SEMINARIO DE VERIFICACIÓN & VALIDACIÓN Y PRUEBAS UNITARIAS

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1 GMV DEPARTAMENTO OSV SEMINARIO DE VERIFICACIÓN & VALIDACIÓN Y PRUEBAS UNITARIAS Ana Isabel Rodriguez Facultad, 2009 Property de Informática of GMV Mayo 2009 All rights reserved

2 CONTENIDOS Procesos de Verificación 1. Procesos de Ingeniería Software 2. Actividades en Verificación y Validación 3. Relaciones con procesos RAMS 4. Verificación y Validación Independiente 5. Procesos de Verificación Prubas unitarias 1. Fase de pruebas unitarias 2. Análisis estático y dinámico 2

3 PROCESOS DE VERIFICACIÓN, 2009 Property of GMV All rights reserved

4 ISO/IEC PROCESOS CICLO DE VIDA Acquisition Acquisition preparation Supplier selection Contract agreement Supplier monitoring Customer acceptance Supply Supplier tendering Product release Product acceptance support Engineering Requirements elicitation System requirements analysis System architectural design Software requirements analysis Software design Software construction Software integration Software testing Software installation System integration System testing System and software maintenance Supporting Quality assurance Verification Validation Joint review Audit Product evaluation Usability Documentation Configuration management Problem resolution management Change request management SUPPORTING PRIMARY Operation Operational use Customer support Management Organisational alignment Organisational management Project management Quality management Risk management Measurement Process Improvement Process establishment Process assessment Process improvement Resource and Infrastructure Human resource management Training Knowledge management Infrastructure Reuso Asset Management Reuse progam management Domain Engineering ORGANISATIONAL 4

5 Pruebas Código Diseño Requisitos POR QUÉ? El informe CHAOS de Standish Group examinó hasta proyectos en EEUU desde 1994 demuestra que las mejoras en la gestión del proceso y el cumplimiento de estándares y buenas prácticas aumenta el índice de proyectos finalizados con éxito Histórico de proyectos ( ) 28% 49% 23% 26% 46% 28% 27% 33% 40% 16% 53% 31% Éxito Finalizados Fracaso Coste 0% relativo 20% 40% en corrección 60% 80% de errores 100% por fase Detección y corrección temprana de errores es vital, reduce costes y tiempo El coste de corregir un error software se multiplica según se progresa en su desarrollo. 45% - 50% de los defectos tienen su origen en la fase de requisitos. Coste relativo para correcciones Diseño Pruebas Tipo de defecto 5

6 CICLO DE VIDA SOFTWARE V&V Proceso de desarrollo que emplea métodos rigurosos para evaluar la corrección y calidad del producto a lo largo de todo su ciclo de vida. 6

7 VERIFICACIÓN Verificación: Estamos fabricando correctamente el Software? Es el proceso de determinar si los productos resultantes de una fase del Ciclo de Vida Software (CVS) cumplen los requisitos establecidos en la fase anterior El producto resultante es completo, consistente y correcto para comenzar la siguiente fase 7

8 VERIFICACIÓN EN CICLO DE VIDA PROYECTOS 8

9 VALIDACIÓN Validación: Estamos fabricando el Software correcto? Es el proceso de prueba del software para asegurar que cumple su especificación. Este proceso asegura que el software fabricado se comporta como se espera y de acuerdo a las expectativas del cliente. Definición ANSI/IEEE Validación: 'the process of evaluating a system or component during or at the end of the development process to determine whether it satisfies specified requirements'. 9

10 ACTIVIDADES DE VERIFICACIÓN Technical reviews, walkthroughs and software inspections checking that software requirements are traceable to user requirements; checking that design components are traceable to software Requirements; unit testing; integration testing; system testing; acceptance testing; audit. 10

11 V&V PREVENCIÓN Y ELIMINACIÓN DE FALLOS activation propagation causation FAULT ERROR FAILURE FAULT Fault: defect (either hardware or software) within a system or user procedure. Error: detected deviation from requirements specification. Failure: software component inability to perform a required function (either loss of function or malfunctions) CAUSAS DE FALLOS SW requirements are incorrect, incomplete or ambiguous, e.g. unhandled states or unhandled environmental conditions, non-conformance in the software or deficiencies in the code (they cause software faults) SW requirements have not been implemented, validated and verified properly. SW has not been tested enough or has been tested inadequately. Software Defects. Software is used incorrectly. Poor design or implementation. rare events can lead to uncontrolled states. 11

