軟件可靠性和軟件測試

文丨寇鑲輝 張 濤 梁榮章

（總參信息化部駐航天科技集團軍事代表室，北京 100015）

隨著信息技術的快速發(fā)展，對軟件功能需求也逐漸提高，軟件復雜性也越來越高。基于這種環(huán)境下，軟件可靠性要求也越來越高。軟件可靠性在一定程度上決定了軟件可靠性，而軟件測試在一定程度上為軟件可靠性提供了保障，由此可見，對軟件可靠性和軟件測試進行更深入研究是軟件領域重要的工作之一。

1 軟件可靠性

1.1 軟件可靠性概述 在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內，軟件不引起系統(tǒng)失效的概率，該概率是系統(tǒng)輸入和系統(tǒng)使用的函數(shù)，也是軟件中存在的缺陷函數(shù)。系統(tǒng)輸入將確定是否會遇到已存在的缺陷。在規(guī)定的時間周期內，在所述條件下程序執(zhí)行所要求的功能的能力。軟件可靠性的三個要素分別是規(guī)定的時間、規(guī)定的環(huán)境條件以及規(guī)定的功能。1）規(guī)定的時間。在軟件的運行階段體現(xiàn)著軟件可靠性，因此，一般采用“運行時間”t作為時間的尺度。這主要是因為具體要處理的問題是多種多樣的，把運行時間t當作隨機變量來考慮主要是因為具有隨機的輸入環(huán)境、隨機的選取程序中相應程序路徑、隨機的軟件失效。軟件系統(tǒng)運行后工作與掛起的累積時間作為運行時間。2）規(guī)定的環(huán)境條件。環(huán)境條件指的是軟件的使用環(huán)境，無論是什么軟件，如果不對它的使用環(huán)境加以限制，都是會失效的，這中實效的數(shù)據(jù)是不能用來度量軟件的可靠性。這里的環(huán)境條件包括與程序存儲有關的計算機及其操作系統(tǒng)，也就是指的是軟件的運行環(huán)境，軟件系統(tǒng)運行時所需的各種支持要素都和環(huán)境條件有關，例如：操作系統(tǒng)、支持硬件、支持軟件等等。3）規(guī)定的功能。在對軟件可靠性進行考慮時，首先應該知道軟件有什么功能，主要的功能是什么，次要的功能是什么，對這些的了解可以通過軟件需求分析說明書和設計說明書。規(guī)定的任務和功能都和軟件可靠性有關。軟件的運行剖面隨著完成的任務的不同而不同，因此，調用的子模塊也就不同，那么可靠性也可能不同。因此，明確軟件的任務和功能是保證準確度量軟件系統(tǒng)的可靠性的前提。

1.2 軟件可靠性模型

對于可靠性增長模型：

對于公理模型：

1.2.2 數(shù)據(jù)模型 軟件運行一次出現(xiàn)故障的概率。

1.3 軟件可靠性測試 軟件可靠性是程序在給定的時間間隔以及給定的環(huán)境條件下，按照需求，衡量程序執(zhí)行所要求的功能的能力。根據(jù)定義，軟件可靠性包含了以下3個要素：給定的時間、給定的條件以及所要求的功能。1）給定的時間：運行時間。2）給定的條件：軟件的運行環(huán)境。3）所要求的功能：需求說明書上明確的任務和功能。軟件可靠性測試是在使用典型的環(huán)境中，為進行軟件可靠性估計而對該軟件進行的功能測試。需要說明的是，“典型環(huán)境”指的是在統(tǒng)計意義下該環(huán)境能反映出軟件的使用環(huán)境特性。

2 軟件測試

軟件測試就是對產品進行功能和性能的測試，并且要根據(jù)測試方案和流程再利用測試工具進行，甚至還要對不同的測試工具要根據(jù)具體情況進行編寫，并且還要對測試系統(tǒng)進行設計和維護，分析和評估測試方案可能會出現(xiàn)的問題。在執(zhí)行測試用例后，為了能夠確保開發(fā)的產品適合需求，需要進行跟蹤故障。

