鄧祥麒

[摘 要]本文結(jié)合武控計(jì)算機(jī)軟件自身的特點(diǎn)，研究分析了軟件內(nèi)存缺陷測(cè)試的問(wèn)題，找到嵌入式武控計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)存泄漏的出處且分析出原因，提出了解決之法。內(nèi)存使用缺陷測(cè)試一般是通過(guò)工具軟件或者其他測(cè)試手段對(duì)被測(cè)試程序進(jìn)行分析，從而找到內(nèi)存上正當(dāng)使用的測(cè)試。正確、合理的實(shí)施內(nèi)存使用缺陷測(cè)試，可以更加全面的對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試，從而提高軟件的質(zhì)量，大大縮短軟件產(chǎn)品的發(fā)布周期。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；軟件測(cè)試；內(nèi)存；測(cè)試程序

中圖分類號(hào)：TP311.5，TP304 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）35-0332-01

1 引言

本文是以研制的武控計(jì)算機(jī)軟件為背景，武控計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行在加固計(jì)算機(jī)上，采用Compact PCI總線，采用Vxworks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以滿足高實(shí)時(shí)性、高可靠性的要求。為了更加有效的、充分的完成武控計(jì)算機(jī)軟件的測(cè)試，提高軟件的質(zhì)量，搭建一套獨(dú)立的第三方武控計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試臺(tái)是必不可少的。在該測(cè)試環(huán)境下輸入測(cè)試用例，對(duì)武控計(jì)算機(jī)軟件的功能需求、性能需求、接口需求、安全性需求、邊界需求及系統(tǒng)工作余量需求等進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)可直接觀察測(cè)試結(jié)果并且進(jìn)行覆蓋率分析，找出軟件的各種BUG，進(jìn)而避免當(dāng)系統(tǒng)交付使用后由于潛在的BUG而造成頻繁的軟件維護(hù)。

從目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)于嵌入式軟件的測(cè)試工作，大部分集中在關(guān)注嵌入式軟件的調(diào)試工作或者是軟件測(cè)試的某些方面等，很少有全面的、系統(tǒng)的進(jìn)行相關(guān)測(cè)試測(cè)試研究。主要研究了通用平臺(tái)的軟件測(cè)試技術(shù)方法。介紹了關(guān)于軟件靜態(tài)測(cè)試方面的研究成果等。目前國(guó)內(nèi)外軟件測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)有嵌入式軟件測(cè)試、面向?qū)ο筌浖y(cè)試、軟件測(cè)試過(guò)程模型、集成測(cè)試、單元測(cè)試充分性標(biāo)準(zhǔn)、軟件質(zhì)量和復(fù)雜度度量、自動(dòng)化測(cè)試數(shù)據(jù)生成、選擇性回歸測(cè)試技術(shù)、自動(dòng)化測(cè)試工具開(kāi)發(fā)和測(cè)試管理工具開(kāi)發(fā)等。國(guó)外的科研機(jī)構(gòu)與大學(xué)在軟件測(cè)試領(lǐng)域的研究相對(duì)于國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)一直處于領(lǐng)先地位，例如George Mosan的研究方向是基于規(guī)范的測(cè)試自動(dòng)生成與面向?qū)ο蟮臏y(cè)試技術(shù)研究；Carnegie Mellon大學(xué)則側(cè)重于C/S系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)和回歸測(cè)試的研究；而NSTL主要從事測(cè)試規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定。

