Software-Qualität: Testen, Analysieren und Verifizieren von Software
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| Language: | German |
| Published: |
Heidelberg
Spektrum, Akad. Verl.
2009
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Titel: Software-Qualität
Autor: Liggesmeyer, Peter
Jahr: 2009
1 Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 1
1.1 Motivation 2
1.2 Terminologie und Begriffsdefinitionen 5
1.3 Stand der Technik 10
1.3.1 Oualitätsmanagement 10
1.3.1.1 Kontinuierliche Ansätze 13
1.3.1.2 Modellbasierte Ansätze 16
1.3.1.3 Unterstützende Techniken 28
1.3.2 Software-Qualitätssicherung 30
1.3.3 Hardware-Qualitätssicherung 32
1.3.4 Qualitätssicherung softwareintensiver Systeme 35
1.4 Einordnung und Klassifikation der Prüftechniken 37
1.41 Dynamischer Test 39
1.42 Statische Analyse 43
1.4.3 Formale Techniken: Symbolischer Test und formale Beweisverfahren 44
1.5 Organisation 46
Checkliste 48
2 Funktionsorientierter Test 49
2.1 Eigenschaften und Ziele des funktionsorientierten Tests 50
2.2 Funktionale Äquivalenzklassenbildung 51
2.2.1 Eigenschaften und Ziele der funktionalen Äquivalenzklassenbildung 51
2.2.2 Beschreibung der funktionalen Äquivalenzklassenbildung 52
2.2.3 Bewertung der funktionalen Äquivalenzklassenbildung 57
2.3 Zustandsbasierter Test 58
2.3.1 Eigenschaften und Ziele des zustandsbasierten Tests 58
2.3.2 Beschreibung des zustandsbasierten Tests 58
2.3.3 Bewertung des zustandsbasierten Tests 64
2.4 Ursache-Wirkungs-Analyse 66
2.5 Weitere funktionsorientierte Testtechniken 73
2.5.1 Syntaxtest 73
2.5.2 Transaktionsflussbasiertes Testen 75
2.5.3 Test auf Basis von Entscheidungstabellen oder Entscheidungsbäumen 79
2.6 Bewertung des funktionsorientierten Tests 81
Checkliste 81
3 Kontrollflussorientierter, strukturorientierter Test 83
3.1 Eigenschaften und Ziele des kontrollflussorientierten Tests 84
3.2 Anweisungsüberdeckungstest 85
3.2.1 Eigenschaften und Ziele des Anweisungsüberdeckungstests 85
3.2.2 Beschreibung des Anweisungsüberdeckungstests 86
3.2.3 Bewertung des Anweisungsüberdeckungstests 87
3.3 Zweigüberdeckungstest 88
IX
331 Eigenschaften und Ziele des Zweigüberdeckungstests 88
33.2 Beschreibung des Zweigüberdeckungstests 88
333 Problematiken des Zweigüberdeckungstests 90
33.4 Bewertung des Zweigüberdeckungstests 91
3.4 Bedingungsüberdeckungstest 93
3.4.1 Eigenschaften und Ziele des Bedingungsüberdeckungstests 93
3.4.2 Einfacher Bedingungsüberdeckungstest 95
3.43 Bedingungs-/Entscheidungsüberdeckungstest 99
3.4.4 Minimaler Mehrfach-Bedingungsüberdeckungstest 101
3.4.5 Modifizierter Bedingungs-/Entscheidungsüberdeckungstest 106
3.4.6 Mehrfach-Bedingungsüberdeckungstest 111
3.4.7 Problematiken 114
3.4.8 Bewertung des Bedingungsüberdeckungstests 117
3.5 Techniken für den Test von Schleifen 117
3.5.1 Eigenschaften und Ziele 117
3.5.2 Strukturierter Pfadtest und boundary interior-Pfadtest 118
3.5.2.1 Beschreibung 118
3.5.2.2 Modifizierte boundary interior-Testtecbmk 124
3.5.23 Bewertung 128
3.53 LCSAJ-Test 132
3.53.1 Eigenschaften und Ziele des LCSAJ-Tests 132
3.53.2 Erweiterungen 134
3.533 Bewertung des LCSAJ-Tests 136
3.6 Pfadüberdeckungstest 136
3.6.1 Eigenschaften und Ziele des Pfadüberdeckungstests 136
3.6.2 Bewertung des Pfadüberdeckungstests 137
