Software-Qualität: Testen, Analysieren und Verifizieren von Software (2. Auflage German Edition)

542 Pages·2009·8.82 MB·German

by  Peter Liggesmeyer

Software-Qualität
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Peter Liggesmeyer
Software-Qualität
Testen, Analysieren und Verifi zieren von Software
2. Aufl age
Autor
Prof. Dr.-Ing. Peter Liggesmeyer
Software Engineering: Dependability
Fachbereich Informatik
Technische Universität Kaiserslautern
[email protected]
Weitere Informationen zum Buch unter:
www.liggesmeyer.de
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2. Au(cid:192) age 2009
© Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2009
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09 10 11 12 13 5 4 3 2 1
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Planung und Lektorat: Dr. Andreas Rüdinger, Dr. Meike Barth
Herstellung und Satz: Crest Premedia Solutions (P) Ltd, Pune, Maharashtra, India
Umschlaggestaltung: SpieszDesign, Neu-Ulm
ISBN 978-3-8274-2056-5
Vorwort zur zweiten Auflage
Für den Autor eines Buches ist es ohne Zweifel ein Erfolgserlebnis, die
zweiteAuflageeinesWerkszuerstellen;zeigtdiesdoch,dassdieInhalte
dererstenAuflagegenugLeserninteressanterschienen.
Ichbinalsohinreichendunbescheiden,dasKonzeptdesBuchsfürgelun-
genzuhalten.Ihnen–liebeLeser–macheicheinKompliment:Ichhabe
mich bei den Inhalten dieses Buches bemüht, komplizierte Sachverhal-
te nicht unnötig kompliziert darzustellen. Ich habe sie aber auch nicht
stärker vereinfacht, alsmöglich. Dass Sie trotzdemdieses Buch nutzen,
sprichtfürIhreBereitschaft,sichmitzumTeilschwierigenInhaltenaus-
einanderzusetzensowiefürIhreFähigkeit,dieserfolgreichzubewerk-
stelligen.
MeinesErachtensexistierenzweiunerfreulicheTendenzenbeiVeröffent-
lichungen.EinerseitsgibtesArbeiten,dierelativeinfacheSachverhalte
oftmitunangemessenkompliziertenMittelnsodarstellen,dassdiesebei
oberflächlicherBetrachtunganspruchsvollwirken.BeinähererUntersu-
chungerweistsichsoetwasaberalspseudowissenschaftlicheMogelpa-
ckung.DieanderekritischeTendenzistdieTrivialisierungvonSachver-
halten.DaszieltwohlmeistensaufdieErschließungbreiterLeserschich-
ten,aberleideroftaufKostenderKorrektheitderInhalte.
Ich habe mich in diesem Buch bemüht, die Inhalte so einfach wie mög-
lichdarzustellen–aberebennichteinfacher!Ichhabemichentschieden,
Ihnen – liebe Leser – das Ergebnis dieses Prozesses in dieser Form zu-
zumuten.DasverursachtineinigenKapitelndiesesBuchesmathemati-
scheFormelnoderinandererWeisekomplizierteDarstellungen.Meines
Erachtensistdasabernotwendig.EsgibtproblemimmanenteKomplexi-
täten,diemannichtvermeidenkann–außermanbefasstsichmitdem
Problemnichtweiter.UndesgibtKomplexitätenaufgrundungeeigneter
Herangehensweisen – z.B. falscher Methoden. Letztere kann man ver-
meidenundsolltediesauchtun.DaswussteFredBrooksübrigensbereits
1986/Brooks86/.
Inhaltlich ist die zweite Auflage aktualisiert worden. Das hat aber mit
Ausnahme des neuen Kapitels zum modellbasierten Test keine Konse-
quenzenfürdieKapitelstruktur.Tatsächlichisterkennbar,dassdieGrob-
strukturinderSoftware-Qualitätssicherungrechtkonstantist.Natürlich
erscheinen viele Fachpublikationen. Der Schluss, dass das Wissen im
gleichen Maße wie die Veröffentlichungen zunimmt, ist aber falsch. So
sind beispielsweise die meisten Software-Testtechniken vor 1985 publi-
ziertworden.InderLiteraturlistebesitzenderartigeOriginalpublikatio-
neneinenhohenStellenwert,wassiebeioberflächlicherBetrachtungei-
nerseitsetwasangestaubterscheinenlassenmag.Andererseitserscheint
mir diese Verfahrensweise sinnvoller als die Zitierung von Sekundärli-
V
teratur. Wichtige neuere Publikationen betreffen z.B. Standards, empi-
rische Untersuchungen oder auch die Automatisierung von Prüfungen.
DieseLiteraturistdannselbstverständlichbeachtetworden.
