ما هو اختبار تكامل الأنظمة (SIT)؟ اختبار تكامل الأنظمة مع مثال

ما هو اختبار تكامل النظام؟

اختبار التكامل يتم تعريفه على أنه نوع من اختبارات البرامج التي يتم إجراؤها في بيئة أجهزة وبرامج متكاملة للتحقق من سلوك النظام بأكمله. يتم إجراء الاختبار على نظام كامل ومتكامل لتقييم مدى امتثال النظام لمتطلباته المحددة.

يُجرى اختبار تكامل النظام (SIT) للتحقق من التفاعلات بين وحدات نظام البرمجيات. ويتناول هذا الاختبار التحقق من متطلبات البرمجيات عالية ومنخفضة المستوى المحددة في مواصفات/بيانات متطلبات البرمجيات ووثيقة تصميم البرمجيات.

يتحقق اختبار تكامل النظام (SIT) أيضًا من توافق نظام برمجي مع أنظمة أخرى، ويختبر واجهة التفاعل بين وحدات التطبيق البرمجي. في هذا النوع من الاختبار، تُختبر الوحدات أولًا بشكل فردي، ثم تُدمج لتكوين النظام. على سبيل المثال، تُدمج مكونات البرمجيات و/أو الأجهزة وتُختبر تدريجيًا حتى يتم دمج النظام بالكامل.

يوضح الرسم البياني أعلاه التطور الذي يحدد SIT: يتم دمج الوحدات التي تم التحقق منها بشكل منفصل خطوة بخطوة حتى يبقى نظام متكامل واحد قيد الاختبار.

لماذا اختبار تكامل النظام؟

في هندسة البرمجيات، يتم إجراء اختبار تكامل النظام للأسباب التالية:

• يساعد على الكشف خلل في وقت مبكر
• ستكون التعليقات المبكرة حول مدى قبول الوحدة الفردية متاحة
• تتميز جدولة إصلاحات العيوب بالمرونة، ويمكن أن تتداخل مع التطوير
• تدفق البيانات الصحيح
• تدفق التحكم الصحيح
• التوقيت الصحيح
• الاستخدام الصحيح للذاكرة
• الصحيح مع متطلبات البرمجيات

اختبار تكامل النظام مقابل اختبار النظام مقابل اختبار قبول المستخدم

ولأن هذه المستويات الثلاثة تسير متتاليةً، فإنها غالباً ما تُخلط. اختبار النظام يفحص اختبار التكامل النظامي (SIT) عملية بناء واحدة مكتملة مقابل متطلباتها، ويفحص الوصلات بين عمليات البناء، اختبار قبول المستخدم يفحص هذا النهج مدى ملاءمة الأعمال من وجهة نظر العميل. يوضح الجدول أدناه الفرق بينهما.

معامل	اختبار تكامل النظام	اختبار النظام	اختبار قبول المستخدم
التركيز الأساسي	الواجهات وتدفق البيانات بين الوحدات المتكاملة	سلوك البناء المُجمّع ككل	لياقة الأعمال للاستخدام الفعلي
مستوى الاختبار	المستوى الثاني	المستوى الثالث	المرحلة النهائية قبل بدء التشغيل
تقنية	صندوق اسود	صندوق أسود، صندوق أبيض، أو صندوق رمادي	صندوق اسود
يؤديها	مختبرو التكامل والمطورون	فريق اختبار مستقل	العملاء أو المستخدمين النهائيين
العيوب النموذجية	واجهة، وتوقيت، وذاكرة، وخريطة بياناتping أخطاء	أخطاء النظام الوظيفية وغير الوظيفية	عدم تطابق سهولة الاستخدام والمتطلبات
يعمل عند	بعد وحدة التجارب	بعد جلسة SIT	بعد اختبار النظام

الترتيب مهم. تُثبت الوحدات النمطية اختبار الوحدة، ويُثبت اختبار تكامل النظام (SIT) واجهات المستخدم، ويُثبت اختبار النظام المنتج المُجمّع، ويؤكد اختبار قبول المستخدم (UAT) أن المنتج يُلبي توقعات العمل. تخطَّping يدفع اختبار تكامل النظام (SIT) عيوب الواجهة إلى اختبار قبول المستخدم (UAT)، حيث يكلف كل إصلاح أكثر بكثير.

كيفية القيام باختبار تكامل النظام

إنها تقنية منهجية لبناء هيكل البرنامج أثناء إجراء الاختبارات للكشف عن الأخطاء المرتبطة بالربط البيني.