3.7 Bewertung des kontrollflussorientierten Tests 138
Checkliste 138
4 Datenflussorientierter, strukturorientierter Test 141
4.1 Eigenschaften und Ziele des datenflussorientierten Tests 142
4.2 Defs/Uses-Test 144
43 Required k-Tuples Test 163
4.4 Datenkontext-Überdeckung 171
4.5 Bewertung des datenflussorientierten Tests 177
Checkliste 178
5 Spezielle dynamische Testtechniken 179
5.1 Diversifizierender Test 180
5.1.1 Eigenschaften und Ziele des diversifizierenden Tests 180
5.1.2 Back to Back-Test 180
5.1.2.1 Eigenschaften und Ziele des Back to Back-Tests 180
5.12.2 Beschreibung des Back to Back-Tests 181
5.1.2.3 Bewertung des Back to Back-Tests 183
5.13 Mutationen-Test 185
5.1.3.1 Eigenschaften und Ziele des Mutationen-Tests 185
* Inhaltsverzeichnis
5.1.3-2 Beschreibung des Mutationen-Tests 185
5-1.3.3 Bewertung des Mutationen-Tests 191
5-1.4 Regressionstest 192
51.4.1 Eigenschaften und Ziele des Regressionstests 192
5-1.4-2 Beschreibung des Regressionstests 192
51.4.3 Bewertung des Regressionstests 194
5-1-5 Bewertung des diversifizierenden Tests 195
5.2 Bereichstest (Domain Testing) 195
52.1 Eigenschaften und Ziele der Bereichstests 195
52.2 Pfadbereichstest 196
5.2.3 Test fehleroffenbarender Unterbereiche 203
52.4 Partition-Analyse 206
5.2.5 Bewertung der Bereichstests 208
53 Zufallstest 208
5-4 Errorguessing 210
5.5 Verwendung von Zusicherungen 211
5.6 Bewertung 213
Checkliste 214
6 Modellbasiertes Testen 215
6.1 Eigenschaften und Ziele des modellbasierten Tests 216
6.2 Beschreibung des modellbasierten Tests 218
6.2.1 Charakterisierung verschiedener Modelltypen 218
6.2.1.1 Zustandsautomaten 220
6.2.1.2 Vor- und Nachbedingungen 221
6.2.1.3 Temporallogiken ¦ • 223
6.2.1.4 Markov-Ketten 225
6.2.1.5 Prozesskalküle 227
6.3 Bewertung des modellbasierten Tests 229
Checkliste 230
7 Software-Messung 231
7.1 Eigenschaften und Ziele der Software-Messung 232
7.2 Maße und Metriken 233
73 Maßtypen 234
7.4 Forderungen an Maße 236
75 Maßskalen 237
7.5.1 Grundlagen 237
7.5.2 Skalendiskussion 240
75.2.1 DieOrdinalskala 240
7-5.2.2 Die Rationalskala 241
7.5.2.3 Die empirische Relation 242
7.6 Datenerfassung für Maßsysteme 244
7.7 Zielgerichte Definition von Maßen 245
7.8 Auswertung von Messungen 245
7.8.1 Darstellung von Messwerten 247
Inhaltsverzeichnis | XI
7.8.2 Auswertung mit Erfahrungswissen 251
7.8.3 Auswertung mit statistischen Techniken 253
7.9 Wichtige Maße für Software 255
7.9.1 Die zyklomatische Komplexität 256
7.9.2 Die Halstead-Maße 260
7.93 Das Maß Live Variables 262
7.9.4 Das Maß „Variablenspanne" 263
7.9.5 Die MTBF 263
7.10 Fallstudie zur Software-Messung 263
7.11 Bewertung der Software-Messung 266
Checkliste 268
8 Werkzeugunterstiitrte statische Codeanalyse 269
8.1 Eigenschaften und Ziele der werkzeugunterstützten statischen Codeanalyse 270
8.2 Stilanalyse 271
8.2.1 Eigenschaften und Ziele der Stilanalyse 271
8.2.2 Prüfung der Einhaltung von Programmierkonventionen 272
8.2.3 Bewertung der Stilanalyse 275
8.3 Diagramme und Tabellen 276
8.3.I Eigenschaften und Ziele der Nutzung von Diagrammen und Tabellen 276
8.32 Diagramme 276
8.3.2.1 Kontrollflussgraph 277
8.3-2.2 Programmablaufplan 281
8.3.2.3 Nassi-Shneiderman-Diagramm 282
8.32.4 Strukturdiagramm 282
