Теория и метод тестирования встроенной операционной системы реального времени (464,86 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

内 容 提 要 嵌入式实时操作系统在通信、 医疗、 核电站控制等领域的广泛应用， 使人们越来越关注嵌入式实时操作系统的安全 性。 目前， 系统介绍高安全嵌入式实时操作系统测试理论和方法的文献还比较少， 本书介绍了关于高安全嵌入式实时操 作系统的测试理论和方法。 本书以理论为指导， 提出了操作系统测试需要解决的问题， 证明了基于有限状态机测试策略的正确性， 使用动态代 码走查方法提高代码走查的效率和效果， 使用地址监控方法解决临界保护正确性测试问题。 每种测试方法都以理论为指 导， 测试充分性得到有效保证。 本书适合于从事嵌入式操作系统设计和测试的科研人员参考和使用。 　　 　 图书在版编目 ( C I P ) 数据 　 ＩＳＢＮ ９７８ － ７ － ５１６５ － ０４９９ － ４ 􀆰 　 嵌入式实时操作系统测试理论和方法 ／ 张明杰等著 　 －－北京 ∶ 航空工业出版社， ２０１４􀆰 ７ 　 　 中国版本图书馆 ＣＩＰ 数据核字 （２０１４） 第１４３３７８ 号 试　 　 Ⅰ． ①嵌…　 Ⅱ． ①张…　 Ⅲ． ①实时操作系统 系统测 研究　 Ⅳ． ①ＴＰ３１６􀆰 ２ 嵌入式实时操作系统测试理论和方法 Ｑｉɑｎｒｕｓｈｉ Ｓｈｉｓｈｉ Ｃɑｏｚｕｏ Ｘｉｔｏｎｇ Ｃｅｓｈｉ Ｌｉｌｕｎ ｈｅ Ｆɑｎｇｆɑ 航空工业出版社出版发行 北京地质印刷厂印刷 ２０１４ 年７ 月第１ 版 发 （北京市朝阳区北苑２ 号院　 １０００１２） 行部电话： ０１０ － ８４９３４３７９　 ０１０ － ８４９３６３４３ 开本： ７８７ Ч １０９２　 １ ／ １６ 印数： １—２０００ 印张： １５􀆰 ５ 全国各地新华书店经售 ２０１４ 年７ 月第１ 次印刷 字数： ４１０ 千字 定价： ４８􀆰 ００ 元

Стр.3

前　 言 嵌入式操作系统应用越来越广泛， 在国民经济、 国防军事、 医疗设备等各方 面发挥着重要作用， 是信息化社会的支撑。 在某些特定领域， 对嵌入式操作系统 的可靠性要求很高。 在医疗设备中 （如 ＣＴ 扫描）， 如果出现问题可能会对患者 造成严重的伤害； 核电站控制系统出现问题带来更严重的后果； 手机中的嵌入式 操作系统越来越复杂， 虽然系统崩溃不会造成严重后果， 重启往往可以解决问 题， 但是必须承认， 可靠性不高也会影响手机的市场地位。 也就是说， 在很多领 域对嵌入式实时操作系统的可靠性要求越来越高， 在很多情况下可靠性要求甚于 性能要求。 操作系统的可靠性由许多方面构成， 但最重要的是其内核的可靠性， 内核主 要包括进程管理和存储管理等。 有的嵌入式实时操作系统也包括简单的文件系 统， 但不是标准配置， 属于可配置组件， 因此本书主要关注内核的可靠性。 测试是提高嵌入式实时操作系统内核可靠性的重要技术手段， 但是无论是学 术界还是工程界都鲜有关于嵌入式实时操作系统测试理论方面的资料。 笔者曾在 一些知名的计算机学术期刊上检索以期得到一些启发， 结果没有检索到相关学术 研究文献。 虽然 ＬＴＰ （Ｌｉｎｕｘ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ） 是对 Ｌｉｎｕｘ 操作系统进行测试的国际化 项目， 但是对高可靠嵌入式实时操作系统测试而言帮助甚微。 笔者认为高可靠性 嵌入式实时操作系统测试必须在理论指导下进行， 以保证测试的充分性和可信 性。 有关测试资料的缺乏在笔者看来可能是属于商业机密， 或者是更多的学者更 倾向于构建新的操作系统， 而没有太多兴趣测试操作系统的可靠性。 毕竟构建操 作系统是更具创造性的活动。 于是我们决定坐下来静静地思考一下嵌入式实时操 作系统的测试方法， 经过几年的努力有了这本书中描述的测试方法。 必须说明其 中的测试方法， 如有限状态机方法不是笔者创造而是拿来用于指导操作系统测 试。 本书旨在构建高可靠嵌入式实时操作系统内核测试的框架， 以供感兴趣的读 者进一步探讨。 测试理论告诉我们， 基于需求的测试是最有效的软件测试方法。 然而基于需 求的测试方法往往在现有国内软件工程情况下效果不佳。 操作系统的需求往往以 系统提供的系统调用为纲目进行描述， 单独对系统调用进行测试， 没有考虑系统 调用之间相互影响可能导致的系统缺陷， 往往不能发现系统深层次问题。 操作系 统提供大量系统调用， 而应用程序使用系统调用的方式千变万化， 所以必须采用