DievorliegendezweiteAuflagediesesBuchesistmitHilfevonLaTeXge-
setztworden.DenBuchsatzhabenDanielSchneiderundSilviaDierschke
durchgeführt. Beide arbeiten als studentische Hilfskräfte an meinem
Lehrstuhl für Software Engineering: Dependability an der Technischen
Universität Kaiserslautern. Darüber hinaus haben zahlreiche Kollegen
vom Fraunhofer-Institut Experimentelles Software Engineering (IESE),
Kaiserslautern,beiderÜberarbeitungdererstenAuflageunterstützt.Be-
sonders hervorzuheben ist die Mitarbeit von Dr. Robert Eschbach und
ThomasBauerandemKapitelübermodellbasiertesTestensowievonDr.
JürgenMünch,OveArmbrust,Dr.JensHeidrichundAndreasSchlichting
an den Inhalten zu Software-Prozessen. Allen Beteiligten sei an dieser
Stelleherzlichgedankt!
MeinAnspruchwarundistes,einBuchvorzulegen,dassesdemenga-
giertenLeserermöglicht,dieTheoriederSoftware-Qualitätssicherungzu
erlernen,diesekritischzuhinterfragenundinBezugaufdiePraxiszube-
werten,umeinepraktikable,anwendbareLösungzuerarbeiten.Ganzoh-
neMüheundAnstrengungenistdasmeinerErfahrungnachnichtmög-
lich.Ichwürdemichfreuen,wennSiediesesBuchalsOrientierungshil-
fe im „Dschungel“ der Software-Qualitätssicherung nutzen würden. Ich
wünscheIhnenSpaßbeimLesenundnatürlichvieleneueErkenntnisse!
Kaiserslautern,imMärz2009
VI Vorwort
Vorwort zur ersten Auflage
Computer und Software dringen in alle Lebensbereiche ein. Sie führen
Überweisungendurch,steuernAutomotoren,überwachenPatienten,las-
senFlugzeugefliegenundsorgenfürdieBereitstellungdergewünschten
Informationen im Internet. Mangelhafte Software-Qualität kann in eini-
gen Anwendungsbereichen Gefährdungen hervorrufen. Software-Quali-
tätiststetsbedeutsamfürdieZufriedenheitderBenutzer.Sieistwichtig
fürdenErfolgvonProdukten.AberSoftware-Qualitätistaucheinschwie-
rigesThema:Esgibtweder„die“Software-Qualität,noch„das“Software-
produkt. Software-Qualität ist facettenreich. Eine Qualitätseigenschaft,
die für ein Produkt besonders wichtig ist, mag für ein anderes Produkt
bedeutungslos sein. Eine Steuerungssoftware für ein Verkehrsflugzeug
mussdensicherenBetriebgewährleistenundGefährdungenweitgehend
ausschließen.DiesistfürdieBuchungssoftwareeinerBankvölliguner-
heblich,dasiekeineGefährdungenverursachenkann.DieBuchungssoft-
waremusssicherstellen,dassVorgängewederverfälschtnochabgehört
werdenkönnen.
Dieses Buch stellt den aktuellen Wissenstand über die Techniken, Me-
thoden, Prinzipien und organisatorischen Aspekte der Software-Quali-
tätssicherung umfassend dar. Ich habe es geschrieben, um Ihnen, liebe
Leserin, lieber Leser, dieses für die Praxis der Softwareentwicklung so
wichtigeGebietnahezubringen.DasBucheignetsichalsLehr-undLern-
unterlagefürDozentenundStudierendesowiealsNachschlagewerkfür
Praktiker.JedesKapitelbeginntjeweilsmiteinerkurzenInhaltsangabe
zurOrientierungundschließtmiteinerBewertungundeinerCheckliste,
dieinsbesonderedemPraktikerUmsetzungshinweisegibt.
Die Erstellung dieses Buches hat viel Zeit beansprucht – auch solche,
die eigentlich Freizeit hätte sein sollen. Ich entschuldige mich bei mei-
ner Frau Petra und meinem Sohn Alexander und bedanke mich für ihr
Verständnis. Ein ganz besonderer Dank gilt meiner Sekretärin Katrin
Augustin. Sie hat mit viel Engagement und Sorgfalt die Texte geschrie-
ben, die Grafiken gezeichnet, Korrekturen eingearbeitet und den Buch-
satz durchgeführt. Für Anmerkungen und Verbesserungshinweise be-
dankeichmichbeiHerrnDr.-Ing.ChristofEbert,Alcatel,Paris,HerrnDr.
Eike Hagen Riedemann, Lehrstuhl Informatik 1, Universität Dortmund,
HerrnDr.MarioWinter,LehrgebietPraktischeInformatikIII,Fernuniver-
sitätHagen,sowiedemLeiterderAbteilungSoftwareEngineeringander
UniversitätStuttgart,HerrnProf.Dr.JochenLudewig.FürdasKorrektur-
lesenbedankeichmichbeimeinenwissenschaftlichenMitarbeiternDi-
pl-Inf. Jörg Gericke, Dipl.-Ing. Lars Grunske, Dipl.-Ing. Bernhard Kaiser,
Dipl.-Ing.RolandNeumannundDipl.-Ing.ChristopherRobinson-Mallett.
