KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH PHẦN MỀM SỬ DỤNG NUSMV

45 717 2
KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH PHẦN MỀM SỬ DỤNG NUSMV

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Kiểm chứng mô hình thường được áp dụng ở giai đoạn thiết kế vì việc mô hình hóa bản thiết kế hệ thống dễ dàng hơn mô hình hóa mã nguồn của hệ thống.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nông Gia Tự KIỂM CHỨNG HÌNH PHẦN MỀM SỬ DỤNG NUSMV KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nông Gia Tự KIỂM CHỨNG HÌNH PHẦN MỀM SỬ DỤNG NUSMV KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Ngọc Hùng HÀ NỘI - 2010 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Lời cảm ơn Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Ngọc Hùng, thầy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn chúng em và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập trong suốt quá trình học đại học đặc biệt là trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp K51CD và lớp K51CNPM đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị cùng những lời động viên khích lệ khi thực hiện đề tài này. Cuối cùng con xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm yêu thương. Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2008 Nông Gia Tự i Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Tóm tắt Kiểm chứng hình (model checking) là một hướng tiếp cận hiệu quả cho việc đảm bảo chất lượng phần mềm. Kĩ thuật này được áp dụng để chứng minh một cách tự động tính đúng đắn của phần mềm hoặc chỉ ra tại sao phần mềm không chạy đúng thông qua phản ví dụ. Hiện nay có rất nhiều công cụ kiểm chứng hình phần mềm như NuSMV, SPIN, KRONOS . Khóa luận này nghiên cứu lý thuyết cơ bản vè kiểm chứng hình, ngôn ngữ SMV dùng để hình hóa hệ thống và cách sử dụng NuSMV để kiểm chứng hình phần mềm. Kiểm chứng hình thường được áp dụng ở giai đoạn thiết kế vì việc hình hóa bản thiết kế hệ thống dễ dàng hơn hình hóa mã nguồn của hệ thống. Ngoài ra, việc sớm tìm ra lỗi ở bản thiết kế sẽ giúp giảm thiểu rủi ro của quá trình phát triển phần mềm. Vì thế chúng tôi tập trung tìm hiểu và đề xuất quy trình kiểm chứng hình sử dụng NuSMV ở giai đoạn thiết kế phần mềm. Đồng thời áp dụng quy trình này để kiểm chứng hình của phần mềm giả lập máy rút tiền tự động ATM. ii Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Mục lục Chương 1 Giới thiệu .1 1.1Đặt vấn đề 1 1.2Nội dung nghiên cứu của khóa luận 2 1.3Cấu trúc khóa luận .2 Chương 2 Tổng quan về kiểm chứng hìnhNuSMV .4 1.4Tổng quan về kiểm chứng hình .4 1.4.1Giới thiệu 4 1.4.2Ý nghĩa của kiểm chứng hình .5 1.4.3Sự khác nhau giữa kiểm chứng hình phần mềmkiểm thử phần mềm 5 1.5NuSMV 6 1.5.1Giới thiệu 6 1.5.2Kiến trúc của NuSMV 6 1.5.3Sử dụng NuSMV để kiểm chứng hình 8 Chương 3 Giới thiệu về logic thời gian 9 1.6Khái niệm .9 1.7Các toán tử trong logic thời gian .9 1.7.1Toán tử globally (toàn thể) 9 1.7.2Toán tử next (tiếp theo) .10 1.7.3Toán tử eventually (cuối cùng sẽ xảy ra) .10 1.8TLT và CTL .10 1.9Sử dụng temporal logic để tả một số thuộc tính cần kiểm chứng 10 1.9.1Safety (tính an toàn) 11 1.9.2Liveness (tính chạy được) .11 1.9.3Fairness (tính công bằng) 12 Chương 4 Ngôn ngữ SMV .13 1.10Tổng quan 13 1.11Cấu trúc của chương trình viết bằng ngôn ngữ SMV 13 iii Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 1.12Các kiểu dữ liệu .13 1.12.1Khai báo kiểu dữ liệu 13 1.12.2Kiểu logic (boolean), kiểu số nguyên (integer) và kiểu liệt kê (enum) .14 1.12.3Mảng .14 1.12.4Mảng nhiều chiều 14 1.12.5Kiểu cấu trúc .15 1.13Biến và các phép gán .16 1.14Các phép toán 16 1.14.1Phép gán 16 1.14.2Tóan tử next 17 1.15Máy trạng thái .18 Áp dụng NuSMV kiểm chứng hình phần mềm giả lập máy ATM 20 1.16Đề xuất quy trình đặc tả và kiểm chứng phần mềm sử dụng NuSMV 20 1.16.1Những cơ sở để đưa ra quy trình 20 1.16.2Mô tả quy trình 20 1.17Đặc tả và kiểm chứng hình phần mềm giả lập máy ATM .21 1.17.1Đặc