Стр.4

嵌入式实时操作系统测试理论和方法 分而治之的策略才能实现对操作系统的高效测试。 本书提出了操作系统测试问题； 动态的代码走查方法， 提高代码走查效率； 基于地址监控的临界资源保护正确性测试方法； 基于有限状态机的操作系统应用 编程接口测试方法。 这些方面基本涵盖了嵌入式实时操作系统内核的关键机制。 虽然这些方法不一定是最有效的方法， 但是从一定意义上讲， 测试的充分性得到 了保证。 限于笔者能力水平和经验有限， 同时由于成书时间仓促， 书中难免存在不足 之处， 希望读者提出中肯的批评和建议。 如果能够吸引更多读者开展嵌入式实时 操作系统的测试研究将是最令人欣慰的事。 ·２·

Стр.5

目　 录 第１ 部分　 嵌入式实时操作系统的基本原理 第１ 章　 嵌入式实时操作系统概述 　 　 １􀆰 １　 操作系统概述 ……………………………………………………… （ ３ ） 　 　 　 １􀆰 １􀆰 １　 操作系统作用 　 　 　 １􀆰 １􀆰 ２　 操作系统发展简史 　 　 １􀆰 ２　 嵌入式实时操作系统 　 　 　 １􀆰 ２􀆰 １　 嵌入式实时操作系统的特点 　 　 　 １􀆰 ２􀆰 ２　 嵌入式实时操作系统实例 　 　 １􀆰 ３　 本章小结 第２ 章　 ＲＴＥＭＳ 嵌入式实时操作系统 　 　 ２􀆰 １　 ＲＴＥＭＳ 概述 　 　 ２􀆰 ２　 ＲＴＥＭＳ 超级内核 　 　 　 ２􀆰 ２􀆰 １　 对象 　 　 　 ２􀆰 ２􀆰 ２　 任务队列 　 　 ２􀆰 ３　 ＲＴＥＭＳ 功能组件 　 　 　 ２􀆰 ３􀆰 １　 任务组件 　 　 　 ２􀆰 ３􀆰 ２　 中断组件 　 　 　 ２􀆰 ３􀆰 ３　 时钟组件 　 　 　 ２􀆰 ３􀆰 ４　 定时器组件 　 　 　 ２􀆰 ３􀆰 ５　 进程间通信组件 　 　 　 ２􀆰 ３􀆰 ６　 存储管理组件 　 　 ２􀆰 ４　 调度策略 　 　 　 ２􀆰 ４􀆰 １　 调度策略控制 　 　 　 ２􀆰 ４􀆰 ２　 任务状态转换 　 　 ２􀆰 ５　 本章小结 第３ 章　 问题和策略 　 　 ３􀆰 １　 软件测试概述 …………………………………………………………………… （ ３ ） ……………………………………………………………… （ ３ ） ………………………………………………………… （ ５ ） …………………………………………………………… （ ６ ） ……………………………………………… （ ６ ） ………………………………………………… （ ７ ） ………………………………………………………………………… （ ８ ） …………………………………………………… （ ９ ） ……………………………………………………………………… （ ９ ） ………………………………………………………………… （ １１ ） ………………………………………………………………………… （ １１ ） …………………………………………………………………… （ １２ ） ………………………………………………………………… （ １３ ） …………………………………………………………………… （ １３ ） …………………………………………………………………… （ １４ ） …………………………………………………………………… （ １５ ） ………………………………………………………………… （ １６ ） …………………………………………………………… （ １７ ） ……………………………………………………………… （ １８ ） ………………………………………………………………………… （ １９ ） ……………………………………………………………… （ ２１ ） ……………………………………………………………… （ ２１ ） ………………………………………………………………………… （ ２２ ） 第２ 部分　 嵌入式实时操作系统测试的理论和方法 　 　 　 ３􀆰 １􀆰 １　 软件测试过程 ……………………………………………………………………… （ ２５ ） …………………………………………………………………… （ ２５ ） ……………………………………………………………… （ ２５ ）

