第4章 基于缺陷模式的软件测试

式(Dead Loop Fault DLF)
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定义：在控制流图中,对任何一个循环结构,包括: FOR语句中的死循环结构； WHILE语句中的死循环结构； DO-WHILE语句中的死循环结构； GOTO语句中的死循环结构； 函数循环调用造成的死循环结构。
故障模式
缺陷模式
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缺陷模式概述 故障模式 安全漏洞模式 缺陷模式
安全漏洞模式


安全漏洞模式为他人攻击软件提供可能。 而一旦软件被攻击成功，系统就可能发 生瘫痪，所造成的危害较大，因此，此 类漏洞应当尽量避免。 下面以C++为基础，介绍基于安全漏洞 检测的缺陷模式。
安全漏洞模式
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缓冲区溢出（buffer overflow）漏洞模式 定义：当程序要在一个缓冲区内存储比该缓冲 区的大小还要多的数据时，即会产生缓冲区溢出漏 洞。 缓存区溢出主要有2种类型：数据拷贝造成的缓 冲区溢出和格式化字符串造成的缓冲区溢出。
配置文件
基于缺陷模式的软件测试系统 （DTS）
DTS缺陷模式描述 1．缺陷模式状态机

有限自动机是计算机科学的重要基石，它在软件 开发领域内通常被称作有限状态机。 2．缺陷模式状态机的xml描述 作者用xml来对缺陷模式状态机进行描述。 xml schema定义了描述缺陷模式状态机的语法，包括标签 以及标签的各个属性。
基于缺陷模式的软件测试概述

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基于模式的软件测试技术具有如下特点： 针对性强：如果说某种模式的缺陷是经常发生的， 并且在被测软件中是存在的，则面向缺陷的测试可 以检测出此类缺陷。 基于缺陷模式的软件测试技术往往能发现其他测试 技术难以发现的故障，如内存泄漏缺陷，空指针引 用缺陷。 工具自动化程度高以及测试效率高。 缺陷定位准确：对测试所发现的缺陷能够准确定位。 易学、易使用：对一般的IT专业专科以上的毕业生， 该测试方法一般经过数天的培训即可掌握其使用方 法。
安全漏洞模式
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风险操作（Risky Operation） 定义：如果不恰当地使用了某些标准库函数， 可能会带来安全隐患。甚至在某些情况下，某些函 数一经被使用, 就可能会带来安全隐患。 例如像rand()和random()这样的随机数生成函 数,它们在生成伪随机值的时候表现出来的性能是非 常差的, 如果用它们来生成默认的口令, 这些口令将 很容易被攻击者猜测到。
缺陷模式概述
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缺陷模式：此类缺陷是不应该发生的，它未 必会造成系统的错误，但可能会隐含某些故 障，或者是由初级软件工程师不理解造成的。 性能缺陷模式：此类缺陷会降低系统的性能 疑问代码模式：让人费解的代码
缺陷模式概述
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规则模式：软件开发总要遵循一定的规则， 某个团队也有一些开发规则，违反这些规则 也是不允许的。 代码规则 复杂性规则 控制流规则 命名规则 可移植性规则 资源规则
缺陷模式
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缺陷模式概述 故障模式 安全漏洞模式 缺陷模式
故障模式

故障模式中给出的故障描述，是程序中 可能存在的故障，这些故障一旦被激活， 就会使系统发生错误。包括以下几种故 障模式：
故障模式
1. 存储泄漏的故障模式（Memory Leak Fault MLF）
定义：内存泄漏故障（Memory Leak Faults）： 设在程序的某处申请了大小为M的空间，凡在程序结 束时M或者M的一部分没被释放、或者多次释放M或 M的一部分都是内存泄漏故障。 MLF有三种形式： • 遗漏故障：是指申请的内存没有被释放。 • 不匹配故障：是指申请函数和释放函数不匹配。 • 不相等的释放错误：是指释放的空间和申请的空间大 小不一样。
7．资源泄漏故障（RLF） 定义：资源泄漏故障：在Java程序中，当一个资 源被打开后，如果并不是在所有的可执行路径上都对 其进行了显式的释放操作，则是一个资源泄漏故障。
故障模式
8. 并发故障模式 该模式主要是针对程序员对多线程的编码机制、 各种同步方法、Java存储器模式和java虚拟机的工作 机制不清楚，而且由于线程启动的任意性和不确定性 使用户无法确定所编写的代码具体何时执行而导致对 公共区域的错误使用。这类模式主要包括不正确的同 步、死锁、多线程应用中方法调用时机或方式不正确、 同一变量的双重验证、相互初始化的类和临界区内调 用阻塞函数等。
故障模式
数组越界故障的故障模式（Out of Bounds Array Access Fault OBAF） 定义：数组越界故障：设某数组定义为 Array[minmax]，若引用Array[i]且i<min或i>max都 是数组越界故障。在C++中，若i<0或imax是数组越 界故障。 （1）对程序中任何出现Array[i]的地方，都要判断i的范 围，可能有三种情况： 若i是在数组定义的范围内，则是正确的； 若i是在数组定义的范围外，则是OBAF；
基于缺陷模式的软件测试

