Tóm tắt luận văn Nghiên cứu xây dựng công cụ kiểm thử đột biến các câu lệnh SQL

Nội dung text: Tóm tắt luận văn Nghiên cứu xây dựng công cụ kiểm thử đột biến các câu lệnh SQL

1. -1- BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO ĐẠI H ỌC ĐÀ N ẴNG TR ẦN V ĂN MINH NGHIÊN C ỨU XÂY D ỰNG CƠNG C Ụ KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN CÁC CÂU L ỆNH SQL Chuyên ngành: KHOA H ỌC MÁY TÍNH Mã s ố: 60.48.01 TĨM T ẮT LU ẬN V ĂN TH ẠC S Ĩ K Ỹ THU ẬT Đà N ẵng - N ăm 2011
2. -2- Cơng trình được hồn thành t ại ĐẠI H ỌC ĐÀ N ẴNG Ng ười h ướng d ẫn khoa h ọc: TS. NGUY ỄN THANH BÌNH Ph ản bi ện 1: PGS.TS. LÊ V ĂN S ƠN Ph ản bi ện 2: TS. NGUY ỄN M ẬU HÂN Lu ận v ăn được b ảo v ệ tr ước H ội đồng ch ấm Lu ận văn t ốt nghi ệp th ạc s ĩ k ỹ thu ật h ọp t ại Đại h ọc Đà N ẵng vào ngày 16 tháng 10 n ăm 2011 Cĩ th ể tìm hi ểu lu ận v ăn t ại: - Trung tâm Thơng tin - Học li ệu, Đại h ọc Đà N ẵng - Trung tâm H ọc li ệu, Đại h ọc Đà N ẵng.
3. -3- MỞ ĐẦU 1. Lý do ch ọn đề tài Ki ểm th ử là m ột trong nh ững ho ạt động quan tr ọng trong ti ến trình phát tri ển ph ần m ềm. Nĩ gĩp ph ần vào vi ệc đánh giá ch ất l ượng s ản ph ẩm ph ần m ềm. Hi ện nay, h ầu h ết các s ản ph ẩm ph ần m ềm ứng d ụng đều cĩ s ử d ụng ngơn ng ữ truy v ấn d ữ li ệu để lưu tr ữ qu ản lý thơng tin, do đĩ vi ệc qu ản lý và ki ểm th ử chúng trong quá trình phát tri ển ph ần m ềm t ốn nhi ều th ời gian.Vì v ậy, nhu c ầu cĩ được m ột h ệ th ống ứng d ụng ki ểm th ử đột bi ến để đánh giá ch ất l ượng các b ộ d ữ li ệu ki ểm th ử khi th ực hi ện ki ểm th ử các câu l ệnh truy v ấn SQL th ực s ự là c ần thi ết. M ặt khác, hi ện nay v ấn đề b ản quy ền ph ần m ềm đang là v ấn đề nan gi ải đối v ới các t ổ ch ức, ng ười dùng và nhu c ầu s ử d ụng mã ngu ồn m ở đang phát tri ển r ộng kh ắp nh ằm giúp gi ảm chi phí. Xu ất phát t ừ nh ững phân tích và nh ận xét trên, tơi ch ọn đề tài “ Nghiên c ứu xây d ựng cơng c ụ ki ểm th ử đột bi ến các câu lệnh SQL ” dưới s ự h ướng d ẫn c ủa TS. Nguy ễn Thanh Bình, s ẽ giúp gi ảm th ời gian và chi phí trong vi ệc giám sát và ki ểm th ử s ản ph ẩm ph ần m ềm. 2. Mục đích ý ngh ĩa Mục đích c ủa đề tài là nghiên c ứu và ứng d ụng k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến vào vi ệc đánh giá ch ất l ượng b ộ d ữ liệu ki ểm th ử khi ki ểm th ử các câu l ệnh truy v ấn SQL, t ừ đĩ phát hi ện các
4. -4- lỗi cịn t ồn t ại để các l ập trình viên hồn thi ện h ơn s ản ph ẩm c ủa mình. Ý ngh ĩa khoa h ọc: Hi ểu và đánh giá các k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến và ph ươ ng pháp ki ểm th ử đột bi ến câu l ệnh truy v ấn SQL. K ết qu ả cĩ th ể làm tài li ệu tham kh ảo cho các ki ểm th ử viên ho ặc các đơ n v ị phát tri ển ph ần m ềm. Ý ngh ĩa th ực ti ễn: Cung c ấp m ột cơng c ụ ứng d ụng k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến vào vi ệc ki ểm th ử cho các câu l ệnh truy v ấn SQL. 3. Nhi ệm v ụ m ục tiêu Đề tài t ập trung nghiên c ứu v ề k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến và cấu trúc đặc điểm c ủa ngơn ng ữ truy v ấn d ữ li ệu SQL để nh ận bi ết các tốn t ử đột bi ến, t ừ đĩ đề xu ất gi ải pháp xây d ựng cơng c ụ hỗ tr ợ ki ểm th ử đột bi ến câu l ệnh SQL và tri ển khai ki ểm th ử th ực nghi ệm trên các câu l ệnh truy v ấn SQL làm c ơ s ở để phân tích và đánh giá k ết qu ả. 4. Đối t ượng và ph ạm vi nghiên c ứu Đề tài t ập trung nghiên c ứu trên các đối t ượng nh ư sau: - Kỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến. - Ngơn ng ữ truy v ấn cĩ c ấu trúc. - Mã ngu ồn SQL Parser (GuduSoft.gsqlparser.dll). - Kỹ thu ật l ập trình ngơn ng ữ VS.Net. Đề tài thu ộc ph ạm vi nghiên c ứu và ứng d ụng. 5. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu
5. -5- - Thu th ập và phân tích các tài li ệu và thơng tin liên quan đến đề tài. - Th ảo lu ận, l ựa ch ọn h ướng gi ải quy ết v ấn đề. - Phân tích thi ết k ế h ệ th ống ch ươ ng trình ứng d ụng. - Tri ển khai xây d ựng ch ươ ng trình ứng d ụng. - Ki ểm tra, th ử nghi ệm, nh ận xét và đánh giá k ết qu ả. 6. Dự ki ến k ết qu ả đạt được - Về m ặt lý thuy ết: N ắm được ki ến th ức v ề k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến và các tốn t ử đột bi ến câu l ệnh truy vấn SQL. - Về m ặt th ực ti ễn: Xây d ựng và đánh giá cơng c ụ ki ểm th ử áp d ụng k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến cho các câu lệnh truy v ấn SQL. 7. Bố c ục lu ận v ăn Lu ận v ăn được chia thành 3 ch ươ ng nh ư sau: Ch ươ ng 1: Ki ểm th ử đột bi ến. Ch ươ ng 2: Ki ểm th ử đột bi ến các câu l ệnh truy v ấn SQL. Ch ươ ng 3: Xây d ựng cơng c ụ h ỗ tr ợ ki ểm th ử đột bi ến các câu l ệnh truy v ấn SQL.
6. -6- CH ƯƠ NG 1. KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN 1.1. GI ỚI THI ỆU Trong ch ươ ng này, chúng tơi trình bày chi ti ết lý thuy ết v ề ki ểm th ử đột bi ến, phân tích các ưu và nh ược điểm c ủa ph ươ ng pháp. Ti ếp theo, chúng tơi trình bày các k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến khác nhau c ũng nh ư các ứng d ụng ph ổ bi ến c ủa ki ểm th ử đột bi ến trong th ực t ế. 1.2. LÝ THUY ẾT KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN Tr ước khi trình bày lý thuy ết ki ểm th ử đột bi ến, chúng ta bắt đầu b ởi m ột ý t ưởng đơ n gi ản sau: để ước l ượng s ố l ượng cá trong m ột cái h ồ, m ột cách để th ực hi ện vi ệc đĩ là đánh d ấu m ột số cá và th ả vào h ồ (gi ả s ử, 80 con cá), sau đĩ đánh b ắt m ột s ố cá và đếm s ố cá b ị đánh d ấu. N ếu chúng ta b ắt được 50 con cá và 5 trong s ố đĩ b ị đánh d ấu, nh ư v ậy 1/10 s ố cá trong h ồ b ị đánh d ấu, khi đĩ tồn b ộ s ố cá trong h ồ cĩ th ể th ể được ước l ượng là 800 con. N ếu chúng ta b ắt được t ất c ả các cá b ị đánh d ấu, chúng ta cĩ th ể cho r ằng tồn b ộ cá trong h ồ đã b ị đánh b ắt. Kỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến được xây d ựng d ựa trên ý t ưởng này. Chúng ta đư a vào mã ngu ồn m ột s ố l ỗi “b ị đánh d ấu”, sau đĩ tìm cách xác định chúng. N ếu chúng ta xác định được t ất c ả các lỗi này, “l ưới” c ủa chúng ta cĩ th ể c ũng đã b ắt được nhi ều các lo ại “cá” khác, đĩ chính là các l ỗi ch ưa bi ết.
7. -7- 1.2.1. Khái niệm ki ểm th ử đột bi ến Ki ểm th ử đột bi ến được thi ết k ế nh ằm t ạo ra dữ li ệu ki ểm th ử cĩ hi ệu qu ả, ngh ĩa là phát hi ện các l ỗi c ủa ch ươ ng trình. Trong khi th ực hi ện ki ểm th ử đột bi ến, chúng ta t ạo ra các phiên b ản l ỗi của ch ươ ng trình g ốc b ằng cách chèn l ỗi vào mã ngu ồn c ủa nĩ. Sau đĩ, th ực thi ki ểm th ử v ới l ần l ượt các d ữ li ệu ki ểm th ử cho từng phiên b ản l ỗi. So sánh k ết qu ả đầu ra c ủa t ừng phiên b ản l ỗi với ch ươ ng trình g ốc, t ừ đĩ đánh giá được kh ả n ăng phát hi ện l ỗi của các d ữ li ệu ki ểm th ử [3]. Các phiên b ản l ỗi được t ạo ra t ừ ch ươ ng trình g ốc g ọi là các đột bi ến (mutants). Ki ểm th ử đột bi ến là m ột k ỹ thu ật ki ểm th ử hộp tr ắng, hay cịn g ọi kỹ thu ật ki ểm th ử c ấu trúc. 1.2.2. Hai gi ả thuy ết c ơ b ản Ki ểm th ử đột bi ến được xây d ựng dựa trên hai gi ả thuy ết c ơ bản. Gi ả thuyết “ lập trình viên gi ỏi” (competent programmer hypothesis) và gi ả thuy ết “ hi ệu ứng liên k ết” (coupling effect hypothesis) [3]. Gi ả thuy ết l ập trình viên gi ỏi cho r ằng thơng th ường các l ập trình viên đều r ất gi ỏi và h ọ s ẽ khơng bao gi ờ vi ết ra các ch ươ ng trình m ột cách tu ỳ ti ện, c ẩu th ả. Gi ả thuy ết hi ệu ứng liên k ết cho r ằng các l ỗi ph ức t ạp được liên k ết t ừ các l ỗi đơ n gi ản, nh ư v ậy b ộ d ữ li ệu ki ểm th ử đủ kh ả năng phát hi ện t ất c ả các l ỗi đơ n gi ản thì c ũng cĩ kh ả n ăng phát hi ện các l ỗi ph ức t ạp v ới t ỉ l ệ cao.
