二进制代码测试覆盖率评估系统设计与实现
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针对 二 进 制 代 码，本 文 设 计 并 实 现 了 一 个 二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 系 统 ，针 对 指 定 可 执 行 程 序 ， 给出测试用例集的二进制代码覆盖率。该系统通过 静态分析得到程序 全 局 信 息，结 合 程 序 动 态 执 行 获
收 稿 日 期 ：２０１５－０４－２１
第６卷 第６期 ２０１５ 年 １２ 月
·软件测试·
指挥信息系统与技术 Ｃｏｍｍａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１５
ｄｏｉ：１０．１５９０８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｉｓｔ．２０１５．０６．００３
二进制代码测试覆盖率评估系统设计与实现
张 垚１ 张 超 容１ 林 腾２ 董 芳 泉１
（１ 江南计算技术研究所 江苏无锡 ２１４０８３） （２ 北京大学软件与微电子学院 江苏无锡 ２１４０８３）
摘 要 ：针 对 模 糊 测 试 终 止 时 机 问 题 ，提 出 了 二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 方 法 ，通 过 二 进 制 代 码 的 静 态 与 执 行 轨 迹 动 态 两 种 分 析 ，可 评 估 模 糊 测 试 对 目 标 程 序 二 进 制 代 码 的 测 试 覆 盖 ，从 而 设 计 并 实 现了二进制测试覆盖率评估系统。该系统给出了测试用例集合对目标可执行程序二进制基本块及 二 进 制 指 令 集 的 覆 盖 率 和 路 径 覆 盖 数 指 标 ，以 度 量 测 试 用 例 质 量 。 关 键 词 ：模 糊 测 试 ；二 进 制 代 码 ；代 码 覆 盖 率 ；测 试 用 例 集 ；软 件 测 试 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３０１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７４－９０９Ｘ（２０１５）０６－００１３－０５
ａｔ ｂｏｔｈ ｂｉｎａｒｙ ｂａｓｉｃ ｂｌｏｃｋ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｂｉｎａｒｙ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｌｅｖｅｌ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓｕｉｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｕｚｚｙ ｔｅｓｔｉｎｇ；ｂｉｎａｒｙ ｃｏｄｅ；ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ；ｔｅｓｔ ｓｕｉｔｅ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
１４
指挥信息系统与技术
２１５ 年 １２ 月
得 具 体 执 行 信 息 ，再 与 静 态 结 果 比 对 并 计 算 覆 盖 率 。 文献［３］通过分 支 监 视 机 制 获 取 动 态 执 行 的 分 支 轨 迹信息，而本文系统 基 于 动 态 插 桩 及 无 用 基 本 块 过 滤技术实现。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｉｍｉｎｇ ｔｏ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｔｅｓｔｉｎｇ，ａ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｓｓｅｓｓ－ ｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｂｉｎａｒｙ－ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｙ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｅｘｅｃｕｔｅ ｔｒａｃｋ ｔｏ ｂｉｎａｒｙ－ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ，ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｏ ｂｉｎａｒｙ ｃｏｄｅ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ａｓｓｅｓｓｅｄ．Ｔｈｕｓ，ａ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｂｉｎａｒｙ－ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｐａｔｈ ｃｏｖｅｒａｇｅ
