm, quá
trình sinh ca kiểm thử tự động và nâng cao chất lượng ca kiểm thử trở nên thực sự cần
thiết, nhất là đối với những phần mềm lớn và phức tạp. Kiểm thử tự động đang được xem
là giải pháp chính nhằm giảm chi phí và thời gian mà vẫn đảm bảo chất lượng trong quá
trình phát triển phần mềm. Để giải quyết vấn đề này, nhiều công trình nghiên cứu đã được
đề xuất nhằm giải quyết, tối ưu và tự động hóa quá trình kiểm thử. Mỗi công trình nghiên
cứu mang lại một kết quả khác nhau và áp dụng cho từng mục đích kiểm thử khác nhau.
Một số nghiên cứu có thể kể đến như: phương pháp sinh ca kiểm thử tự động từ biểu đồ
tuần tự trong UML bởi A.V.K. Shanthi và G. Mohan Kumar [6]. Sinh dữ liệu kiểm thử tự
động từ biểu đồ tuần tự UML và ràng buộc OCL bởi Ashalatha Nayak và Debasis

Samanta [4]. Sinh ca kiểm thử từ biểu đồ tuần tự và hệ thống chuyển đổi được gắn nhãn
bởi Emanuela G. Cartaxo [9]. Sinh ca kiểm thử tự động từ biểu đồ tuần tự UML và ràng
buộc OCL bởi Li Bao-Lin, Li Zhi-shu, Li Qing và Chen Yan Hong [10], v.v. Trong đó
một số nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở dạng đề xuất, nhiều nghiên cứu khác chưa giải
quyết trọn vẹn bài toán kiểm thử trực tiếp từ biểu đồ tuần tự từ một phần mềm cụ thể. Mỗi
phương pháp hướng tới một mục đích kiểm thử khác nhau. Để hiểu rõ hơn một vài nghiên
cứu trên sẽ được trình bày chi tiết hơn ở chương ba của luận văn.
Bài nghiên cứu này tôi sẽ trình bày một phương pháp khác sinh ca kiểm thử tự
động và cải tiến một công đoạn sinh ca kiểm thử tự động để nâng cao chất lượng kiểm
thử. Cũng như các phương pháp kiểm thử dựa trên mô hình khác, phương pháp này đòi
hỏi phải có các mô hình toán học đặc tả chính xác hành vi của hệ thống và có sẵn trong
thực tế. Các mô hình này thường được biểu diễn bằng các máy hữu hạn trạng thái đơn
định. Tuy nhiên, xây dựng mô hình cho các phần mềm là một công việc khó khăn và tiềm
ẩn nhiều lỗi đối với các công ty. Thay vào đó việc phân tích và thiết kế dựa trên các biểu
đồ tuần tự UML là một công việc dễ dàng và trở nên phổ biến hơn. Do đó việc kiểm thử
tính đúng đắn cho thiết kế dựa trên mô hình đang được nghiên cứu và áp dụng thực tế cho
kiểm thử dự án phần mềm. Không những tự động hóa được qui trình kiểm thử mà thời


2
gian bắt đầu kiểm thử cũng được tiến hành sớm hơn giúp rút ngắn thời gian phát triển
phần mềm.
Giai đoạn kiểm thử thiết kế (kiểm thử dựa trên mô hình) chủ yếu tập trung vào các
ca kiểm thử được sinh ra từ các đường kiểm thử dựa trên đồ thị hoạt động và sinh ra dữ
liệu kiểm thử từ dữ liệu đầu vào là các bản thiết kế từ đặc tả chương trình. Với mục tiêu
kiểm thử phần mềm dựa trên thiết kế của biểu đồ tuần tự, mục tiêu nâng cao chất lượng
kiểm thử cũng như khả năng phát hiện lỗi của các kịch bản kiểm thử trong thiết kế và khi
chương trình được thực thi. Nội dung bài nghiên cứu này được trình bày trong 4 chương
và phần kết luận.
Chương 1 giới thiệu đề tài, lý do chọn đề tài, trình bày tổng quan nội dung nghiên

