Результатом тестирования и верификации отдельных модулей, составляющих программную систему, должно быть заключение о том, что эти модули являются внутренне непротиворечивыми и соответствуют требованиям. Однако отдельные модули редко функционируют сами по себе, поэтому следующая задача после тестирования отдельных модулей - тестирование корректности взаимодействия нескольких модулей, объединенных в единое целое. Такое тестирование называют интеграционным. Его цель - удостовериться в корректности совместной работы компонент системы.
Интеграционное тестирование называют еще тестированием архитектуры системы. С одной стороны, это название обусловлено тем, что интеграционные тесты включают в себя проверки всех возможных видов взаимодействий между программными модулями и элементами, которые определяются в архитектуре системы - таким образом, интеграционные тесты проверяют полноту взаимодействий в тестируемой реализации системы. С другой стороны, результаты выполнения интеграционных тестов - один из основных источников информации для процесса улучшения и уточнения архитектуры системы, межмодульных и межкомпонентных интерфейсов. Т.е., с этой точки зрения, интеграционные тесты проверяют корректность взаимодействия компонент системы.
Примером проверки корректности взаимодействия могут служить два модуля, один из которых накапливает сообщения протокола о принятых файлах, а второй выводит этот протокол на экран. В функциональных требованиях к системе записано, что сообщения должны выводиться в обратном хронологическом порядке. Однако, модуль хранения сообщений сохраняет их в прямом порядке, а модуль вывода использует стек для вывода в обратном порядке. Модульные тесты, затрагивающие каждый модуль по отдельности, не дадут здесь никакого эффекта - вполне реальна обратная ситуация, при которой сообщения хранятся в обратном порядке, а выводятся с использованием очереди. Обнаружить потенциальную проблему можно только проверив взаимодействие модулей при помощи интеграционных тестов. Ключевым моментом здесь является то, что в обратном хронологическом порядке сообщения выводит система в целом, т.е., проверив модуль вывода и обнаружив, что он выводит сообщения в прямом порядке, мы не сможем гарантировать, что мы обнаружили дефект.
В результате проведения интеграционного тестирования и устранения всех выявленных дефектов получается согласованная и целостная архитектура программной системы, т.е. можно считать, что интеграционное тестирование - это тестирование архитектуры и низкоуровневых функциональных требований.
Интеграционное тестирование, как правило, представляет собой итеративный процесс, при котором проверяется функциональной все более и более увеличивающейся в размерах совокупности модулей.
Структурная классификация методов интеграционного тестирования
Как правило, интеграционное тестирование проводится уже по завершении модульного тестирования для всех интегрируемых модулей. Однако это далеко не всегда так. Существует несколько методов проведения интеграционного тестирования:
- восходящее тестирование;
- монолитное тестирование;
- нисходящее тестирование.
Все эти методики основываются на знаниях об архитектуре системы, которая часто изображается в виде структурных диаграмм или диаграмм вызовов функций. Каждый узел на такой диаграмме представляет собой программный модуль, а стрелки между ними представляют собой зависимость по вызовам между модулями. Основное различие методик интеграционного тестирования заключается в направлении движения по этим диаграммам и в широте охвата за одну итерацию.
Восходящее тестирование. При использовании этого метода подразумевается, что сначала тестируются все программные модули, входящие в состав системы и только затем они объединяются для интеграционного тестирования. При таком подходе значительно упрощается локализация ошибок: если модули протестированы по отдельности, то ошибка при их совместной работе есть проблема их интерфейса. При таком подходе область поиска проблем у тестировщика достаточно узка, и поэтому гораздо выше вероятность правильно идентифицировать дефект.
Однако, у восходящего метода тестирования есть существенный недостаток - необходимость в разработке драйвера и заглушек для модульного тестирования перед проведением интеграционного тестирования и необходимость в разработке драйвера и заглушек при интеграционном тестировании части модулей системы.
С одной стороны драйверы и заглушки - мощный инструмент тестирования, с другой - их разработка требует значительных ресурсов, особенно при изменении состава интегрируемых модулей, иначе говоря, может потребоваться один набор драйверов для модульного тестирования каждого модуля, отдельный драйвер и заглушки для тестирования интеграции двух модулей из набора, отдельный - для тестирования интеграции трех модулей и т.п. В первую очередь это связано с тем, что при интеграции модулей отпадает необходимость в некоторых заглушках, а также требуется изменение драйвера, которое поддерживает новые тесты, затрагивающие несколько модулей.
Монолитное тестирование предполагает, что отдельные компоненты системы серьезного тестирования не проходили. Основное преимущество данного метода - отсутствие необходимости в разработке тестового окружения, драйверов и заглушек. После разработки всех модулей выполняется их интеграция, затем система проверяется вся в целом. Этот подход не следует путать с системным тестированием, которому посвящена следующая лекция. Несмотря на то, что при монолитном тестировании проверятся работа всей системы в целом, основная задача этого тестирования - определить проблемы взаимодействия отдельных модулей системы. Задачей же системного тестирования является оценка качественных и количественных характеристик системы с точки зрения их приемлемости для конечного пользователя.
Монолитное тестирование имеет ряд серьезных недостатков.
- Очень трудно выявить источник ошибки (идентифицировать ошибочный фрагмент кода). В большинстве модулей следует предполагать наличие ошибки. Проблема сводится к определению того, какая из ошибок во всех вовлечённых модулях привела к полученному результату. При этом возможно наложение эффектов ошибок. Кроме того, ошибка в одном модуле может блокировать тестирование другого.
- Трудно организовать исправление ошибок. В результате тестирования тестировщиком фиксируется найденная проблема. Дефект в системе, вызвавший эту проблему, будет устранять разработчик. Поскольку, как правило, тестируемые модули написаны разными людьми, возникает проблема - кто из них является ответственным за поиск устранение дефекта? При такой "коллективной безответственности" скорость устранения дефектов может резко упасть.
- Процесс тестирования плохо автоматизируется. Преимущество (нет дополнительного программного обеспечения, сопровождающего процесс тестирования) оборачивается недостатком. Каждое внесённое изменение требует повторения всех тестов.
Нисходящее тестирование предполагает, что процесс интеграционного тестирования движется следом за разработкой. Сначала тестируют только самый верхний управляющий уровень системы, без модулей более низкого уровня. Затем постепенно с более высокоуровневыми модулями интегрируются более низкоуровневые. В результате применения такого метода отпадает необходимость в драйверах (роль драйвера выполняет более высокоуровневый модуль системы), однако сохраняется нужда в заглушках.
Временная классификация методов интеграционного тестирования
На практике чаще всего в различных частях проекта применяются все рассмотренные в предыдущем разделе методы в совокупности. Каждый модуль тестируют по мере готовности отдельно, а потом включают в уже готовую композицию. Для одних частей тестирование получается нисходящим, для других - восходящим. В связи с этим представляется полезным рассмотреть еще один тип классификации типов интеграционного тестирования - классификацию по времени интеграции.
В рамках этой классификации выделяют:
- тестирование с поздней интеграцией;
- тестирование с постоянной интеграцией;
- тестирование с регулярной или послойной интеграцией.
Тестирование с поздней интеграцией - практически полный аналог монолитного тестирования. Интеграционное тестирование при такой схеме откладывается на как можно более поздние сроки проекта. Этот подход оправдан в том случае, если система является конгломератом слабо связанных между собой модулей, которые взаимодействуют по какому-либо стандартному интерфейсу, определенному вне проекта (например, в случае, если система состоит из отдельных Web-сервисов).
Тестирование с постоянной интеграцией подразумевает, что, как только разрабатывается новый модуль системы, он сразу же интегрируется со всей остальной системой. При этом тесты для этого модуля проверяют как сугубо его внутреннюю функциональность, так и его взаимодействие с остальными модулями системы. Таким образом, этот подход совмещает в себе модульное тестирование и интеграционное. Разработки заглушек при таком подходе не требуется, но может потребоваться разработка драйверов. В настоящее время именно этот подход называют unit testing, несмотря на то, что в отличие от классического модульного тестирования здесь не проверяется функциональность изолированного модуля. Локализация ошибок межмодульных интерфейсов при таком подходе несколько затруднена, но все же значительно ниже, чем при монолитном тестировании. Большая часть таких ошибок выявляется достаточно рано именно за счет частоты интеграции и за счет того, что за одну итерацию тестирования проверяется сравнительно небольшое число межмодульных интерфейсов.
При тестировании с регулярной или послойной интеграцией интеграционному тестированию подлежат сильно связанные между собой группы модулей (слои), которые затем также интегрируются между собой. Такой вид интеграционного тестирования называют также иерархическим интеграционным тестированием, поскольку укрупнение интегрированных частей системы, как правило, происходит по иерархическому принципу. Однако, в отличие от нисходящего или восходящего тестирования, направление прохода по иерархии в этом подходе не задано.
Задачи и цели системного тестирования
Системное тестирование - один из самых сложных видов тестирования. На этом этапе проводится не только функциональное тестирование, но и оценка характеристик качества системы - ее устойчивости, надежности, безопасности и производительности. На этом этапе выявляются многие проблемы внешних интерфейсов системы, связанные с неверным взаимодействием с другими системами, аппаратным обеспечением, неверным распределением памяти, отсутствием корректного освобождения ресурсов и т.п.
Виды системного тестирования
Принято выделять следующие виды системного тестирования:
- функциональное тестирование;
- тестирование производительности;
- нагрузочное или стрессовое тестирование;
- тестирование конфигурации;
- тестирование безопасности;
- тестирование надежности и восстановления после сбоев;
- тестирование удобства использования.
В ходе системного тестирования проводятся далеко не все из перечисленных видов тестирования - конкретный их набор зависит от тестируемой системы.
Исходной информацией для проведения перечисленных видов тестирования являются два класса требований: функциональные и нефункциональные. Функциональные требования явно описывают, что система должна делать и какие выполнять преобразования входных значений в выходные. Нефункциональные требования определяют свойства системы, напрямую не связанные с ее функциональностью. Примером таких свойств может служить время отклика на запрос пользователя (например, не более 2 секунд), время бесперебойной работы (например, не менее 10000 часов между двумя сбоями), количество ошибок, которые допускает начинающий пользователь за первую неделю работы (не более 100), и т.п.
Рассмотрим каждый вид тестирования подробнее.
Функциональное тестирование. Данный вид тестирования предназначен для доказательства того, что вся система в целом ведет себя в соответствии с ожиданиями пользователя, формализованными в виде системных требований. В ходе данного вида тестирования проверяются все функции системы с точки зрения ее пользователей (как пользователей-людей, так и "пользователей" - других программных систем). Система при функциональном тестировании рассматривается как черный ящик, поэтому в данном случае полезно использовать классы эквивалентности. Критерием полноты тестирования в данном случае будет полнота покрытия тестами системных функциональных требований (или системных тест-требований) и полнота тестирования классов эквивалентности, а именно:
- все функциональные требования должны быть протестированы;
- все классы допустимых входных данных должны корректно обрабатываться системой;
- все классы недопустимых входных данных должны быть отброшены системой, при этом не должна нарушаться стабильность ее работы;
- в тестовых примерах должны генерироваться все возможные классы выходных данных системы;
- во время тестирования система должна побывать во всех своих внутренних состояниях, пройдя при этом по всем возможным переходам между состояниями.
Результаты системного тестирования протоколируются и анализируются совершенно аналогично тому, как это делается для модульного и интеграционного тестирования. Основная сложность здесь заключается в локализации дефектов в программном коде системы и определении зависимостей одних дефектов от других (эффект "четного числа ошибок").
Тестирование производительности. Данный вид тестирования направлен на определение того, что система обеспечивает должный уровень производительности при обработке пользовательских запросов. Тестирование производительности выполняется при различных уровнях нагрузки на систему, на различных конфигурациях оборудования. Выделяют три основных фактора, влияющие на производительность системы: количество поддерживаемых системой потоков (например, пользовательских сессий), количество свободных системных ресурсов, количество свободных аппаратных ресурсов.
Тестирование производительности позволяет выявлять узкие места в системе, которые проявляются в условиях повышенной нагрузки или нехватки системных ресурсов. В этом случае по результатам тестирования проводится доработка системы, изменяются алгоритмы выделения и распределения ресурсов системы.
Все требования, относящиеся к производительности системы, должны быть четко определены и обязательно должны включать в себя числовые оценки параметров производительности. Т.е., например, требование "Система должна иметь приемлемое время отклика на запрос пользователя" является непригодным для тестирования. Напротив, требование "Время отклика на запрос пользователя не должно превышать 2 секунды" может быть протестировано.
То же самое относится и к результатам тестирования производительности. В отчетах по данному виду тестирования сохраняют такие показатели, как загрузка аппаратного и системного программного обеспечения (количество циклов процессора, выделенной памяти, количество свободных системных ресурсов и т.п.). Также важны скоростные характеристики тестируемой системы (количество обработанных в единицу времени запросов, временные интервалы между началом обработки каждого последующего запроса, равномерность времени отклика в разные моменты времени и т.п.).
Для проведения тестирования производительности требуется наличие генератора запросов, который подает на вход системы поток данных, типичных для сеанса работы с ней. Тестовое окружение должно включать в себя кроме программной компоненты еще и аппаратную, причем на таком тестовом стенде должна существовать возможность моделирования различного уровня доступных ресурсов.
Стрессовое тестирование. Стрессовое тестирование имеет много общего с тестированием производительности, однако его основная задача - не определить производительность системы, а оценить производительность и устойчивость системы в случае, когда для своей работы она выделяет максимально доступное количество ресурсов либо когда она работает в условиях их критической нехватки. Основная цель стрессового тестирования - вывести систему из строя, определить те условия, при которых она не сможет далее нормально функционировать. Для проведения стрессового тестирования используются те же самые инструменты, что и для тестирования производительности. Однако, например, генератор нагрузки при стрессовом тестировании должен генерировать запросы пользователей с максимально возможной скоростью либо генерировать данные запросов таким образом, чтобы они были максимально возможными по объему обработки.
Стрессовое тестирование очень важно при тестировании web-систем и систем с открытым доступом, уровень нагрузки на которые зачастую очень сложно прогнозировать.
Тестирование конфигурации. Большинство программных систем массового назначения предназначено для использования на самом разном оборудовании. Несмотря на то, что в настоящее время особенности реализации периферийных устройств скрываются драйверами операционных систем, которые имеют унифицированный с точки зрения прикладных систем интерфейс, проблемы совместимости (как программной, так и аппаратной) все равно существуют.
В ходе тестирования конфигурации проверяется, что программная система корректно работает на всем поддерживаемом аппаратном обеспечении и совместно с другими программными системами. Необходимо также проверять, что система продолжает стабильно работать при горячей замене любого поддерживаемого устройства на аналогичное. При этом система не должна давать сбоев ни в момент замены устройства, ни после начала работы с новым устройством.
Также необходимо проверять, что система корректно обрабатывает проблемы, возникающие в оборудовании, как штатные (например, сигнал конца бумаги в принтере), так и нештатные (сбой питания).
Тестирование безопасности. Если программная система предназначена для хранения или обработки данных, содержимое которых представляет собой тайну определенного рода (личную, коммерческую, государственную и т.п.), то к свойствам системы, обеспечивающим сохранение этой тайны, будут предъявляться повышенные требования. Эти требования должны быть проверены при тестировании безопасности системы. В ходе этого тестирования проверяется, что информация не теряется, не повреждается, ее невозможно подменить, а также к ней невозможно получить несанкционированный доступ, в том числе при помощи использования уязвимостей в самой программной системе.
Выделяют следующие группы свойств программной системы, подлежащие проверке (некоторые группы свойств укрупнены для сокращения списка):
- разграничение и контроль доступа - предотвращение доступа к "чужой" информации;
- очистка и защита памяти - предотвращение доступа к остаточной информации после удаления объектов из памяти;
- маркировка и защита информации, передаваемой во внешний мир - сохранение уровня секретности даже вне системы;
- идентификация и аутентификация - предоставление доступа только санкционированным пользователям и отказ в доступе всем остальным;
- регистрация (аудит событий) - регистрация в специальном журнале всех событий системы, связанных с безопасностью для последующего анализа;
- гарантии проектирования и архитектуры - система должна быть спроектирована таким образом, чтобы гарантировать защищенность информации с определенным уровнем уверенности;
- тестирование - все функции по обеспечению безопасности должны быть протестированы во всех режимах;
- целостность и восстановление средств защиты - система должна иметь средства контроля корректности всех правил разграничения доступа и системы безопасности в целом, а также средства их восстановления при сбое;
- документация разработчика, администратора и пользователя - все средства системы по обеспечению безопасности должны быть описаны в соответствующих руководствах.
Тестирование надежности и восстановления после сбоев. Для корректной работы системы в любой ситуации необходимо удостовериться в том, что она восстанавливает свою функциональность и продолжает корректно работать после любой проблемы, прервавшей ее работу. При тестировании восстановления после сбоев имитируются сбои оборудования или окружающего программного обеспечения либо сбои программной системы, вызванные внешними факторами. При анализе поведения системы в этом случае необходимо обращать внимание на два фактора - минимизацию потерь данных в результате сбоя и минимизацию времени между сбоем и продолжением нормального функционирования системы.
Тестирование удобства использования. Отдельная группа нефункциональных требований - требования к удобству использования пользовательского интерфейса системы. Этот вид тестирования будет рассмотрен в следующей лекции.
В результате выполнения всех рассмотренных выше видов тестирования делается заключение о функциональности и свойствах системы, после чего узкие места системы дорабатываются до реализации необходимой функциональности или до достижения системой необходимых свойств.
Источники:
