Qualitätssicherung von Software (SWQS)

Qualittssicherung von Software (SWQS)Prof. Dr. Holger Schlingloff

Humboldt-Universitt zu BerlinundFraunhofer FOKUS21.5.2013: Modellprfung

Folie *H. Schlingloff, Software-Qualittssicherung

Fragen zur WiederholungWas ist ein Modell, ein Transitionssystem, ein endlicher Automat?Unterschied Systemmodell Testmodell?Testgenerierung aus UML State Machines: Testziele und berdeckungskriterien?Was versteht man unter einer Transition Tour?Wie kann man die Effektivitt einer Testsuite nachweisen?


Wo stehen wir?Einleitung, Begriffe, Software-QualittskriterienSoftwaretestVerifikation und Validierung, Modellprfungstatische und dynamische AnalysetechnikenSoftwarebewertung, SoftwaremetrikenCodereview- und andere InspektionsverfahrenZuverlssigkeitstheorie, FehlerbaumanalyseQualittsstandards, Qualittsmanagement, organisatorische Manahmen


Sprachgebrauch im V-ModellVerifikation: Vergleich des Ergebnisses eines Entwicklungsschritts mit dem vorherigenValidierung: Vergleich des analytischen Artefaktes mit dem entsprechenden synthetischen Artefakt

alternativer SprachgebrauchVerifikation = formaler Beweis (entspricht der Code der Spezifikation?)Validierung = informelle berprfung (entspricht die Spezifikation den Anforderungen?) Verifikation und Validierung


Techniken fr V&VValidierungRequirements Engineering, strukturierte AnalyseKonsistenz- und VollstndigkeitsprfungSchablonentechnik, systematische FragebgenVerifikationHoare-Kalkl, mathematische ProgrammbeweiseModellprfung, Erreichbarkeitsgrapheninteraktive Abstraktions/Verfeinerungsbeweise


Modellprfungberprfung eines formalen Modells des Systems gegenber einer formalen Spezifikation der Anforderungenvollautomatisch fr zustandsendliche Systeme

Modellierung: Automaten, Petrinetze, StateCharts, SDL, Spezifikation: temporale Logik, Erreichbarkeit, Verklemmungsfreiheit,


Beispiel (nuSMV)


Ein SpielbeispielWie viele erreichbare Zustnde gibt es?Wie kann man feststellen, ob ein Zustand erreichbar ist?


Coding in SMV


Coding in SMV (cont.)SMV findet sofort eine Lsung (rrddlluurrddlluurrddlluurrdd)Lola (Humboldt Univ.) ist sogar noch schnellerfr 3*4 gut machbar, 4*4 machbar, 5*5 nicht machbar (1025)


Ein Hardware-Beispiel gibts vielleicht noch besser (color)


Verifikationsmodell des Schieberegisters


Reale BeispieleHardware-Verifikation: Stand der TechnikALUs, PLAs, Memory Controller, Chip Design, ...Software-Verifikation: Stand der ForschungLuftfahrtcomputer, Zugsteuerungen, Automobil-Steuergerte, nichttriviale Suchprobleme, ...

http://www-2.cs.cmu.edu/~modelcheck/tour.htm


Another Example: Ivor Spences Sudokuhttp://www.cs.qub.ac.uk/~I.Spence/SuDoku/sudoku.jar


How Does He Do It?Propositional modelling9 propositions per cell: proposition ijk indicates that row i, column j contains value kindividual cell clauseseach cell contains exactly one value(ij1 v ij2 v v ij9) ^ ~(ij1 ^ ij2) ^ ^ ~(ij8 ^ ij9)row and column clauseseach row i contains each number, exactly once(i11 v v i91) ^ (i12 v v i92) ^ (i19 v v i99)j1 j2, k=1..9: ~(ij1k ^ ij2k)same for columnsblock clauses similarpre-filled cells easySAT solving729 propositions, ca. 3200 clauses few seconds


Propositional verificationIn order to validate a system, we need to represent the transition relation.The representation is of utmost importance for the success of a verification attemptAlgorithms and data structures are heavily dependent onto each otherNeeded: representation of sets, relations, boolean formulas, ...


Binary Encoding of DomainsAny variable on a finite domain D can be replaced by log(D) binary variablessimilar to encoding of data types by compilerse.g. var v: {0..15} can be replaced by var v1,v2,v3,v4: boolean (0=0000, 1= 0001, 2=0010, 3=0011, ..., 15=1111)State spacestill in the order of original domain!e.g. three int8-variables can have 224=108 statese.g. buffer of length 10 with 10-bit values 1030 statesRepresentation of large sets of states?


Representation of Sets


Ordered Tree FormNormal form for propositional formulasUses only the connective Ite

Linear ordering on the set of propositionse.g., most significant bit firstShannon expansion


Truth table and tree form formulaReduction: Replace Ite (v,,) by


AbbreviationsIntroduce abbreviations

maximally abbreviated


Binary Decision Trees (BDTs)Binary decision tree

Elimination of isomorphic subtrees (abbreviations)


Binary Decision Diagrams (BDDs)Elimination of redundant nodes (redundant subformulas) Ite (v,,) by

*cd C:\Program Files\NuSMV\2.5.4\binnuSMV D:/Temp/example.smv******SuDoku Puzzle as a Satisfiability Problem *

Documents

Qualitätssicherung von Software (SWQS)