代码的代码覆盖率 评 估 方 法 和 结 果 不 同，源 代 码 在 编译链接形成可执 行 程 序 时，编 译 器 优 化 可 能 引 起 语句语义的改变，因而出现所见非所执行的现 象 。 ［２］ 此 外 ，出 于 商 业 机 密 保 护 目 的 ，所 用 测 试 方 无 法 获 取 源代码，同时源代码 层 面 的 代 码 覆 盖 率 也 无 法 准 确 评估。二进制代码 分 析 则 可 避 免 上 述 现 象，具 有 较 高准确性。
第６卷 第６期
张 垚 ，等 ：二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 系 统 设 计 与 实 现
１５
图 ２ Ｊａｋｓｔａｂ框 架
编 ，供 后 续 分 析 。 ２．２ 基 本 块 划 分
基本 块 是 程 序 顺 序 执 行 的 一 段 语 句 序 列，只 有 １个入口和 １ 个 出 口。 入 口 为 块 的 第 一 个 语 句，出 口为块的最后一 个 语 句。 对 于 一 个 基 本 块，程 序 执 行仅从入口进入、出 口 退 出。 当 程 序 执 行 至 某 个 基 本 块 时 ，执 行 基 本 块 所 有 指 令 。 因 此 ，覆 盖 了 该 基 本 块等同于覆盖了基本块所有指令。以基本块为单位 对反汇编结果进行 分 析，相 比 于 以 指 令 级 粒 度 分 析 更简单高效。
０ 引 言
在软 件 测 试 领 域，模 糊 测 试 是 使 用 较 为 广 泛 的 方法之一。该方法对目标程序进行大量畸形输入， 并监控程序运行 是 否 异 常，从 而 发 现 软 件 缺 陷。 代 码覆盖率用于描述测试用例对程序代码覆盖程度的 度量，是软件开发及 测 试 用 于 判 定 应 用 程 序 充 分 测 试 依 据 之 一 ，也 是 评 估 测 试 质 量 的 重 要 指 标 。 目 前 ， 业内要求 测 试 代 码 覆 盖 率 应 达 到 ８５％ 以 上 。 ［１］ 代 码覆盖率评估的应 用 研 究 大 多 在 源 代 码 层 面，二 进 制代码层面的研究较为缺乏。由于源代码与二进制
图 １ 二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 系 统 架 构
２ 系 统 实 现
２．１ 静 态 分 析 反汇编是理解 与 分 析 可 执 行 程 序 的 基 础，也 是 逆向工程的起点和 关 键。 文 献 ［６］提 出 特 定 汇 编 语 言与特定 机 器 语 言 （二 进 制 代 码 ）存 在 一 一 对 应 关 系 ，因 此 反 汇 编 结 果 不 会 改 变 分 析 程 序 语 义 。
单个测试用例的覆盖率分析仅评估某个用例对 目标程序的覆盖情况。本文对每个基本块均用正整 数 唯 一 编 号 ，可 根 据 不 同 编 号 区 分 不 同 基 本 块 ，某 个 用例的基本块覆盖可用１个整数集合表示。集合相 同 说 明 ２ 个 测 试 用 例 覆 盖 同 一 程 序 路 径 ，属 于 同 类 。 相比于单个用例的 代 码 覆 盖，更 关 注 某 个 测 试 用 例 集的代码覆盖情 况。 基 本 块 层 面 统 计 信 息 包 括：用 例 集 合 共 覆 盖 的 基 本 块 ；覆 盖 了 哪 些 基 本 块 ；每 个 基 本块的覆盖次数等。测试用例集的代码覆盖率需计 算所有测试用例覆 盖 的 不 同 基 本 块，可 转 化 为 多 个 整数集合的合并操作。
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｄｅ Ｃｏｖｅｒａｇｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｂｉｎａｒｙ－Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｄｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ
Ｚｈａｎｇ Ｙａｏ１ Ｚｈａｎｇ Ｃｈａｏｒｏｎｇ１ Ｌｉｎ Ｔｅｎｇ２ Ｄｏｎｇ Ｆａｎｇｑｕａｎ１
（１ Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０８３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）） （２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０８３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
间的逻辑运算操作。 面向模糊测试的二进制代码测试覆盖率评估系
统架构如图１ 所 示。 该 系 统 由 静 态 分 析、动 态 分 析 和覆盖率评估３ 个 模 块 组 成。 系 统 基 本 流 程 为：先 将目标程序输入代静态分析模块进行反汇编分析， 生成汇编文件后扫 描 文 件 进 行 基 本 块 划 分 操 作，记 录基本块信息并生成控制流图。测试用例驱动程序 执行过程中进行动 态 插 桩，分 析 记 录 正 在 执 行 的 测 试用例基本块覆盖情况，过 滤 与 覆 盖 率 计 算 无 关 的 基 本 块 ，计 算 单 个 用 例 的 二 进 制 代 码 覆 盖 率 。 用 例 执 行 完 毕 ，启 动 代 码 覆 盖 率 评 估 器 。 该 评 估 器 功 能 简 单 ，接 收 静 态 和 动 态 分 析 结 果 ，计 算 测 试 用 例 集 的 二 进 制 代 码 覆 盖 率 ，包 括 指 令 和 基 本 块 覆 盖率。
Ｊａｋｓｔａｂ 是 英 国 伦 敦 大 学Ｊｏｈａｎｎｅｓ Ｋｉｎｄｅｒ开 发 的二进制代码 静 态 分 析 工 具［７］，结 合 数 据 流 分 析 进 行多次反汇编过程 的 迭 代 反 汇 编 方 法，是 将 反 汇 编 和静态分析２个阶段合并的二进制分析工具。
Ｊａｋｓｔａｂ 框 架 如 图 ２ 所 示 ，是 集 成 反 汇 编 与 其 他 静态分析的 集 成 架 构。 首 先 通 过 入 口 指 针 ｐｃ与 偏 移 量 定 位 ，提 取 当 前 二 进 制 代 码 的 位 置 及 执 行 指 令 ， 再将指令反汇编提 升 为 一 种 中 间 语 言，并 通 过 中 间 语言的语义计算程 序 到 达 新 状 态，如 果 验 证 了 新 状 态正确，则 根 据 该 状 态 确 定 新 的 ｐｃ值，再 重 复 上 述 工作，是边反汇 编 边 程 序 状 态 分 析 的 过 程。 本 文 借 助Ｊａｋｓｔａｂ工具的反汇编 功 能 对 目 标 程 序 进 行 反 汇
１ 系 统 原 理 与 架 构 设 计
源 代 码 的 覆 盖 率 分 析 方 法 有 语 句 、函 数 、分 支 、条 件 和 路 径 等 覆 盖 ，二 进 制 代 码 无 函 数 概 念［４］，也 无 逻 辑 表 达 式 ，而 是 以 各 种 跳 转 指 令 （如 ｊｍｐ，ｊｅ和ｊｎｅ等 ）为 程 序 执 行 的 分 支 点 。 因 此 ，二 进制代码覆盖率可通过指令与基本块覆盖进行评 估。本文用指令覆盖和基本块覆盖进行二进制代 码覆盖率评估。
规 约 有 序 二 元 决 策 图 （ＲＯＢＤＤ）起 初 用 于 布 尔 表 达 式 ，将 该 数 据 结 构 扩 展 为 表 示 二 进 制 形 式 的 整 数 。 ［５］ 试 验 验 证 表 明 ，ＲＯＢＤＤ 结 构 相 比 于 其 他 结 构 （如 标 准 模 板 库 ＳＴＬ 中 ｓｅｔ容 器 ），表 示 整数集合及整数集合合并时在时间和内存开销 上 具 有 明 显 优 势 。 本 文 利 用 ＪａｖａＢＤＤ 类 库 提 供 的 ＡＰＩ实 现 ＲＯＢＤＤ 数 据 结 构 ，并 且 在 代 码 覆 盖 评估模块中应用于用例集合代码覆盖信息的操 作 。ＪａｖａＢＤＤ 通 过 Ｊａｖａ 本 地 接 口 （ＪＮＩ）在 Ｊｏｒｎ Ｌｉｎｄ－Ｎｉｅｌｓｅｎ开 发 的 Ｂｕｄｄｙ 库 基 础 上 ，封 装 了 面 向 对 象 的 Ｊａｖａ库 。 该 库 提 供 与 Ｂｕｄｄｙ 库 相 同 功 能 的 ＡＰＩ。Ｂｕｄｄｙ库 是 用 Ｃ＋ ＋ 编 写 的 包 括 标 准 ＢＤＤ 操 作 、结 构 重 排 以 及 完 整 文 档 的 ＢＤＤ 实 现 包 。 该 库 通 过 Ｃ＋ ＋ 接 口 实 现 引 用 计 数 存 储 和 垃 圾 回 收 机 制 。ＪａｖａＢＤＤ 类 库 为 跨 平 台 ，适 用 于 Ｕｎｉｘ与 Ｗｉｎｄｏｗｓ操 作 系 统 。 本 文 使 用 ＪａｖａＢＤＤ 中 ＢＤＤ 类 、ＢＤＤＤｏｍａｉｎ类 和 ＢＤＤＦａｃｔｏｒｙ类 实 现 上 述 功 能 。ＢＤＤ 类 负 责 ＢＤＤ 内 部 元 素 的 逻 辑 运 算 操 作 ；ＢＤＤＤｏｍａｉｎ 类 负 责 创 建 集 合 共 享 ＢＤＤ 结 构 的 内 存 空 间 ；ＢＤＤＦａｃｔｏｒｙ 类 负 责 多 个 ＢＤＤ