Стр.6

嵌入式实时操作系统测试理论和方法 　 　 　 ３􀆰 １􀆰 ２　 软件测试类型 　 　 ３􀆰 ２　 操作系统测试特殊性 　 　 　 ３􀆰 ２􀆰 １　 三角形判定问题描述 　 　 　 ３􀆰 ２􀆰 ２　 三角形判定程序实现 　 　 　 ３􀆰 ２􀆰 ３　 三角形判定程序测试 　 　 　 ３􀆰 ２􀆰 ４　 操作系统测试的特殊性 　 　 ３􀆰 ３　 操作系统测试问题描述 　 　 　 ３􀆰 ３􀆰 １　 Ψｐｒｇ 　 　 　 ３􀆰 ３􀆰 ２　 Ψｐｒｇ 　 　 　 ３􀆰 ３􀆰 ３　 问题描述 的特点 的分类 　 　 　 ３􀆰 ３􀆰 ４　 基于独立系统调用的测试方法的不足 　 　 ３􀆰 ４　 基于资源管理视点的测试策略 　 　 　 ３􀆰 ４􀆰 １　 资源的表示方法 　 　 　 ３􀆰 ４􀆰 ２　 资源表示的本质 　 　 　 ３􀆰 ４􀆰 ３　 问题重新描述 　 　 　 ３􀆰 ４􀆰 ４　 基路径测试 　 　 ３􀆰 ５　 信号量测试案例 　 　 　 ３􀆰 ５􀆰 １　 常规测试法 　 　 　 ３􀆰 ５􀆰 ２　 基于有限状态机的测试法 　 　 　 ３􀆰 ５􀆰 ３　 正确性证明 　 　 ３􀆰 ６　 其他考虑 　 　 ３􀆰 ７　 本章小结 第４ 章　 动态代码走查方法 　 　 ４􀆰 １　 代码走查定义 　 　 　 ４􀆰 ２􀆰 １　 软件移植 　 　 　 ４􀆰 ２􀆰 ２　 代码走查 ……………………………………………………………… （ ２６ ） …………………………………………………………… （ ２６ ） ……………………………………………………… （ ２７ ） ……………………………………………………… （ ２７ ） ……………………………………………………… （ ２９ ） …………………………………………………… （ ３０ ） ………………………………………………………… （ ３０ ） ………………………………………………………………… （ ３０ ） ………………………………………………………………… （ ３１ ） …………………………………………………………………… （ ３１ ） …………………………………… （ ３１ ） ………………………………………………… （ ３２ ） …………………………………………………………… （ ３２ ） …………………………………………………………… （ ３３ ） ……………………………………………………………… （ ３３ ） ………………………………………………………………… （ ３６ ） ………………………………………………………………… （ ３７ ） ………………………………………………………………… （ ３８ ） ………………………………………………… （ ３９ ） ………………………………………………………………… （ ４１ ） ………………………………………………………………………… （ ４３ ） ………………………………………………………………………… （ ４３ ） ……………………………………………………………… （ ４４ ） …………………………………………………………………… （ ４４ ） 　 　 ４􀆰 ２　 基于软件动态执行的代码走查方法 ＤＣＷ …………………………………… （ ４４ ） …………………………………………………………………… （ ４５ ） …………………………………………………………………… （ ４６ ） ……………………………………………………… （ ４７ ） 　 　 ４􀆰 ３　 ＲＴＥＭＳ 超级内核代码走查 　 　 　 ４􀆰 ３􀆰 １　 Ｓｃｏｒｅ 移植 　 　 　 ４􀆰 ３􀆰 ２　 Ｓｃｏｒｅ 代码走查 　 　 ４􀆰 ４　 本章小结 第５ 章　 临界保护正确性测试 　 　 ５􀆰 １　 问题描述 …………………………………………………………………… （ ４７ ） ……………………………………………………………… （ ５７ ） ………………………………………………………………………… （ ６４ ） …………………………………………………………… （ ６５ ） 　 　 ５􀆰 ２　 基于地址监控的临界保护正确性测试 　 　 　 ５􀆰 ２􀆰 １　 ＲＴＥＭＳ 临界保护特点 ………………………………………………………………………… （ ６５ ） ………………………………………… （ ６６ ） 　 　 　 ５􀆰 ２􀆰 ２　 地址监控的临界区保护正确性测试 　 　 　 ５􀆰 ２􀆰 ３　 正确性证明 　 　 　 ５􀆰 ２􀆰 ４　 ＳＶＡＭ 方法优化 　 　 　 ５􀆰 ２􀆰 ５　 Ｂｏｃｈｓ 实现 ＳＶＡＭ ……………………………………………………… （ ６６ ） ……………………………………… （ ６６ ） ………………………………………………………………… （ ６９ ） …………………………………………………………… （ ６９ ） （ ７０ ） ………………………………………………………… ·２·

