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LE PROJET INKAB.Botella
Thalès Systèmes Aeroportés
Objectifs : Logiciel INKA
générateur automatique de cas de test structurel pour C et C++
5 partenaires : THALES SA
AXLOG Ingénierie
I3S - Université de Nice Sophia Antipolis
LIFC - Université de Franche Comté
LSR - Université de Grenoble
Durée : 24 mois (01/2001 --> 01/2003)
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Cycle en VValidation en volValidation en vol
Validation sur bancValidation sur banc
Validation
Globale
Conception
Globale
Codage
Test Unitaires
(et d’Intégration)
Tests du Logiciel /
Fonction
opérationnelle
Exigences
Modèle UML
Modèle UML
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Stratégies de test
Cas de test Sorties
Test fonctionnel : basé sur l’étude des spécifications
Test structurel : basé sur l ’analyse du programme
Cas de test Sorties
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Specification :returns the product of i by j
(i = 0, j = 0) --> 0(i = 10, j = 100) -->1000…
--> OK
prod(int i,int j ) {
int k ;if( i==2 )
k := i << 1 else(faire i fois l ’addition de j) return k ;
}
Functional testing
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Structural testing is indispensable !
Undetected fault byfunctional testingpatch -> k := j << 1
Specification :returns the product of i by j
(i = 0, j = 0) --> 0(i = 10, j = 100) --> 1000
prod(int i,int j ) {
int k ;if( i==2 )
k := i << 1 else(faire i fois l ’addition de j) return k ;
}
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Graphe de flot de contrôle
f( int i ) { j := ... if( Condition1 ) j := ...
if( Condition2 ) j := ...
return j }
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f( int i ) { j := ... if( Condition1 ) j := ...
if( Condition2 ) j := ...
return j }
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Graphe de flot de contrôle
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f( int i ) { j := ... if( Condition1 ) j := ...
if( Condition2 ) j := ...
return j }
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Graphe de flot de contrôle
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f( int i ) { j := ... if( Condition1 ) j := ...
if( Condition2 ) j := ...
return j }
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Graphe de flot de contrôle
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Test Structurel
Couvrir au moins toutes les branches (Modified Conditions Decision Criterium )
Tache difficile et pénible
Automatisation => Gain de temps et d ’argent
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Génération « manuelle » de cas de test : exemple
f( int i ) { j := 2 if( i 16 ) j := j * i if( j > 8)
j := 0
return j }
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valeur du paramètre i ?
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f( int i ) { j := 2 if( i 16 ) j := j * i if( j > 8)
j := 0
return j }
valeur de i ?
J > 8supposons I > 16 I > 16 => J = 2 or J > 8 --> impossiblesoit I > 16 soit I 16--> I 16(I 16) => J = 2 * Ior J > 8 et I 16--> 4 < I 16 choix : I = 5
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Principe
•Transformer le programme à tester en un système de contraintes.
