李建平/新青區(qū)人民政府辦公室信息中心

基于電子系統(tǒng)工程軟件可靠性評估方法初探

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我們有必要深入研究軟件的可靠性評估和測試方式，以保證軟件系統(tǒng)的質(zhì)量，本文結(jié)合工程軟件自身的特點(diǎn)，對軟件可靠性的基本概念以及測試軟件可靠性的過程進(jìn)行了簡要敘述，提出了一種適用于大型電子系統(tǒng)工程軟件的可靠性定量評估方法

評估方法；軟件可靠性；電子系統(tǒng)

對于軟件可靠性的研究至今已經(jīng)有幾十年的歷史，也取得了一定程度的進(jìn)展，研究軟件的可靠性是當(dāng)前時代的一個前沿科技課題，軟件的可靠性研究就目前的情況來看還不夠成熟，與實(shí)際的工程應(yīng)用之間還存在著一定的差距，還處于理論研究的探索階段。傳統(tǒng)的軟件可靠性模型由于多種因素，導(dǎo)致在實(shí)際工程中軟件可靠性模型無法直接應(yīng)用，當(dāng)前一種用于工程軟件可行的可靠性定量評估方法是我們所缺少的。

一、軟件可靠性評估的基本要素

1.規(guī)定的環(huán)境條件。軟件的運(yùn)行環(huán)境指的就是環(huán)境條件。其涉及到如操作系統(tǒng)、輸入數(shù)據(jù)格式域范圍、支持硬件、操作規(guī)程、其他支持軟件等軟件系統(tǒng)運(yùn)行時所需要的各種支持要素。軟件的可靠性在不同的環(huán)境條件下是有所差異的。規(guī)定的條件具體來說主要是描述在軟件系統(tǒng)運(yùn)行的過程中對輸入數(shù)據(jù)的要求以及計(jì)算機(jī)的配置情況，其他因素并假定都是理想因素。對環(huán)境條件進(jìn)行了明確的規(guī)定，可以判斷出軟件失效的責(zé)任是在研制方還是使用方。

2.規(guī)定的時間運(yùn)行時間可以作為規(guī)定時間的定量，因?yàn)檐浖煽啃运w現(xiàn)的只是其運(yùn)行階段。軟件系統(tǒng)在運(yùn)行后掛起與工作的累計(jì)時間是運(yùn)行時間的主要內(nèi)容。此外，選取程序路徑和軟件的運(yùn)行環(huán)境由于具有隨機(jī)性，因此軟件的失效為隨機(jī)性事件，運(yùn)行時間也就相應(yīng)的屬于隨機(jī)變量。

3.規(guī)定的功能。規(guī)定的工程和任務(wù)與軟件的可靠性也有著重要的關(guān)系。軟件的運(yùn)行剖面會由于所要完成的不同任務(wù)而有所區(qū)別，其調(diào)用的子模塊因此也有所不同，可靠性也因此有可能不相同。因此，必須要先明確其功能和任務(wù)，這樣才能準(zhǔn)確對軟件的可靠性進(jìn)行度量。說到軟件可靠性評估就少不了軟件可靠性模型。建立的數(shù)學(xué)模型和可靠性框圖用以估算或預(yù)計(jì)軟件的可靠性，可靠性模型的建立是為了便于定量分配、估算、預(yù)計(jì)以及評價復(fù)雜的系統(tǒng)可靠性，為了將較為復(fù)雜的系統(tǒng)可靠性逐層分解為較為簡單的系統(tǒng)可靠性。

二、測試軟件可靠性的過程

1.測試前檢查。在工程軟件可靠性正式測試之前，研制任務(wù)書與軟件需要要檢查是否一致，檢查程序與文檔的一致性，數(shù)據(jù)、相應(yīng)的軟件支持環(huán)境、所交付的程度要檢查是否符合要求，軟件研制過程中所形成的文檔要檢查其是否齊全，文檔的完整性與準(zhǔn)確性要檢查是否已經(jīng)通過了相關(guān)的評審。軟件研制過程中形成的文檔，根據(jù)軟件行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共有16種：《軟件開發(fā)計(jì)劃》、《計(jì)算機(jī)資源綜合保障手冊》、《接口需求規(guī)格說明》、《軟件程序員手冊》、《軟件設(shè)計(jì)文檔》、《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作員手冊》、《版本明文檔》、《軟件測試說明》、《系統(tǒng)和段設(shè)計(jì)文件》、《固件保障手冊》、《軟件需求規(guī)格說明》、《軟件用戶手冊》、《接口設(shè)計(jì)文檔》、《軟件測試報告》、《軟件產(chǎn)品規(guī)格說明》、《軟件測試計(jì)劃》。其中《軟件測試說明》、《軟件測試報告》以及《軟件測試計(jì)劃》，在這里需要注意，是在研制過程中研制方進(jìn)行測試所形成的測試文檔。如果軟件的規(guī)模不是特別大，原則上來說，是可以將某些文檔合并的。雖然進(jìn)行測試前檢查增加了一定的工作量，但是為了提高軟件的質(zhì)量以及及早發(fā)現(xiàn)一些錯誤，進(jìn)行檢查是非常必不可少的一個環(huán)節(jié)。