FürdieBereitschaft,meineIdeezudiesemBuchaktivumzusetzenund
fürvieleinhaltlicheundgestalterischeAnmerkungenbedankeichmich
VII
besondersbeidemVerlagsbereichsleiterundProgrammplanerInforma-
tikdesSpektrum-Verlags,Heidelberg,HerrnDr.AndreasRüdinger.
JedesKapiteldiesesBuchesistzumTeilmehrfachvonunterschiedlichen
Personengelesenundkorrigiertworden.DieseQualitätssicherungkann
jedoch eine grundsätzliche Gemeinsamkeit von Software und Büchern
nicht beseitigen: Einige Fehler bleiben trotz aller Bemühungen bis zur
Freigabe unerkannt und werden erst im „Feldeinsatz“ bemerkt. Sollten
SiebeimLesendiesesBuchesFehlerentdecken,sobitteichSiedarum,
mir eine kurze Mitteilung zu senden. Es ist beabsichtigt, Korrekturen
unter
http://www.liggesmeyer.de
zusammenzustellen.Anregungen,KritikundLobsindebenfallsjederzeit
willkommen.
IchwünscheIhnen,dassSiebeimLesendiesesBuchesneueErkenntnis-
segewinnenundpraktischenNutzenerzielen.Besondersfreuenwürde
ich mich, wenn es mir gelingen sollte, Ihnen das oft als „trocken“ ge-
scholteneThema„Software-Qualitätssicherung“alsbesondersreizvolles,
interessantesGebietdarzustellen,dasTheorieundPraxis,Softwareund
Hardware sowie Erfahrungswissen und mathematisch fundierte Kennt-
nisseverbindet.
Ihr
VIII Vorwort
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung ........................................................................... 1
1.1 Motivation ........................................................................... 2
1.2 TerminologieundBegriffsdefinitionen ................................................. 5
1.3 StandderTechnik..................................................................... 10
1.3.1 Qualitätsmanagement................................................................ 10
1.3.1.1 KontinuierlicheAnsätze............................................................... 13
1.3.1.2 ModellbasierteAnsätze ............................................................... 16
1.3.1.3 UnterstützendeTechniken............................................................. 28
1.3.2 Software-Qualitätssicherung .......................................................... 30
1.3.3 Hardware-Qualitätssicherung ......................................................... 32
1.3.4 QualitätssicherungsoftwareintensiverSysteme ........................................ 35
1.4 EinordnungundKlassifikationderPrüftechniken ....................................... 37
1.4.1 DynamischerTest..................................................................... 39
1.4.2 StatischeAnalyse ..................................................................... 43
1.4.3 FormaleTechniken:SymbolischerTestundformaleBeweisverfahren .................... 44
1.5 Organisation ......................................................................... 46
Checkliste ............................................................................ 48
2 FunktionsorientierterTest............................................................. 49
2.1 EigenschaftenundZieledesfunktionsorientiertenTests ................................ 50
2.2 FunktionaleÄquivalenzklassenbildung................................................. 51
2.2.1 EigenschaftenundZielederfunktionalenÄquivalenzklassenbildung .................... 51
2.2.2 BeschreibungderfunktionalenÄquivalenzklassenbildung .............................. 52
2.2.3 BewertungderfunktionalenÄquivalenzklassenbildung................................. 57
2.3 ZustandsbasierterTest ................................................................ 58
2.3.1 EigenschaftenundZieledeszustandsbasiertenTests ................................... 58
2.3.2 BeschreibungdeszustandsbasiertenTests ............................................. 58
2.3.3 BewertungdeszustandsbasiertenTests................................................ 64
2.4 Ursache-Wirkungs-Analyse............................................................ 66
2.5 WeiterefunktionsorientierteTesttechniken ............................................ 73
2.5.1 Syntaxtest............................................................................ 73
2.5.2 TransaktionsflussbasiertesTesten...................................................... 75
2.5.3 TestaufBasisvonEntscheidungstabellenoderEntscheidungsbäumen................... 79
2.6 BewertungdesfunktionsorientiertenTests............................................. 81
Checkliste ............................................................................ 81
3 Kontrollflussorientierter,strukturorientierterTest...................................... 83
3.1 EigenschaftenundZieledeskontrollflussorientiertenTests ............................. 84
3.2 Anweisungsüberdeckungstest......................................................... 85
3.2.1 EigenschaftenundZieledesAnweisungsüberdeckungstests ............................ 85
3.2.2 BeschreibungdesAnweisungsüberdeckungstests ...................................... 86
3.2.3 BewertungdesAnweisungsüberdeckungstests......................................... 87
3.3 Zweigüberdeckungstest............................................................... 88
IX