Модульное и интеграционное тестирование

Интеграционное тестирование

Интеграционное тестирование - это тестирование части системы, состоящей из двух и более модулей. Основная задача интеграционного тестирования - поиск дефектов, связанных с ошибками в реализации и интерпретации интерфейсного взаимодействия между модулями.

С технологической точки зрения интеграционное тестирование является количественным развитием модульного, поскольку так же, как и модульное тестирование, оперирует интерфейсами модулей и подсистем и требует создания тестового окружения, включая заглушки ( Stub ) на месте отсутствующих модулей. Основная разница между модульным и интеграционным тестированием состоит в целях, то есть в типах обнаруживаемых дефектов, которые, в свою очередь, определяют стратегию выбора входных данных и методов анализа. В частности, на уровне интеграционного тестирования часто применяются методы, связанные с покрытием интерфейсов, например, вызовов функций или методов, или анализ использования интерфейсных объектов, таких как глобальные ресурсы, средства коммуникаций, предоставляемых операционной системой.

Рис. 5.1. Пример структуры комплекса программ

На Рис. 5.1 приведена структура комплекса программ K, состоящего из оттестированных на этапе модульного тестирования модулей M1, M2, M11, M12, M21, M22. Задача, решаемая методом интеграционного тестирования, - тестирование межмодульных связей, реализующихся при исполнении программного обеспечения комплекса K. Интеграционное тестирование использует модель "белого ящика" на модульном уровне. Поскольку тестировщику текст программы известен с детальностью до вызова всех модулей, входящих в тестируемый комплекс, применение структурных критериев на данном этапе возможно и оправдано.

Интеграционное тестирование применяется на этапе сборки модульно оттестированных модулей в единый комплекс. Известны два метода сборки модулей:

• Монолитный, характеризующийся одновременным объединением всех модулей в тестируемый комплекс
• Инкрементальный, характеризующийся пошаговым (помодульным) наращиванием комплекса программ с пошаговым тестированием собираемого комплекса. В инкрементальном методе выделяют две стратегии добавления модулей:
  • "Сверху вниз" и соответствующее ему нисходящее тестирование.
  • "Снизу вверх" и соответственно восходящее тестирование.

Особенности монолитного тестирования заключаются в следующем: для замены неразработанных к моменту тестирования модулей, кроме самого верхнего ( К на Рис. 5.1), необходимо дополнительно разрабатывать драйверы ( test driver ) и/или заглушки ( stub ) [ 9 ] , замещающие отсутствующие на момент сеанса тестирования модули нижних уровней.

Сравнение монолитного и инкрементального подхода дает следующее:

• Монолитное тестирование требует больших трудозатрат, связанных с дополнительной разработкой драйверов и заглушек и со сложностью идентификации ошибок, проявляющихся в пространстве собранного кода.
• Пошаговое тестирование связано с меньшей трудоемкостью идентификации ошибок за счет постепенного наращивания объема тестируемого кода и соответственно локализации добавленной области тестируемого кода.
• Монолитное тестирование предоставляет большие возможности распараллеливания работ особенно на начальной фазе тестирования.

Особенности нисходящего тестирования заключаются в следующем: организация среды для исполняемой очередности вызовов оттестированными модулями тестируемых модулей, постоянная разработка и использование заглушек, организация приоритетного тестирования модулей, содержащих операции обмена с окружением, или модулей, критичных для тестируемого алгоритма.

Например, порядок тестирования комплекса K (Рис. 5.1) при нисходящем тестировании может быть таким, как показано в примере 5.3, где тестовый набор, разработанный для модуля M_i, обозначен как XY_i = (X, Y)_i

1)  K->XYK 
2)  M1->XY1 
3)  M11->XY11  
4)  M2->XY2
5)  M22->XY22
6)  M21->XY21
7)  M12->XY12

Недостатки нисходящего тестирования:

• Проблема разработки достаточно "интеллектуальных" заглушек, т.е. заглушек, пригодных к использованию при моделировании различных режимов работы комплекса, необходимых для тестирования
• Сложность организации и разработки среды для реализации исполнения модулей в нужной последовательности
• Параллельная разработка модулей верхних и нижних уровней приводит к не всегда эффективной реализации модулей из-за подстройки (специализации) еще не тестированных модулей нижних уровней к уже оттестированным модулям верхних уровней

Особенности восходящего тестирования в организации порядка сборки и перехода к тестированию модулей, соответствующему порядку их реализации.

Например, порядок тестирования комплекса K (Рис. 5.1) при восходящем тестировании может быть следующим (пример. 5.4).

1)  M11->XY11 
2)  M12->XY12 
3)  M1->XY1 
4)  M21->XY21  
5)  M2(M21, Stub(M22))->XY2
6)  K(M1, M2(M21, Stub(M22)) ->XYK 
7)  M22->XY22
8)  M2->XY2
9)  K->XYK

Недостатки восходящего тестирования:

• Запаздывание проверки концептуальных особенностей тестируемого комплекса
• Необходимость в разработке и использовании драйверов

Особенности интеграционного тестирования для процедурного программирования

Процесс построения набора тестов при структурном тестировании определяется принципом, на котором основывается конструирование Графа Модели Программы (ГМП). От этого зависит множество тестовых путей и генерация тестов, соответствующих тестовым путям.