•Utiliser la programmation par contraintes pour poser et résoudre des objectifs de test
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Principe Technique
Entrees Sorties
+Point sélectionné
Programme à contraintes
Entrées Sorties+Requête
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Modélisation d ’une affectation
i := i + 1 i2 = i1 + 1
f( int i ) { j := 2 if( i 16 ) j := j * i if( j > 8)
j := 0
return j }
Inconnue : i0
j0 = 2 if( i0 16 ) j1 = j0 * i0
j2 = j1
else j2 = j0
if( j2 > 8) j3 = 0
else j3 = j2
r = j3
Inconnue : r
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Modélisation d ’une condition
Cond => j1 = j0* i0 j2 = j1
Cond => j2 = j0
(j1 = j0* i0 j2 = j1 ) => ( Cond j2 = j0 )
(j2 = j0 ) => ( Cond j1 = j0* i0 j2 = j1)
if( Cond )
j1 = j0* i0
j2 = j1 j2 = j0
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Système de contraintes
Inconnue : i0
j0 = 2
i0 16 => (j1 = j0 * i0 j2 = j1)
i0 > 16 => j2 = j0
(j1 = j0* i0 j2 = j1 ) => (i0 > 16 j2 = j0)(j2 = j0 ) => (i0 16 j1 = j0* i0 j2 = j1)
j2 > 8 => j3 = 0 j2 8 => j3 = j2
(j3 = 0) => (j2 8 j3 = j2) (j3 = j2) => (j2 > 8 j3 = 0)
r = j3
Inconnue : r
Inconnue : i0
j0 = 2 if( i0 16 ) j1 = j0 * i0
j2 = j1
else j2 = j0
if( j2 > 8) j3 = 0
else j3 = j2
r = j3
Inconnue : r
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Exploitation du système de contraintes
Inconnue : i0
j0 = 2 i0 16 => (j1 = j0 * i0 j2 = j1)
i0 > 16 => j2 = j0
(j1 = j0* i0 j2 = j1 ) => (i0 > 16 j2 = j0)(j2 = j0 ) => (i0 16 j1 = j0* i0 j2 = j1)
j2 > 8 => j3 = 0 j2 8 => j3 = j2
(j3 = 0) => (j2 8 j3 = j2) (j3 = j2) => (j2 > 8 j3 = 0)
r = j3
Inconnue : r
i0 = 18
i0 = 4
2 r 8
r = 12
r = 8
r = 2
impossible
1 i0 4
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Sélection d’un point
Utilisation des dépendances de contrôle [Ferrante et al. TOPLAS’87]
= ensemble de conditions à vérifier
Condition4 Condition2 Condition1
Contraintes issues du Programme CLP
v
f
f
v
v
v
Condition1
Condition2
Condition4
Condition3
8
2
3
4
5 6
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Génération de cas de test
f( int i ) { j := 2 if( i 16 ) j := j * i if( j > 8)
j := 0
return j }
Inconnue : i0
j0 = 2 i0 16 => (j1 = j0 * i0 j2 = j1)
i0 > 16 => j2 = j0
(j1 = j0* i0 j2 = j1 ) => (i0 > 16 j2 = j0)(j2 = j0 ) => (i0 16 j1 = j0* i0 j2 = j1)
j2 > 8 => j3 = 0 j2 8 => j3 = j2
(j3 = 0) => (j2 8 j3 = j2) (j3 = j2) => (j2 > 8 j3 = 0)
r = j3
Inconnue : r
J2 > 8
4 < i0 16
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Projet INKA : Historique
1995 : Début de la Recherche sur les extensions du produit d’exécution de test DEVISOR ( Dassault Electronique)
1996 : Génération automatique de cas de test, basée sur l’utilisation de la Programmation par Contraintes [GL96]
1998 : Premier prototype pour C-, publications [ISSTA98, CL00]
2000 : Soutenance Thèse Arnaud Gotlieb
2000 : Labelisation RNTL pour industrialiser ces résultats
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InKa : sous-projets
sp5 : Management (Thalès)
sp1 : Industrialisation (Axlog, Thalès)
sp2 : extension aux
flottants(I3S, Thalès)
sp3 : extension aux
structures dynamiques
(LIFC, Thalès)
sp4 : extension au
test d ’integration(LSR, Thalès)
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Industrialisation : Version V1
•traite le langage C
•les types « entiers »
•les pointeurs sans allocation dynamique
•les structures, les tableaux
•visualisation de la couverture
•génération pour toutes_les_instructions , toutes_les_branches
•expression de contraintes sur les données de tests
•gestion des bouchons
•interface : import/export de jeux de tests au format XML
•…. UNE DEMO !
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Extension aux flottants (problématique)I3S (Michel Rueher, Claude Michel),TSA
x := a + b <-----------------------------------------------------> X = A + B
calcul approximé <----------------------------------> résolution exacte
X in [Xi,Xs], A in [Ai,As], B in [Bi,Bs]
X <- A + B
A <- X - B (fausse)
B<- X - A (fausse)
on ne peut pas utiliser directement un solveur sur les réels
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Extension aux flottants (résultats)
FP-Box-consistance : utilisation heuristique des algos de consistance sur les réels
FP-2B-consistance : adaptation spécifique de la consistance de bornes aux cas des flottants (étude des fonctions de projections directes et inverses pour les opérations arithmétiques et de conversion)
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Extension aux structures dynamiques (problématique)LIFC (Legeard, Bouquet, Ambert, Gaspari, Parreaux)TSA
1 variable du programme <-------> 1 var log pour chaque modif.