8. -8- 1.2.3. Một s ố khái ni ệm c ơ b ản Tốn t ử đột bi ến Tốn t ử đột bi ến (mutation operator) hay cịn được gọi lu ật đột bi ến (mutation rule) là m ột lu ật được áp d ụng vào ch ươ ng trình g ốc để t ạo ra các phiên b ản đột bi ến. Nĩ cĩ th ể là vi ệc thay th ế m ột tốn t ử này b ằng m ột tốn t ử khác; thay đổi tốn h ạng c ủa bi ểu th ức; xố tồn b ộ các bi ểu th ức; thay đổi câu l ệnh hay cĩ th ể được t ạo ra b ằng cách thay đổi nh ỏ v ề cú pháp c ủa ch ươ ng trình theo h ướng mà các l ập trình viên th ường ph ạm ph ải. 1.2.4. Đột bi ến b ị di ệt và đột bi ến s ống Khi ti ến hành th ực thi ki ểm th ử l ần l ượt ch ươ ng trình g ốc P và đột bi ến P’ c ủa P v ới m ột d ữ li ệu th ử T, s ẽ cĩ hai k ịch b ản khác nhau cĩ th ể x ảy ra: - Một là, ho ặc l ỗi được chèn vào trong ch ươ ng trình đột bi ến P’ được nh ận bi ết, ngh ĩa là ch ươ ng trình P và đột bi ến P’ cho ra các k ết qu ả khác nhau. Trong tr ường h ợp này, đột bi ến P’ được g ọi là bị di ệt (killed) bởi dữ li ệu th ử T. Khi đĩ, T được g ọi là dữ li ệu th ử thích h ợp vì nĩ cĩ kh ả năng phát hi ện được sự khác nhau gi ữa ch ươ ng trình g ốc P và đột bi ến P’ . - Hai là, ch ươ ng trình g ốc P và đột bi ến P’ cho ra k ết qu ả hồn tồn gi ống nhau. Trong tr ường h ợp này, cĩ th ể cĩ hai kh ả n ăng x ảy ra. Kh ả n ăng th ứ nh ất là d ữ li ệu th ử T khơng đủ t ốt (hay được g ọi là d ữ li ệu th ử khơng thích hợp), chúng ta s ẽ ph ải ti ến hành th ực hi ện ki ểm th ử l ại v ới các d ữ li ệu th ử t ốt h ơn. Kh ả n ăng th ứ hai là ch ươ ng trình
9. -9- P và đột bi ến P’ là nh ững ch ươ ng trình t ươ ng t ự nhau, mọi d ữ li ệu th ử đều khơng th ể phân bi ệt s ự khác nhau gi ữa chúng. Trong c ả hai tr ường h ợp này, đột bi ến P’ được cho là cịn s ống (alive). 1.2.5. Đột bi ến t ươ ng đươ ng Các đột bi ến t ươ ng đươ ng (equivalent mutant) là các đột bi ến cho ra k ết qu ả gi ống v ới ch ươ ng trình g ốc v ới m ọi d ữ li ệu th ử ho ặc cú pháp c ủa đột bi ến và ch ươ ng trình g ốc khác nhau nh ưng ho ạt động t ươ ng t ự nhau. M ột cách hình th ức, chúng ta nĩi: đột bi ến t ươ ng đươ ng là đột bi ến cịn s ống mà m ọi d ữ li ệu th ử T ⊂ D (D, t ập các d ữ li ệu th ử cho P) đều xác định được P và P’ t ươ ng đươ ng nhau ( P ≡ P’). 1.2.6. Tỷ l ệ đột bi ến Tỷ l ệ đột bi ến (Mutation Score), được ký hi ệu MS , c ủa ch ươ ng trình P và dữ li ệu th ử T là t ỷ l ệ các đột bi ến khơng t ươ ng đươ ng (so v ới ch ươ ng trình g ốc) b ị di ệt b ởi d ữ li ệu th ử T, được mơ t ả bởi cơng th ức sau: D MS (,)P T = N − E trong đĩ, - D: s ố đột bi ến đã b ị di ệt, - N: t ổng s ố các đột bi ến, - E: s ố đột bi ến t ươ ng đươ ng. Nh ư v ậy, 0 ≤ MS ≤ 1 hay 0 ≤ MS % ≤ 100.
10. -10- 1.2.7. Chi phí c ủa ki ểm th ử đột bi ến Chi phí trong ki ểm th ử đột bi ến t ập trung ba bước t ốn kém nh ất là s ản sinh đột bi ến, biên d ịch các đột bi ến và ki ểm th ử t ừng phiên b ản đột bi ến v ới các dữ li ệu ki ểm th ử. Nh ư v ậy, s ố l ượng lớn các đột bi ến s ẽ làm cho chi phí ki ểm th ử đột bi ến r ất l ớn. 1.3. TI ẾN TRÌNH KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN Gọi ch ươ ng trình g ốc là P, các đột bi ến là P’ và t ập d ữ li ệu ki ểm th ử là T. Chúng ta cĩ th ể gi ải thích ti ến trình th ực hi ện ki ểm th ử đột bi ến nh ư sau: Bước 1: Tạo đột bi ến P’ t ừ ch ươ ng trình g ốc P. Bước 2: Sinh các d ữ li ệu ki ểm th ử T. Bước 3: Th ực hi ện ch ươ ng trình g ốc P v ới m ỗi d ữ li ệu ki ểm th ử. Ki ểm tra k ết qu ả nh ận được: - Nếu đầu ra khơng đúng, ph ải ch ỉnh s ửa ch ươ ng trình g ốc P và ki ểm th ử l ại. - Nếu đầu ra đúng, th ực hi ện b ước ti ếp theo. Bước 4: Th ực hi ện t ừng đột bi ến cịn s ống v ới m ỗi d ữ li ệu ki ểm th ử. So sánh k ết qu ả th ực hi ện đột bi ến v ới k ết qu ả th ực hi ện ch ươ ng trình g ốc đối v ới m ỗi d ữ li ệu th ử. - Nếu t ất c ả các đột bi ến đều b ị di ệt. Hồn thành ki ểm th ử. - Nếu cịn đột bi ến ch ưa b ị di ệt, chuy ển sang b ước ti ếp theo.
