Методы контроля качества

Как контролировать качество системы? Как точно узнать, что программа делает именно то, что нужно, и ничего другого? Как определить, что она достаточно надежна, переносима, удобна в использовании? Ответы на эти вопросы можно получить с помощью процессов верификации и валидации.

• Верификация обозначает проверку того, что ПО разработано в соответствии со всеми требованиями к нему, или что результаты очередного этапа разработки соответствуют ограничениям, сформулированным на предшествующих этапах.

• Валидация — это проверка того, что сам продукт правилен, т.е. подтверждение того, что он действительно удовлетворяет потребностям и ожиданиям пользователей, заказчиков и других заинтересованных сторон.

Эффективность верификации и валидации, как и эффективность разработки ПО в целом, зависит от полноты и корректности формулировки требований к программному продукту.

Основой любой системы обеспечения качества являются методы его обеспечения и контроля. Методы обеспечения качества представляют собой техники, гарантирующие достижение определенных показателей качества при их применении. Мы будем рассматривать подобные методы на протяжении всего курса.

Методы контроля качества позволяют убедиться, что определенные характеристики качества ПО достигнуты. Сами по себе они не могут помочь их достижению, они лишь помогают определить, удалось ли получить в результате то, что хотелось, или нет, а также найти ошибки, дефекты и отклонения от требований. Методы контроля качества ПО можно классифицировать следующим образом:

• Методы и техники, связанные с выяснением свойств ПО во время его работы.

Это, прежде всего, все виды тестирования, а также профилирование и измерение количественных показателей качества, которые можно определить по результатам работы ПО — эффективности по времени и другим ресурсам, надежности, доступности и пр.

• Методы и техники определения показателей качества на основе симуляции работы ПО с помощью моделей разного рода.

К этому виду относятся проверка на моделях (model checking), а также прототипирование (макетирование), используемое для оценки качества принимаемых решений.

• Методы и техники, нацеленные на выявление нарушений формализованных правил построения исходного кода ПО, проектных моделей и документации.

К методам такого рода относится инспектирование кода, заключающееся в целенаправленном поиске определенных дефектов и нарушений требований в коде на основе набора шаблонов, автоматизированные методы поиска ошибок в коде, не основанные на его выполнении, методы проверки документации на согласованность и соответствие стандартам.

• Методы и техники обычного или формализованного анализа проектной документации и исходного кода для выявления их свойств.

Тестирование

Тестирование — это проверка соответствия ПО требованиям, осуществляемая с помощью наблюдения за его работой в специальных, искусственно построенных ситуациях. Такого рода ситуации называют тестовыми или просто тестами.

Тестирование — конечная процедура. Набор ситуаций, в которых будет проверяться тестируемое ПО, всегда конечен. Более того, он должен быть настолько мал, чтобы тестирование можно было провести в рамках проекта разработки ПО, не слишком увеличивая его бюджет и сроки. Это означает, что при тестировании всегда проверяется очень небольшая доля всех возможных ситуаций. По этому поводу Дейкстра (Dijkstra) заметил, что тестирование позволяет точно определить, что в программе есть ошибка, но не позволяет утверждать, что там нет ошибок.

Тем не менее, тестирование может использоваться для достаточно уверенного вынесения оценок о качестве ПО. Для этого необходимо иметь критерии полноты тестирования, описывающие важность различных ситуаций для оценки качества, а также эквивалентности и зависимости между ними. Этот критерий может утверждать, что все равно в какой из ситуаций, A или B, проверять правильность работы ПО, или, если программа правильно работает в ситуации A, то, скорее всего, в ситуации B все тоже будет правильно. Часто критерий полноты тестированиязадается при помощи определения эквивалентности ситуаций, дающей конечный набор классов ситуаций. В этом случае считают, что все равно, какую из ситуаций одного класса использовать в качестве теста. Такой критерий называют критерием тестового покрытия, а процент классов эквивалентности ситуаций, случившихся во вр емя тестирования, — достигнутым тестовым покрытием.

Таким образом, основные задачи тестирования: построить такой набор ситуаций, который был бы достаточно представителен и позволял бы завершить тестирование с достаточной степенью уверенности в правильности ПО вообще, и убедиться, что в конкретной ситуации ПО работает правильно, в соответствии с требованиями.

