基于Windows API的通用型缺陷植入模型的研究与设计

论文摘要

随着PC机使用的范围越来越广,PC平台上的通用型软件变得越来越复杂,造成这些软件出错的原因绝大部分是来自于软件自身的。对于PC平台上的软件,同样有提高可靠性的需要。但是,传统的缺陷植入技术思想专注于制造精确的比特级错误,而且往往依赖于强大的硬件平台。在PC平台上,受到经济性的制约,硬件平台本身无法确保不产生错误,软件设计中也仅仅是假设硬件不出错,这是一个关键的区别。传统缺陷植入技术的不足正是由于过份依赖容错计算平台,而PC平台不具备高级容错特性,或者实现成本过高。 本文首先按照缺陷植入的技术思想,针对PC平台上应用最普遍的Windows应用程序,提出了一个完整的运行时缺陷植入模型,将缺陷植入的重点定为程序运行时间的环境因素。该模型使用基于模式的缺陷植入策略,选择在实际应用中最可能出现的缺陷,划分为内存、磁盘、网络及注册表等模块,可以满足Windows应用程序的缺陷植入测试需要。 其次从实现技术上做了分析,使用Windows API技术,定义一个中间代理函数,截获待测应用程序发出的特定系统调用消息,转嫁给缺陷植入环境的替代函数,在这个替代函数中,依照事先定义好的缺陷种类,产生不同的返回值和错误代码,再将返回值和错误代码返回给应用程序,可以达到植入特定类型缺陷的目的。 最后,本文给出了这一运行时缺陷植入模型功能和接口的详细设计及实现,按照内存、磁盘、网络和注册表四个模块归纳了每个模块可植入的缺陷列表,针对每个缺陷给出了可导致该缺陷的Windows API,以一个xml文件定义了这种缺陷-API的对应关系,然后设计该模型的调用方法和接口函数。通过实验结果,可以看出该模型简单有效的反映了软件的缺陷。 本文提出的设计综合了传统缺陷植入的思想和PC平台的技术特点,有效的实现了PC平台上通用型软件的缺陷植入测试,可以大大提高软件设计、开发和测试的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 缺陷植入技术概述
• 1.2 缺陷植入技术研究现状
• 1.2.1 基于硬件的缺陷植入
• 1.2.2 基于软件的缺陷植入
• 1.2.3 硬件和软件缺陷植入方法特点对比
• 1.3 缺陷植入技术的组成环境
• 1.4 现有主要工具
• 1.4.1 硬件缺陷植入工具
• 1.4.2 软件缺陷植入工具
• 1.5 本文主要内容
• 第2章 缺陷植入技术分析
• 2.1 缺陷植入技术的目标
• 2.1.1 理想化的系统
• 2.1.2 实际的问题
• 2.2 传统技术在通用软件中的局限性
• 2.2.1 日常的通用型软件
• 2.2.2 现实运行中的缺陷触发
• 2.2.3 缺陷植入思想的逻辑问题
• 2.3 运行时缺陷植入可行性
• 2.4 小结
• 第3章 运行时缺陷植入模型设计
• 3.1 运行时缺陷植入机制
• 3.2 缺陷选择
• 3.3 运行时缺陷植入模型
• 3.3.1 内存缺陷
• 3.3.2 网络缺陷
• 3.3.3 其它缺陷
• 3.4 小结
• 第4章 运行时缺陷植入模型的实现方法
• 4.1 技术选型的研究
• 4.1.1 Windows API技术分析
• 4.1.2 钩子（hook）技术分析
• 4.2 Windows环境下缺陷植入的实现原理
• 4.3 运行时缺陷植入模型架构
• 4.4 与自动化测试工具的对比
• 4.5 小结
• 第5章 缺陷植入工具的实现
• 5.1 模块设计
• 5.1.1 缺陷选择
• 5.1.2 使用XML定义缺陷
• 5.2 缺陷植入工具的方法定义
• 5.3 函数原型
• 5.4 程序示例与实验结果
• 5.4.1 程序实现示例
• 5.4.2 实验结果
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间完成的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参与完成的项目