11. -11- Bước 5: Phân tích và xác định các đột bi ến t ươ ng đươ ng. Nếu cịn các đột bi ến khơng t ươ ng đươ ng nh ưng ch ưa b ị di ệt thì các d ữ li ệu ki ểm th ử khơng đủ kh ả n ăng di ệt đột bi ến. Ph ải hi ệu ch ỉnh t ập d ữ li ệu ki ểm th ử. Quay l ại b ước 1. 1.4. HẠN CH Ế C ỦA KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN Lý thuy ết và k ết qu ả th ực nghi ệm đã cho th ấy r ằng, ki ểm th ử đột bi ến là ph ươ ng pháp hi ệu qu ả để đánh giá ch ất l ượng c ủa các b ộ ki ểm th ử. Tuy nhiên, cĩ một s ố h ạn ch ế khi th ực hi ện ki ểm th ử đột bi ến như sau: - Vi ệc nh ận d ạng các đột bi ến t ươ ng đươ ng là r ất quan tr ọng nh ưng r ất khĩ kh ăn. - Một s ố các đột bi ến khơng t ươ ng đươ ng nh ưng v ẫn cịn tồn t ại trong quá trình ki ểm th ử. - Chi phí tính tốn trong ki ểm th ử đột bi ến r ất cao, do s ố lượng tốn t ử đột bi ến th ường r ất lớn. - Ki ểm th ử đột bi ến c ũng t ốn nhi ều nhân cơng trong quá trình ki ểm th ử. 1.5. MỘT S Ố KỸ THU ẬT NÂNG CAO HI ỆU QU Ả KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN 1.5.1. Giả m chi phí tí nh tố n trong phân tích đột bi ến Các k ỹ thu ật được nghiên c ứu theo ba chi ến l ượ c: làm thơng minh h ơn, là m ít h ơn và nhanh h ơn. Chi ến l ược là m thơng minh hơn, g ồm các k ỹ thu ật: đột bi ến y ếu (weak mutation), ki ến trúc phân tán (distributed architectures). Chi ến l ược là m ít h ơn h ướng đến l ựa ch ọn nh ững đột bi ến sao cho hi ệu qu ả nh ất nh ưng v ẫn
12. -12- đảm b ảo ch ất l ượng ki ểm th ử, gồm các k ỹ thu ật: đột bi ến l ựa ch ọn (selective mutation), l ấy m ẫu đột bi ến (mutation sampling). Chi ến lược là m nhanh h ơn, h ướng vào t ự động hố m ột s ố cơng đoạn và gi ảm t ải ở các cơng đoạn chi ếm nhi ều chi phí tính tốn, gồm các kỹ thu ật: th ực thi đột bi ến d ựa vào gi ản đồ (schema-based), ph ươ ng pháp tách r ời biên d ịch (separate compilation approach). Ngồ i ra, cị n nhi ều kỹ thu ật khác nh ư kỹ thu ật gom cụ m đột bi ến (clustering of mutants). 1.5.2. Gi ảm b ớt các cơng đoạn th ủ cơng Vi ệc phát tri ển th ủ cơng các dữ li ệu ki ểm th ử đột bi ến m ột cách đầy đủ yêu c ầu r ất nhi ều n ỗ l ực. H ơn n ữa vi ệc quy ết định phiên b ản đột bi ến nào t ươ ng đươ ng v ới ch ươ ng trình g ốc là r ất nhàm chán và ho ạt động này th ường d ẫn đến nhi ều sai sĩt. Vi ệc t ự động hĩa các hoạt động này s ẽ nâng cao hi ệu qu ả và ch ất l ượng của ki ểm th ử đột bi ến. 1.5.3. Cải ti ến ti ến trình ki ểm th ử đột bi ến Ti ến trình ki ểm th ử đột bi ến truy ền th ống cịn t ồn t ại m ột s ố vấn đề, nh ư thực thi l ặp l ại nh ững ca ki ểm th ử, th ực thi ch ươ ng trình g ốc, Tiến trình c ải ti ến được đề xu ất nh ằm kh ắc ph ục các h ạn ch ế nêu trên. Tr ước h ết, t ự động t ạo ra m ột t ập các dữ li ệu th ử. Các dữ li ệu th ử đĩ s ẽ được th ực thi l ần l ượt v ới ch ươ ng trình g ốc và sau đĩ v ới các ch ươ ng trình đột bi ến. Ki ểm th ử viên s ẽ định ngh ĩa m ột giá tr ị ng ưỡng, đĩ là giá tr ị nh ỏ nh ất cĩ th ể ch ấp nh ận được c ủa t ỷ l ệ đột bi ến. N ếu ng ưỡng đĩ khơng đạt được, khi các dữ li ệu th ử khơng di ệt được đột bi ến nào (gi ới h ạn khơng hi ệu
13. -13- qu ả), s ẽ b ị lo ại tr ừ. Ti ến trình này s ẽ được l ặp l ại, v ới m ỗi m ột th ời điểm s ản sinh các dữ li ệu th ử ch ỉ nh ắm đến các đột bi ến cịn s ống, cho đến khi ng ưỡng t ỷ l ệ đột bi ến đạt được. 1.6. ỨNG D ỤNG C ỦA KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN 1.6.1. Đột bi ến mã ngu ồn Đột bi ến mã ngu ồn ch ươ ng trình đã được áp d ụng cho c ả hai m ức ki ểm th ử đơ n v ị và ki ểm th ử tích h ợp. Đối v ới ki ểm th ử mức đơ n v ị, đột bi ến được t ạo ra để mơ t ả l ỗi trong m ột đơ n v ị ph ần m ềm mà l ập trình viên th ực hi ện; trong khi đĩ đối v ới m ức ki ểm th ử tích h ợp, đột bi ến được t ạo ra để mơ t ả l ỗi tích h ợp b ởi lỗi k ết n ối ho ặc t ươ ng tác gi ữa các đơ n v ị ph ần m ềm. Đột bi ến này được áp d ụng trên các ngơn ng ữ l ập trình nh ư ngơn ng ữ Fortran, Ada, C, Java, C#, AspectJ. 