12 PROCESOS GESTIÓN DE FALLOS Fault prevention techniques can be used in any engineering or development activities to prevent faults. Fault tolerance techniques are direct mechanisms to be implemented in the design and the code in order to tolerate faults. To verify that tolerance techniques are being used as designed for, fault removal techniques are needed : detected deviation from requirements specification. 12

13 PROCESOS RAMS Y PROCESOS DE DESARROLLO Análisis de dependencia (RAMS) se implementa como un proceso independiente o integrados en el proceso de desarrollo Requisitos RAMS impactan las actividades V&V 13

14 PROCESOS RAMS Y PROCESO V&V 14

15 V&V INDEPENDIENTE La independencia es una característica reconocida como altamente positiva en muchas áreas de la sociedad Por ejemplo poderes legislativo, ejecutivo y legislativo; comités médicos, jurados, etc. Independencia añade a la V&V importantes ventajas: Separación de intereses Se evitan conflictos de intereses internos en una organización. Una organización independiente garantiza que requisitos importantes no sean ignorados en el proceso de toma de decisiones Diferentes puntos de vista Una segunda opinión siempre es interesante para eliminar ambigüedades u omisiones Efectividad y productividad Las actividades de V&V son llevadas a cabo por personal experto, con competencias específicas en el área de V&V 15

16 TIPOS DE INDEPENDENCIA Clásica V&VI - Incluye técnica, financiera y de gestión Un organización o empresa independiente de los suministradores del software lleva a cabo actividades de verificación y validación de la especificación, diseño y código del producto Interna V&VI Independencia técnica Las actividades son realizadas por personal de la misma organización, formando parte del mismo equipo de proyecto y sin participar en el proceso de desarrollo: especificación, diseño y código Modificada V&VI - Independencia técnica y financiera Las actividades de V&V se realizan como proyecto independiente con su propio presupuesto La independencia no es muro infranqueable entre el equipo de desarrollo y equipo de V&V, fomentamos un entorno de participación y aprendizaje hacia un objetivo común, conseguir el éxito del proyecto 16

17 V&V INDEPENDIENTE 17

18 V&V INDEPENDIENTE METEOSAT MSG Total Fallidas Procedimientos de análisis Pruebas ejecutadas MSG-Enero/2006 Éxito SENTINEL 3 OLCI Electronic Unit: 0% 20% 40% 60% 80% 100% ICM SW 18

19 ESTÁNDARES Y NORMAS Referencias a normas y estándares relacionados con VV IEEE Standard for Software Verification and Validation. IEEE Std SPICE (Software Process Capability Determination) Comité internacional de estándares de ingeniería de software ISO/ICE JTC 1/SC 7 Proporciona una plataforma para evaluación de los procesos software SENTINEL 3 OLCI Electronic Unit: ICM SW ISO/IEC TR :1998(E), Information Technology - Software Life Cycle Processes SPiCE for SPACE (S4S) Assessment Model. Cómo implementar la evaluación y mejora de procesos. Incluye nuevos procesos de soporte o support, e incluye V&VI ESA Guide for Independent Software Verification and Validation. Issue 2 Jan

20 PRUEBAS UNITARIAS, 2009 Property of GMV All rights reserved

21 OBJETIVOS Las pruebas unitarias SENTINEL verifican 3 OLCI que los Electronic subsistemas Unit: y componentes software funcionan aislados correctamente: ICM SW se ejecuta satisfactoriamente la función que se le ha asignado, el flujo de control es correcto dentro del módulo y los datos se calculan con la precisión y en el tiempo requerido. Se complementan con Análisis estáticos (reglas de codificación y programa de métricas) Análisis de cobertura para comprobar que efectivamente se ejecutan las áreas deseadas del SUT (SW Under Test) Ánalisis de prestaciones para estudiar el consumo de recursos (CPU, memoria, etc.) 21