Стр.7

目　 录 　 　 　 ５􀆰 ２􀆰 ６　 实际操作 　 　 ５􀆰 ３　 本章小结 第６ 章　 基于有限状态机的 ＡＰＩ 测试 　 　 ６􀆰 １　 方法概述 　 　 ６􀆰 ２　 ＲＴＥＭＳ 有限状态机 …………………………………………………………………… （ ７３ ） ………………………………………………………………………… （ ７５ ） …………………………………………………… （ ７６ ） 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 １　 固定大小存储管理有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ２　 可变大小存储管理有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ３　 事件通信有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ４　 消息队列有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ５　 信号量有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ６　 异步信号有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ７　 ＢＡＲＲＩＥＲ 通信有限状态机 　 　 　 ６􀆰 ２􀆰 ８　 任务管理有限状态机 　 　 ６􀆰 ３　 状态树 ………………………………………………………………………… （ ７６ ） ……………………………………………………………… （ ７６ ） …………………………………………… （ ７７ ） …………………………………………… （ ７９ ） ……………………………………………………… （ ８６ ） ……………………………………………………… （ ８８ ） ………………………………………………………… （ ９０ ） ……………………………………………………… （ ９５ ） ………………………………………………… （ ９７ ） ……………………………………………………… （ ９９ ） 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 １　 分区状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ２　 堆状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ３　 事件状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ４　 消息队列状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ５　 信号量状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ６　 异步信号状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ７　 ＢＡＲＲＩＥＲ 状态树 　 　 　 ６􀆰 ３􀆰 ８　 任务管理状态树 　 　 ６􀆰 ４　 测试用例设计 　 　 ６􀆰 ５　 本章小结 第７ 章　 构建测试环境 …………………………………………………………………………… （１０２） ………………………………………………………………… （１０２） …………………………………………………………………… （１０３） ………………………………………………………………… （１０６） …………………………………………………………… （１０６） ……………………………………………………………… （１０８） …………………………………………………………… （１１０） …………………………………………………………… （１１１） …………………………………………………………… （１１２） …………………………………………………………………… （１１３） ………………………………………………………………………… （１１６） 第３ 部分　 嵌入式实时操作系统测试方法的具体实现 　 　 ７􀆰 １　 安装 ＶＭｗａｒｅ 虚拟机 　 　 ７􀆰 ２　 安装 Ｌｉｎｕｘ 操作系统 第８ 章　 测试程序设计 　 　 ８􀆰 １　 测试程序架构 　 　 ７􀆰 ３　 安装 ＲＴＥＭＳ 交叉编译环境 　 　 ７􀆰 ４　 编译 ＲＴＥＭＳ 操作系统 　 　 ７􀆰 ５　 本章小结 　 　 ８􀆰 ２　 ＲＭＭＴ 详细设计 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 １　 分区创建测试 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 ２　 分区删除测试 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 ３　 获取分区 ＩＤ 测试 …………………………………………………………………… （１１９） …………………………………………………………… （１１９） …………………………………………………………… （１２４） …………………………………………………… （１３０） ………………………………………………………… （１３１） ………………………………………………………………………… （１３２） …………………………………………………………………… （１３３） …………………………………………………………………… （１３３） ………………………………………………………………… （１３４） ……………………………………………………………… （１３４） ……………………………………………………………… （１３６） （１３７） ………………………………………………………… ·３·