1.6.2. Đột bi ến đặc t ả Ki ểm th ử đột bi ến c ũng đã được đề xu ất áp d ụng cho các đặc t ả và thi ết k ế ph ần m ềm. Ki ểm th ử đột bi ến áp d ụng ở m ức đặc t ả và thi ết k ế thường được g ọi là “ đột bi ến đặc t ả". Trong đột bi ến đặc t ả, l ỗi th ường được phát sinh trong máy tr ạng thái ho ặc các bi ểu th ức lơgic để t ạo ra các đột bi ến. M ột đột bi ến b ị di ệt n ếu điều ki ện đầu ra là sai l ệch. Ki ểm th ử đột bi ến thu ộc lo ại này g ồm đặc t ả hình th ức, mơi tr ường th ực thi, d ịch v ụ Web, h ệ th ống mạng. 1.7. TỔNG K ẾT CH ƯƠ NG 1
14. -14- CH ƯƠ NG 2. KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN CÁC CÂU L ỆNH TRUY V ẤN SQL 2.1. GI ỚI THI ỆU Trong ch ươ ng này, tr ước h ết chúng tơi trình bày s ơ l ược v ề cơ s ở d ữ li ệu và ngơn ng ữ truy v ấn cĩ c ấu trúc. M ột s ố cơng trình nghiên c ứu v ề ki ểm th ử c ơ s ở d ữ li ệu c ũng được đề c ập. Đặc bi ệt, chúng tơi phân tích m ột s ố l ỗi điển hình trong các câu l ệnh truy vấn c ơ s ở d ữ li ệu. Trên c ơ s ở đĩ, chúng tơi trình bày ứng d ụng ki ểm th ử đột bi ến cho các câu l ệnh truy v ấn. 2.2. CƠ S Ở D Ữ LI ỆU QUAN H Ệ VÀ NGƠN NG Ữ TRUY VẤN CĨ C ẤU TRÚC 2.2.1. Cơ s ở d ữ li ệu quan h ệ Cơ s ở d ữ li ệu là m ột t ập h ợp cĩ c ấu trúc nh ững d ữ li ệu cĩ liên quan v ới nhau. Cơ s ở d ữ li ệu được s ử d ụng ph ổ bi ến hi ện nay là c ơ s ở d ữ li ệu quan h ệ. Cơ s ở d ữ li ệu quan h ệ là các c ơ s ở d ữ li ệu d ạng b ảng cĩ th ể d ễ dàng được t ổ ch ức l ại và được truy v ấn. 2.2.2. Ngơn ng ữ truy v ấn cĩ c ấu trúc Ngơn ng ữ truy v ấn cĩ cấu trúc (SQL) là ngơn ng ữ th ường được s ử d ụng để định ngh ĩa l ược đồ c ơ s ở d ữ li ệu và th ực hi ện vi ệc c ập nh ật, xĩa, ch ỉnh s ửa và truy c ập d ữ li ệu l ưu tr ữ trong c ơ sở d ữ li ệu. Ngơn ng ữ truy v ấn cĩ cấu trúc gồm các nhĩm l ệnh:
15. -15- − Nhĩm l ệnh định ngh ĩa d ữ li ệu (Data Definition Language - DDL). − Nhĩm l ệnh thao tác d ữ li ệu (Data Manipulation Language - DML). Ngồi ra, ngơn ng ữ truy v ấn cĩ cấu trúc cịn cĩ các l ệnh dùng để qu ản lý quy ền, các l ệnh định ngh ĩa khung nhìn nh ư CREATE VIEW, DROP VIEW; các l ệnh điều khi ển giao tác nh ư COMMIT, ROLLBACK Lệnh truy v ấn c ơ b ản SQL Câu l ệnh truy v ấn cơ b ản được mơ t ả b ởi các m ệnh đề SELECT, FROM, WHERE, GROUP BY, HAVING, ORDER BY. Các phép tốn trong SQL Trong SQL, cĩ hai phép tốn c ơ b ản: phép tốn lơ-gíc và phép tốn quan h ệ. Các hàm kết h ợp Các hàm k ết h ợp nh ư AVG, SUM, MAX, MIN, COUNT, 2.3. KI ỂM TH Ử C Ơ S Ở D Ữ LI ỆU Ph ươ ng pháp t ạo ra các ca ki ểm th ử b ằng cách xem xét các lược đồ cơ s ở d ữ li ệu, các thu ộc tính khác ho ặc các ràng bu ộc quan h ệ. Câu l ệnh truy v ấn SQL được chuy ển thành d ạng ngơn ng ữ l ập trình th ủ t ục, sau đĩ, k ỹ thu ật ki ểm th ử thơng th ường được áp d ụng để ki ểm th ử và đánh giá câu l ệnh SQL.
16. -16- 2.4. LỖI TRONG TRUY V ẤN C Ơ S Ở D Ữ LI ỆU Các l ỗi trong truy v ấn SQL cĩ th ể chia làm hai lo ại: l ỗi cú pháp và l ỗi ng ữ ngh ĩa. Các l ỗi cú pháp ngh ĩa là chu ỗi ký t ự nh ập vào khơng ph ải là truy v ấn SQL h ợp l ệ. Các l ỗi ng ữ ngh ĩa là câu truy v ấn SQL h ợp l ệ. 2.4.1. Mệnh đề SELECT 2.4.2. Mệnh đề FROM 2.4.3. Mệnh đề WHERE 2.4.4. Các hàm kết h ợp 2.4.5. Mệnh đề GROUP BY 2.4.6. Mệnh đề ORDER BY 2.4.7. UNION/UNION ALL 2.4.8. Truy v ấn vi ph ạm các m ẫu chu ẩn 2.4.9. Bộ trùng l ặp 2.5. KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN CÁC CÂU L ỆNH TRUY V ẤN Ứng d ụng ki ểm th ử đột bi ến cho các câu truy v ấn c ơ s ở d ữ li ệu g ồm các b ước c ơ b ản: − Xác định các l ỗi th ường ph ạm ph ải c ủa l ập trình viên khi vi ết c ủa câu truy v ấn. − Xây d ựng t ập tốn t ử đột bi ến áp d ụng cho câu truy vấn SQL. − Xây d ựng cơng c ụ h ỗ tr ợ th ực hi ện ti ến trình ki ểm th ử đột bi ến các câu truy v ấn.
