Fault localization is a technique to deduce the exact source of a failure from a set of failure indications. It plays a crucial role in improving software quality, especially software debugging. Mutation-Based Fault Localization (MBFL) techniques are proposed to locate faults at a finer granularity and with higher accuracy than traditional spectrum-based fault localization techniques. Despite its effectiveness, the immense cost required in mutation analysis precludes MBFL from being practically utilized. Various mutation alternative strategies have been suggested to reduce the cost of MBFL but at the expense of localization accuracy. This study proposes a novel and cost-effective MBFL technique called HOTFUZ, Higher-Order muTation-based FaUlt localiZation, that employs Higher-Order Mutants (HOMs) to reduce the cost of MBFL while minimizing the accuracy degradation. HOTFUZ combines the mutants of a program under test into HOMs to decrease the number of mutants to be executed. This is one of the earliest research to apply higher-order mutations to MBFL and the first to use HOMs to improve the cost-effectiveness of MBFL. An extensive experimental study is conducted using 460 real-world faults of CoREBench and Defects4J to evaluate the cost-effectiveness of HOTFUZ. The experimental results demonstrate that the proposed approach outperforms extant mutation alternative strategies in fault localization accuracy while executing the same number of mutants. HOTFUZ has three major benefits over existing cost reduction techniques for MBFL: (1) it retains the advantage of using the entire set of mutation operators; (2) it does not discard generated mutants randomly for the sake of efficiency; and (3) it significantly decreases the proportion of equivalent mutants. In conclusion, the proposed approach, HOTFUZ, can effectively localize faults at a low cost, thus practically supporting the software debugging process.
결함 위치 추정은 소프트웨어 실패 현상들로부터 그 원인이 되는 결함의 위치를 찾는 기술이다. 이 기술은 소프트웨어 품질 개선 활동, 특히 소프트웨어 디버깅에서 중요한 역할을 한다. 뮤턴트 기반 결함 위치 추정(MBFL, Mutation-Based Fault Localization) 기법은 기존의 스펙트럼 기반 결함 위치 추정(SBFL, Spectrum-Based Fault Localization) 기법보다 정밀하고 정확한 위치 추정을 할 수 있다. 하지만 그 효과성에도 불구하고 뮤테이션 분석에 요구되는 비용이 너무 커 MBFL을 실무에 적용하는 것은 어렵다. MBFL의 비용을 줄이기 위한 여러 방법들이 제시되었지만 이들은 비용 절감을 위해 위치 추정 정확도를 희생하는 한계를 지니고 있다. 본 연구는 고차 뮤턴트(higher-order mutant)를 이용해 비용은 줄이되 정확도 하락은 최소화한 HOTFUZ(Higher-Order muTation-based FaUlt localiZation)라는 새로운 비용 효율적인 MBFL 기법을 제안한다. HOTFUZ는 시험 대상 프로그램의 뮤턴트들을 고차 뮤턴트로 결합하여 위치 추정 과정에서 실행하는 총 뮤턴트의 수를 줄인다. 본 연구는 고차 뮤턴트를 이용해 MBFL의 비용 효율성을 높이는 최초의 연구이다. CoREBench 및 Defects4J 벤치마크 셋의 460개의 실제 결함들을 이용해 HOTFUZ의 비용 효율성을 평가한 결과, 본 제안 기법이 기존 MBFL 비용 절감 기법들보다 동일 비용 대비 위치 추정 정확도의 측면에서 더 뛰어난 성능을 보였다. HOTFUZ는 첫째, 다양한 뮤턴트 생성 연산자들을 모두 사용하고, 둘째, 생성된 뮤턴트들을 무작위로 버리지 않고, 셋째, 동등(equivalent) 뮤턴트의 비율을 현저히 감소시킨다는 측면에서 우수하다. 결론적으로 본 연구에서 제안하는 HOTFUZ 기법은 낮은 비용으로도 효과적인 위치 추정을 할 수 있어 소프트웨어 디버깅에 실용적인 도움을 줄 수 있다.