يتم دمج جميع الوحدات مسبقًا، ويتم اختبار البرنامج بأكمله ككل. ولكن خلال هذه العملية، من المحتمل أن تتم مواجهة مجموعة من الأخطاء.

من الصعب تصحيح مثل هذه الأخطاء لأن أسباب العزل معقدة بسبب التوسع الهائل في البرنامج بأكمله. بمجرد تصحيح هذه الأخطاء وتصحيحها، سيظهر خطأ جديد، وتستمر العملية بسلاسة في حلقة لا نهاية لها. ولتجنب هذا الوضع، يُستخدم نهج آخر، وهو التكامل التدريجي. وسيتم شرح النهج التدريجي بالتفصيل في القسم التالي.

هناك بعض الطرق الإضافية مثل اختبارات التكامل التي يتم إجراؤها على نظام يعتمد على المعالج المستهدف. المنهجية المستخدمة هي اسود Box الاختبار. يمكن استخدام التكامل من أسفل إلى أعلى أو من أعلى إلى أسفل.

يتم تحديد حالات الاختبار باستخدام متطلبات البرامج عالية المستوى فقط.

يمكن أيضًا تحقيق تكامل البرامج إلى حد كبير في البيئة المضيفة، مع استمرار محاكاة الوحدات الخاصة بالبيئة المستهدفة في المضيف. سيكون تكرار الاختبارات في البيئة المستهدفة للتأكيد ضروريًا مرة أخرى.

ستحدد اختبارات التأكيد في هذا المستوى المشكلات الخاصة بالبيئة، مثل أخطاء تخصيص الذاكرة وتحريرها. وتعتمد جدوى إجراء تكامل البرمجيات في بيئة النظام المضيف على مدى وجود وظائف خاصة بالنظام المستهدف. ففي بعض الأنظمة المدمجة، يكون الارتباط مع بيئة النظام المستهدف قويًا جدًا، مما يجعل إجراء تكامل البرمجيات في بيئة النظام المضيف غير عملي.

ستقسم التطورات الكبيرة في مجال البرمجيات تكامل البرمجيات إلى عدد من المستويات. ويمكن أن تستند المستويات الأدنى من تكامل البرمجيات بشكل أساسي إلى البيئة المضيفة، مع اعتماد المستويات اللاحقة من تكامل البرمجيات بشكل أكبر على البيئة المستهدفة.

ملاحظة: إذا كان يتم اختبار البرنامج فقط، فيُطلق عليه اسم اختبار تكامل برامج الأجهزة [SSIT] وإذا كان يتم اختبار كل من الأجهزة والبرامج، فيُطلق عليه اسم اختبار تكامل برامج الأجهزة [HSIT].

النهج التدريجي

بما أن دمج كل شيء دفعة واحدة يجعل من الصعب عزل العيوب، فإن معظم الفرق تتبع المسار التدريجي الموضح هنا.

الاختبار التزايدي هو وسيلة لاختبار التكامل. في هذا النوع من طرق الاختبار، تقوم أولاً باختبار كل وحدة من وحدات البرنامج على حدة ثم تستمر في الاختبار عن طريق إلحاق وحدات أخرى بها ثم أخرى وهكذا.

التكامل المتزايد هو النقيض من نهج الانفجار الكبير. يتم إنشاء البرنامج واختباره في أجزاء صغيرة، حيث يسهل عزل الأخطاء وتصحيحها. من المرجح أن يتم اختبار الواجهات بشكل كامل، ويمكن تطبيق نهج اختبار منهجي.

هناك نوعان من الاختبار التزايدي

• النهج من أعلى إلى أسفل
• نهج من أسفل إلى أعلى

نهج من أعلى إلى أسفل

في هذا النوع من النهج، يبدأ الفرد باختبار واجهة المستخدم فقط، مع محاكاة الوظائف الأساسية بواسطة بذرة، ثم تنتقل إلى الأسفل لدمج الطبقات السفلية والسفلى كما هو موضح في الصورة أدناه.

• بدءًا من وحدة التحكم الرئيسية، يتم دمج الوحدات من خلال التحرك للأسفل عبر التسلسل الهرمي للتحكم
• يتم دمج الوحدات الفرعية لوحدة التحكم الرئيسية في الهيكل إما بطريقة العرض أولاً أو بطريقة العمق أولاً.
• يدمج التكامل العميق أولاً جميع الوحدات النمطية على مسار التحكم الرئيسي للهيكل كما هو موضح في الرسم التخطيطي التالي:

تتم عملية دمج الوحدة بالطريقة التالية:

1. يتم استخدام وحدة التحكم الرئيسية كبرنامج تشغيل اختبار، ويتم استبدال بذرة جميع الوحدات التابعة مباشرة لوحدة التحكم الرئيسية.
2. يتم استبدال الركائز الثانوية واحدة تلو الأخرى بوحدات فعلية اعتمادًا على النهج المحدد (العرض أولاً أو العمق أولاً).
3. يتم تنفيذ الاختبارات حيث يتم دمج كل وحدة.
4. عند الانتهاء من كل مجموعة من الاختبارات، يتم استبدال كعب روتين آخر بوحدة حقيقية عند الانتهاء من كل مجموعة من الاختبارات
5. للتأكد من عدم حدوث أخطاء جديدة اختبار الانحدار يمكن تنفيذها.