17. -17- − Th ử nghi ệm và đánh giá k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến trên các câu l ệnh truy v ấn trong các ứng d ụng c ơ s ở dữ li ệu c ụ th ể. 2.6. TỐN T Ử ĐỘT BI ẾN CHO CÁC CÂU L ỆNH TRUY VẤN Các tốn t ử đột bi ến được chia làm b ốn nhĩm: − Tốn t ử đột bi ến các m ệnh đề chính (SC - SQL Clause mutation operators); − Tốn t ử đột bi ến cho các tốn t ử xu ất hi ện trong các điều ki ện và bi ểu th ức (OR - Operator Replacement mutation operators); − Tốn t ử đột bi ến liên quan đến vi ệc x ử lý giá tr ị NULL (NL – NULL mutation operators); − Tốn t ử đột bi ến thay th ế các định danh: c ột tham chi ếu, h ằng s ố và tham s ố (IR – Identifier Replacement mutation operators). Mỗi nhĩm đột bi ến được ký hi ệu b ởi các tên ng ắn g ọn ch ỉ gồm hai ký hi ệu và m ỗi tốn t ử đột bi ến trong các nhĩm được ký hi ệu b ởi các tên ng ắn g ọn g ồm ba ký hi ệu. 2.6.1. Tốn t ử đột bi ến các m ệnh đề chính (SC) Mục đích của các tốn t ử đột bi ến các m ệnh đề chính, được ký hi ệu SC, là đột bi ến nh ững tính n ăng khác nhau trong ngơn ng ữ SQL tươ ng t ự nh ư các ngơn ng ữ khác (m ệnh đề, hàm k ết h ợp, các câu truy v ấn con ). Nh ững tốn t ử SC gĩp ph ần phát hi ện các lỗi nh ư điều ki ện k ết n ối khơng đúng, s ử d ụng khơng đúng từ khĩa
18. -18- DISTINCT, tính tốn các hàm k ết h ợp khơng đúng ho ặc khơng đúng th ứ t ự trong t ập k ết qu ả. 2.6.2. Tốn t ử đột bi ến cho các điều ki ện và bi ểu th ức (OR) Các tốn t ử đột bi ến các điều ki ện và các bi ểu th ức được thi ết k ế nh ằm phát hi ện các l ỗi lơ-gíc trong các bi ểu th ức trong các mệnh đề WHERE và HAVING. 2.6.3. Tốn t ử đột bi ến giá tr ị NULL (NL) Trong ngơn ng ữ truy v ấn SQL, mi ền giá tr ị c ủa m ỗi thu ộc tính được m ở r ộng thêm ký hi ệu đặc bi ệt NULL để bi ểu th ị cho mọi giá tr ị d ữ li ệu được hi ểu là khơng được định ngh ĩa, ho ặc khơng thích h ợp, ho ặc khơng xác định. Vi ệc xử lý các giá tr ị NULL khơng đúng cĩ th ể d ẫn đến k ết qu ả khơng l ường tr ước được. Do đĩ, các đột bi ến cĩ liên quan đến các giá tr ị NULL c ần ph ải được xem xét để phát hi ện các lo ại l ỗi này. 2.6.4. Tốn t ử đột bi ến các định danh (IR) Các tốn t ử đột bi ến IR thay th ế các định danh c ột, h ằng và tham chi ếu trong các tham s ố của truy v ấn. Vì v ậy, các tốn t ử đột bi ến này cĩ kh ả n ăng phát hi ện các l ỗi nh ư s ử d ụng khơng đúng các tr ường. 2.7. TỔNG K ẾT CH ƯƠ NG 2
19. -19- CH ƯƠ NG 3. XÂY D ỰNG CƠNG C Ụ KI ỂM TH Ử ĐỘT BI ẾN CÁC CÂU L ỆNH SQL 3.1. GI ỚI THI ỆU Cơng c ụ dùng để phân tích c ấu trúc l ệnh SQL, sinh các đột bi ến, th ực thi đột bi ến, nh ằm giúp đánh giá ch ất l ượng c ủa câu lệnh và các b ộ d ữ li ệu ki ểm th ử. Cơng c ụ s ử d ụng b ộ mã ngu ồn gsqlparser for .Net để phân tích c ấu trúc l ệnh SQL và s ử d ụng ngơn ng ữ C# th ực thi trong mơi tr ường .NetFrameWork. Cơng c ụ t ạo ra các đột bi ến b ằng cách chèn l ỗi vào câu l ệnh gốc, th ực thi l ần l ượt câu l ệnh g ốc và câu l ệnh đột bi ến vào trên các b ộ d ữ li ệu th ử, t ừ đĩ đánh giá ch ất l ượng c ủa câu l ệnh SQL và ch ất l ượng c ủa các b ộ d ữ li ệu th ử. 3.2. GI ẢI PHÁP Trên c ơ s ở phân tích các đột bi ến câu l ệnh truy v ấn c ơ s ở d ữ li ệu SQL ở ch ươ ng 2, chúng tơi đề xu ất thu ật tốn xây d ựng cơng cụ ki ểm th ử đột bi ến cho câu l ệnh SQL nh ư sau. Bước 1 . Nh ận câu l ệnh SQL vào, ki ểm tra, phân tích cú pháp câu l ệnh và l ưu d ưới d ạng cây cú pháp XML. Bước 2 . Th ực hi ện đột bi ến trên câu l ệnh SQL t ạo ra t ập h ợp các đột bi ến c ủa câu l ệnh SQL g ốc. Bước 3 . Th ực hi ện vịng l ặp g ồm các b ước sau: a. Th ực thi câu l ệnh SQL đột bi ến.
