Тема: Разработка виртуальной машины динамического символьного исполнения для языков программирования Java и Kotlin

Символьное исполнение - это техника автоматизированного тестирова­ния и анализа программного обеспечения, которая набирает популярность в последние годы. Она работает путем исследования различных путей выполне­ния программы для поиска входных данных, которые вызывают определенное поведение, ведущее к ошибкам, сбоям или нарушениям спецификаций про­граммы.
Символьное исполнение необходимо, потому что традиционные методы тестирования, такие как ручное тестирование или простое случайное тестиро­вание, часто неэффективны при обнаружении редких и сложных дефектов и уязвимостей в программных системах. В отличие от этого, оно может обеспе­чить более всестороннее покрытие пространства выполнения программы, что позволяет выявлять дефекты и уязвимости, которые традиционные методы тестирования упускают.
Однако данный метод может столкнуться с проблемами при анализе, поскольку требует значительных вычислительных ресурсов, особенно для сложных и больших программных систем. Более того, символьное испол­нение анализирует только некоторую модель программы, что означает, что анализ может допускать ошибки, приводящие к ложным срабатываниям. На­пример, когда программа имеет большое количество путей выполнения или когда символьная виртуальная машина выполнения сталкивается с циклами, объем вычислений, необходимых для исследования всех возможных путей, может стать невозможным для дальнейшего анализа. Кроме того, иногда ана­лиз ошибочно идентифицирует ошибки, когда они на самом деле их нет, что приводит к ложным тревогам. Это может привести к долгому времени ана­лиза, его ненадежности или даже привести к сбою анализа, что затрудняет применение данной техники на практике.
Для решения этих проблем в данном дипломе представлена разработ­ка виртуальной машины динамического символьного исполнения для языков программирования Java и Kotlin, расширяющую уже реализованную подси­стему символьного исполнения подсистемой конкретного исполнения с це­лью уменьшения количества ложных срабатываний и увеличения покрытия кода. Виртуальная машина (движок) реализует подход, который объединя­ет оба подхода, чтобы повысить эффективность и надежность анализа кода. Такая комбинация позволяет выполнять программу символьно и конкретно, уменьшая неточности чистого символьного исполнения и повышая качество анализа и покрытие анализируемой программы. Все это делает анализ бо­лее практичным и применимым для тестирования и анализа программного обеспечения.
Этот диплом описывает дизайн и реализацию виртуальной машины, включая архитектуру конкретного движка, структуры данных и алгорит­мы. Также представлены экспериментальные результаты, которые позволя­ют дальнейший анализ эффективности виртуальной машины в обнаружении дефектов и уязвимостей в реальных программах.
Более того, подсистема конкретного исполнения, представленная в дан­ном дипломе, интегрирована в инструмент UnitTestBot1 - автоматизирован­ную систему генерации модульных тестов для языков программирования Java и Kotlin. UnitTestBot реализует чистый символьный подход с расширенными возможностями, которые улучшают анализ кода и качество генерируемых те­стов. Эта интеграция позволяет применять UnitTestBot более уверенно, обес­печивая эффективное тестирование больших и сложных программ и про­граммных систем.
Инструмент UnitTestBot также предоставляет такую функциональность, как символьное исполнение, фаззинг, генерацию мок-объектов и минимиза­цию тестов, что дополнительно улучшает эффективность тестирования на основе динамического символьного исполнения. Подсистема конкретного ис­полнения разработана таким образом, чтобы легко интегрироваться в суще­ствующие рабочие процессы разработки данного продукта.
В целом, реализация виртуальной машины динамического символьного исполнения в UnitTestBot обеспечивает эффективное решение для автома­тической генерации и анализа тестов. Этот диплом вносит вклад в развитие программной инженерии, предоставляя практический и эффективный подход для обеспечения качества и надежности разрабатываемых программ.
Купить

Данный диплом достиг своей цели. Разработана и реализована вирту­альная машина для динамического символьного исполнения на языках про­граммирования Java и Kotlin на основе уже имеющегося символьного движка и прототипа подсистемы конкретного исполнения в UnitTestBot. Разработан­ная подсистема также интегрирована в инструмент UnitTestBot, что сделало генерацию тестов более надежной без снижения покрытия кода. В процессе реализации были получены следующие результаты:
1. Проведен обзор существующих инструментов, основанных на динами­ческом символьном исполнении: JDart, ACTEve и Triton;
2. Изучена структура и кодовая база инструмента UnitTestBot;
3. Разработана и реализована архитектура подсистемы конкретного ис­полнения, взяв за основу, доработав и улучшив уже готовый прототип данной подсистемы;
4. Реализованная подсистема интегрирована в UnitTestBot, тем самым по­лучена виртуальная машина для динамического символьного исполне­ния, поддерживающая языки программирования Java и Kotlin;
5. Установлено, что реализованный движок улучшает генерацию тестов путем существенного сокращения числа некорректных и ненадежных тестов без потери покрытия кода;
6. Получены новые возможности для разработки и реализации новых под­систем и алгоритмов для улучшения качества UnitTestBot, в частности, уже реализованные модули фаззинга и минимизации.
7. UnitTestBot с реализованной подсистемой конкретного исполнения при­нял участие в соревновании по генерации тестов для Java, SBFT 2023, где занял второе место, показав хорошие результаты работы на реаль­ных проектах.
Купить