8.3.3 Tabellen 284
8.3.4 Bewertung der Nutzung von Diagrammen und Tabellen 285
8.4 Slicing 285
8.4.1 Eigenschaften und Ziele des Sliängs 285
8.4.2 Statisches Slicing 286
8.4.3 Dynamisches Slicing 289
8.4.4 Bewertung des Slicings 291
8.5 Datenflussanomalieanalyse 292
8.5.1 Eigenschaften und Ziele der Datenflussanomalieanalyse 292
8.5.2 Durchführung der Datenflussanomalieanalyse 293
8.5.3 Mögliche Probleme der Datenflussanomalieanalyse und ihre Behebung 298
8.5.4 Bewertung der Datenflussanomalieanalyse 302
8.6 Bewertung der werkzeugunterstützten statischen Codeanalyse 303
Checkliste 303
9 Software-Inspektionen und Reviews 305
9.1 Eigenschaften und Ziele von Software-Inspektionen und Reviews 306
9.2 Formale Inspektionstechniken 308
9.2.1 Eigenschaften und Ziele der formalen Inspektionstechniken 308
9.2.2 Beschreibung der formalen Inspektionstechniken 308
9.2.3 Bewertung der formalen Inspektionstechniken 315
X" J Inhaltsverzeichnis
93 Konventionelles Review in Sitzungstechnik: Structured Walkthrough 317
9.4 Review in Kommentartechnik 318
9.5 Bewertung von Software-Inspektionen und Reviews 318
Checkliste 319
10 Formale Techniken: Symbolischer Test und formaler Korrektheitsbeweis 321
10.1 Eigenschaften und Ziele der formalen Techniken 322
10.2 Symbolischer Test 322
10.2.1 Eigenschaften und Ziele des symbolischen Tests 322
10.2.2 Beschreibung des symbolischen Tests 325
10.2.3 Bewertung des symbolischen Tests 333
10.3 Formaler Korrektheitsbeweis 335
10.3.1 Eigenschaften und Ziele des formalen Korrektheitsbeweises 335
10.3.2 Zusicherungsverfahren 335
10.3.2.1 Das Floyd'sche Verifikationsverfahren 335
10.3.2.2 Der Hoare-Kalkül 344
10.3.3 Totale Korrektheit 349
10.3.4 Algebraische Techniken 351
10.3.5 Automatenbasierte Techniken 354
10.3.6 Bewertung des formalen Korrektheitsbeweises 357
10.4 Bewertung der formalen Techniken 358
Checkliste 360
11 Prozesse und Prüfstrategien 361
11.1 Eigenschaften und Ziele 362
11.2 Software-Entwicklungsprozesse 362
11.3 Die Entwicklung 364
11.3.1 Die Analyse 368
11.3.2 Der Entwurf 369
11.3.3 Die Implementierung 370
11.4 Die Prüfung 370
11.4.1 Die Modulprüfung 371
11.4.2 Die Integration und die Integrationsprüfung 372
11.43 Die Systemprüfung 376
11.5 Organisatorische Aspekte 378
11.6 Dokumentation und Auswertung der Prüfung 381
11.7 Standards 382
11.7.1 Bedeutung von Standards 382
11.7.2 Prozessorientierte Standards 385
11.7.2.1 DIN EN ISO 9001 und V-Modell 385
11.7.2.2 ISO/IEC 15504: SPICE 385
11.7.2.3 AOAP-Century-Standards 386
11.7.3 Anwendungsbereichsunabhängige technische Standards: Der Standard IEC 61508 386
11.7.4 Anwendungsbereichsspezifische technische Standards 387
11.7.4.1 DIN EN 50128 387
11.7.4.2 RTCA/DO 178B 388
Inhaltsverzeichnis ( XIII
11.8 Bewertung 389
Checkliste 389
12 Werkzeuge 391
12.1 Eigenschaften und Ziele der Nutzung von Werkzeugen 392
12.2 Werkzeugtypen 393
12.2.1 Dynamische Testwerkzeuge 393
12.2.2 Statische Analysewerkzeuge 397
12.2.3 Formale Verifikationswerkzeuge 398
12.2.4 Modellierende und analysierende Werkzeuge 399
12.3 Verfügbarkeit von Werkzeugen 401
12.3.1 Abdeckung von Techniken durch Werkzeuge 401
12.3.2 Abdeckung von Programmiersprachen durch Werkzeuge 402
12.3.3 Abdeckung von Entwicklungs- und Zielplattformen durch Werkzeuge 402
