1 引言

　　高可靠性軟件泛指一類軟件：該類軟件運行過程中若出現(xiàn)故障會引發(fā)重大災難性事故或經(jīng)濟損失。通常航天型號軟件、銀行系統(tǒng)軟件、醫(yī)療行業(yè)軟件、通訊行業(yè)軟件等均屬此范疇。目前，越來越多的軟件企業(yè)涉及高可靠性軟件項目，如何保證軟件質(zhì)量成為眾多企業(yè)面臨的一個很重要的課題。這篇文章結(jié)合某航天項目地面應用系統(tǒng)模型(本文命名為CraftGS)，重點討論如何從軟件測試的角度保證此類產(chǎn)品的軟件質(zhì)量。

　　2 CraftGS項目簡介

　　CraftGS是一個很經(jīng)典的衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)模擬項目。它分為5個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)(DAS)、數(shù)據(jù)預處理子系統(tǒng)(DPS)、運行管理子系統(tǒng)(OMS)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(DMS)以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品實現(xiàn)(DPRS)子系統(tǒng)。CraftGS的總體可靠度要求是0.95。各分系統(tǒng)分配到的可靠度指標是如下：

　　分系統(tǒng)名 可靠度指標

　　DAS 0.99994

　　DPS 0.99865

　　OMS 0.99910

　　DMS 0.99950

　　DPRS 0.99502

　　CraftGS的業(yè)務邏輯是Data Package從衛(wèi)星傳入DAS，DAS負責解包，將解包后數(shù)據(jù)傳入OMS及DPS，OMS通過DAS傳來的數(shù)據(jù)檢測衛(wèi)星是否正常運行并負責衛(wèi)星飛行姿態(tài)調(diào)整;DPS負責調(diào)制DAS傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成有意義的邏輯數(shù)據(jù)。DPS處理后的邏輯數(shù)據(jù)傳入DMS以及DPRS。其中DMS負責數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)查詢及數(shù)據(jù)鏈路維護等操作;DPRS負責將DPS處理過的邏輯數(shù)據(jù)分門別類地轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)產(chǎn)品，并封裝發(fā)布。

　　考慮到項目固有的可靠性安全性要求，CraftGS系統(tǒng)采用Java+Unix技術(shù)架構(gòu)實現(xiàn)。該架構(gòu)從編程語言級和系統(tǒng)級對軟件產(chǎn)品質(zhì)量做了保證。為了控制軟件產(chǎn)品開發(fā)過程中的質(zhì)量，筆者推薦采用如下軟件測試方案。

　　3 測試方案：軟件驗證技術(shù)+軟件確認技術(shù)+軟件測試管理

　　CraftGS系統(tǒng)的軟件測試方案由三個部分組成，即軟件驗證技術(shù)、軟件確認技術(shù)和軟件測試管理技術(shù)。它們內(nèi)涵及相互之間的關(guān)系如下圖所示：YSR中國可靠性資源網(wǎng)

　　CraftGS測試方案

　　測試技術(shù)層面 測試管理層面

　　軟件驗證技術(shù) 需求規(guī)格說明驗證 軟件測試團隊組織管理

　　設計規(guī)格說明驗證

　　代碼驗證 軟件測試計劃管理

　　交付驗證

　　軟件確認技術(shù) 單元測試 軟件缺陷(錯誤)跟蹤管理

　　集成測試

　　系統(tǒng)測試 軟件測試件管理

　　交付測試

　　YSR中國可靠性資源網(wǎng)

　　其中，軟件驗證技術(shù)著眼于排除軟件開發(fā)文檔中的錯誤。驗證活動涉及的文檔按開發(fā)流程主要涉及需求規(guī)格說明、設計規(guī)格說明(包括概要設計規(guī)格說明、詳細設計規(guī)格說明、數(shù)據(jù)庫設計規(guī)格說明)、編碼規(guī)格說明、產(chǎn)品交付文檔等一系列書面材料。目前驗證技術(shù)的實施在很大程度上是依靠測試人員手工完成的。驗證活動視實際需要有時還會涉及到開發(fā)人員和目標客戶，需要得到他們必要的理解和支持。驗證測試采用的主要測試手段有：面對面質(zhì)詢、文檔抽查、非正式會議、同行評審等等。

　　相對于軟件驗證技術(shù)，軟件確認技術(shù)則主要著眼于排除程序代碼中的錯誤?；顒由婕暗膶ο笾饕浅绦虿考拇a或軟件成品。在實施過程中，常常按被測代碼的規(guī)模和測試所處的層次將軟件確認測試分為四個階段，即：單元測試(也叫類測試)、集成測試(也叫組裝測試)、系統(tǒng)測試和交付測試。確認測試基本上由軟件測試人員對照相關(guān)開發(fā)文檔運行程序獨立完成的。必要時，也可讓設計人員帶領(lǐng)測試人員閱讀程序代碼共同發(fā)現(xiàn)其中的錯誤，(即所謂代碼評審會)。有意見認為，在單元測試(或類測試)階段，應該有軟件編碼人員參與，這樣能減輕測試人員閱讀代碼障礙。原則上，測試理論不提倡程序作者負責把關(guān)自己編寫的程序的質(zhì)量。在實際實施過程中，可視實際情況靈活處理。(如成對編程可能會較好的處理單元測試這個難題，上面提到的代碼評審會也是為應對這個難題而想出的一個好辦法。)，軟件確認技術(shù)目前已經(jīng)部分地實現(xiàn)了測試工具的自動化，市面上已有不少自動化工具能在測試人員的輔助下完成相應的測試工作(例如用于Java代碼單元測試的Junit工具，又如用于GUI測試的Rational Visual Test工具，等等)。