收 稿 日 期 ：２０１５－０４－２１
第６卷 第６期 ２０１５ 年 １２ 月
·软件测试·
指挥信息系统与技术 Ｃｏｍｍａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１５
ｄｏｉ：１０．１５９０８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｉｓｔ．２０１５．０６．００３
二进制代码测试覆盖率评估系统设计与实现
张 垚１ 张 超 容１ 林 腾２ 董 芳 泉１
（１ 江南计算技术研究所 江苏无锡 ２１４０８３） （２ 北京大学软件与微电子学院 江苏无锡 ２１４０８３）
摘 要 ：针 对 模 糊 测 试 终 止 时 机 问 题 ，提 出 了 二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 方 法 ，通 过 二 进 制 代 码 的 静 态 与 执 行 轨 迹 动 态 两 种 分 析 ，可 评 估 模 糊 测 试 对 目 标 程 序 二 进 制 代 码 的 测 试 覆 盖 ，从 而 设 计 并 实 现了二进制测试覆盖率评估系统。该系统给出了测试用例集合对目标可执行程序二进制基本块及 二 进 制 指 令 集 的 覆 盖 率 和 路 径 覆 盖 数 指 标 ，以 度 量 测 试 用 例 质 量 。 关 键 词 ：模 糊 测 试 ；二 进 制 代 码 ；代 码 覆 盖 率 ；测 试 用 例 集 ；软 件 测 试 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３０１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７４－９０９Ｘ（２０１５）０６－００１３－０５
ａｔ ｂｏｔｈ ｂｉｎａｒｙ ｂａｓｉｃ ｂｌｏｃｋ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｂｉｎａｒｙ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｌｅｖｅｌ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓｕｉｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｕｚｚｙ ｔｅｓｔｉｎｇ；ｂｉｎａｒｙ ｃｏｄｅ；ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ；ｔｅｓｔ ｓｕｉｔｅ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
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指挥信息系统与技术
２１５ 年 １２ 月
得 具 体 执 行 信 息 ，再 与 静 态 结 果 比 对 并 计 算 覆 盖 率 。 文献［３］通过分 支 监 视 机 制 获 取 动 态 执 行 的 分 支 轨 迹信息，而本文系统 基 于 动 态 插 桩 及 无 用 基 本 块 过 滤技术实现。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｉｍｉｎｇ ｔｏ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｔｅｓｔｉｎｇ，ａ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｓｓｅｓｓ－ ｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｂｉｎａｒｙ－ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｙ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｅｘｅｃｕｔｅ ｔｒａｃｋ ｔｏ ｂｉｎａｒｙ－ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ，ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｏ ｂｉｎａｒｙ ｃｏｄｅ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ａｓｓｅｓｓｅｄ．Ｔｈｕｓ，ａ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｂｉｎａｒｙ－ｌｅｖｅｌ ｃｏｄｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｐａｔｈ ｃｏｖｅｒａｇｅ