基于缺陷模式的软件测试概述 基于缺陷模式的软件测试指标分析 缺陷模式 基于缺陷模式的软件测试系统（DTS）
缺陷模式
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缺陷模式概述 故障模式 安全漏洞模式 缺陷模式
缺陷模式概述

缺陷模式是和语言本身相关的，不同的 语言有着不同的缺陷模式。我们以C++ 语言和Java语言为背景来描述其缺陷模 式，将软件的缺陷模式分为四个层次， 即故障模式、漏洞模式、缺陷模式和规 则模式。
安全漏洞模式
2.
被污染的数据模式(Tainted Data) 定义：程序从外部获取数据时，这些数据可能含 有具有欺骗性或者是不想要的垃圾数据，如果在使用 这些数据前不进行合法性检查则将威胁到程序的安全， 造成一个tainted data缺陷。tainted data可能会导致 程序不按原计划执行，也有可能直接或间接地导致缓 冲区溢出缺陷。 被污染的数据模式主要有两种类型：使用的数据 来自外部的全局变量和使用的数据来自输入函数。
基于缺陷模式的软件测试系统 （DTS）

DTS系统结构
用户界面
缺陷 报表 缺陷模型分析引擎
缺陷模型 统一测试 框架
区间运算 控制流图生成器 符号表生成器 SDSM 解析器
抽象语法树生成器 词法分析/语法分析
输入 模块
程序源码 文件 (java/c/cpp)
软件缺陷 模型状态 机(SDSM) 描述文件
安全漏洞模式
3.
竞争条件(Race Condition) 定义: 如果程序中有两种不同的I/O调用同一文 件进行操作，而且这两种调用是通过绝对路径或相 对路径引用文件的，那么就易出现Race Condition问 题。在两种操作进行的间隙，黑客可能改变文件系 统，那么将会导致对两个不同的文件操作而不是同 一文件进行操作。 这种典型的问题发生在用户拥有不同的权限运 行的程序中(例如：setuid程序、数据库和服务器程 序等)。
基于缺陷模式的软件测试指标分析
1.
漏报率(ER)：设P是程序，M是缺陷模 式，A是算法，IP（M，A，P）是IP总 的数目，考虑到测试算法实现过程中的 不同假设，会导致IP（M，A，P）不 同。漏报率定义为：
| IP( M , A, P) IP( M , P) | ErrorRatio | IP( M , P) |
基于缺陷模式的软件测试系统 （DTS）

DTS的测试界面
基于缺陷模式的软件测试

基于缺陷模式的软件测试概述 基于缺陷模式的软件测试指标分析 缺陷模式 基于缺陷模式的软件测试系统（DTS）
基于缺陷模式的软件测试系统 （DTS）

下面以作者自主开发的基于缺陷模式的测试系 统DTS为例，介绍基于缺陷模式的软件测试的 基本原理。DTS是作者在国家863“软件的故障 模式与面向故障的软件测试系统”资助下开发 的测试系统，能对上面介绍的缺陷模式进行有 效测试。
缺陷模式概述
1.
故障模式:此类缺陷是故障，一经产生，会导致系统 出错。 • 存储器泄露模式 • 资源泄漏模式 • 指针使用错误模式 • 数组越界模式 • 非法计算模式 • 使用未初始化变量模式 • 死循环结构模式 • 死锁模式
缺陷模式概述
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安全漏洞模式：此类缺陷会给系统留下安全 隐患，为攻击该系统开了绿灯。 缓冲区溢出模式 被感染的数据模式 竞争条件模式 风险操作模式
基于缺陷模式的软件测试
基于缺陷模式的软件测试

基于缺陷模式的软件测试概述 基于缺陷模式的软件测试指标分析 缺陷模式 基于缺陷模式的软件测试系统（DTS）
基于缺陷模式的软件测试概述

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缺陷模式必须满足下列几个条件： 该模式下的缺陷是符合实际的。 基于该模式的缺陷数目是可以容忍的。 该模式下的缺陷是可以测试的。
基于缺陷模式的软件测试指标分析
2.
准确率(CR)：
IP Y ( M , A, P ) IP U ( M , A, P ) CorrectRat io IP( M , A, P)
3.
误报率(DR)：
IPN ( M , A, P) DistortRat io IP( M , A, P)
基于缺陷模式的软件测试指标分析
4．空指针使用故障（NULL Pointer Dereference Fault NPDF） 定义：空指针使用故障：引用空指针或给空指针 赋值的都是空指针使用故障。
故障模式
5．非法计算类故障（Illegal Computing Fault ILCF） 定义：非法计算类故障：是指计算机不允许的计算。 一旦非法计算类故障产生，系统将强行退出。例如： • 除数为0故障。 • 对数自变量为0或负数故障。 • 根号内为负数的故障。