تستمر العملية من الخطوة 2 حتى يتم بناء هيكل البرنامج بأكمله. تبدو الإستراتيجية من أعلى إلى أسفل غير معقدة نسبيًا، ولكن في الممارسة العملية، تنشأ مشاكل لوجستية.

تحدث أكثر هذه المشكلات شيوعًا عندما تكون المعالجة عند المستويات المنخفضة في التسلسل الهرمي مطلوبة لاختبار المستويات العليا بشكل مناسب.

تحل بذرة محل الوحدات ذات المستوى المنخفض في بداية الاختبار من أعلى إلى أسفل، وبالتالي لا يمكن أن تتدفق أي بيانات مهمة إلى أعلى في بنية البرنامج.

التحديات التي قد يواجهها المختبر:

• قم بتأخير العديد من الاختبارات حتى يتم استبدال بذرة بوحدات فعلية.
• قم بتطوير بذرة تؤدي وظائف محدودة تحاكي الوحدة الفعلية.
• دمج البرنامج من أسفل التسلسل الهرمي إلى الأعلى.

ملاحظة: النهج الأول يجعلنا نفقد بعض السيطرة على المراسلات بين اختبارات محددة ودمج وحدات محددة. قد يؤدي هذا إلى صعوبة تحديد سبب الأخطاء التي تميل إلى انتهاك الطبيعة المقيدة للغاية للنهج من أعلى إلى أسفل.

النهج الثاني قابل للتنفيذ ولكنه قد يؤدي إلى تكاليف إضافية كبيرة، حيث تصبح الأجزاء النهائية معقدة بشكل متزايد.

النهج التصاعدي

يبدأ التكامل من أسفل إلى أعلى في البناء والاختبار باستخدام وحدات في أدنى مستوى في هيكل البرنامج. في هذه العملية، يتم دمج الوحدات من الأسفل إلى الأعلى.

في هذا النهج، تكون المعالجة المطلوبة للوحدات التابعة لمستوى معين متاحة دائمًا ويتم التخلص من الحاجة إلى بذرة.

يتم تنفيذ عملية اختبار التكامل هذه في سلسلة من أربع خطوات

1. يتم دمج الوحدات النمطية منخفضة المستوى في مجموعات تؤدي وظيفة فرعية محددة للبرمجيات.
2. تتم كتابة برنامج التشغيل لتنسيق إدخال وإخراج حالة الاختبار.
3. تم اختبار المجموعة أو البناء.
4. تم إزالة برامج التشغيل، وتم دمج المجموعات بالتحرك نحو الأعلى في بنية البرنامج.

مع ازدياد التكامل تصاعديًا، تزداد الحاجة إلى دروس منفصلة لسائقي الاختبار. في الواقع، إذا تم دمج المستويين الأعلى من بنية البرنامج من أعلى إلى أسفل، يمكن تقليل عدد السائقين بشكل كبير، وتبسيط دمج المجموعات بشكل ملحوظ. يتبع التكامل النمط الموضح أدناه.

ملاحظة: إذا تم دمج المستويين العلويين من هيكل البرنامج من أعلى إلى أسفل، فيمكن تقليل عدد برامج التشغيل بشكل كبير، ويتم تبسيط عملية تكامل الإصدارات إلى حد كبير.

نهج الانفجار الكبير

في هذا النهج، لا يتم دمج جميع الوحدات إلا إذا كانت جميع الوحدات جاهزة. بمجرد أن تصبح جاهزة، يتم دمج جميع الوحدات ثم يتم تنفيذها لمعرفة ما إذا كانت جميع الوحدات المدمجة تعمل أم لا.

في هذا النهج، من الصعب معرفة السبب الجذري للفشل بسبب دمج كل شيء في وقت واحد.

أيضًا، سيكون هناك احتمال كبير لحدوث الأخطاء الحرجة في بيئة الإنتاج.

يتم اعتماد هذا النهج فقط عندما يتعين إجراء اختبار التكامل مرة واحدة.

اختبار تكامل برامج الأجهزة

اختبار تكامل برامج الأجهزة هي عملية اختبار مكونات برامج الكمبيوتر (CSC) للوظائف عالية المستوى في بيئة الأجهزة المستهدفة. الهدف من اختبار تكامل الأجهزة/البرمجيات هو اختبار سلوك البرامج المطورة المدمجة في مكون الأجهزة.

اختبار تكامل الأجهزة والبرامج على أساس المتطلبات

الهدف من اختبار تكامل الأجهزة/البرامج القائم على المتطلبات هو التأكد من أن البرنامج الموجود في الكمبيوتر المستهدف سوف يلبي المتطلبات عالية المستوى. تتضمن الأخطاء النموذجية التي كشفت عنها طريقة الاختبار هذه ما يلي:

• أخطاء في واجهات الأجهزة/البرامج
• انتهاكات تقسيم البرمجيات.
• عدم القدرة على اكتشاف حالات الفشل عن طريق الاختبار المدمج
• استجابة غير صحيحة لفشل الأجهزة
• خطأ بسبب التسلسل وأحمال الإدخال العابرة وعابري طاقة الإدخال
• ردود الفعل حلقات السلوك غير صحيح
• تحكم غير صحيح أو غير مناسب لأجهزة إدارة الذاكرة
• مشكلة تزاحم ناقل البيانات
• التشغيل غير الصحيح لآلية التحقق من توافق وصحة البرامج القابلة للتحميل في الحقل

يتعامل تكامل برامج الأجهزة مع التحقق من المتطلبات عالية المستوى. يتم إجراء جميع الاختبارات على هذا المستوى على الأجهزة المستهدفة.

• اختبار الصندوق الأسود هو منهجية الاختبار الأساسية المستخدمة في هذا المستوى من الاختبار.
• حدد حالات تجريبية من المتطلبات عالية المستوى فقط
• يجب إجراء الاختبار على أجهزة الإنتاج القياسية (على الهدف)

الأشياء التي يجب مراعاتها عند تصميم حالات الاختبار لتكامل HW/SW

• الحصول الصحيح على كافة البيانات من قبل البرنامج
• توسيع نطاق البيانات ونطاقها كما هو متوقع من الأجهزة إلى البرامج
• الإخراج الصحيح للبيانات من البرامج إلى الأجهزة
• البيانات ضمن المواصفات (النطاق الطبيعي)
• بيانات خارج المواصفات (نطاق غير طبيعي)
• بيانات الحدود
• يقاطع المعالجة
• الوقت
• الاستخدام الصحيح للذاكرة (العناوين، والتداخلات، وما إلى ذلك)
• تحولات الدولة

ملاحظة: بالنسبة لاختبار المقاطعة، سيتم التحقق من جميع المقاطعات بشكل مستقل عن الطلب الأولي وحتى الخدمة الكاملة وحتى الاكتمال. سيتم تصميم حالات الاختبار خصيصًا لاختبار المقاطعات بشكل مناسب.

البرمجيات لاختبار تكامل البرمجيات

وهو اختبار لمكونات برامج الكمبيوتر التي تعمل داخل بيئة الكمبيوتر المضيف/الهدف، مع محاكاة النظام بأكمله [مكونات برامج الكمبيوتر الأخرى]، وعلى مستوى الوظائف العالية.

يركز هذا البحث على سلوك وحدة التحكم السحابية في بيئة محاكاة للمضيف/الهدف. ويمكن أن يكون النهج المستخدم في تكامل البرمجيات نهجًا تدريجيًا (من أعلى إلى أسفل، أو من أسفل إلى أعلى، أو مزيجًا من الاثنين، ويسمى أيضًا النهج الهجين أو نهج الساندويتش).

معايير الدخول والخروج لاختبار التكامل

بمجرد تحديد المنهجية ونوعي التكامل، يبقى السؤال: متى يمكن للفريق البدء ومتى يمكنه التوقف؟ عادةً ما تُستخدم استراتيجية ETVX (معايير الدخول، المهمة، التحقق، ومعايير الخروج) أثناء إجراء اختبار التكامل.