20. -20- b. So sánh k ết qu ả th ực thi câu l ệnh đột bi ến và k ết qu ả th ực thi câu l ệnh g ốc. c. Nếu k ết qu ả khác nhau thì đột bi ến b ị di ệt, n ếu ng ược l ại s ẽ đánh d ấu câu l ệnh đột bi ến và xem xét tính t ươ ng đươ ng câu câu l ệnh đột bi ến v ới câu l ệnh g ốc. d. Bước 4 . K ết thúc quá trình, xu ất ra báo cáo s ơ b ộ gồm các thơng tin v ề s ố l ượng đột bi ến sinh ra, s ố lượng đột bi ến b ị di ệt và t ỷ l ệ đột bi ến. 3.3. CƠNG NGH Ệ Cơng ngh ệ s ử d ụng: - Hệ điều hành: Microsoft Windows Server, Windows XP, Windows 7, - Hệ qu ản tr ị c ơ s ở d ữ li ệu: MS SQL Server 2008 - Cơng ngh ệ .Net FrameWork 3.5 - Mã ngu ồn SQL Parser ( gudusoft.gsqlparser.dll ) 3.4. KI ẾN TRÚC CƠNG C Ụ Cốt lõi c ủa h ệ th ống này là b ộ s ản sinh đột bi ến, ngh ĩa là t ạo ra các đột bi ến c ủa câu l ệnh truy v ấn c ơ s ở d ữ li ệu. Để sinh các đột bi ến, b ộ phân tích cú pháp phân tích câu l ệnh truy v ấn g ốc và t ạo ra cây cú pháp t ươ ng ứng. T ừ cây cú pháp, b ộ sinh đột bi ến th ực hi ện các tốn t ử đột bi ến để t ạo ra các đột bi ến c ủa câu l ệnh truy vấn g ốc. Sau đĩ, m ỗi đột bi ến và câu l ệnh truy v ấn gốc s ẽ được th ực thi trên b ộ d ữ li ệu th ử để tính t ỷ l ệ đột bi ến.
21. -21- 3.5. BỘ PHÂN TÍCH CÚ PHÁP Bộ phân tích chuy ển câu l ệnh truy v ấn SQL g ốc sang định dạng tài li ệu XML b ằng cách thay th ế các t ừ khĩa c ủa câu l ệnh bằng các ph ần t ử XML và t ổ ch ức l ại tài li ệu XML theo th ứ t ự phù hợp v ới c ấu trúc c ủa câu truy v ấn SQL. Các t ừ khĩa được bi ểu di ễn b ởi các ph ần t ử và các tên c ột, tên b ảng, tham s ố và các h ằng số được bi ểu di ển b ởi thu ộc tính text c ủa các ph ần t ử XML. Câu l ệnh SQL sau khi được b ộ phân tích phân tích s ẽ t ạo ra cây cú pháp truy v ấn ứng v ới các ki ểu m ệnh đề nh ư sau: TSelectSqlStatement, TDeleteSqlStatement, TUpdateStatement, tu ỳ theo đầu vào c ủa kịch b ản SQL là m ệnh Select, Delete, Update hay Insert, 3.6. BỘ SINH ĐỘT BI ẾN Bộ sinh đột bi ến nh ận đầu vào là l ược đồ c ơ s ở d ữ li ệu và câu l ệnh truy v ấn SQL, t ập các nhĩm tốn t ử đột bi ến để phân tích câu l ệnh truy v ấn và chuy ển các tài li ệu XML c ủa câu l ệnh truy vấn vào mơ hình DOM. B ộ sinh đột bi ến s ẽ duy ệt qua các ph ần t ử trong mơ hình DOM và khi b ắt g ặp m ột ph ần t ử hoặc thu ộc tính text c ủa m ột nút thì th ực hi ện các b ước sau: - Xác định ph ạm vi - Ch ọn c ột - Áp d ụng tốn t ử đột bi ến Trong khi b ộ sinh đột bi ến s ản sinh ra m ỗi đột bi ến thì nĩ s ẽ gọi th ực thi b ộ ghi đột bi ến để l ưu l ại đột bi ến đĩ. Các đột bi ến được l ưu trong m ột t ệp tin tài li ệu XML.
22. -22- 3.7. BỘ TH ỰC THI ĐỘT BI ẾN Bộ sản sinh và th ực thi nh ững đột bi ến hồn tồn t ự động trong m ột cơng c ụ đột bi ến SQL. Thu th ập thơng tin v ề l ược đồ c ơ sở d ữ li ệu, t ải vào các c ơ s ở d ữ li ệu ki ểm th ử, điều khi ển s ự thay đổi d ữ li ệu và cài đặt tham s ố ghi vào tài li ệu XML. Cú pháp câu truy v ấn được phân tích ghi vào tài li ệu XML và m ỗi ph ần t ử là một ti ến trình. M ỗi ti ến trình, c ả truy v ấn và l ược đồ c ơ s ở d ữ li ệu được xem xét và đột bi ến được s ản sinh b ằng cách áp d ụng các lu ật đã trình bày ở trên. Cu ối cùng, các đột bi ến được th ực thi. 3.8. TH Ử NGHI ỆM VÀ ĐÁNH GIÁ K ẾT QU Ả Trong ph ần th ử nghi ệm này, chúng tơi l ựa ch ọn mơi tr ường ki ểm th ử và b ộ d ữ li ệu th ử nh ư sau: Hệ qu ản tr ị c ơ s ở d ữ li ệu: MS Server SQL 2008 Bộ d ữ li ệu th ử: Hệ c ơ s ở d ữ li ệu khách hàng s ử d ụng các dịch v ụ vi ễn thơng, g ồm các th ực th ể nh ư sau:
    Danh b ạ khách hàng
    Danh b ạ thanh tốn
    Danh b ạ thuê bao
    Đối t ượng thuê bao
    Dịch v ụ vi ễn thơng Lược đồ c ơ s ở d ữ li ệu
23. -23- Hình 3.6. L ược đồ c ơ s ở d ữ li ệu Tốn t ử đột bi ến + Tốn t ử đột bi ến các m ệnh đề chính SC g ồm: tốn t ử SEL, JOI, ARG, + Tốn t ử đột bi ến cho các điều ki ện và bi ểu th ức OR g ồm các tốn t ử ROR, LCR, AOR, UOI, ABS, LKE,, BTW, + Tốn t ử đột bi ến các giá tr ị NULL g ồm các tốn t ử NLI, NLO, NLF, + Tốn t ử đột bi ến định danh IRC. 3.9. TỔNG K ẾT CH ƯƠNG 3