tả yêu cầu .21 1.17.1.1Mô tả bài toán 21 1.17.1.2Các tác nhân của hệ thống 22 1.17.1.3Mô hình ca sử dụng tổng thể hệ thống .22 1.17.1.4Bật máy 23 1.17.1.5Tắt máy 23 1.17.1.6Phiên làm việc 24 1.17.1.7Giao dịch rút tiền .24 1.17.1.8Giao dịch chuyển tiền 24 1.17.1.9Giao dịch vấn tin tài khoản 24 1.17.1.10Sai mã PIN .25 1.17.2Đặc tả các thuộc tính cần kiểm chứng 25 1.17.3Thiết kế hệ thống 25 1.17.3.1Biểu đồ trạng thái tổng thể hệ thống 25 1.17.3.2Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống 26 1.17.3.3Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống 27 iv Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 28 1.17.4Mô hình hóa hệ thống bằng ngôn ngữ SMV .28 1.17.4.1Mô hình hóa tổng thể hệ thống 28 1.17.4.2Mô hình hóa quá trình thực hiện phiên làm việc 29 1.17.4.3Mô hình hóa quá trình thực hiện giao dịch 31 1.17.5Kiểm chứng hình .33 Chương 6 Kết luận .35 v Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Danh mục hình vẽ Hình 2.1. Nguyên tắc họat động của kiểm chứng hình. Hình 2.2. Sơ đồ kiến trúc NuSMV. Hình 5.1. Biểu đồ ca sử dụng hệ thống máy ATM. Hình 5.3. Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống ATM. Hình 5.4. Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống ATM. Hình 5.5. hình tổng thể hệ thống viết bằng ngôn ngữ SMV. Hình 5.6. hình quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống bằng ngôn ngữ SMV. Hình 5.7. hình quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống ATM bằng ngôn ngữ SMV. Hình 5.8. Kết quả kiểm chứng hình tổng thể hệ thống. Hình 5.9. Kết quả kiểm chứng hình phiên làm việc của hệ thống. Hình 5.10. Kết quả kiểm chứng hình thực hiện giao dịch hệ thống. vi Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Danh mục từ viết tắt Ký hiệu Thuật ngữ ATM Automated Teller Machine BDD Binary Decision Diagram CTL Computation Tree Logic LTL Linear Time Logic vii Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Chương 1 Giới thiệu 1.1 Đặt vấn đề Việc đảm bảo chất lượng phần mềm là một trong những công đoạn khó khăn nhất của việc phát triển phần mềm. Trong đó, việc đảm bảo tính đúng đắn của bản thiết kế ở bước sớm nhất có thể là một thách thức lớn nhất đối với bất kì quy trình phát triển phần mềm nào. Từ trước đến nay, phương pháp giả lập và kiểm thử thường được sử dụng để kiểm tra các bản thiết kế [5]. Tuy nhiên phương pháp này bộc lộ nhiều khiếm khuyết trong đó điểm yếu nghiêm trọng nhất chính là không thể khẳng định được chương trình đã hết lỗi hoặc ước lượng được số lỗi có thể sót lại trong bản thiết kế [5]. Kiểm chứng hình là một kỹ thuật kiểm chứng tự động các hệ thống hữu hạn trạng thái. Kiểm chứng hình xác minh tính đúng đắn của một hình bằng việc xác định xem các thuộc tính người dùng mong muốn có được thỏa mãn bởi hình đó hay không [6]. Về nguyên tắc hoạt động, hệ thống cần kiểm chứng sẽ được hình hóa. Công cụ kiểm chứng sẽ kiểm tra hình có thỏa mãn các thuộc tính được cho hay không. Nhờ khả năng duyệt qua tất cả các trạng thái trong hình mà tính đúng đắn của kết quả kiểm chứng hình luôn được đảm bảo. Nguyên tắc họat động của kiểm chứng hình như sau: Đóng vai trò xử lý dữ liệu tự động là một công cụ kiểm chứng hình. Đầu vào là hệ thống cần kiểm chứng đã được hình hóa và tả các thuộc tính cần kiểm chứng. Đầu ra là kết quả kiểm chứng – kết luận hệ thống hoàn toàn thỏa mãn các thuộc tính hoặc kết luận hệ thống không thỏa mãn một hoặc nhiều thuộc tính đi kèm với phản ví dụ. Nguyên tắc này được minh họa trong hình sau: 1 [...]... cho người sử dụng Hình 2.2 Sơ đồ kiến trúc NuSMV [4] 7 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 1.5.3 Sử dụng NuSMV để kiểm chứng hình Để kiểm chứng hình bằng NuSMV, chúng ta cần tả hệ thống và đặc tả các thuộc tính bằng ngôn ngữ SMV Sau đó sử dụng lệnh: nusmv tên_file trong đó tên_file là tên của file được viết bằng ngôn ngữ SMV 8 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông... Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Chương 5 Áp dụng NuSMV kiểm chứng hình phần mềm giả lập máy ATM 1.16 Đề xuất quy trình đặc tả và kiểm chứng phần mềm sử dụng NuSMV 1.16.1 Những cơ sở để đưa ra quy trình Để kiểm chứng một hình cần phải thực hiện hai bước: đầu tiên phải hình hóa phần mềm cần kiểm chứng sau đó cần định nghĩa các thuộc tính cần kiểm chứng Đối với trường hợp sử. .. khác nhau giữa kiểm chứng hình phần mềmkiểm thử phần mềm Cả kiểm chứng hìnhkiểm thử phần mềm đều thực hiện vai trò đảm bảo chất lượng phần mềm bằng việc tìm ra các lỗi nếu có của phần mềm Tuy nhiên giữa kiểm chứng hìnhkiểm thử phần mềm có một số điểm khác nhau quan trọng sau: Kiểm thử phần mềm đòi hỏi phải có chương trình để thực hiện, còn kiểm chứng hình thì ngoài kiểm thử trên.. .Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Hình 2.1 Nguyên tắc họat động của kiểm chứng hình [7] Trong quá trình kiểm chứng hình, việc hình hóa hệ thống và đặc tả các thuộc tính thường được thực hiện thủ công Việc chứng minh hình có thỏa mãn các thuộc tính hay không đựơc thực hiện tự động bằng công cụ kiểm chứng hình Khóa luận này tập trung nghiên cứu và áp dụng công cụ kiểm. .. cụ kiểm chứng hình NuSMV vào việc kiểm chứng ở giai đoạn thiết kế phần mềm 1.2 Nội dung nghiên cứu của khóa luận NuSMV là một công cụ kiểm chứng hình mã nguồn mở Đầu vào của NuSMV là một file viết bằng ngôn ngữ SMV trong đó tả hình hệ thống và các đặc tả thuộc tính cần kiểm chứng Khóa luận nghiên cứu lý thuyết kiểm chứng hình và áp dụng NuSMV để kiểm chứng bản thiết kế phần mềm Quá trình... thuộc tính cần kiểm chứng, hình hóa hệ thống và sử dụng NuSMV để phân tích, chứng minh hệ thống có thỏa mãn các thuộc tính cần kiểm chứng đó hay không 1.3 Cấu trúc khóa luận Các phần còn lại của khóa luận có cấu trúc như sau: 2 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Chương 2 trình bày kiến thức cơ bản về kiểm chứng hình và giới thiệu về NuSMV, một công cụ kiểm chứng phần mềm Chương... trong tương lai 3 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Chương 2 Tổng quan về kiểm chứng hìnhNuSMV 1.4 Tổng quan về kiểm chứng hình 1.4.1 Giới thiệu Kiểm chứng hình là kỹ thuật phân tích hệ thống để xác định tính hợp lệ của một hay nhiều tính chất mà người dùng quan tâm trong một hình cho trước Cụ thể hơn, với hình M và thuộc tính p cho trước, nó kiểm tra liệu thuộc... tiếp sau nó Tóm lại, nhờ khả năng xét đến yếu tố thời gian, temporal logic đã được sử dụng rộng rãi trong công nghệ kiểm chứng phần mềm Temporal logic thường được sử dụng để tả các thuộc tính cần kiểm chứng 1.9 Sử dụng temporal logic để tả một số thuộc tính cần kiểm chứng 10 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự 1.9.1 Safety (tính an toàn) Tính an toàn của một chương trình đảm... thiệu về logic thời gian và sử dụng logic thời gian để tả các thuộc tính cần kiểm chứng Chương 4 trình bày về cú pháp, các kiểu dữ liệu của ngôn ngữ SMV, cách sử dụng ngôn ngữ SMV để tả một máy hữu hạn trạng thái Chương 5 tìm hiểu và đề xuất quy trình kiểm chứng hình ở giai đoạn thiết kế phần mềm sử dụng NuSMV, sau đó áp dụng quy trình này vào kiểm chứng hình phần mềm giả lập máy rút tiền... cuối cùng, kiểm chứng, công cụ kiểm chứng sẽ tự động thực hiện và trả về kết quả là thỏa mãn nếu hình thỏa mãn các thuộc tính, hoặc đưa ra một phản ví dụ nếu hình không thỏa mãn Dựa vào phản ví dụ, người ta có thể tìm ra được lý do vì sao hình không thỏa mãn các thuộc tính đặt ra 4 Kiểm chứng hình phần mềm sử dụng NuSMV Nông Gia Tự Tóm lại, kiểm chứng hình là một kĩ thuật giúp kiểm tra . nghi n cứu lý thuyết cơ b n vè ki m ch ng m h nh, ng n ng SMV d ng để m h nh h a h th ng và c ch s d ng NuSMV để ki m ch ng m h nh ph n m m. Ki m ch ng. thuộc t nh c n ki m ch ng, m h nh h a h th ng và s d ng NuSMV để ph n t ch, ch ng minh h th ng có thỏa m n các thuộc t nh c n ki m ch ng đó hay kh ng.

Ngày đăng: 25/04/2013, 10:42

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan