姜 文，劉立康

(西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院，陜西 西安 710071)

0 引 言

軟件測試[1-2]是保證軟件質(zhì)量和可靠性的重要手段。其中覆蓋率測試就是監(jiān)控軟件代碼覆蓋率的一種有效的測試方法,通過一系列的測試集來找出哪些代碼沒有被執(zhí)行到，統(tǒng)計(jì)程序各類語句執(zhí)行的覆蓋率，并對代碼的執(zhí)行路徑覆蓋范圍進(jìn)行評估、分析。

隨著軟件開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件持續(xù)集成[3-5]技術(shù)已經(jīng)成為大型軟件開發(fā)過程中重要的組成部分。通過持續(xù)集成工具構(gòu)建覆蓋率工程可以方便地進(jìn)行軟件代碼的覆蓋率測試，及時提供軟件開發(fā)過程中的覆蓋率數(shù)據(jù)，從而有效監(jiān)控和改進(jìn)軟件源代碼的質(zhì)量，改進(jìn)和提升軟件開發(fā)和測試工作。

1 代碼覆蓋率測試與軟件插樁技術(shù)

1.1 代碼覆蓋率測試

覆蓋率測試[6-10]是一種白盒測試方法。覆蓋率度量指標(biāo)有多種，包括語句覆蓋、分支覆蓋、函數(shù)覆蓋、條件覆蓋、分支/條件覆蓋、路徑覆蓋等。其中語句覆蓋是最基本的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。覆蓋率測試以程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)若干測試用例，在這些測試用例運(yùn)行時，提取相關(guān)的覆蓋率信息。

1.2 軟件插樁技術(shù)

插樁技術(shù)[11-14]是在源程序的某些位置插入語句或程序段，但并不破壞程序的完整性的一種技術(shù)。在插樁過程中，插樁的位置根據(jù)程序的結(jié)構(gòu)，測試的要求以及實(shí)現(xiàn)的測試目的進(jìn)行設(shè)定。軟件插樁技術(shù)能夠根據(jù)實(shí)際需要，獲取軟件的各種信息。代碼插樁是實(shí)現(xiàn)覆蓋率測試的關(guān)鍵技術(shù)之一，如今大多數(shù)的覆蓋率測試工具均采用代碼插樁技術(shù)。

1.3 代碼覆蓋率測試的應(yīng)用

代碼覆蓋率測試主要應(yīng)用在兩個方面：

(1)評估測試質(zhì)量：根據(jù)軟件的代碼覆蓋率檢查報告，發(fā)現(xiàn)漏測場景，開發(fā)工程師分析之后給出改進(jìn)建議，測試工程師補(bǔ)充新的測試點(diǎn)和新的測試用例；

(2)幫助識別冗余代碼：開發(fā)工程師對代碼覆蓋率檢查報告進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)冗余代碼，對程序代碼進(jìn)行優(yōu)化與重構(gòu)。

2 Linux環(huán)境下C/C++代碼覆蓋率測試的原理與流程

2.1 C/C++代碼覆蓋率測試的原理

在Linux上的C/C++軟件開發(fā)一般使用gcc/g++作為編譯器。gcov工具[15-16]是伴隨著gcc發(fā)布的，是gcc附帶的一個代碼覆蓋率分析工具，配合gcc共同實(shí)現(xiàn)對單個或多個C/C++文件進(jìn)行語句和分支覆蓋率測試。

gcc編譯應(yīng)用程序時加選項(xiàng)-fprofile -arcs和-ftest-coverage。這樣，在編譯過程中，gcc對每個c/cpp文件生成一個*.gcno數(shù)據(jù)文件，并且同時對應(yīng)用程序進(jìn)行插樁。運(yùn)行插樁后的程序時，每個c/cpp程序的動態(tài)信息會保存在*.gcda數(shù)據(jù)文件中。

*.gcno文件包含了基本塊圖和相應(yīng)塊的源碼的行號信息。包含基本塊的信息，代碼行和塊的映射關(guān)系。

*.gcda文件包含了程序分支跳變的次數(shù)和其他概要信息(gcda只能在程序運(yùn)行完畢后產(chǎn)生)。包含代碼行執(zhí)行的情況以及覆蓋率的信息歸納。

gcov工具利用編譯時生成的.gcno數(shù)據(jù)文件以及運(yùn)行時生成的.gcda數(shù)據(jù)文件，得到程序的代碼覆蓋信息，并且以注釋源代碼的形式顯示執(zhí)行過和未執(zhí)行過的代碼。

2.2 程序代碼覆蓋率測試流程

gcc和gcov進(jìn)行應(yīng)用程序覆蓋率測試的流程如圖1所示。

圖1 gcov覆蓋率測試流程

覆蓋率數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過程如下：

(1)插樁編譯程序源代碼;生成可執(zhí)行文件和源代碼文件相應(yīng)的*.gcno文件。

(2)運(yùn)行測試程序，生成源代碼文件相應(yīng)的*.gcda文件。

(3)使用gcov獲取文本形式的覆蓋率數(shù)據(jù)文本文件*.gcov；也可以使用lcov工具獲取html形式的覆蓋率數(shù)據(jù)。

gcov工具計(jì)算速度快，可以準(zhǔn)確計(jì)算覆蓋率。被測程序的編譯插樁是由gcc完成，gcov負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析和顯示。但是gcov工具只能支持語句以及分支兩種覆蓋率測試功能，不適用于大型軟件和復(fù)雜開發(fā)環(huán)境的覆蓋率測試，不能給出軟件開發(fā)過程中新增代碼的覆蓋率測試。

3 基于持續(xù)集成的軟件覆蓋率測試原理與流程

3.1 代碼覆蓋率測試原理

軟件代碼覆蓋率測試通過持續(xù)集成工具，完成對軟件各模塊的插樁編譯、版本包出包。在版本包測試過程中完成代碼覆蓋率數(shù)據(jù)采集，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理后生成覆蓋率報告。

覆蓋率數(shù)據(jù)分為三種類型：

(1)當(dāng)前軟件代碼的覆蓋率。

通過覆蓋率測試獲得當(dāng)前軟件代碼的覆蓋率數(shù)據(jù)和各模塊的覆蓋率數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)反映了軟件開發(fā)過程中程序代碼總體的代碼覆蓋率狀況。

(2)新增代碼的覆蓋率。

通過基線版本代碼和當(dāng)前版本軟件代碼的比較分析，得到新增與修改的代碼的列表文件，結(jié)合測試過程中得到的覆蓋率數(shù)據(jù)，獲得新增代碼的覆蓋率。這個數(shù)據(jù)反映了軟件開發(fā)過程中新增程序代碼或修改了的程序代碼覆蓋率狀況。

(3)生成VBS(validation before submission)數(shù)據(jù)庫。

VBS數(shù)據(jù)庫由測試用例覆蓋軟件模塊代碼行的數(shù)據(jù)組成，反映了軟件模塊代碼行和測試用例的對應(yīng)關(guān)系。

3.2 代碼覆蓋率測試流程

基于持續(xù)集成的覆蓋率測試流程如圖2所示。

圖2 基于持續(xù)集成的覆蓋率測試流程

(1)下載代碼：從版本庫下載基線版本代碼和更新當(dāng)前代碼版本包。

(2)插樁編譯鏈接：對當(dāng)前版本代碼進(jìn)行插樁編譯，生成插樁編譯進(jìn)程文件和插樁信息文件包，出插樁版本包。

(3)軟件代碼預(yù)處理：對基線版本代碼、更新后的當(dāng)前代碼和插樁信息文件包進(jìn)行預(yù)處理，生成插樁數(shù)據(jù)庫Frame.bin(里面包含了插樁文件、函數(shù)、有效行信息)和相關(guān)文件。

(4)HLT(HIGH LEVEL TEST)測試：在測試環(huán)境中對插樁版本包進(jìn)行HLT測試，測試過程中收集相關(guān)數(shù)據(jù)，每個軟件模塊生成覆蓋率數(shù)據(jù)文件為*.hcovd；每個測試用例生成用例ID命名的*.bin覆蓋率數(shù)據(jù)文件。

(5)處理覆蓋率數(shù)據(jù)文件：將插樁信息文件包、覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.hcovd和用例的覆蓋率文件*.bin提交覆蓋率數(shù)據(jù)處理中心，軟件模塊的覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.hcovd匯總處理生成Case.bin數(shù)據(jù)庫；用例的覆蓋率文件*.bin匯總處理生成VBS數(shù)據(jù)庫。

(6)生成覆蓋率報告：將插樁數(shù)據(jù)庫Frame.bin和相關(guān)文件提交覆蓋率數(shù)據(jù)中心；將覆蓋率數(shù)據(jù)庫Case.bin提交覆蓋率數(shù)據(jù)中心。覆蓋率數(shù)據(jù)中心依據(jù)提交的相關(guān)數(shù)據(jù)生成可以閱讀的覆蓋率報告。

4 覆蓋率工程的實(shí)現(xiàn)

工程采用軟件配置管理工具SVN和持續(xù)集成工具ICP-CI開展持續(xù)集成工作。軟件產(chǎn)品開發(fā)階段每天都要把源代碼合入版本庫中，通過持續(xù)集成(CI)系統(tǒng)進(jìn)行集成構(gòu)建。通常每周進(jìn)行一次覆蓋率檢查。覆蓋率檢查工程子系統(tǒng)關(guān)系圖如圖3所示。

圖3 覆蓋率檢查工程子系統(tǒng)關(guān)系圖

4.1 CI系統(tǒng)上進(jìn)行插樁編譯和集成構(gòu)建

大型軟件系統(tǒng)通常采用分布式CI系統(tǒng)。CI系統(tǒng)由主控服務(wù)器(CI Master)和代理服務(wù)器(CI Agent)組成，代碼中心和CovReport均為特殊的代理服務(wù)器，如圖3虛線方框所示。

4.1.1 搭建覆蓋率檢查工程

在主控服務(wù)器的ICP-CI工具頁面上搭建覆蓋率檢查工程，工程命名為：“產(chǎn)品名_版本號_COV”，通過代理服務(wù)器標(biāo)簽將各種任務(wù)下發(fā)代理服務(wù)器執(zhí)行。

4.1.2 代碼更新和下載基線版本代碼

代碼中心登陸SVN版本庫，完成當(dāng)前代碼更新和下載基線版本代碼。

(1)當(dāng)前代碼更新。

編寫代碼更新的批處理腳本，并把代碼更新的腳本配置在任務(wù)中，執(zhí)行代碼更新任務(wù)。對于配置管理工具SVN，調(diào)用SVN的“update”命令更新代碼中心的軟件代碼。

(2)下載基線版本包代碼。

通常每周進(jìn)行一次全量集成構(gòu)建，生成轉(zhuǎn)測試版本包，提交測試組進(jìn)行全面測試，測試通過后產(chǎn)生測試(Tested)基線。覆蓋率檢查工程需要從版本庫下載某個特定的測試基線版本代碼，下載的版本代碼的文件壓縮包為BaseCode.zip。

4.1.3 插樁編譯

CI系統(tǒng)的代理服務(wù)器從代碼中心下載更新后的當(dāng)前代碼壓縮包CurrentCode.zip，采用功能更為強(qiáng)大的插樁工具Avatar進(jìn)行軟件代碼的插樁編譯。

(1)makefile文件的修改。

使用Avatar進(jìn)行插樁編譯時，需要鏈接Avatar的靜態(tài)庫：

-L /opt/Linux_avatar_64-INCSCore_suse_10_x86-64;

插樁編譯腳本增加插樁工具的初始化部分，清理之前插樁工程遺留的文件和目錄，腳本內(nèi)容如下：

if [-e /opt/linux_avatar_64/HLLT_init.sh]; then

source /opt/linux_avatar_64/ HLLT_init.sh

rm-rf /opt/linux_avatar_64/llt

(2)插樁編譯成功的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

完成插樁編譯之后，如果模塊的進(jìn)程文件與插樁信息文件包都生成了，則表示插樁編譯成功；如果僅有插樁信息文件包生成，則表示插樁編譯沒有成功，插樁信息文件包中的插樁信息文件名必定是亂碼。

4.1.4 生成插樁版本包

插樁編譯任務(wù)完成后，在ICP-CI工具的任務(wù)頁面配置出包任務(wù)package，將出包腳本配置到任務(wù)中。運(yùn)行出包腳本，生成包含各模塊的進(jìn)程文件和插樁信息文件包的插樁版本包。代理服務(wù)器將插樁版本包提交到代碼中心。

4.2 插樁數(shù)據(jù)預(yù)處理

在標(biāo)簽為CovReport的CI代理服務(wù)器上進(jìn)行插樁數(shù)據(jù)預(yù)處理，從代碼中心下載基線代碼版本BaseCode.zip、當(dāng)前代碼版本包CurrentCode.zip和插樁信息文件包。覆蓋率工程需要基線版本代碼作為統(tǒng)計(jì)新增代碼覆蓋率的參考基準(zhǔn)。

插樁數(shù)據(jù)預(yù)處理過程如下：

(1)解壓BaseCode.zip、CurrentCode.zip和插樁信息文件包，采用專用的統(tǒng)計(jì)分析工具處理相關(guān)文件。

(2)生成插樁數(shù)據(jù)庫Frame.bin，F(xiàn)rame.bin文件合并了所有插樁編譯生成的數(shù)據(jù)文件，給出插樁文件函數(shù)的代碼行信息。數(shù)據(jù)記錄了文件名、文件路徑、函數(shù)名、函數(shù)起始行號、函數(shù)終止行號等信息。

(3)當(dāng)前代碼版本包中的非新增與修改的代碼文件的信息寫入相關(guān)文件；所有插樁編譯模塊的源文件名稱與源文件路徑寫入相關(guān)文件。

4.3 HLT測試檢查

代碼中心將插樁版本包提交到測試任務(wù)集成控制中心(test integration control center，TICC)，TICC自動完成測試用例管理、測試環(huán)境配置、測試版本安裝與卸載、自動化測試用例執(zhí)行等任務(wù)。

HLT測試檢查過程如下所示：

(1)在自動化工廠環(huán)境中卸載前一次的插樁版本包，安裝新的插樁版本包，下發(fā)自動化測試用例連跑任務(wù)，并打開測試套。

(2)測試套在用例執(zhí)行開始前清除前一次的覆蓋率數(shù)據(jù)，用例執(zhí)行結(jié)束之后，從執(zhí)行環(huán)境上收集用例對應(yīng)的覆蓋率數(shù)據(jù)。將每個用例的覆蓋數(shù)據(jù)整理，合并成一個用例ID命名的*.bin文件。

(3)執(zhí)行測試結(jié)果回收整理，完成HLT測試檢查后，會生成模塊的覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.hcovd。覆蓋率數(shù)據(jù)文件的文件名稱通常由以下格式組成：

模塊名_模塊鏈接的時間_插樁編譯時間戳_代碼覆蓋率數(shù)據(jù)文件生成的時間_生成覆蓋率文件的測試執(zhí)行機(jī)IP地址.hcovd

4.4 覆蓋率數(shù)據(jù)匯總處理

將軟件模塊的覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.hcovd和用例的覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.bin提交到覆蓋數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(標(biāo)簽為CaseBinBuider)，代碼中心將插樁信息文件包也提交到覆蓋率數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。對覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.hcovd進(jìn)行加工處理，生成覆蓋率數(shù)據(jù)庫Case.bin。對用例的覆蓋率數(shù)據(jù)文件*.bin加工處理，生成VBS數(shù)據(jù)庫。

4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和出覆蓋率報告

代碼覆蓋率數(shù)據(jù)中心(標(biāo)簽為CovCenter)進(jìn)行覆蓋率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。將插樁數(shù)據(jù)庫Frame.bin、覆蓋率數(shù)據(jù)流Case.bin和其他相關(guān)的數(shù)據(jù)文件提交到CovCenter，開展如下工作：

(1)代碼覆蓋中心將各種覆蓋率信息寫入MYSQL數(shù)據(jù)庫。

(2)生成可以閱讀的覆蓋率報告，覆蓋率結(jié)果文件為Cover.xml。代碼覆蓋率報告提供了宏觀的軟件代碼覆蓋率信息。將這些數(shù)據(jù)提交公司質(zhì)量部門，作為軟件開發(fā)過程的度量指標(biāo)之一，監(jiān)測軟件開發(fā)過程。

5 VBS數(shù)據(jù)庫

VBS數(shù)據(jù)庫提供了微觀的覆蓋率信息，提供代碼軌跡與測試用例的對應(yīng)關(guān)系。

5.1 VBS數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

在HLT檢查過程中，執(zhí)行測試結(jié)果回收整理的環(huán)境將每個用例的覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，合并成一個用例ID命名的*.bin文件。將這些文件匯總處理生成VBS數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容如表1所示。