2 解決嵌入式計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)存泄漏分析

在嵌入式武控計(jì)算機(jī)軟件中，運(yùn)行的內(nèi)存是有限的，內(nèi)存泄漏將對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，最壞的情況導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的源代碼檢查，僅僅依靠人工檢查的方式進(jìn)行，不但工作量非常大，而且不能動(dòng)態(tài)監(jiān)視內(nèi)存分配，所以測(cè)試不充分。借助測(cè)試工具監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行中的內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和釋放。解決嵌入式武控計(jì)算機(jī)軟件的靜態(tài)測(cè)試難題，靜態(tài)測(cè)試是對(duì)源代碼進(jìn)行規(guī)則性、各個(gè)度量元檢查，經(jīng)過(guò)靜態(tài)分析軟件產(chǎn)生的分析，結(jié)果可能存在一些誤差，需要結(jié)合人一毛進(jìn)行進(jìn)一步的分析與確認(rèn)。測(cè)試人員在這個(gè)過(guò)程中不斷的積累典型案例，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)代碼檢查單進(jìn)行進(jìn)一步的完善與改進(jìn)。解決武控計(jì)算機(jī)軟件中數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證難題，數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證一直以來(lái)都是軟件測(cè)試驗(yàn)證的難題，數(shù)學(xué)模型中大量的使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式與數(shù)值計(jì)算，而且定義大量的全局與局部變量，如何保證這些復(fù)雜運(yùn)算的正確性及變量使用的合理性，是數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證急需解決的一個(gè)難題。

解決武控計(jì)算機(jī)軟件覆蓋率測(cè)試難題，嵌入式武控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求是一個(gè)高一可靠性、高安全性的系統(tǒng)。為了能夠保障系統(tǒng)的高質(zhì)量，就要求測(cè)試必須充分。怎么能保證測(cè)試的充分性，測(cè)試用例的用例的執(zhí)行，保證盡可能多的程序語(yǔ)句與分支被執(zhí)行，即保證軟件測(cè)試的覆蓋率。盡可能保證所有的代碼都被執(zhí)行過(guò)，最大限度的發(fā)現(xiàn)潛藏在軟件中的BUG。如果存在某些源代碼的語(yǔ)句或分支未被執(zhí)行，則就可能存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。要分析確定測(cè)試用例注入完成后軟件的覆蓋率，就要通過(guò)覆蓋率測(cè)試工具軟件來(lái)完成。首先，覆蓋率是通過(guò)對(duì)源代碼進(jìn)行插裝來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是通過(guò)人工手動(dòng)對(duì)其插裝工作量非常大，而且可能存在疏漏，同時(shí)覆蓋率分析工作也存在巨大的困難，怎樣借助覆蓋率測(cè)試工具來(lái)實(shí)現(xiàn)代碼的自動(dòng)插裝和覆蓋率分析是問(wèn)題的關(guān)鍵。其次，由于武控計(jì)算機(jī)軟件源代碼在插樁后程序膨脹，有一可能導(dǎo)致編譯報(bào)錯(cuò)，插樁后的程序無(wú)法下載執(zhí)行，如何解決程序插樁后膨脹也能正常編譯運(yùn)行也是研制測(cè)試平臺(tái)關(guān)鍵要解決的問(wèn)題。

3 嵌入式計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)存泄漏原因探析

嵌入式武控計(jì)算機(jī)軟件作為一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，木身資源有限，如果軟件中存在內(nèi)存泄漏，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的'HI：能，甚至于造成整個(gè)系統(tǒng)崩潰死機(jī)。目前在嵌入式系實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的動(dòng)態(tài)監(jiān)視的工具軟件很少，至少我部門(mén)在這方面目前還是沒(méi)有配置。內(nèi)存泄漏分析，一般意義上的內(nèi)存泄漏為堆內(nèi)存的泄露。何為堆內(nèi)存，即為程序可以自主任意分配、使用及使用完成后必須釋放的堆空間。程序一般使用標(biāo)灘庫(kù)函數(shù)從堆內(nèi)存中申請(qǐng)空間，使用完成后，必須調(diào)用free等標(biāo)標(biāo)雕庫(kù)函數(shù)來(lái)釋放此空間塊，否則這個(gè)堆內(nèi)存空間將被以土操作鎖住不能再被申請(qǐng)使用，則出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。從以上分析來(lái)看在面向嵌入式軟件的系統(tǒng)平臺(tái)中，內(nèi)存泄漏的主要原因有以下兩點(diǎn)：內(nèi)存空間塊分配使用之后，沒(méi)有進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的空間塊回收工作；程序代碼設(shè)計(jì)本身就存在問(wèn)題，致使申請(qǐng)的內(nèi)存空間塊無(wú)法正?；厥?。