22 PROCESO DE PRUEBAS UNITARIAS SENTINEL 3 OLCI Electronic Unit: ICM SW 22

23 TÉCNICAS DE PRUEBAS SENTINEL 3 OLCI Electronic Unit: ICM SW 23

24 PRUEBAS DE REGRESIÓN SENTINEL 3 OLCI Electronic Unit: ICM SW Pruebas de regresión permite ejecutar automáticamente todos las pruebas necesarias para probar los módulos modificados, analizando los resultados de la ejecución de la prueba. 24

25 PREUBAS UNITARIAS EN EL PROYECTO OLCI- ICMSW Características del proyecto: Lenguaje de programación Ada Perfil Ravenscar Arquitectura ERC32 Estas características implican: Uso de herramientas diseñadas para Ada Compilador y RTS sólo con funcionalidades Ravenscar Uso de simulador de ERC32 25

26 SENTINEL 3 OLCI ICM SW OLCI Mission Visible light images of the oceans, coastal waters & land vegetation Continuation of the relevant mission of MERIS on ENVISAT (GMV OBSW) Specification, design and development of onboard ICM SW (Instrument Control Module) Based on latest generation TAS-I Laben standard NEWERC-32 Processor Module board (ERC-32 single chip TSC695F CPU) MIL-STD, SpaceWire and RS-422 links. Object Oriented Methodology: UML using Together. GNAT Pro for ERC-32 (Ada 95) with Ravenscar Profile (RCM) 26

27 ENTRADAS A PRUEBAS UNITARIAS Entradas a la fase de codificación y pruebas: Diseño detallado HRT-UML Plan de verificación y validación. Describe: Herramientas a usar Operaciones de verificación Requisitos de cobertura de código (Análisis dinámico) Reglas de codificación. Incluye: Normas y operaciones del lenguaje Ada (Análisis Estático) Manuales o guías de las herramientas usadas 27

28 ACTIVIDADES DE PRUEBAS UNITARIAS Actividades para cada uno de los paquetes Ada: Análisis estático de código, proceso de métricas de acuerdo con el plan de calidad Comprobaciones de reglas de programación Implementación y ejecución de la prueba unitaria Análisis dinámico del código Reglas de codificación incluyen normas y operaciones del lenguaje Ada que se deben usar en la implementación Experiencia de GMV en el uso del lenguaje Ada y de la implementación de sistemas de tiempo real El objetivo es ayudar a generar un código de calidad que facilite su desarrollo y mantenimiento, evitando el uso de soluciones que puedan provocar problemas 28

29 ANÁLISIS ESTÁTICO Objetivo: comprobar si se cumplen las normas de programación y las métricas establecidas Nº Máximo de anidamiento: 8 en software no crítico (Categoría C) 5 en software crítico (Categoría B) Nº Máximo de complejidad ciclomática 15 en software no crítico (Categoría C) 12 en software crítico (Categoría B) Nº Máximo de sentencias de un subprograma (max. 250) Nº Máximo de sentencias en un fichero fuente (max. 1500) Porcentaje mínimo de comentarios en cada fichero (min. 20%-max.200%) Herramienta: AdaControl 29

30 PROGRAMA DE MÉTRICAS LOC (Lines of Code): nº total de líneas de código incluyendo comentarios. eloc (efective LOC): nº de líneas de código sin incluir comentarios, blancos o llaves de inicio de bloques (max. 200 lines). lloc (logical LOC): nº de líneas que contienen instrucciones de código y que terminan con un punto y coma. Comment: nº de líneas que son comentarios. Lines: nº total de líneas. File Function Count: nº de funciones implementadas en cada fichero fuente. Cyclo Complexity: Complejidad ciclomática. Interface Complexity: medida de complejidad para las funciones que es el resultado de sumar el número de parámetros de entrada con el número de instrucciones de retorno internas de la función. 30

31 ANÁLISIS ESTÁTICO: EJEMPLO Métricas de un fichero: Function: hk_register_defaults_ Complexity Param 0 Return 1 Cyclo Vg 28 Total 29 LOC 408 eloc 298 lloc 110 Comment 1 Lines 411 ~~ Total File Summary ~~ ~~ File Functional Summary ~~ File Function Count...: 1 Total Function LOC...: 408 Total Function Pts LOC : 3.2 Total Function eloc...: 298 Total Function Pts eloc: 2.4 Total Function lloc...: 110 Total Function Pts lloc: 0.9 Total Function Params.: 0 Total Function Return.: 1 Total Cyclo Complexity : 28 Total Function Complex.: 29 Max Function LOC...: 408 Average Function LOC..: Max Function eloc...: 298 Average Function eloc.: Max Function lloc...: 110 Average Function lloc.: Max Function Parameters: 0 Avg Function Parameters: 0.00 Max Function Returns..: 1 Avg Function Returns..: 1.00 Max Interface Complex. : 1 Avg Interface Complex. : 1.00 Max Cyclomatic Complex.: 28 Avg Cyclomatic Complex.: Max Total Complexity..: 29 Avg Total Complexity..:

32 ANÁLISIS ESTÁTICO: EJEMPLO Métricas de un fichero: ~~ File Functional Summary ~~ File Function Count...: 29 Total Function LOC...: 183 Total Function Pts LOC : 2.7 Total Function eloc...: 124 Total Function Pts eloc: 2.2 Total Function lloc...: 95 Total Function Pts lloc: 1.2 Total Function Params.: 53 Total Function Return.: 29 Total Cyclo Complexity : 33 Total Function Complex.: 115 Max Function LOC...: 15 Average Function LOC..: 6.31 Max Function eloc...: 13 Average Function eloc.: 4.28 Max Function lloc...: 10 Average Function lloc.: 3.28 Max Function Parameters: 9 Avg Function Parameters: 1.83 Max Function Returns..: 1 Avg Function Returns..: 1.00 Max Interface Complex. : 10 Avg Interface Complex. : 2.83 Max Cyclomatic Complex.: 3 Avg Cyclomatic Complex.: 1.14 Max Total Complexity..: 11 Avg Total Complexity..: 3.97 End of File: X:\work\ilvc\metricas SW\src\pus\func_laser.c En este caso la métrica que no se cumple es el número de parámetros 32

33 COMPROBACIÓN REGLAS DE PROGRAMACIÓN Objetivo: comprobar si se cumplen las reglas de programación contenidas en el documento reglas de codificación Comprobación automático (40%) e inspección de código. Herramientas: AdaControl: normas de programación GnatCheck: normas de programación específica Gnat Pretty Printer: formato y sintáxis 33

34 ENTORNO DE EJECUCIÓN DE PRUEBAS TSIM program TSIM simulation thread AdaTEST Procedure TSIM SRAM APSW under test test results RS422 standard output of TSIM program Test results data base LINUX 34

35 IMPLEMENTACIÓN Y EJECUCIÓN Entorno de pruebas: AdaTest95 para generar pruebas (programa ejecutable y stubs) TSIM (simulador de ERC32) para ejecutar pruebas TSIM escribe el resultado en su salida estandar. Cada prueba unitaria de AdaTest se divide en varios test cases. Elegir valores significativos como parámetros de entrada (limítrofes, fuera de rango ) Cada test case desarrolla las siguientes operaciones: 1. Inicialización de los valores globales 2. Configuración de los stubs a usar 3. Inicialización de los parámetros in e in-out 4. Ejecución de módulo bajo prueba 5. Comprobación de los valores out e in-out 6. Comprobación de los valores globales 35

36 ANÁLISIS DINÁMICO Objetivo: Verificación de requisitos de cobertura. Los requisitos de cobertura (ESA) dependen de la criticidad del software: Categoría C: 100% de instrucciones ejecutadas en cada prueba Ejecución de instrucciones simples y al menos una rama de las complejas (100% statement coverage) Ejemplo instrucción compleja: 100% cobertura si se ejecuta al menos una de sus ramas. if Data = 1 then... else... end if 36

37 ANÁLISIS DINÁMICO Categoría B: 100% de decisiones ejecutadas en cada prueba (100% cobertura) Decisiones booleanas: al menos una vez cada uno de los valores. (if, elif y exit when) Decisiones de bucle: ejecución completa de una iteración y terminación normal del bucle. Ej. Terminación no esperada (50% cob.) for I in loop -- Exit expected in I = 10 exit when I = 9; end loop; Otras decisiones: ejecución completa de cada una de las clausulas de instrucciones case y select. Ejemplo: 100% cobertura para Case statements Herramienta: AdaTest con el módulo bajo prueba previamente instrumentalizado. 37

38 Gracias. Ana Isabel Rodríguez Jefe de Proyecto y Consultor Software Property of GMV All rights reserved

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