Тестирование — наиболее широко применяемый метод контроля качества. Для оценки многих атрибутов качества не существует других

На основе исходных данных, используемых для построения тестов, тестирование делят на следующие виды:

Тестирование черного ящика, нацеленное на проверку требований. Тесты для него и критерий полноты тестирования строятся на основе требований и ограничений, четко зафиксированных в спецификациях, стандартах, внутренних нормативных документах. Часто такое тестирование называется тестированием на соответствие (conformance testing). Частным случаем его является функциональноетестирование — тесты для него, а также используемые критерии полноты проведенного тестирования определяют на основе требований к функциональности.

Еще одним примером тестирования на соответствие является аттестационное или квалификационное тестирование, по результатам которого программная система получает (или не получает) официальный документ, подтверждающий ее соответствие определенным требованиям и стандартам.

• Тестирование белого ящика, оно же структурное тестирование — тесты создаются на основе знаний о структуре самой системы и о том, как она работает. Критерии полноты основаны на проценте элементов кода, которые отработали в ходе выполнения тестов. Для оценки степени соответствия требованиям могут привлекаться дополнительные знания о связи требований с определенными ограничениями на значения внутренних данных системы (например, на значения параметров вызовов, результатов и локальных переменных).

• Тестирование, нацеленное на определенные ошибки. Тесты для такого тестирования строятся так, чтобы гарантированно выявлять определенные виды ошибок. Полнота тестирования определяется на основе количества проверенных ситуаций по отношению к общему числу ситуаций, которые мы пытались проверить. К этому виду относится, например, тестирование на отказ (smoke testing), в ходе которого просто пытаются вывести систему из строя, давая ей на вход как обычные данные, так и некорректные, с нарочно внесенными ошибками.

Другим примером служит метод оценки полноты тестирования при помощи набора мутантов — программ, совпадающих с тестируемой всюду, кроме нескольких мест, где специально внесены некоторые ошибки. Чем больше мутантов не проходит успешно через данный набор тестов, тем полнее и качественнее проводимое с его помощью тестирование.

Еще одна классификация видов тестирования основана на том уровне, на который оно нацелено. Эти же разновидности тестирования можно связать с фазой жизненного цикла, на которой они выполняются.

• Модульное тестирование (unit testing) предназначено для проверки правильности отдельных модулей, вне зависимости от их окружения. При этом проверяется, что если модуль получает на вход данные, удовлетворяющие определенным критериям корректности, то и результаты его корректны. Для описания критериев корректности входных и выходных данных часто используют программные контракты — предусловия, описывающие для каждой операции, на каких входных данных она предназначена работать, постусловия, описывающие для каждой операции, как должны соотноситься входные данные с возвращаемыми ею результатами, и инварианты, определяющие критерии целостности внутренних данных модуля.

Модульное тестирование является важной составной частью отладочного тестирования, выполняемого разработчиками для отладки написанного ими кода.

• Интеграционное тестирование (integration testing) предназначено для проверки правильности взаимодействия модулей некоторого набора друг с другом. При этом проверяется, что в ходе совместной работы модули обмениваются данными и вызовами операций, не нарушая взаимных ограничений на такое взаимодействие, например, предусловий вызываемых операций. Интеграционное тестированиетакже используется при отладке, но на более позднем этапе разработки.

• Системное тестирование (system testing) предназначено для проверки правильности работы системы в целом, ее способности правильно решать поставленные пользователями задачи в различных ситуациях.

Системное тестирование выполняется через внешние интерфейсы ПО и тесно связано с тестированием пользовательского интерфейса(или через пользовательский интерфейс), проводимым при помощи имитации действий пользователей над элементами этого интерфейса. Частными случаями этого вида тестирования являются тестирование графического пользовательского интерфейса (Graphical User Interface, GUI) и пользовательского интерфейса Web-приложений (WebUI).

Если интеграционное и модульное тестирование чаще всего проводят, воздействуя на компоненты системы при помощи операций предоставляемого ими программного интерфейса (Application Programming Interface, API), то на системном уровне без использования пользовательского интерфейса не обойтись, хотя тестирование через API в этом случае также вполне возможно.

Основной недостаток тестирования состоит в том, что проводить его можно, только когда проверяемый элемент программы уже разработан. Снизить влияние этого ограничения можно, подготавливая тесты (а это — наиболее трудоемкая часть тестирования ) на основе требований заранее, когда исходного кода еще нет.