Si modif via pointeur <------------------------------------> var logique ?
i:=i+1; ---------> I2=I1 +1
*p := 3; -----------> (*p)1=3 (impact sur i ?)
j:= i + 2; -----------> J1 = I? + 2
Ajout de contraintes gardées reposant sur l ’analyse statique des relations de pointage :
p pointe_vers i -> I3=3 ; I3=I2
p pointe_vers k -> K1=3; K1=K0
…
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Extension aux structures dynamiques (résultats)
•Introduction d ’inconnues représentant un état de la mémoire = (ensemble de couples Adresse-Valeur)•Définition d ’une couche de contrainte intermédiaire (ajout, accès, maj) sur ces états
i:=i+1 -----------------------------------> acces(ad(i),M1,I1)
I2 = I1 + 1
maj(M2,M1,ad(i),I2)
*p:=3 -------------------------------------> acces(ad(p),M2,P1)
EP1 = 3
maj(M3,M2,P1,EP1),
j:=i + 2 ------------------------------------> acces(ad(i),M3,I3),
J4 = I3 + 2
maj(M4,M3,ad(j),J4)
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Extension au test d’intégration (problématique)LSR (Ioannis Parissis, Karim-Cyril Griche)TSA
Test unitaire des fonctions de haut niveau en utilisant le code des fonctions de niveau inférieur
comment éviter l ’explosion d ’INKA?
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Extension au test d’intégration (résultats)
1/ Utilisation du contexte d ’appel pour simplifier la fonction appelée
2/ Création automatique de modèles partiels d ’une fonction,
Affectation de poids caractéristiques du coût à ces modèles, Utilisation successive de ces modèles (à partir du moins coûteux)
3/Paramètrage du solveur d ’INKA pour limiter l ’utilisation du modèle d ’une fonction appelée lors de l ’évaluation des contraintes if et while
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Poursuite du développement d ’INKA
Développement de la version V2 en cours
•intégration des extensions flottants et pointeurs•prise en compte de C++ (sauf aspects dynamiques, templates,..)•critère MC/DC•...
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Autres applications de la modélisation du programme en contraintes
Projet DANOCOPS (label RNTL 2002) : Détection automatique de Non-Conformités Programme-Spécification
Automatic Metamorphic Testing, Gotlieb & Botella COMPSAC ’03
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Le projet DANOCOPS
Programme
Système de contraintes
InKa
Spécifications
Système de contraintes Λ Confrontation
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Danocops : Exemple Non-conformité d ’une méthode vis à vis d’un invariant
Soit un invariant Inv sur la classe C,
Soit une méthode F de la classe C,
On recherche :
S(Invavant) Λ S(F) Λ ¬S(Invaprès)
Trois possibilités :>Échoue pas de défaut
>Réussit cas de défaut
>Time Out ne sait pas
S(Invavant) Λ S(F) Λ S(Invaprès)
Trois possibilités :>Échoue que des défauts
>Réussit cas normal
>Time Out ne sait pas
ET
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Automatic Metamorphic Testing
•Pas d ’oracle•Connaissance de propriétés du programme vis à vis de ses entrées
Exemple commutativité des entrées : min(X,Y) = min(Y,X)
Metamorphic Testing : choisir X et Y et vérifier la propriété.
Automatic Metamorphic Testing
Chercher X et Y tels que {R=min(X,Y) , R1=min(Y,X), R<>R1}
Echoue -> la propriété est vérifiée
Reussit -> cas de test provoquant une erreur dans le programme
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INKA : A comparison
function trityp
Jtest / C++test Parasoft : 63 % in 30s
Inka prototype : 100% in 3s
(random generation : 86% in 30s)
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36Temps requis pour générer un cas de test
5
15
10
Temps CPU (sec)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22Numérosommet
Aléatoire
+5h
Succès sur les sommets difficiles à atteindre
InKa
Programme Trityp.c