代码的代码覆盖率 评 估 方 法 和 结 果 不 同，源 代 码 在 编译链接形成可执 行 程 序 时，编 译 器 优 化 可 能 引 起 语句语义的改变，因而出现所见非所执行的现 象 。 ［２］ 此 外 ，出 于 商 业 机 密 保 护 目 的 ，所 用 测 试 方 无 法 获 取 源代码，同时源代码 层 面 的 代 码 覆 盖 率 也 无 法 准 确 评估。二进制代码 分 析 则 可 避 免 上 述 现 象，具 有 较 高准确性。
第６卷 第６期
张 垚 ，等 ：二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 系 统 设 计 与 实 现
１５
图 ２ Ｊａｋｓｔａｂ框 架
编 ，供 后 续 分 析 。 ２．２ 基 本 块 划 分
基本 块 是 程 序 顺 序 执 行 的 一 段 语 句 序 列，只 有 １个入口和 １ 个 出 口。 入 口 为 块 的 第 一 个 语 句，出 口为块的最后一 个 语 句。 对 于 一 个 基 本 块，程 序 执 行仅从入口进入、出 口 退 出。 当 程 序 执 行 至 某 个 基 本 块 时 ，执 行 基 本 块 所 有 指 令 。 因 此 ，覆 盖 了 该 基 本 块等同于覆盖了基本块所有指令。以基本块为单位 对反汇编结果进行 分 析，相 比 于 以 指 令 级 粒 度 分 析 更简单高效。
０ 引 言
在软 件 测 试 领 域，模 糊 测 试 是 使 用 较 为 广 泛 的 方法之一。该方法对目标程序进行大量畸形输入， 并监控程序运行 是 否 异 常，从 而 发 现 软 件 缺 陷。 代 码覆盖率用于描述测试用例对程序代码覆盖程度的 度量，是软件开发及 测 试 用 于 判 定 应 用 程 序 充 分 测 试 依 据 之 一 ，也 是 评 估 测 试 质 量 的 重 要 指 标 。 目 前 ， 业内要求 测 试 代 码 覆 盖 率 应 达 到 ８５％ 以 上 。 ［１］ 代 码覆盖率评估的应 用 研 究 大 多 在 源 代 码 层 面，二 进 制代码层面的研究较为缺乏。由于源代码与二进制
图 １ 二 进 制 代 码 测 试 覆 盖 率 评 估 系 统 架 构
２ 系 统 实 现
２．１ 静 态 分 析 反汇编是理解 与 分 析 可 执 行 程 序 的 基 础，也 是 逆向工程的起点和 关 键。 文 献 ［６］提 出 特 定 汇 编 语 言与特定 机 器 语 言 （二 进 制 代 码 ）存 在 一 一 对 应 关 系 ，因 此 反 汇 编 结 果 不 会 改 变 分 析 程 序 语 义 。
单个测试用例的覆盖率分析仅评估某个用例对 目标程序的覆盖情况。本文对每个基本块均用正整 数 唯 一 编 号 ，可 根 据 不 同 编 号 区 分 不 同 基 本 块 ，某 个 用例的基本块覆盖可用１个整数集合表示。集合相 同 说 明 ２ 个 测 试 用 例 覆 盖 同 一 程 序 路 径 ，属 于 同 类 。 相比于单个用例的 代 码 覆 盖，更 关 注 某 个 测 试 用 例 集的代码覆盖情 况。 基 本 块 层 面 统 计 信 息 包 括：用 例 集 合 共 覆 盖 的 基 本 块 ；覆 盖 了 哪 些 基 本 块 ；每 个 基 本块的覆盖次数等。测试用例集的代码覆盖率需计 算所有测试用例覆 盖 的 不 同 基 本 块，可 转 化 为 多 个 整数集合的合并操作。
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｄｅ Ｃｏｖｅｒａｇｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｂｉｎａｒｙ－Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｄｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ
Ｚｈａｎｇ Ｙａｏ１ Ｚｈａｎｇ Ｃｈａｏｒｏｎｇ１ Ｌｉｎ Ｔｅｎｇ２ Ｄｏｎｇ Ｆａｎｇｑｕａｎ１