2.測試用例設(shè)計(jì)。針對組合功能或者是特定的功能設(shè)計(jì)測試方案，并且將其編寫成文檔，這就是我們所說的設(shè)計(jì)測試用例。選擇測試用例時要注意，要包括一小與最大邊界情況以及極限情況。在選擇數(shù)據(jù)和測試用例時，要盡量考慮那些比較容易發(fā)現(xiàn)缺陷的數(shù)據(jù)和測試用例，因?yàn)檫M(jìn)行測試的目的就是找出隱藏在軟件中的缺陷，要結(jié)合復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，確定所有可能的輸出條件與輸入環(huán)境中的測試數(shù)據(jù)，對軟件是夠能夠產(chǎn)生正確的輸出進(jìn)行檢查。一個標(biāo)準(zhǔn)的測試用例應(yīng)該包括以下信息：待測試的功能；測試日期；評價輸出結(jié)果的準(zhǔn)則；測試步驟；測試目標(biāo)；預(yù)期的輸出；測試輸入。此外，測試用例要在經(jīng)過專家評審后方可投入使用。對測試用例進(jìn)行描述是選擇和設(shè)計(jì)測試用例集的這種描述是否完整、規(guī)范化、可理解、權(quán)威，決定了試驗(yàn)鑒定人員、軟件研制人員、操作人員在多大程度上或者是能否理解和接受該測試用例。因此，在軟件的評估與測試中規(guī)范化的測試用例描述具有非常重要的意義。

3.實(shí)施測試。上述準(zhǔn)備就緒后，便可以進(jìn)行具體測試。用戶穩(wěn)定、數(shù)據(jù)、說明書、程序等于可靠性質(zhì)量特性有關(guān)的部分交付的所有軟件文檔部分，都應(yīng)該按照質(zhì)量需求和需求說明進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)和程序，在需求說明書、用戶文檔、項(xiàng)目合同中規(guī)定的所有配置情況進(jìn)行測試。可以在測試的過程中考慮進(jìn)行強(qiáng)化輸入。在強(qiáng)化輸入下如果軟件可靠，那么就說明在正規(guī)輸入下要更加可靠。我們應(yīng)該采用多臺計(jì)算機(jī)同時運(yùn)行軟件，進(jìn)一步增加累計(jì)運(yùn)行時間，以獲得更多的可靠性數(shù)據(jù)。

4.收集可靠性數(shù)據(jù)。可靠性評估的基礎(chǔ)就是軟件可靠性數(shù)據(jù)，應(yīng)該建立軟件錯誤分析、錯誤報告、錯誤糾正系統(tǒng)?？煽啃詳?shù)據(jù)和軟件錯誤報告的保存、收集、處理、分析規(guī)程，按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行制定與實(shí)施，對測試階段軟件的可靠性數(shù)據(jù)和錯誤報告進(jìn)行準(zhǔn)確完整的收集與記錄。軟件可靠性數(shù)據(jù)如果用時間定義，那么可以分為四類：記錄發(fā)生一次失效所累計(jì)的時間為第一失效時間數(shù)據(jù)；記錄上一次與本次失效之間的間隔時間，為第二失效間隔時間數(shù)據(jù)；記錄某個時間區(qū)內(nèi)發(fā)生了多少次失效，為第三分組數(shù)據(jù)；記錄某個時間區(qū)內(nèi)的累積失效數(shù)，為第四分組時間內(nèi)累積失效數(shù)。這四類數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)；記錄某個區(qū)間內(nèi)的累積失效數(shù)，為數(shù)據(jù)是可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的。每個測試記錄都必須要包含充分的信息，主要包括：便有測試用例的測試說明或測試計(jì)劃；參與測試的個人身份；測試時間；包括所有測試時發(fā)生的故障在內(nèi)的，與測試有關(guān)的所有測試結(jié)果。

5.測試報告的編寫。軟件可靠性測試報告，在完成測試活動后是必須要編寫的，要對在測試報告中對測試結(jié)果以及測試項(xiàng)目進(jìn)行歸納和總結(jié)。可以參考相關(guān)的規(guī)范格式進(jìn)行編寫，同時要根據(jù)具體情況進(jìn)行剪裁。測試報告應(yīng)該具有以下主要內(nèi)容：軟件和硬件的使用配置；用戶文檔、數(shù)據(jù)和程序的測試結(jié)果、產(chǎn)品說明；測試的最終日期；產(chǎn)品標(biāo)識；與需求不相符合的項(xiàng)目列表；使用的文檔。這種規(guī)范化的過程控制管理，可以為最終得到客觀的評估結(jié)果奠定基礎(chǔ)，有利于獲得真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。

總結(jié)：本文對軟件可靠性的基本概念以及測試軟件可靠性的過程進(jìn)行了簡要敘述。完全用現(xiàn)場試驗(yàn)的方法可以說是最好的評估軟件可靠性的方法。對軟件的可靠性進(jìn)行評估受到很多條件限制，其中可靠性信息的不足是最大的限制。這就需要：明確軟件與各模塊的可靠性關(guān)系；軟件研制部門的配合；收集足夠的各模塊和軟件歷史可靠性試驗(yàn)信息；以及已知的各模塊壽命類型。

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