　　軟件驗證技術(shù)和軟件確認技術(shù)均屬于測試技術(shù)層面的東西。然而對于工程質(zhì)量的保證而言，光靠軟件測試技術(shù)還遠遠不夠，還需要技術(shù)管理層面上的東西。軟件測試管理技術(shù)的誕生正是為彌補這個不足。按照管理的對象不同，測試管理技術(shù)大致涵蓋軟件測試團隊組織管理、軟件測試計劃管理、軟件缺陷(錯誤)跟蹤管理以及軟件測試件管理四大部分。下面，筆者將結(jié)合CraftGS項目對該測試方案做一個詳細的詮釋。

　　4 在CraftGS項目中具體應用上述測試方案

　　CraftGS五個分系統(tǒng)的開發(fā)過程均在CraftGS測試團隊的質(zhì)量控制下有序進行，嚴格地實施了上述測試方案。經(jīng)專家評定，各分系統(tǒng)及最后集成后的系統(tǒng)總體均達到了任務書中所分配的可靠性指標。

　　4.1 在CraftGS項目中應用軟件驗證技術(shù)

　　CraftGS項目中應用的軟件驗證技術(shù)主要包括需求規(guī)格說明驗證、設計規(guī)格說明驗證、代碼驗證以及交付驗證。以下逐一說明。

　　需求規(guī)格說明驗證的主要任務是保證用戶的功能需求、業(yè)務需求、以及其他的一些需求(如非功能性需求、約束性需求等等)都已經(jīng)被分配到軟件需求規(guī)格說明的各需求項中。

　　設計規(guī)格說明驗證相對需求規(guī)格說明驗證而言，稍微復雜些，它包括3個部分的內(nèi)容：即概要設計規(guī)格說明驗證、詳細設計規(guī)格說明驗證以及數(shù)據(jù)庫設計規(guī)格說明驗證。其中概要設計規(guī)格說明驗證的主要任務是確保軟件需求規(guī)格說明中的需求項全部已經(jīng)分配到了概要設計規(guī)格說明的各軟件模塊之中并且無多余物，詳細設計規(guī)格說明驗證的主要任務是確保概要設計規(guī)格說明中的模塊已經(jīng)全部分配到詳細設計規(guī)格說明的各軟件單元之中并且無多余物，數(shù)據(jù)庫設計規(guī)格說明雖然從范疇上講應該屬于詳細設計規(guī)格說明范疇，但筆者認為因改把它獨立出來實施驗證活動。(數(shù)據(jù)庫設計和軟件設計畢竟有很多不同之處。)數(shù)據(jù)庫設計規(guī)格說明驗證的重點任務是驗證數(shù)據(jù)庫與外部應用程序的接口是否正確、數(shù)據(jù)操作實現(xiàn)界面是否清晰、數(shù)據(jù)庫整體設計是否合理、數(shù)據(jù)表設計是否符合3NF要求(如違反范式要說明詳細理由)以及數(shù)據(jù)表中的字段(鍵)和索引的設計是否高效合理等等。完成設計規(guī)格說明以后，下一步要做代碼驗證。

　　代碼驗證的內(nèi)容包括：代碼編寫規(guī)范審查、代碼審查和代碼靜態(tài)分析三個部分。代碼編寫規(guī)范審查主要是審核代碼排版的格式以及注解的格式是否符合開發(fā)團隊的相應規(guī)范;代碼審查的任務主要是驗證詳細設計中的軟件單元是否都已被代碼覆蓋并正確實現(xiàn)，并且代碼中不含冗余物;代碼靜態(tài)分析技術(shù)主要任務是檢查變量或標號的定義與使用、表達式運算以及程序的流程設計上是否存在缺陷或錯誤。

　　做完代碼驗證以后，軟件系統(tǒng)需要依次做單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試，這部分內(nèi)容屬軟件確認技術(shù)范疇，下面有專門的論述。軟件系統(tǒng)在做完系統(tǒng)測試后，就面臨著交付使用的問題，在系統(tǒng)正式移交給用戶之前，還需要做交付驗證和交付測試。交付測試技術(shù)下文有專門的論述，不贅述，這里主要談交付驗證技術(shù)。交付驗證包括安裝驗證和使用驗證兩部分內(nèi)容。其中，安裝驗證的主要任務是保證程序能按照用戶手冊的提示正確安裝到目標機器上，使用驗證的主要任務是確保程序能按照用戶手冊的提示的操作正確完成某項功能或事務處理。這兩部分工作通常是由測試人員完成的，用以核實相關(guān)安裝和使用手冊是否正確無誤。