24. -24- KẾT LU ẬN Ki ểm th ử ph ần m ềm là m ột trong nh ững khâu quan tr ọng của quy trình xây d ựng ph ần m ềm nh ằm ki ểm tra xem ph ần m ềm làm ra cĩ nh ững l ỗi gì c ần kh ắc ph ục. Ki ểm th ử khơng th ể ch ứng minh được ph ần m ềm là h ết l ỗi mà nĩ ch ỉ giúp cho ng ười vi ết mã tìm ra và cĩ bi ện pháp kh ắc ph ục càng nhi ều l ỗi càng t ốt, gĩp ph ần đánh giá ch ất l ượng s ản ph ẩm ph ần m ềm. Ki ểm th ử đột bi ến được xem nh ư là m ột trong nh ững k ỹ thu ật ki ểm th ử hấp d ẫn đầy h ứa h ẹn, gi ải quy ết các v ấn đề tốt hay khơng t ốt c ủa các b ộ d ữ li ệu ki ểm th ử đạt yêu c ầu hi ệu n ăng cao và nh ững cơng c ụ h ỗ tr ợ để t ạo ra nh ững đột bi ến và th ực thi chúng. Tuy nhiên, ki ểm th ử đột bi ến cịn khĩ áp d ụng vào trong th ực t ế. Ki ểm th ử viên th ường th ấy khĩ kh ăn để áp d ụng vào và thay vào đĩ là d ựa vào nh ững ki ến th ức c ũng nh ư kinh nghi ệm khi thi ết k ế nh ững ca ki ểm th ử. 1. Kết qu ả đạt được Trong khuơn kh ổ m ột lu ận v ăn th ạc s ĩ, sau khi ti ến hành tìm hi ểu nghiên c ứu v ề ki ểm th ử ph ần m ềm, kỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến và ki ểm th ử đột bi ến câu l ệnh truy v ấn, h ọc viên đã đạt được một s ố k ết qu ả nh ất định nh ư sau: - Về m ặt nghiên c ứu lý thuy ết: Nắm được c ơ b ản v ề k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến, là m ột k ỹ thu ật nh ằm đánh giá ch ất l ượng c ủa các b ộ d ữ li ệu ki ểm th ử. Qua đĩ, cho th ấy cĩ r ất nhi ều cơng trình đã và đang nghiên c ứu v ề
25. -25- ki ểm th ử đột bi ến nh ằm c ải ti ến và nâng cao hi ệu qu ả c ủa ki ểm th ử đột bi ến, c ũng nh ư m ở r ộng kh ả n ăng ứng d ụng c ủa ki ểm th ử đột bi ến. Điều đĩ th ể hi ện r ằng ki ểm th ử đột bi ến là m ột trong nh ững k ỹ thu ật ki ểm th ử đĩng vai trị r ất quan tr ọng và được ứng dụng r ất r ộng rãi, t ừ m ức mã ngu ồn đến m ức đặc t ả. - Về m ặt ứng d ụng th ực ti ễn: Dựa trên nh ững nghiên c ứu v ề k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến, các gi ải pháp c ải ti ến và nâng cao hi ệu qu ả c ủa ki ểm th ử đột bi ến đồng th ời phân tích các tốn t ử đột bi ến trên câu l ệnh SQL, h ọc viên đã đề ra gi ải pháp xây d ựng cơng c ụ h ỗ tr ợ ki ểm th ử đột bi ến các câu l ệnh SQL nh ằm đánh giá ch ất l ượng các b ộ d ữ li ệu ki ểm th ử. Cơng c ụ này cĩ th ể được s ử d ụng để nghiên c ứu ki ểm th ử các ứng d ụng c ơ s ở d ữ li ệu và cho đánh giá tính đầy đủ c ủa nh ững ca ki ểm thử, so sánh với các k ỹ thu ật khác nhau. Đồng th ời kết qu ả nghiên c ứu cĩ th ể cung c ấp m ột gi ải pháp s ơ b ộ v ề vi ệc ứng dụng ki ểm th ử đột bi ến để làm tài li ệu tham kh ảo và áp d ụng th ực tế cho các đơ n v ị phát tri ển ph ần m ềm đang c ần nâng cao ch ất lượng ki ểm th ử sản ph ần ph ần m ềm. 2. Hạn ch ế Do th ời gian tìm hi ểu nghiên c ứu cĩ h ạn nên đề tài ch ỉ m ới tập trung vào vi ệc phân tích các tốn t ử đột bi ến c ơ s ở chung c ủa ngơn ng ữ truy v ấn SQL ch ưa đi sâu vào các tốn t ử riêng bi ệt c ủa từng h ệ th ống c ơ s ở d ữ li ệu hi ện nay như Oralce, MS Server SQL, MySQL,
26. -26- Cơng c ụ phát tri ển độc l ập ch ưa tích h ợp vào nh ững ứng dụng qu ản lý cĩ s ử d ụng ngơn ng ữ truy v ấn d ữ li ệu c ũng nh ư dị tìm các l ệnh truy v ấn t ự động để phân tích và s ản sinh đột bi ến một cách tự động nh ằm giúp cho ki ểm th ử viên ki ểm th ử mã ngu ồn m ột s ản ph ẩm ti ết ki ệm th ời gian và cơng s ức. 3. Hướng phát tri ển Mặc dù đã th ực hi ện các n ội dung c ơ b ản về k ỹ thu ật ki ểm th ử đột bi ến, phân tích đột bi ến tốn t ử trên các câu l ệnh SQL và xây d ựng cơng c ụ h ỗ tr ợ ki ểm th ử đột bi ến câu l ệnh SQL vận hành thành cơng. Tuy nhiên, để cĩ th ể hồn thi ện t ốt h ơn, đề tài c ần nghiên c ứu b ổ sung thêm các n ội dung sau: - Áp d ụng k ỹ thu ật c ải ti ến ti ến trình ki ểm th ử đột bi ến, tự động t ạo ra m ột t ập các dữ li ệu th ử. Các dữ li ệu th ử đĩ s ẽ được th ực thi l ần l ượt v ới ch ươ ng trình g ốc và sau đĩ v ới các ch ươ ng trình đột bi ến. - Mở r ộng áp d ựng ki ểm th ử đột bi ến trên t ừng h ệ th ống c ơ sở d ữ li ệu nh ư Oracle, MS Server SQL, MySQL, - Tích h ợp cơng c ụ vào nh ững ứng d ựng qu ản lý sử d ụng ngơn ng ữ truy v ấn để ki ểm th ử.