معايير الدخول:

• الانتهاء من وحدة التجارب

المدخلات:

• بيانات متطلبات البرمجيات
• وثيقة تصميم البرمجيات
• خطة التحقق من البرنامج
• وثائق تكامل البرمجيات

النشاطات:

• بناءً على المتطلبات العالية والمنخفضة المستوى، قم بإنشاء حالات وإجراءات اختبار
• الجمع بين تصميمات الوحدات ذات المستوى المنخفض التي تنفذ وظيفة مشتركة
• تطوير تسخير الاختبار
• اختبار البناء
• بمجرد اجتياز الاختبار، يتم دمج البناء مع البنيات الأخرى واختباره حتى يتم دمج النظام ككل.
• أعد تنفيذ جميع الاختبارات على النظام الأساسي المعتمد على المعالج المستهدف، واحصل على النتائج

معايير الخروج:

• إكمال ناجح لتكامل وحدة البرامج على الأجهزة المستهدفة
• الأداء الصحيح للبرنامج وفقا للمتطلبات المحددة

النواتج

• تقارير اختبار التكامل
• حالات وإجراءات اختبار البرمجيات [SVCP].

التحديات الشائعة في اختبار تكامل الأنظمة

حتى مع اتباع نهج سليم ومعايير خروج واضحة، فإن البيئات المتكاملة تخلق مشاكل لا تظهر أبدًا أثناء اختبار الوحدة. إن التعرف عليها مبكرًا يحافظ على واقعية الجدول الزمني.

• عدم التوافق البيئي: المتكاملة بيئة الاختبار نادراً ما تعكس عملية الإنتاج، لذا فإن عيوب التوقيت والتكوين لا تظهر إلا في وقت متأخر جداً.
• الاستعداد للاعتماد على الغير: غالباً ما تكون واجهات الطرف الثالث والواجهات القديمة غير مكتملة، مما يجبر المختبرين على الاعتماد على النماذج الأولية والمحاكيات لفترة أطول بكثير مما هو مخطط له.
• عدم اتساق البيانات: قد يمثل نموذجان نفس السجل بشكل مختلف، مما ينتج عنه عدم تطابق صامت بدلاً من حالات فشل مرئية.
• ملكية العيب: عندما يمتد الفشل ليشمل فريقين، يتم إجراء تحليل للأسباب الجذرية و إدارة العيوب خفف السرعة بشكل ملحوظ.
• تكلفة الانحدار: كل واجهة جديدة توسع نطاق اختبار الانحدار لذا فإن إعادة التنفيذ اليدوي تصبح بسرعة غير مستدامة.

معظم هذه المخاطر تتعلق بالجدول الزمني وليست بمشاكل تقنية معقدة. يؤدي الاتفاق على مواعيد جاهزية الواجهة، ونطاق المحاكاة، وتحديد مسؤولية فرز العيوب قبل دمج الإصدار الأول إلى إزالة معظمها. بالنسبة للواجهات المملوكة للمورد، يُنصح بتسجيل صيغة الرسالة المتفق عليها ومعلومات الاتصال للتصعيد، لأن عدم وجود مسؤول عن المشكلة يؤخر إصلاحها لفترة أطول مما تستدعيه.

أفضل الممارسات لاختبار تكامل النظام

تعتمد دورة اختبار تكامل النظام القابلة للتكرار بشكل أقل على الأدوات وأكثر على الانضباط في التعامل مع الواجهات والبيانات والأدلة. تُناسب الممارسات الخمس التالية كلاً من بيئات الأنظمة المدمجة الصغيرة وبيئات الأنظمة الكبيرة متعددة الموردين، وتُقلل كل منها من إعادة العمل اللازم للوصول إلى مراحل الاختبار اللاحقة.

1. قم برسم خريطة لكل واجهة أولاً. قم بإدراج كل عملية تبادل بيانات، واتجاهها، وبروتوكولها، ومالكها قبل كتابة حالة اختبار واحدة.
2. حدد الأولويات حسب مستوى المخاطر. تحقق من الواجهات التي تحمل الأموال أو الهوية أو البيانات الخاضعة للتنظيم قبل الواجهات التجميلية.
3. صمم بيانات اختبار واقعية. قم بتغطية النطاقات العادية والحدودية وغير العادية حتى تظهر أخطاء القياس والتقريب مبكراً.
4. أتمتة المسارات المستقرة. تقوم واجهة الأسلاك بفحص... التكامل المستمر خط الأنابيب بحيث يتم إعادة التحقق منها في كل عملية بناء.
5. احتفظ بالأدلة tracقابل للتطوير. اربط كل نتيجة بمتطلب من خلال tracمصفوفة القدرة لذا يمكن إثبات معايير الخروج، وليس مجرد تأكيدها.

⚠ نصيحة: يجب تجميد مواصفات الواجهة قبل بدء التكامل. يؤدي أي تغيير متأخر في تنسيق الرسالة إلى إبطال حالات الاختبار على جانبي الواجهة، وهو السبب الأكثر شيوعًا لإعادة العمل في اختبار تكامل النظام.

الأسئلة الشائعة