【软件质量与软件测试 软件可靠性度量和测试】

第四章 软件可靠性度量和测试

4.1 软件可靠性

4.1.1 软件可靠性发展史

• 软件可靠性的概念最早出现在20世纪60年代，随着计算机技术的快速发展和软件复杂度的不断提高，软件可靠性也逐渐引起了人们的重视，先后提出了多种软件可靠性模型和方法。

4.1.2 软件可靠性的定义

• ​ 软件可靠性是指在给定条件下，在规定时间内完成规定功能所需的程度。简单地说，软件可靠性就是软件能够在一定时间内正常运行，不发生故障或出错的能力。

4.1.3 软件可靠性的基本数学关系

• 当软件开始运行后，随着时间的延续，其失效概率逐渐增大， 在长期运行之后将趋近于1，其可靠度则逐渐降低，并趋近于0。

4.1.4 软件可靠性与硬件可靠性的区别

• 硬件有老化损耗现象，而软件不发生物理变化。硬件失效是物理故障，而软件失效是与输入数据有关的软件差错。
• 对硬件可采用预防性维护技术预防故障，采用断开失效部件的办法诊断故障，而软件则不能采用这些技术。
• 事先估计可靠性测试和可靠性的逐步增长等技术对软件和硬件有不同的意义。
• 硬件可靠性已有成熟的产品市场，而软件产品市场还很新。

4.1.5 影响软件可靠性的因素： 影响软件可靠性的因素包括

• 需求分析定义错误。如用户提出的需求不完整，用户需求的变更未及时消化，软件开发者和用户对需求的理解不同等等。
• 设计错误。如处理的结构和算法错误，缺乏对特殊情 况和错误处理的考虑等。
• 编码错误。如语法错误，变量初始化错误等。
• 测试错误。如数据准备错误，测试用例错误等。
• 文档错误。如文档不齐全，文档相关内容不一致，文档版本不一致，缺乏完整性等

4.1.6 软件的差错、故障和失效

• 软件的差错指的是代码中存在的错误
• 故障则是指软件在特定场景下出现的运行问题。
• 失效则是指软件无法完成所需功能的情况。

4.2 可靠性模型及其评价标准

4.2.1 软件可靠性模型

• ​ 软件可靠性模型是指通过对软件进行分析，预测软件运行过程中可能出现的故障和失效，从而提高软件可靠性的方法。常用的软件可靠性模型包括魏布尔分布、指数分布等。

4.2.2 软件可靠性模型参数

• ​ 软件可靠性模型的参数包括故障率、失效率、可靠性和平均失效时间等。

4.2.3 软件可靠性模型及其应用

• Musa基本模型：是软件可靠性模型的经典模型之一，用于估计软件故障/失效的数量和故障率。该模型假设故障发生的时间间隔服从参数为lambda的指数分布，在故障被检测到时，发生故障的部分会被修复并重新测试，如此循环直到新的故障不再被发现。该模型的优点在于简单易懂，适用于大多数软件开发过程，但缺点是对于长时间的可靠性预测较为困难。
• Musa对数模型：是在基本模型的基础上进一步发展而来，将故障发生的时间间隔取对数后假设服从高斯分布，可以更加准确地估计故障发生的数量和故障率，并且还能够考虑到故障率对时间的变化趋势。但是这个模型需要更多的数据以及更加复杂的参数估计方法，使用上也更加困难。
• Goel-Okumoto模型：是另一个常用的软件可靠性模型，基于泊松过程和马尔科夫链理论，用于描述软件故障率的变化。该模型假设每个故障都是独立发生的，故障发生的速率也随着时间而变化，同时假设故障率满足一定的数学分布形式。该模型优点在于能够准确地估计故障率的变化趋势，但缺点在于需要更多的可靠性数据以及复杂的参数调整过程。

4.2.4 软件可靠性模型评价准则

• 模型拟合性
• 模型预计有效性
• 模型偏差
• 模型偏差趋势
• 模型噪声

4.3 软件可靠性测试和评估

4.3.1 软件可靠性评测

• 软件可靠性评测是指通过对软件进行测试，评估软件的可靠性，找出其中存在的问题和缺陷，并提出改进建议的过程。

4.3.2 软件可靠性测试的具体实施过程

• 软件可靠性测试包括测试计划的制定、测试环境的搭建、测试数据的准备、测试用例的设计、测试执行和测试结果分析等环节。

4.4 提高软件可靠性的方法和技术

4.4.1 建立以可靠性为核心的质量标准

• 建立以可靠性为核心的质量标准是提高软件可靠性的关键所在。在软件开发过程中，应该优先考虑软件的可靠性，确保软件能够稳定运行。

确定划分的各开发过程的质量度量

• 需求分析质量度量
• 设计结果质量度量
• 测试结果质量度量
• 验收结果质量度量

4.4.2 选择开发方法

• 选择适合的开发方法也是提高软件可靠性的重要因素。比如采用敏捷开发方法，可以让开发人员更快地进行反馈和修正。

4.4.3 软件重用

• 软件重用是指在软件开发过程中复用已有的软件模块或代码。通过软件重用，可以减少代码编写，提高生产效率，同时也可以提高软件的可靠性。
• 软件重用不仅仅是指软件本身，也可以是 软件的开发思想方法、文档，甚至环境、 数据等，包括三个方面内容的重用：
  • 开发过程重用，指开发规范、各种开发方法、工具和标准等。
  • 软件构件重用，指文档、程序和数据等。
  • 知识重用，如相关领域专业知识的重用

4.4.4 使用开发管理工具

• 使用开发管理工具可以帮助我们更好地进行项目管理和代码管理，从而提高软件的可靠性。

4.4.5 加强测试

• 测试是提高软件可靠性的关键所在。应该在开发过程中加强对软件的测试，包括单元测试、集成测试、系统测试等环节。

4.4.6 容错设计

• 容错设计是指在软件设计的过程中，考虑程序出现故障时的应对措施。通过容错设计，可以减小程序故障对用户造成的影响，提高软件的可靠性。

4.5 软件可靠性研究的主要问题

• 软件可靠性研究的主要问题包括模型的有效性、参数的选择、测试方法以及可靠性评估标准等方面。

4.6 小结

• ​ 本章介绍了软件可靠性的基本概念，包括软件可靠性的定义、发展史、影响因素、可靠性模型及评价标准、软件可靠性测试和评估、提高软件可靠性的方法和技术等方面。通过加强对软件可靠性的研究和应用，可以提高软件的质量和可靠性，保障软件系统的稳定运行。
• 软件可靠性是指在规定的条件下和规定的 时间内，软件不引起系统故障的能力。
• 软件可靠性不但与软件中存在的缺陷有关， 而且与系统输入和系统使用有关。
• 软件可靠性是软件质量特性中重要的固有 特性和关键因素。
• 软件可靠性反映了用户的质量观点