12.4 Informationsquellen über Werkzeuge 403
12.5 Bewertung der Nutzung von Werkzeugen 403
Checkliste 404
13 Prüfen von objektorientierter Software 407
13.1 Eigenschaften und Ziele des Prüfens von objektorientierter Software 408
13.2 Hinweise für die objektorientierte Entwicklung 410
13.3 Objektorientierter Modultest 411
13.3.1 Klassentest als objektorientierter Modultest 412
13.3.2 Ein Ansatz für die Überprüfung von Klassen 413
13.33 Funktionsorientierter Test 415
13.33.1 Zustandsbasierter Test von Operationssequenzen 415
13332 Funktionsorientierte Äquivalenzklassenbildung für den Test von Operationen 417
13.3.4 Strukturorientierter Test 417
13.3.4-1 KontrollflussorientierterTest 419
13.3.4.2 Datenflussorientierter Test 421
13.3.5 Formale Spezifikationen zur Unterstützung des objektorientierten Prüfens 422
13.3.6 Test von parametrisierten Klassen 426
13.3.7 Test von Unterklassen und Regressionstests 427
13-4 Objektorientierter Integrationstest 428
13.4.1 Integrationstest von Basisklassen 428
13.4.2 Integrationstest und Vererbung 430
13.4.2.1 Integrationstest von Vererbung bei dienstanbietenden Klassen 431
134.2.2 Integrationstest von Vererbung bei dienstnutzenden Klassen 432
13.4.2.3 Integrationstest von Vererbung bei dienstnutzenden und dienstanbietenden Klassen . 433
13.42.4 Integrationstest und Testumgebungen 434
13.5 Objektorientierter Systemtest 435
13.6 Bewertung des Prüfens von objektorientierter Software 437
Checkliste 43g
14 Prüfen von eingebetteter Software 43g
14.1 Eigenschaften und 2ieie des Prüfens von eingebetteter Software 440
14.2 Wichtige Eigenschaften von eingebetteter Software 440
XIV | Inhaltsverzeichnis
14-2.1 Sicherheitskritikalität 440
14.2.2 Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit 441
14.2.3 Echtzeitfähigkeit 443
14.3 Dynamisches Testen von sicherheitskritischer Software 443
14.4 Sicherheits- und Zuverlässigkeitsmodellierung 445
14.4.I Eigenschaften und Ziele der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsmodellierung 445
14-4.2 Software-FMECA 446
14.4.3 Fehlerbaumanalyse 447
14.4.4 Markov-Modellierung 451
14.4.5 Bewertung der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsmodellierung 452
14.5 Stochastische Software-Zuverlässigkeitsanalyse 453
14.5.1 Eigenschaften und Ziele der stochastischen Software-Zuverlässigkeitsanalyse 453
14.5.2 Grundlagen der stochastischen Zuverlässigkeitsanalyse 454
14.5.3 Hardware- und Software-Zuverlässigkeitsanalyse im Vergleich 460
14.5.4 Software-Zuverlässigkeitsmodelle 463
14.5.4.1 Bestimmung von Modellparametern 463
145-4.2 Modellauswahl 467
14.5.5 Beispiel eines Modells: Musas elementares Ausführungszeiten-Modell 471
14.5.5.1 Modellbildung 472
14.5.5.2 Beispiele für die Modellierung 475
14.5.6 Bewertung der stochastischen Software-Zuverlässigkeitsanalyse 476
14.6 Bewertung des Prüfens von eingebetteter Software 478
Checkliste 479
15 Ein Praxisleitfaden 481
15.1 Organisatorische Hinweise 482
15.2 Technische Hinweise 483
15.2.1 Eine einfache praxisgeeignete Prüfstrategie 485
15.2.2 Beachtung spezieller Anforderungen 487
15.3 Zusammenfassung 489
Checkliste 490
Literaturverzeichnis 493
Glossar 509
Index 521
Inhaltsverzeichnis j XV |
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