Luận Văn Kiểm chứng mô hình phần mềm sử dụng nusmv

Tóm tắt

Kiểm chứng mô 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 mô hình phần mềm như NuSMV, SPIN, KRONOS . Khóa luận này nghiên cứu lý thuyết cơ bản vè kiểm chứng mô hình, ngôn ngữ SMV dùng để mô hình hóa hệ thống và cách sử dụng NuSMV để kiểm chứng mô hình phần mềm.

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. 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 mô hình sử dụng NuSMV ở giai đoạn thiết kế phần mềm. Đồng thời áp dụng quy trình này để kiểm chứng mô hình của phần mềm giả lập máy rút tiền tự động ATM.





Mục lục

Chương 1 Giới thiệu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nội dung nghiên cứu của khóa luận 2

1.3 Cấu trúc khóa luận 2

Chương 2 Tổng quan về kiểm chứng mô hình và NuSMV 4

2.1 Tổng quan về kiểm chứng mô hình 4

2.1.1 Giới thiệu 4

2.1.2 Ý nghĩa của kiểm chứng mô hình 5

2.1.3 Sự khác nhau giữa kiểm chứng mô hình phần mềm và kiểm thử phần mềm 5

2.2 NuSMV 6

2.2.1 Giới thiệu 6

2.2.2 Kiến trúc của NuSMV 6

2.2.3 Sử dụng NuSMV để kiểm chứng mô hình 8

Chương 3 Giới thiệu về logic thời gian 9

3.1 Khái niệm 9

3.2 Các toán tử trong logic thời gian 9

3.2.1 Toán tử globally (toàn thể) 9

3.2.2 Toán tử next (tiếp theo) 10

3.2.3 Toán tử eventually (cuối cùng sẽ xảy ra) 10

3.3 TLT và CTL 10

3.4 Sử dụng temporal logic để mô tả một số thuộc tính cần kiểm chứng 11

3.4.1 Safety (tính an toàn) 11

3.4.2 Liveness (tính chạy được) 11

3.4.3 Fairness (tính công bằng) 12

Chương 4 Ngôn ngữ SMV 13

4.1 Tổng quan 13

4.2 Cấu trúc của chương trình viết bằng ngôn ngữ SMV 13

4.3 Các kiểu dữ liệu 13

4.3.1 Khai báo kiểu dữ liệu 13

4.3.2 Kiểu logic (boolean), kiểu số nguyên (integer) và kiểu liệt kê (enum) 14

4.3.3 Mảng 14

4.3.4 Mảng nhiều chiều 15

4.3.5 Kiểu cấu trúc 15

4.4 Biến và các phép gán 16

4.5 Các phép toán 16

4.5.1 Phép gán 16

4.5.2 Tóan tử next 17

4.6 Máy trạng thái 18

Chương 5 20

Áp dụng NuSMV kiểm chứng mô hình phần mềm giả lập máy ATM 20

5.1 Đề xuất quy trình đặc tả và kiểm chứng phần mềm sử dụng NuSMV 20

5.1.1 Những cơ sở để đưa ra quy trình 20

5.1.2 Mô tả quy trình 21

5.2 Đặc tả và kiểm chứng mô hình phần mềm giả lập máy ATM 21

5.2.1 Đặc tả yêu cầu 21

5.2.1.1 Mô tả bài toán 21

5.2.1.2 Các tác nhân của hệ thống 22

5.2.1.3 Mô hình ca sử dụng tổng thể hệ thống 22

5.2.1.4 Bật máy 23

5.2.1.5 Tắt máy 23

5.2.1.6 Phiên làm việc 24

5.2.1.7 Giao dịch rút tiền 24

5.2.1.8 Giao dịch chuyển tiền 24

5.2.1.9 Giao dịch vấn tin tài khoản 25

5.2.1.10 Sai mã PIN 25

5.2.2 Đặc tả các thuộc tính cần kiểm chứng 25

5.2.3 Thiết kế hệ thống 25

5.2.3.1 Biểu đồ trạng thái tổng thể hệ thống 25

5.2.3.2 Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện một phiên làm việc của hệ thống 26

5.2.3.3 Biểu đồ trạng thái quá trình thực hiện giao dịch của hệ thống 27

5.2.4 Mô hình hóa hệ thống bằng ngôn ngữ SMV 28

5.2.4.1 Mô hình hóa tổng thể hệ thống 28

5.2.4.2 Mô hình hóa quá trình thực hiện phiên làm việc 29

5.2.4.3 Mô hình hóa quá trình thực hiện giao dịch 31

5.2.5 Kiểm chứng mô hình 33

Chương 6 Kết luận 35


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 mô hình là một kỹ thuật kiểm chứng tự động các hệ thống hữu hạn trạng thái. Kiểm chứng mô hình xác minh tính đúng đắn của một mô hình bằng việc xác định xem các thuộc tính người dùng mong muốn có được thỏa mãn bởi mô hình đó hay không [6]. Về nguyên tắc hoạt động, hệ thống cần kiểm chứng sẽ được mô hình hóa. Công cụ kiểm chứng sẽ kiểm tra mô hình có thỏa mãn các thuộc tính được cho hay không. Nhờ khả năng duyệt qua tất cả các trạng thái trong mô hình mà tính đúng đắn của kết quả kiểm chứng mô hình luôn được đảm bảo.