（１ Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０８３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）） （２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０８３，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
间的逻辑运算操作。 面向模糊测试的二进制代码测试覆盖率评估系
统架构如图１ 所 示。 该 系 统 由 静 态 分 析、动 态 分 析 和覆盖率评估３ 个 模 块 组 成。 系 统 基 本 流 程 为：先 将目标程序输入代静态分析模块进行反汇编分析， 生成汇编文件后扫 描 文 件 进 行 基 本 块 划 分 操 作，记 录基本块信息并生成控制流图。测试用例驱动程序 执行过程中进行动 态 插 桩，分 析 记 录 正 在 执 行 的 测 试用例基本块覆盖情况，过 滤 与 覆 盖 率 计 算 无 关 的 基 本 块 ，计 算 单 个 用 例 的 二 进 制 代 码 覆 盖 率 。 用 例 执 行 完 毕 ，启 动 代 码 覆 盖 率 评 估 器 。 该 评 估 器 功 能 简 单 ，接 收 静 态 和 动 态 分 析 结 果 ，计 算 测 试 用 例 集 的 二 进 制 代 码 覆 盖 率 ，包 括 指 令 和 基 本 块 覆 盖率。
Ｊａｋｓｔａｂ 是 英 国 伦 敦 大 学Ｊｏｈａｎｎｅｓ Ｋｉｎｄｅｒ开 发 的二进制代码 静 态 分 析 工 具［７］，结 合 数 据 流 分 析 进 行多次反汇编过程 的 迭 代 反 汇 编 方 法，是 将 反 汇 编 和静态分析２个阶段合并的二进制分析工具。
Ｊａｋｓｔａｂ 框 架 如 图 ２ 所 示 ，是 集 成 反 汇 编 与 其 他 静态分析的 集 成 架 构。 首 先 通 过 入 口 指 针 ｐｃ与 偏 移 量 定 位 ，提 取 当 前 二 进 制 代 码 的 位 置 及 执 行 指 令 ， 再将指令反汇编提 升 为 一 种 中 间 语 言，并 通 过 中 间 语言的语义计算程 序 到 达 新 状 态，如 果 验 证 了 新 状 态正确，则 根 据 该 状 态 确 定 新 的 ｐｃ值，再 重 复 上 述 工作，是边反汇 编 边 程 序 状 态 分 析 的 过 程。 本 文 借 助Ｊａｋｓｔａｂ工具的反汇编 功 能 对 目 标 程 序 进 行 反 汇
１ 系 统 原 理 与 架 构 设 计
源 代 码 的 覆 盖 率 分 析 方 法 有 语 句 、函 数 、分 支 、条 件 和 路 径 等 覆 盖 ，二 进 制 代 码 无 函 数 概 念［４］，也 无 逻 辑 表 达 式 ，而 是 以 各 种 跳 转 指 令 （如 ｊｍｐ，ｊｅ和ｊｎｅ等 ）为 程 序 执 行 的 分 支 点 。 因 此 ，二 进制代码覆盖率可通过指令与基本块覆盖进行评 估。本文用指令覆盖和基本块覆盖进行二进制代 码覆盖率评估。
规 约 有 序 二 元 决 策 图 （ＲＯＢＤＤ）起 初 用 于 布 尔 表 达 式 ，将 该 数 据 结 构 扩 展 为 表 示 二 进 制 形 式 的 整 数 。 ［５］ 试 验 验 证 表 明 ，ＲＯＢＤＤ 结 构 相 比 于 其 他 结 构 （如 标 准 模 板 库 ＳＴＬ 中 ｓｅｔ容 器 ），表 示 整数集合及整数集合合并时在时间和内存开销 上 具 有 明 显 优 势 。 本 文 利 用 ＪａｖａＢＤＤ 类 库 提 供 的 ＡＰＩ实 现 ＲＯＢＤＤ 数 据 结 构 ，并 且 在 代 码 覆 盖 评估模块中应用于用例集合代码覆盖信息的操 作 。ＪａｖａＢＤＤ 通 过 Ｊａｖａ 本 地 接 口 （ＪＮＩ）在 Ｊｏｒｎ Ｌｉｎｄ－Ｎｉｅｌｓｅｎ开 发 的 Ｂｕｄｄｙ 库 基 础 上 ，封 装 了 面 向 对 象 的 Ｊａｖａ库 。 该 库 提 供 与 Ｂｕｄｄｙ 库 相 同 功 能 的 ＡＰＩ。Ｂｕｄｄｙ库 是 用 Ｃ＋ ＋ 编 写 的 包 括 标 准 ＢＤＤ 操 作 、结 构 重 排 以 及 完 整 文 档 的 ＢＤＤ 实 现 包 。 该 库 通 过 Ｃ＋ ＋ 接 口 实 现 引 用 计 数 存 储 和 垃 圾 回 收 机 制 。ＪａｖａＢＤＤ 类 库 为 跨 平 台 ，适 用 于 Ｕｎｉｘ与 Ｗｉｎｄｏｗｓ操 作 系 统 。 本 文 使 用 ＪａｖａＢＤＤ 中 ＢＤＤ 类 、ＢＤＤＤｏｍａｉｎ类 和 ＢＤＤＦａｃｔｏｒｙ类 实 现 上 述 功 能 。ＢＤＤ 类 负 责 ＢＤＤ 内 部 元 素 的 逻 辑 运 算 操 作 ；ＢＤＤＤｏｍａｉｎ 类 负 责 创 建 集 合 共 享 ＢＤＤ 结 构 的 内 存 空 间 ；ＢＤＤＦａｃｔｏｒｙ 类 负 责 多 个 ＢＤＤ