表1 VBS數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫字段主要由TestCase(用例名稱)、CodeLine(執(zhí)行用例覆蓋的代碼行)和Codefile(代碼所在的文件名)組成。

5.2 VBS數(shù)據(jù)庫的功能

(1)程序代碼、測試用例、功能特性之間的對應(yīng)關(guān)系。

在修改程序代碼時，通過VBS數(shù)據(jù)庫篩選可以查到代碼行相關(guān)聯(lián)的測試用例；通過TMSS數(shù)據(jù)庫可以查到測試用例相關(guān)聯(lián)的軟件功能特性，如圖4所示。

圖4 代碼、測試用例、功能特性關(guān)聯(lián)圖

TMSS(test management service system)測試信息管理中心，負(fù)責(zé)測試用例、自動化測試腳本以及測試任務(wù)相關(guān)信息的管理。TMSS中的測試用例信息庫提供測試用例與軟件功能特性之間的對應(yīng)關(guān)系。

(2)幫助了解開發(fā)單元的功能特性。

長期的增量開發(fā)，功能越來越多，特性交互場景也越來越多，即使編一行代碼也要花費(fèi)很多時間去分析]和梳理交互場景，對開發(fā)人員經(jīng)驗(yàn)的要求逐漸提高。提交文件名和代碼行號，查看影響本行代碼的測試用例，查看本行代碼涉及的功能特性、場景，可以幫助理解代碼。

(3)方便問題單修改。

修改完問題單后，通過篩選給出影響代碼的用例集進(jìn)行回歸測試，快速驗(yàn)證修改代碼的兼容性。

(4)提高開發(fā)質(zhì)量和效率。

將VBS篩選功能集成到研發(fā)桌面上，開發(fā)人員一鍵便可完成代碼的影響分析，從而提高程序代碼開發(fā)的效率和質(zhì)量。

(5)提升測試用例。

測試人員通過對用例對應(yīng)的代碼和軟件功能特性的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)測試用例存在的一些問題，從而修改優(yōu)化測試用例或者增加新的測試用例。

6 典型案例

某公司的一個軟、硬件結(jié)合的大型開發(fā)項(xiàng)目，總的代碼量超過兩百萬行。軟件產(chǎn)品采用C/C++進(jìn)行軟件開發(fā)。采用的配置管理工具為SVN；持續(xù)集成工具為ICP-CI。CI系統(tǒng)由1臺主控服務(wù)器、14臺代理服務(wù)器組成，1臺用作代碼中心，2臺用于插樁數(shù)據(jù)預(yù)處理。每周進(jìn)行一次覆蓋率檢查。表2給出其中一次檢查的覆蓋率數(shù)據(jù)。

在軟件開發(fā)過程中,覆蓋率測試主要關(guān)注新增代碼的覆蓋率情況，選擇測試用例注重新增代碼的測試，要求新增代碼覆蓋率大于65%，對于整體的代碼覆蓋率，各軟件產(chǎn)品根據(jù)產(chǎn)品自身情況靈活分析和處理。

(1)表2中軟件產(chǎn)品版本包新增代碼覆蓋率數(shù)據(jù)大于65%，滿足度量指標(biāo)要求。

(2)表2中模塊MK1、MK2、MK4和MK5新增代碼覆蓋率數(shù)據(jù)大于65%，滿足度量指標(biāo)要求。

(3)表2中模塊MK3和MK4新增代碼覆蓋率數(shù)據(jù)低于65%，需要根據(jù)模塊的測試報告分析該模塊未被測試用例覆蓋到的場景，需要對未覆蓋到的場景增加自動化測試用例。

表2 軟件產(chǎn)品版本包與版本中模塊的代碼覆蓋率

7 結(jié)束語

工作實(shí)踐表明，基于持續(xù)集成的代碼覆蓋率檢查在軟件開發(fā)過程可以發(fā)揮重要作用，有助于及時發(fā)現(xiàn)開發(fā)和測試過程存在的各種問題。根據(jù)代碼覆蓋率的檢查報告分析測試場景，及時補(bǔ)充測試用例和優(yōu)化代碼。代碼覆蓋率作為軟件度量指標(biāo)，給軟件開發(fā)過程管理提供了一項(xiàng)重要的評價指標(biāo)。軟件開發(fā)過程中做好代碼覆蓋率檢查工作，有助于提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，降低軟件開發(fā)的成本。

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