cứu và bố cục luận văn.
Chương 2 trình bày các khái niệm cơ bản phục vụ cho đề tài bao gồm các vấn đề
liên quan trong kiểm thử dựa trên mô hình, phương pháp đặc tả mô hình bằng máy trạng
thái UML. Các khái niệm về biểu đồ tuần tự và các phân đoạn trong thiết kế. Cuối cùng là
giới thiệu đồ thị dòng điều khiển và đề xuất ba độ đo kiểm thử áp dụng cho bài nghiên
cứu.
Chương 3 nghiên cứu đề xuất cách biến đổi từ biểu đồ tuần tự sang đồ thị dòng
điều khiển và các thuật toán biến đổi. Phương pháp sinh ca kiểm thử sau khi hoàn thành
độ thị dòng điều khiển trong đó chia ra 2 kịch bản kiểm thử. Một cho các phân đoạn thông
thường (các phân đoạn không chứa luồng song song) và một kịch bản kiểm thử cho các
phân đoạn chứa luồng song song (Par, Seq). Phần cuối chương 3 trình bày phương pháp
sinh dữ liệu kiểm thử từ đồ thị dòng điều khiển, một số nghiên cứu liên quan để thấy được
ưu nhược điểm của bài nghiên cứu so với các phương pháp khác.
Chương 4 giới thiệu công cụ thực nghiệm, các ví dụ thể hiện tính đúng đắn và khả
thi của phương pháp đề xuất. Kết quả thu được thực tế từ chương trình và rút ra ý nghĩa
của phương pháp đề xuất.
Cuối cùng là kết luận, định hướng mở rộng và tài liệu tham khảo.


3
Chương 2: CÁC KHÁI NIỆM VÀ TỔNG QUAN KIỂM THỬ DỰA TRÊN MÔ
HÌNH
2.1 Tổng quan kiểm thử dựa trên mô hình
Ngày nay, các công ty phần mềm lớn thường sử dụng ngôn ngữ UML (Unified
Modeling Language) để phân tích, thiết kế phần mềm trước khi đi vào triển khai. Sản
phẩm tạo ra là các mô hình thiết kế bởi UML. Trong UML có nhiều mô hình phục vụ cho
thiết kế, việc lựa chọn những mô hình nào để thiết kế phụ vào mục đích sử dụng và định
hướng phát triển phần mềm của công ty đó. Quá trình kiểm thử trong giai đoạn thiết kế
này được gọi là kiểm thử dựa trên mô hình. Các mô hình thiết kế có thể là biểu đồ lớp,
biểu đồ tuần tự, biểu đồ hoạt động, v.v. là đầu vào cho kiểm thử dựa trên mô hình, đầu ra

là các ca kiểm thử để đánh giá, phát hiện lỗi. Mục đích của kiểm thử dựa trên mô hình là
tìm ra được lỗi từ khâu thiết kế, không triển khai những thiết kế lỗi, hạn chế và rút ngắn
được thời gian kiểm thử cũng như triển khai dự án sau này.
Việc kiểm thử và phát hiện sớm các lỗi, các khiếm khuyết trong thiết kế làm giảm
thiểu đến mức thấp nhất các lỗi phát sinh khi đưa vào ứng dụng thực tế, đồng thời làm
giảm đáng kể thời gian cũng như chi phí phát triển, bảo trì. Do vậy, việc phát triển một
phương pháp kiểm thử dựa trên mô hình mang lại hiệu quả cao là rất cần thiết. Trong
chương này, tôi sẽ trình bày lý thuyết về phương pháp kiểm thử dựa trên mô hình và ứng
dụng cho kiểm thử phần mềm.
2.1.1. Khái niệm kiểm thử dựa trên mô hình
Kiểm thử dựa trên mô hình là một kỹ thuật kiểm thử hộp đen, dựa trên phương
pháp ứng dụng các mô hình thiết kế vào kiểm thử phần mềm. Mô hình thiết kế là đại diện
cho các hành vi mong muốn của một hệ thống cần kiểm thử, kiểm thử dựa trên mô hình
đại diện cho một chiến lược thử nghiệm hay một môi trường kiểm thử.
Một mô hình đặc tả hệ thống thường là một bản tóm tắt, trình bày một phần hành
vi mong muốn của hệ thống. Chúng được biểu diễn bằng máy hữu hạn trạng thái, ôtômat,
đặc tả đại số, biểu đồ trạng thái bằng UML, v.v. Các ca kiểm thử có thể được sinh ra từ
mô hình theo nhiều cách khác nhau. Trường hợp kiểm thử dựa trên một mô hình gọi là
kiểm thử chức năng có cùng mức độ trừu tượng như mô hình. Những trường hợp kiểm
thử này được gọi là một bộ kiểm thử trừu tượng. Một bộ kiểm thử trừu tượng không thể
khẳng định hoàn toàn được tính đúng đắn của hệ thống. Vì hệ thống trên thiết kế cũng có
một mức sai trừu tượng. Một bộ kiểm thử thực thi cần phải được bắt nguồn từ một bộ thử
nghiệm trừu tượng tương ứng. Các bộ kiểm thử thực thi có thể liên lạc trực tiếp với hệ
thống kiểm thử. Điều này đạt được bằng cách ánh xạ các ca kiểm thử trừu tượng với các


4
các ca kiểm thử cụ thể phù hợp để thực thi. Trong một số môi trường kiểm thử dựa trên
mô hình, mô hình có đủ thông tin để tạo ra dãy ca kiểm thử thực thi trực tiếp. Trong các
trường hợp khác, các yếu tố trong bộ phần mềm kiểm thử cần phải được ánh xạ tới bộ

kiểm thử cụ thể.
Có bốn phương pháp tiếp cận với kiểm thử dựa trên mô hình như sau [7]:
 Sinh ra dữ liệu đầu vào kiểm thử từ một mô hình chính: đầu vào cơ bản của
kiểm thử dựa trên mô hình là các mô hình, từ đó tạo ra các ca kiểm thử bằng cách
chọn lựa thông minh một tập hợp con của tập giá trị các trường hợp có khả năng để
đưa ra dữ liệu đầu vào kiểm thử. Ví dụ mô hình cần kiểm thử có 3 tập đầu vào như
sau, A : {red, green, yellow}, B : {1, 2, 3, 4} và C : {car, truck, bike}. Chúng ta có
thể kết hợp và lựa chọn ra số ca kiểm thử tối thiểu thỏa mãn tất cả các đường kiểm
thử có thể thực thi thay vì thực thi tất cả các ca kiểm thử. Theo đó số ca kiểm thử
cho ví dụ này là 12 thay vì 3 x 4 x 3 = 36 ca kiểm thử.
 Sinh ra các ca kiểm thử từ một mô hình môi trường: phương pháp này sử dụng
một loại mô hình khác, mô hình này sẽ miêu tả môi trường mong muốn của SUT.
Từ mô hình mô phỏng giả lập này đưa ra các tham số gọi tới SUT. Tuy nhiên, như
cách tiếp cận sinh dữ liệu đầu vào kiểm thử từ một mô hình chính, trình tự được
tạo ra không chỉ định rõ các đầu ra mong đợi của SUT, điều này là không thể dự
đoán các giá trị đầu ra, bởi vì mô hình môi trường không mô hình hóa được toàn
bộ hành vi của SUT. Vì vậy nó rất khó để xác định chính xác một kiểm thử là
thành công hay thất bại.
 Sinh ra các ca kiểm thử với các dự đoán từ một mô hình hành vi: đưa ra các ca
kiểm thử có khả năng thực thi bao gồm các thông tin dự đoán các giá trị đầu ra
mong muốn của SUT. Hoặc một vài khâu kiểm tra tự động các giá trị đầu ra thực tế
để có thể nhìn thấy nếu chúng là đúng đắn. Điều này khó hơn việc sinh ra dữ liệu
kiểm thử đầu vào hoặc kiểm thử dựa trên trình tự gọi tới SUT mà không kiểm tra
tới kết quả đầu ra. Để đưa ra kiểm thử với các dự đoán thì người đưa ra các ca
kiểm thử phải có đầy đủ thông tin về các hành vi mong đợi của SUT để có thể tiên
đoán hoặc kiểm tra các dữ liệu đầu ra của SUT. Một cách khác, với định nghĩa
kiểm thử dựa trên mô hình này, mô hình phải mô tả các hành vi mong đợi của
SUT, cũng như mối quan hệ giữa chúng, đồng thời mô tả đầu vào và đầu ra cho
từng hành vi. Thuận lợi của cách tiếp cận này là nó là phương pháp tiếp cận duy
nhất giải quyết được vấn đề kiểm thử dựa trên mô hình bằng việc chọn lựa các giá

trị đầu vào và việc đưa ra các trình tự của sự vận hành, việc đưa ra các ca kiểm thử
có khả năng thực thi bao gồm thông tin quyết định sau mỗi ca kiểm thử.


5
 Sinh ra các đoạn mã kiểm thử từ các kiểm thử trừu tượng: sinh ra các ca kiểm
thử có thể thực thi bao gồm các thông tin tiên đoán dựa trên mô hình hành vi của
SUT. Quá trình sinh ra các ca kiểm thử này bao gồm việc sinh ra dữ liệu kiểm thử
và trình tự các phương thức gọi tới kiểm thử tuần tự, sinh ra các dự đoán để kiểm
tra kết quả đầu ra của SUT. Đây là một phương pháp tiếp cận hoàn thiện và phức
tạp nhất, mang lại hiệu quả tốt nhất. Nó có thể tự động hoàn thiện các tiến trình
thiết kế, đưa ra một mô hình hoàn thiện, tái hiện đầy đủ các tuần tự kiểm thử và
chuyển đổi thành các kịch bản kiểm thử có thể thực thi.
Với cách nhìn của kiểm thử dựa trên mô hình, chúng ta định nghĩa kiểm thử dựa
trên mô hình như việc tự động tạo ra các ca kiểm thử hộp đen đối với bản thiết kế.
2.1.2. Quy trình chung của kiểm thử dựa trên mô hình
Mô hình UML được thiết kế từ các đặc tả yêu cầu của hệ thống. Mô hình có thể
được biểu diễn bằng các loại mô hình và biểu đồ khác nhau. 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 đầu
vào cho các ca kiểm thử. Tiếp đến, chúng ta sẽ sinh giá trị đầu ra mong muốn ứng với mỗi
bộ đầu vào. Khi kết thúc bước này, chúng ta đã có các ca kiểm thử. Sau khi thực thi các
ca kiểm thử tương ứng theo từng giai đoạn hoặc phương pháp tiếp cận, 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, v.v.

Các bản đặc tả yêu cầu

Thiết kế

Mô

hình

Phản hồi

Phản hồi
Tạo tự động
Kiểm thử dự
đoán

Các chuỗi kiểm
thử

Kết luận: Pass /
Fail

Theo dõi

Điều khiển

Thực thi

Phản hồi

Hình 2.1 Qui trình kiểm thử dựa trên mô hình.


6
Hình 2.1 mô tả về quy trình chung của kiểm thử tự động dựa trên mô hình [8].
Kiểm thử tự động dựa trên mô hình gồm các giai đoạn sau:







Sinh mô hình dựa trên các yêu cầu và chức năng của hệ thống.
Sinh các ca kiểm thử (bộ đầu vào và giá trị đầu ra mong đợi cho mỗi ca kiểm thử).
Chạy các kịch bản kiểm thử để phát hiện các lỗi/khiếm khuyết của sản phẩm.
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) [1].

2.1.3. Phương pháp đặc tả mô hình bằng máy trạng thái UML
Các phương pháp đặc tả mô hình sử dụng các công cụ toán học thường khó và ít
phổ biến vì thường được thực hiện bằng các chuyên gia về đặc tả hình thức [1]. Phù hợp
hơn cho môi trường công nghiệp, đặc tả mô hình bằng máy trạng thái UML thường được
dùng để đặc tả các hành vi động (chuyển trạng thái) của các lớp đối tượng, các ca sử dụng
(use cases), các hệ thống con và thậm chí là toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, máy trạng thái
UML thường được sử dụng cho các lớp đối tượng. Trong UML, một trạng thái ứng với
một điều kiện quan trọng của một đối tượng. Trạng thái này được quyết định bởi các giá
trị hiện thời của đối tượng, các mối quan hệ với các đối tượng khác và các hành động
(phương thức) mà đối tượng này thực hiện. Một phép chuyển trạng thái là mối quan hệ
giữa hai trạng thái. Một phép chuyển trạng thái trong UML bao gồm một sự kiện được
kích hoạt, điều kiện và hành động tương ứng. Các sự kiện được kích hoạt của các phép
chuyển trạng thái có thể là một trong các sự kiện sau:





Một lời gọi ứng với một phương thức.
Một tín hiệu nhận được từ các trạng thái khác trong máy trạng thái.
Một sự thay đổi giá trị của một thuộc tính nào đó của một đối tượng.
Hết thời gian (timeout).

2.1.4. Thuận lợi và khó khăn của kiểm thử tự động dựa trên mô hình
Kiểm thử tự động luôn mang lại những ưu điểm và hiệu quả vượt trội so với kiểm
thử thủ công, góp phần hoàn thiện qui trình kiểm thử trong phát triển các dự án phần
mềm. Sau đây là những ưu điểm và thuận lợi của kiểm thử tự động dựa trên mô hình:
 Phát hiện lỗi sớm ngay từ khâu thiết kế: Lỗi phát hiện càng sớm, nhất là các lỗi
trong thiết kế sẽ giúp hạn chế được hàng loạt các lỗi phát sinh sau này theo phản
ứng dây chuyền, nếu không phát hiện được lỗi ở giai đoạn này đôi khi có thể dẫn
tới việc phải xây dựng lại cả mô hình và làm lại từ khâu thiết kế.


7
 Tiết kiệm thời gian và chi phí: Rút ngắn được thời gian sinh các ca kiểm thử và
phân tích kết quả nhờ qui trình tự động. Việc phát hiện được lỗi sớm cũng giúp ích
giảm thiểu thiệt hại và rủi ro cho hệ thống phần mềm, rút ngắn thời gian kiểm thử.
 Nâng cao chất lượng kiểm thử: Có thể đánh giá được mức độ hiệu quả của kiểm
thử thông qua các mức độ bao phủ của mô hình và các ca kiểm thử. Nếu mô hình
của hệ thống được xây dựng tốt thì quá trình kiểm thử dựa trên mô hình sinh ra
nhiều ca kiểm thử và phát hiện nhiều lỗi. Kiểm thử mô hình cũng cho phép giảm
các lỗi chủ quan do người kiểm thử sinh ra trong quá trình kiểm thử sản phẩm.
 Phát hiện các lỗi trong đặc tả, yêu cầu: Kiểm thử dựa trên mô hình đôi khi không
chỉ phát hiện được các lỗi trong thiết kế mà còn phát hiện được các lỗi trong tài
liệu đặc tả. Các đặc tả thiếu logic sẽ dẫn tới một thiết kế sai và không thể thực thi.
 Khả năng tái sử dụng cao: Mỗi khi phần mềm được nâng cấp, chúng ta dễ dàng
sinh thêm các ca kiểm thử và kiểm thử lại một cách nhanh chóng và hiệu quả.
 Hiểu hơn về hệ thống: Kiểm thử dựa trên mô hình giúp người phát triển hiểu hơn

về hệ thống cần kiểm thử thông qua việc xây dựng và phân tích mô hình hệ thống.
 Việc sinh ca kiểm thử tự động dựa trên các thuật toán và phương pháp tiếp cận
khoa học, có tính toán sẽ làm giảm số lượng các ca kiểm thử trùng nhau hoặc
không hữu hiệu.
Có rất nhiều ưu điểm và thuận lợi nhưng kiểm thử dựa trên mô hình không dễ được
áp dụng trong thực tế vì một số khó khăn như sau:
 Không thể đảm bảo tìm được tất cả các lỗi vì sự sai khác trong thiết kế và thực thi.
 Khó xây dựng mô hình chính xác: Kiểm thử dựa trên mô hình cần có mô hình đặc
tả chính xác hành vi của hệ thống. Trong thực tế, việc xây dựng mô hình là rất khó,
tốn kém và tiềm ẩn nhiều lỗi.
 Chỉ áp dụng kiểm thử chức năng: Các mô hình kiểm thử phải nhỏ so với kích
thước của hệ thống, rằng chúng ta có thể kiểm thử nó mà không mất quá nhiều chi
phí, nhưng chúng phải đủ chi tiết để mô tả thực tế và các đặc điểm cần.
 Không thể bao phủ hết các giai đoạn kiểm thử: Ví dụ không kiểm thử được các tiến
trình cài đặt.
 Tạo giá trị đầu ra mong đợi cho các ca kiểm thử là một trong những vấn đề khó
khăn nhất của kiểm thử dựa trên mô hình. Thông thường cần có chuyên gia hoặc
chuyên viên riêng tính toán kết quả mong đợi.


8
2.2 Biểu đồ tuần tự và các khối phân đoạn trong UML
2.2.1. Biểu đồ tuần tự
Biều đồ tuần tự là biểu đồ thể hiện các trình tự sự kiện dẫn đến các kết quả mong
muốn. Biểu đồ tuần tự sẽ cho ta thấy qui trình hoạt động cũng như sự tương tác giữa các
phân đoạn trong một hệ thống. Thành phần chính của biểu đồ tuần tự gồm: Đối tượng,
thông điệp và phân đoạn.
Đối tượng:
Được biểu diễn bằng hai phần: phần tiêu đề khai báo đối tượng và chu kỳ sống, các
đối tượng tương tác với nhau thông qua các thông điệp. Thời gian đối tượng tồn tại được

biểu diễn bằng đường đứt nét, chu kỳ sống biểu diễn bằng đường nét đôi.
Thông điệp:
Được biểu diễn ở dạng đường mũi tên từ chu kỳ sống của đối tượng gửi đến đối
tượng nhận. Các mũi tên này được sắp xếp theo trình tự thời gian từ trên xuống. Có ba
loại thông điệp: Thông điệp đồng bộ (nét liền), thông điệp phản hồi (nét đứt), thông điệp
đệ quy (gọi tới chính đối tượng).
Phân đoạn:
Với các luồng điều khiển phức tạp, chúng ta có thể dùng các phân đoạn lồng ghép
(combined fragment). Mỗi phân đoạn có một từ khóa và có một hoặc nhiều các đoạn con
(gọi là các toán hạng tương tác –interaction operands). Tương ứng với cấu trúc điều khiển
trong các ngôn ngữ lập trình như lặp, rẽ nhánh, song song, chúng ta có các phân đoạn
khác nhau với các nhãn tương ứng là Loop, Alt, Par, v.v.
2.2.2. Các phân đoạn sử dụng trong biểu đồ tuần tự
Phân đoạn tương tác lựa chọn đầy đủ (Alternative) chỉ ra rằng phân đoạn kết
hợp (Combined Fragment) biểu diễn một sự lựa chọn hành vi. Toán hạng trong phân đoạn
có biểu thức gác (guard expression), nếu biểu thức gác đúng thì toán hạng được thực thi.
Nếu toán hạng không có biểu thức gác thì biểu thức được ngầm hiểu là true. Nếu biểu
thức gác là else, toán hạng sẽ được thực thi khi các điều kiện gác của các toán hạng khác
sai. Hình 2.2 là ví dụ minh họa nếu số dư (balance) trong tài khoản lớn hơn 0 thì cho phép
rút tiền (accept()), nếu không thì từ chối (reject()).
Phân đoạn tương tác lựa chọn không đầy đủ (Option) chỉ ra rằng phân đoạn kết
hợp biểu diễn một sự lựa chọn hành vi. Trong phân đoạn chỉ có một toán hạng, toán hạng
này có thể được thực thi hoặc không được thực thi tùy vào điều kiện gác. Phân đoạn Opt
gần giống với phân đoạn Alt, chỉ có điều trong Opt chỉ có một toán hạng duy nhất.


9
Hình 2.3 là ví dụ minh hoạ thực hiện đăng bình luận (post_comments()) nếu không có lỗi
(no errors).

Alt
[balance > 0]

Accept()

[else]
Reject()

Hình 2.2 Phân đoạn Alt.

Opt
[No error]
post_coment()

Hình 2.3 Phân đoạn Opt.

Phân đoạn tương tác lặp (Loop) chỉ ra rằng phân đoạn kết hợp biểu diễn một
vòng lặp.Toán hạng lặp sẽ được lặp đi lặp lại một số lần. Điều kiện gác có thể gồm một
cận dưới (minint), một cận trên (maxint) và một biểu thức đúng-sai (boolean). Sau minint
lần lặp, biểu thức được kiểm tra, chừng nào biểu thức còn đúng và số lần lặp còn nhỏ hơn
hoặc bằng maxint thì vòng lặp vẫn tiếp tục.

Loop

notify()

Hình 2.4 Phân đoạn Loop vô hạn.


10

Loop(10)

notify()

Hình 2.5 Phân đoạn Loop với cận trên bằng cận dưới bằng 10.

Loop(5,10)
[size < 0]
notify()

Hình 2.6 Phân đoạn Loop với cận trên bằng 5, cận dưới bằng 10.

Hình 2.4 miêu tả phân đoạn Loop với vòng lặp vô hạn. Hình 2.5 miêu tả phân đoạn
Loop với vòng lặp với cận trên bằng cận dưới và bằng 10, không có điều kiện cần kiểm
tra. Hình 2.6 miêu tả sau khi lặp hết 5 lần, nếu điều kiện size < 0 đúng thì dừng lặp, việc
kiểm tra này còn thực hiện chừng nào số lần lặp còn <= 10.
Phân đoạn tương tác Break chỉ ra rằng khi điều kiện gác đúng thì toán hạng
trong phân đoạn kết hợp Break sẽ được thực thi thay cho phần còn lại của phân đoạn
tương tác (Interaction Fragment) bao gói bên ngoài. Hình 2.7 là ví dụ minh họa: Nếu y >
0 thì thực hiện save() rồi thoát luôn khỏi vòng lặp.
Phân đoạn tương tác song song (Parallel) chỉ ra rằng các toán hạng trong phân
đoạn kết hợp có thể được thực thi song song với nhau. Các sự kiện trong các toán hạng
khác nhau có thể đan xen vào nhau theo bất cứ cách nào, miễn là thứ tự của các sự kiện
trong mỗi toán hạng được bảo toàn. Hình 2.8 là ví dụ minh họa thứ tự thực hiện các phân
đoạn. Thông điệp 1a: searchGoogle phải được thực hiện trước thông điệp 2: readResult,
thông điệp 1b: searchBing phải được thực hiện trước thông điệp 3: readResult, thông điệp
1c: searchYahoo phải được thực hiện trước thông điệp 4: readResult. Tuy nhiên thứ tự các
thông điệp (1a, 2), (1b, 3), (1c, 4) có thể đan xen nhau theo bất cứ cách này. Tìm bằng

11
Yahoo có thể được thực hiện và trả về kết quả trước sau đó với tìm bằng Google và Bing,
v.v.
Phân đoạn tương tác tuần tự yếu (weak Sequencing) chỉ ra rằng phân đoạn kết
hợp biểu diễn một trình tự yếu giữa các hành vi của các toán hạng. Trình tự yếu được định
nghĩa bởi tập các vết với các đặc tính:
 Thứ tự của các sự kiện (EventOccurences) trong mỗi một toán hạng được duy trì.
 Các sự kiện trên các trục thời gian (lifeline) khác nhau ở các toán hạng khác nhau
có thể xảy ra theo thứ tự bất kỳ.
 Các sự kiện trên cùng trục thời gian ở các toán hạng khác nhau được sắp thứ tự sao
cho một sự kiện của toán hạng thứ nhất phải xảy ra trước sự kiện của toán hạng thứ
hai. Hình 2.9 là ví dụ minh họa: Tìm kiếm bằng Google song song với Bing và
Yahoo, tuy nhiên phải tìm bằng ing trước khi tìm bằng Yahoo.

Loop(10)
add()

Break

[y > 0]
add()

Hình 2.7 Phân đoạn Break.


12

Par
1a: searchGoogle()

2: readResult()
1b: searchBing()
3: readResult()

1c: searchYahoo()
4: readResult()

Hình 2.8 Phân đoạn Par.

Seq
Search_google()

search_bing()

Search_yahoo()

Hình 2.9 Phân đoạn Seq.

Phân đoạn tương tác tuần tự ngặt (Strict Sequencing) chỉ ra rằng phân đoạn kết
hợp biểu diễn một trình tự ngặt giữa các hành vi của các toán hạng. Hình 2.10 là ví dụ
minh họa: Tìm bằng Google, rồi đến tìm bằng ing, sau đó là Yahoo. Thứ tự các hành vi
của các toán hạng luôn tuân theo trình tự bắt buộc theo trục thời gian và không được phép
xáo trộn. Điều này tuân theo qui luật của thiết kế và thực thi trong biểu đồ tuần tự nên
phân đoạn Strict không có nhiều ý nghĩa khi đi một mình. Chỉ có ý nghĩa biểu đạt sự tuân