Стр.8

嵌入式实时操作系统测试理论和方法 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 ４　 分区申请缓冲测试 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 ５　 分区释放缓冲测试 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 ６　 状态转换测试 第９ 章　 测试结果分析 　 　 ９􀆰 １　 测试结果统计 　 　 ９􀆰 ２　 典型问题分析 　 　 　 ８􀆰 ２􀆰 ７　 程序文件结构和编译指令 　 　 ８􀆰 ３　 分区测试运行效果 　 　 ８􀆰 ４　 本章小结 ………………………………………………………… （１３９） ………………………………………………………… （１４０） ……………………………………………………………… （１４１） ………………………………………………… （１４３） 　 　 　 ９􀆰 ２􀆰 １　 自动释放 ＢＡＲＲＩＥＲ 任务问题 　 　 　 ９􀆰 ２􀆰 ２　 任务在休眠状态下挂起问题 　 　 　 ９􀆰 ２􀆰 ３　 双口地址映射错误问题 　 　 　 ９􀆰 ２􀆰 ４　 堆扩展后及时分配问题 　 　 　 ９􀆰 ３􀆰 ２　 抢占式资源调度 　 　 　 ９􀆰 ３􀆰 ３　 具体实现 　 　 ９􀆰 ４　 本章小结 　 　 　 ９􀆰 ２􀆰 ５　 优先级变化后堆及时分配问题 　 　 ９􀆰 ３　 复杂度的抢占式资源队列调度 　 　 　 ９􀆰 ３􀆰 １　 问题提出 第１０ 章　 有限状态机测试程序源代码 　 　 １０􀆰 １　 堆存储有限状态机测试 ……………………………………………………………… （１４４） ………………………………………………………………………… （１５０） …………………………………………………………………… （１５１） …………………………………………………………………… （１５１） …………………………………………………………………… （１５６） …………………………………………… （１５６） ……………………………………………… （１５６） …………………………………………………… （１５７） …………………………………………………… （１５９） …………………………………………… （１６０） ………………………………………………… （１６１） 　 　 １０􀆰 ２　 信号量有限状态机测试 参考文献 …………………………………………………………………… （１６１） …………………………………………………………… （１６２） …………………………………………………………………… （１６３） ………………………………………………………………………… （１７２） …………………………………………………… （１７３） ……………………………………………………… （１７３） ……………………………………………………… （２２１） …………………………………………………………………………………… （２４０） ·４·

Стр.9