了解了內(nèi)存泄漏的前因后果，則就會(huì)有方法對(duì)其進(jìn)分析處理。首先要對(duì)內(nèi)存的使用進(jìn)行監(jiān)視，但在什么時(shí)候?qū)?nèi)存活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視，如果監(jiān)視時(shí)一間段太短、頻率太高，然可以盡可能的發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏，其會(huì)搶占過(guò)多的本就稀缺的系統(tǒng)資源，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定；如果監(jiān)視時(shí)間段太長(zhǎng)，就不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)內(nèi)存活動(dòng)的異常。在嵌入式軟件應(yīng)用領(lǐng)域，由于各個(gè)具體軟件應(yīng)用平臺(tái)與環(huán)境的不同，對(duì)內(nèi)存使用也不盡相同。通常情況下使用以下4個(gè)條件作為內(nèi)存泄漏監(jiān)視的觸發(fā)條件：

根據(jù)時(shí)間周期性地對(duì)內(nèi)存活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視。因?yàn)檐浖到y(tǒng)中申請(qǐng)的內(nèi)存空間塊一般都有一定的有效使用時(shí)間，此時(shí)間過(guò)后，就要求對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存空間塊進(jìn)行釋放。因此可把內(nèi)存空間塊的最大使用時(shí)間作為對(duì)內(nèi)存活動(dòng)監(jiān)視的時(shí)間周期。根據(jù)申請(qǐng)的內(nèi)存空間塊的進(jìn)程的有效性對(duì)內(nèi)存活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視。這是因?yàn)檐浖到y(tǒng)對(duì)于內(nèi)存空間塊的申請(qǐng)同進(jìn)程息息相關(guān)，當(dāng)申請(qǐng)內(nèi)存空間塊的進(jìn)程失效時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該要求此內(nèi)存空間塊被安全釋放。因此在申請(qǐng)內(nèi)存空間塊的進(jìn)程釋放時(shí)對(duì)內(nèi)存活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視，也應(yīng)該是一種恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)。

4 內(nèi)存泄漏監(jiān)視的基本思路對(duì)策

此方法基本方法就是對(duì)被測(cè)試程序進(jìn)行插樁。程序插樁是一個(gè)靜態(tài)的過(guò)程，即在被測(cè)試程序中寫(xiě)入測(cè)試人員所需求的代碼（但不影響被測(cè)試程序本身實(shí)現(xiàn)的功能），在程序運(yùn)行時(shí)可以動(dòng)態(tài)的收集測(cè)試人員所需的信息。所以不管在軟件開(kāi)發(fā)工作還是在軟件測(cè)試工作中它都具有非常重要的地位。因此，內(nèi)存泄漏監(jiān)視算法的實(shí)現(xiàn)要解決程序插樁的兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題：插樁的內(nèi)容，即寫(xiě)入什么代碼。插樁的位置，即在程序的什么位置寫(xiě)入的代碼。在實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)軟件進(jìn)行插樁，則要求插樁程序簡(jiǎn)潔精干，而且收集信息全。首先解決插樁內(nèi)容問(wèn)題。為了能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)視內(nèi)存申請(qǐng)分配與釋放情況，需要向被測(cè)試軟件寫(xiě)入些內(nèi)存跟蹤代碼。需要監(jiān)視的具體內(nèi)容包括申請(qǐng)內(nèi)存空間塊所在的文件、函數(shù)、行號(hào)、申請(qǐng)空間的大小、申請(qǐng)的時(shí)間、釋放時(shí)間、分配信息。再解決插樁位置問(wèn)題。因?yàn)橐O(jiān)視內(nèi)存泄漏情況，所以插樁的位置就應(yīng)該在每個(gè)內(nèi)存空間塊申請(qǐng)和釋放的地方。這樣才‘能保證收集到的內(nèi)存人工操作信息的全面性而且不會(huì)有多余監(jiān)視操作。

參考文獻(xiàn)

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