Первым подходом к разработке программного обеспечения является процедурное (модульное) программирование. Традиционное процедурное программирование предполагает написание исходного кода в императивном (повелительном) стиле, предписывающем определенную последовательность выполнения команд, а также описание программного проекта с помощью функциональной декомпозиции. Такие языки, как Pascal и C, являются императивными. В них порядок исходных строк кода определяет порядок передачи управления, включая последовательное исполнение, выбор условий и повторное исполнение участков программы. Каждый модуль имеет несколько точек входа (при строгом написании кода - одну) и несколько точек выхода (при строгом написании кода - одну). Сложные программные проекты имеют модульно-иерархическое построение [ 5 ] , и тестирование модулей является начальным шагом процесса тестирования ПО. Построение графовой модели модуля является тривиальной задачей, а тестирование практически всегда проводится по критерию покрытия ветвей C1, т.е. каждая дуга и каждая вершина графа модуля должны содержаться, по крайней мере, в одном из путей тестирования.

Таким образом, M(P,C1) = E N_ij, где Е - множество дуг, а N_ij - входные вершины ГМП.

Сложность тестирования модуля по критерию С1 выражается уточненной формулой для оценки топологической сложности МакКейба [ 10 ] :

V(P,C1) = q + k_in, где q - число бинарных выборов для условий ветвления, а k_in - число входов графа.

Для интеграционного тестирования наиболее существенным является рассмотрение модели программы, построенной с использованием диаграмм потоков управления. Контролируются также связи через данные, подготавливаемые и используемые другими группами программ при взаимодействии с тестируемой группой. Каждая переменная межмодульного интерфейса проверяется на тождественность описаний во взаимодействующих модулях, а также на соответствие исходным программным спецификациям. Состав и структура информационных связей реализованной группы модулей проверяются на соответствие спецификации требований этой группы. Все реализованные связи должны быть установлены, упорядочены и обобщены.

При сборке модулей в единый программный комплекс появляется два варианта построения графовой модели проекта:

• Плоская или иерархическая модель проекта (например, Рис. 4.2, Рис. 4.3).
• Граф вызовов.

Если программа P состоит из p модулей, то при интеграции модулей в комплекс фактически получается громоздкая плоская (Рис. 4.2) или более простая - иерархическая (Рис. 4.3) - модель программного проекта. В качестве критерия тестирования на интеграционном уровне обычно используется критерий покрытия ветвей C1. Введем также следующие обозначения:

Тогда сложность интеграционного тестирования всей программы P по критерию C1 может быть выражена формулой [ 17 ] :

Однако при подобном подходе к построению ГМП разработчик тестового набора неизбежно сталкивается с неприемлемо высокой сложностью тестирования V(P,C) для проектов среднего и большого объема (размером в 10⁵ - 10⁷ строк) [ 18 ] , что следует из роста топологической сложности управляющего графа по МакКейбу. Таким образом, используя плоскую или иерархическую модель, трудно дать оценку тестированности TV(P,C,T) для всего проекта и оценку зависимости тестированности проекта от тестированности отдельного модуля TV(Mod_i,C), включенного в этот проект.

Рассмотрим вторую модель сборки модулей в процедурном программировании - граф вызовов. В этой модели в случае интеграционного тестирования учитываются только вызовы модулей в программе. Поэтому из множества M(Mod_i,C) тестируемых элементов можно исключить те элементы, которые не подвержены влиянию интеграции, т. е. узлы и дуги, не соединенные с вызовами модулей: где или n_j содержит вызовы модулей}, т.е. E' - подмножество ребер графа модуля, а N_in - "входные" узлы графа [ 17 ] . Эта модификация ГМП приводит к получению нового графа - графа вызовов, каждый узел в этом графе представляет модуль (процедуру), а каждая дуга - вызов модуля (процедуры). Для процедурного программирования подобный шаг упрощает графовую модель программного проекта до приемлемого уровня сложности. Таким образом, может быть определена цикломатическая сложность упрощенного графа модуля Mod_i как V'(Mod_i,C'), а громоздкая формула, выражающая сложность интеграционного тестирования программного проекта, принимает следующий вид [ 19 ] :

Так, для программы, ГМП которой приведена на Рис. 4.2, для получения графа вызовов из иерархической модели проекта должны быть исключены все дуги, кроме:

1. Дуги 1-2, содержащей входной узел 1 графа G.
2. Дуг 2-8, 8-7, 7-10, содержащих вызов модуля G1.
3. Дуг 2-9, 9-7, 7-10, содержащих вызов модуля G2.

В результате граф вызовов примет вид, показанный на Рис. 5.2, а сложность данного графа по критерию C1' равна:

V'(G,C1') = q + Kext =1+1=2.

V'(Mod_i,C') также называется в литературе сложностью модульного дизайна (complexity of module design) [ 19 ] .

Рис. 5.2. Граф вызовов модулей

Сумма сложностей модульного дизайна для всех модулей по критерию С1 или сумма их аналогов для других критериев тестирования, исключая значения модулей самого нижнего уровня, дает сложность интеграционного тестирования для процедурного программирования [ 20 ] .