计算机软件论文：软件可靠性及其测试分析

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计算机软件论文：软件可靠性及其测试分析摘要：系统分析了软件的可靠性以及目前软件可靠性测试 的完整流程，重点介绍了软件可靠性评估的方法和步骤。随 着信息技术的发展，软件产品在社会生活的各个领域应用越 来越广泛，其质量好坏所产生的潜在影响也越来越大。关键词：软件可靠性；可靠性测试；可靠性评估0引言随着计算机和软件在各行业中应用的日益广泛和深入， 软件故障止逐渐成为导致计算机系统失效和停机的主要因 素。一些重要领域，例如军用作战系统、民航指挥系统、银 行支付系统等，一旦发生严重级别的软件失效，轻则造成经 济损失，重则危及人们的生命安全，甚至国家安全。因此， 发展以发现软件可靠性缺陷为目的的可靠性测试技术迫在 眉睫。1软件可靠性的定义在规定的条件下，在规定的时间内，软件不引起系统失 效的概率，该概率是系统输入和系统使用的函数，也是软件 中存在的缺陷函数。系统输入将确泄是否会遇到已存在的缺 陷。在规定的时间周期内，在所述条件下程序执行所要求的 功能的能力。2软件可靠性测试软件可靠性测试是软件测试的一种形式，是针对软件的 某个重要质量特性，使用一定的测试用例对软件可靠性进行 测试的过程，其目的可归纳为三个方面：①发现软件系统在 需求、设计、编码、测试、实施等方面的各种缺陷；②为软 件的使用和维护提供可靠性数据；③确认软件是否达到可靠 性的定量要求。软件可靠性测试由可靠性目标的确定、运行剖面的开 发、测试用例的设计、测试实施、测试结果的分析等主要活 动组成，完整的可靠性测试过程如图1所示。图1软件可任性测试过程2.1定义运行剖面要得到准确的软件可靠性估计必须像在现场真实使用 一样对软件进行测试，运行剖面就是定量地刻画软件使用的 方式。软件运行剖面(欧空局)：对系统使用条件的定义，即 系统的输入值用其按时间或者它们在可能输入范围内的出 现概率的分布来定义：运行剖面=｛运行，发生的概率｝。如X、Y为两个不相交的元素，发生的概率分别为0.8、 0.2,则剖血为：｛X, 0.8｝、｛Y, 0.2｝o111以银行的ATM系统为例，剖面定义如图2所示。0.20.I0.3住网余飯0.I1林敢 0.1卜條0.I转縑|).|图2 ATM活动运行剖面2.2可靠性测试用例设计一个典型的测试用例包括以下组成部分：①测试用例标 识；②被测对象；③测试环境及条件；④测试输入；⑤操作 步骤；⑥预期输出；⑦判断准则；⑧测试对象的特殊需求。可靠性测试的主要目的是评估软件系统的可靠性，因此 除了一般情况之外，还要着重考虑和可靠性密切相关的一些 情况，如表1所示。衣1可矗性测试用例设计川啟点占宓的，巧符殊怙况序号测试项日描述I屛蔽用户操作错谋考察对用户常见的错谋错作的提示和屏 蔽悄况2错误提示的准确性对用户的错误提示准确程度3错谋是否导致系统异常退出有无操作错谋引起系统异常退出的悄况4数抵可靠性系统是否时输入数据i!H亍冇效性检査. 对冗余数据进行过滤、校验和清洗.保证 数据正确性和可靠性5异常怙况的影响考察数据和系统受影响程度.受损是否 有补救措施.补救的怙况如何，包括：嫂 件故障、网络故障?、部分软件模块失效。2.3可靠性测试的实施可靠性测试的难点在于判断测试用例的运行成功与否。 在控制系统及其类似的软件中，失效通常由详细说明、CPU 时间或者时钟时间來客观定义。而一般应用系统，失效的定 义需要引入主观性因素，不仅取决丁程序是否符合需求说明 的要求，也取决于指定的性能是否能达到用户的期望。软件的可靠性数据是可靠性评价的基础，应使用多台计 算机同时运行软件，增加累计运行时间，来获得更多的可靠 性数据。用时间定义的软件可靠性数据主要有以下几类：① 失效时间数据，发生一次失效所积累经历的时间；②失效间 隔时间数据，两次失效的时间间隔；③分组时间内的失效数, 某个时间段内发生的失效数；④分组时间累积失效数，到某 个区间的累积失效数。此外，要在测试过程中如实、规范地 记录这些数据，以便为得到客观的可靠性评价奠定基础。2.4软件可靠性评估软件可靠性的评估过程包括三个阶段的内容：选择可靠 性模型、收集可靠性数据、可靠性评估和预测。2.4.1软件可靠性模型软件可靠性模型的基木组成有：模型假设、性能度量、 参数估计方法和数据要求。下面以广义指数模型为例进行详 细介绍。广义指数模型，是GB / T 15532-2008《计算机软件测 试规范》推荐的四种软件可靠性模型之一，它将几个众所周 知的模型表归纳为一个形式，用一组公式来表示有指数危险 的若干模型，以简化建模过程。它的主要概念是，失效发生 率正比于软件屮残留的故障数，在两次失效之间失效率保持 恒定，且每个故障被排除之后失效率降低相同的量，可以用 来预测：①经过给定的时间将发纶的失效数；②软件半存期 内发生失效的最大数；③在给疋时间之后将发生失效的最大 数；④在给定时间以前所纠止的故障数；⑤纠止给定数目故 障所需的时间。(1) 模型假设广义指数模型的基本假设是：①失效率正比于程序当前 含有的故障数；②所有失效发生概率相等且相互独立；③每 个失效的严重性级别相同；④软件的运行方式与预期的使用 方式相似；⑤引起失效的故障都被立即纠正且不引入新的故 障。(2) 函数表达式从简单的软件危险函数开始，即Z (x) =K [EO-Ec (x)] (1)其屮：x是测定项日进展的时间或资源变量；E0是程序 中引起失效的初始故障数;Ec是花费x单位的时间或工作量, 够发现并纠正的故障数；K是比例常数：每个资源单位或者 间单位，每个残留故障所引起的失效数。则残留故障数Er可以表示为：Er=Z (x) /K= [EO-Ec (x)] (2) (3)参数估计釆用矩量法，在两个不同的x值处将均值匹配。 设总运行为n,成功运行数为r,失效前时间序列为tl、t2、…、 tn-r,无运行时间序列为Tl、T2、…、Tr,得到：Z (x) =失效(x)时间(x) =n—rH (3)其中：H = n—ri = l》ti +ri=l》Ti (4)取两个不同的时刻：Z (xl) =nl—rlHl = K [EO-Ec (xl)] (5) Z (x2) =n2-r2H2=K [EO-Ec (x2)](6)联立(5)、(6)方程式求解，得到参数估计量：E赞0 =Ec (xl) -Z (xl) Z (x2) Ec (x2) l~Z (xl) Z (x2) =Z (x2) Ec (xl) -Z (xl) Ec (x2) Z (x2) ~Z (xl) (7) ?槪=Z (xl) E 赞 O-Ec (xl) =Z (x2) -Z (xl) Ec (xl) -Ec (x2) (8)受到建模计算等的限制，各个模型或多或少存在一定的 缺。比如广义指数模型，它不考虑每个失效可能依赖于其他 失、假设故障纠止过程中不引入新的故障等，这 关 键 词： 计算机软件 论文 软件 可靠性 及其 测试 分析

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