2.1 軟件測試方法

2.1.1 白盒測試 白盒測試也稱為結構性測試，它是對程序的內部結構進行測試，因為牽涉到程序的內部結構，所以這種測試方法一般在公司內部進行。白盒測試的測試方法主要有邏輯覆蓋法，基本路徑測試法等。

2.1.2 黑盒測試 黑盒測試不需要測試人員對軟件的內部結構有深層次的了解，所進行的測試著重于軟件的功能面，所以也稱為功能測試。黑盒測試需測試人員按照測試用例來進行，主要的測試方法有等價類劃分法、邊界值分析法、因果圖法和場景分析法等。

2.2 軟件測試過程 軟件測試過程一般分為四個步驟進行：單元測試、集成測試、確認測試和系統(tǒng)測試。

2.2.1 單元測試 單元測試是在軟件開發(fā)過程中要進行的最低級別的測試活動，在單元測試活動中，軟件的獨立單元將在與程序的其他部分相隔離的情況下進行測試。單元測試通過是采用白盒測試方法進行的，使得單元內部的程序錯誤能夠盡可能的發(fā)現(xiàn)。一般測試用例是分析單元的結構通過一種或者多種白盒測試方法進行，得到一些測試用例，然后再根據(jù)單元規(guī)范對原有的測試用例用黑盒方法進行補充。

2.2.2 集成測試 集成測試是指根據(jù)實際情況對程序模塊采用適當?shù)募蓽y試策略組裝起來，對系統(tǒng)的接口以及集成后的功能進行正確性檢驗的測試工作。集成測試通常采用灰盒測試。集成測試要求每增加一個新的單元，必須對所加入的單元和已存在的單元之間的接口進行驗證，看其的正確性，然后還要在新層次上進行類似單元測試的測試。集成測試的優(yōu)點是：可以并行調試所有模塊，需要的測試用例數(shù)目少，測試方法簡單、易行。然后它也有一定的缺點：不能充分對各個模塊之間的接口進行充分測試；不能很好的對全局數(shù)據(jù)結構進行測試；如果一次集成的模塊數(shù)量多，集成測試后可能會出現(xiàn)大量的錯誤；即使集成測試通過，也會遺漏很多錯誤。

2.2.3 確認測試 確認測試是指檢查產品是否滿足在項目的需求階段定義的確認準則，或者說是否具備在真實環(huán)境中使用的條件。其實確認測試就是平常所說的驗收測試，這個階段主要是檢查程序所有的功能是否都已經(jīng)實現(xiàn)。

2.2.4 系統(tǒng)測試 系統(tǒng)測試是指對完整集成后的產品和解決方案進行測試，用來評價系統(tǒng)對具體需求規(guī)格說明的功能和非功能的符合性的測試。系統(tǒng)測試是既測試產品功能也測試產品非功能的唯一測試階段。系統(tǒng)測試的目的就是發(fā)現(xiàn)可能難以直接與模塊或接口關聯(lián)的缺陷，發(fā)現(xiàn)產品設計。體系和代碼的基礎問題。

3 軟件測試是軟件可靠性的一個重要保障

軟件測試就是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤而執(zhí)行程序的過程，換句話說，軟件測試就是為了軟件的可靠性而進行的。只有測試通過才能使系統(tǒng)具有較高的可靠性。而為了使軟件測試的效率得到保證，就必須使測試用例的合理和恰當?shù)玫奖ＷC，并且一定要嚴格按照軟件生存周期的方法進行軟件開發(fā)，前一階段工作的完成是后一階段工作開始的前提和保障，而要使前一階段提出的解決方案更進一步具體化就必須完成后一階段的工作。并且要通過正式嚴格的技術審查和管理審查才能夠說明每一階段的結束。每一個階段都應交出與所開發(fā)的軟件完全一致的高質量的文檔資料是審查的一條主要標準，只有這樣才能夠使得在軟件開發(fā)工程結束時保證有一個完整準確的軟件配置交付使用，從而軟件的質量得到了保證，也就是說軟件可靠性得到了提高。

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