大型電子系統工程軟件可靠性評估方法初探

【摘要】我們有必要深入研究軟件的可靠性評估和測試方式，以保證軟件系統的質量。本文結合工程軟件的自身特點，對軟件可靠性的基本概念以及測試軟件可靠性的過程進行了簡要敘述，提出了一種適用于大型電子系統工程軟件的可靠性定量評估方法。

【關鍵詞】評估方法；軟件可靠性；電子系統

對于軟件可靠性的研究至今已經有幾十年的歷史，也取得了一定程度的進展，研究軟件的可靠性是當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，與實際的工程應用之間還存在著一定的差距，還處于理論研究的探索階段。傳統的軟件可靠性模型由于多種因素，導致在實際工程中軟件可靠性模型無法直接應用，當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概念

軟件的可靠性包括以下三個主要要素：

（1）規定的環境條件

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

（2）規定的時間

運行時間可以作為規定時間的定量，因為軟件可靠性所體現的只是其運行階段。軟件系統在運行后掛起與工作的累計時間是運行時間的主要內容。此外，選取程序路徑和軟件的運行環境由于具有隨機性，因此軟件的失效為隨機性事件，運行時間也就相應的屬于隨機變量。

（3）規定的功能

規定的工程和任務與軟件的可靠性也有著重要的關系。軟件的運行剖面會由于所要完成的不同任務而有所區別，其調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，這樣才能準確對軟件的可靠性進行度量。

說到軟件可靠性評估就少不了軟件可靠性模型。建立的數學模型和可靠性框圖用以估算或預計軟件的可靠性，可靠性模型的建立是為了便于定量分配、估算、預計以及評價復雜的系統可靠性，為了將較為復雜的系統可靠性逐層分解為較為簡單的系統可靠性。

二、測試軟件可靠性的過程

測試軟件可靠性的完成過程應該包括：設計測試用例、測試實施、編寫測試報告、測試前檢查以及可靠性數據的收集。

（1）測試前檢查

在工程軟件可靠性正式測試之前，研制任務書與軟件需要要檢查是否一致，檢查程序與文檔的一致性，數據、相應的軟件支持環境、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，文檔的完整性與準確性要檢查是否已經通過了相關的評審。軟件研制過程中形成的文檔，根據軟件行業的相關標準共有16種：《軟件開發計劃》、《計算機資源綜合保障手冊》、《接口需求規格說明》、《軟件程序員手冊》、《軟件設計文檔》、《計算機系統操作員手冊》、《版本說明文檔》、《軟件測試說明》、《系統和段設計文件》、《固件保障手冊》、《軟件需求規格說明》、《軟件用戶手冊》、《接口設計文檔》、《軟件測試報告》、《軟件產品規格說明》、《軟件測試計劃》。其中《軟件測試說明》、《軟件測試報告》以及《軟件測試計劃》，在這里需要注意，是在研制過程中研制方進行測試所形成的測試文檔。如果軟件的規模不是特別大，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量以及及早發現一些錯誤，進行檢查是非常必不可少的一個環節。

（2）測試用例設計

針對組合功能或者是特定的功能設計測試方案，并且將其編寫成文檔，這就是我們所說的設計測試用例。選擇測試用例時要注意，要包括一般情況，也要包括最小與最大邊界情況以及極限情況。在選擇數據和測試用例時，要盡量考慮那些比較容易發現缺陷的數據和測試用例，因為進行測試的目的就是找出隱藏在軟件中的缺陷，要結合復雜的運行環境，確定所有可能的輸出條件與輸入環境中的測試數據，對軟件是夠能夠產生正確的輸出進行檢查。一個標準的測試用例應該包括以下信息：待測試的功能； 測試日期； 評價輸出結果的準則；測試步驟； 測試目標； 預期的輸出； 測試輸入。此外，測試用例要在經過專家評審后方可投入使用。對測試用例進行描述是選擇和設計測試用例集的第一步，這種描述是否完整、規范化、可理解、權威，決定了試驗鑒定人員、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范化的測試用例描述具有非常重要的意義。

（3）實施測試

上述準備就緒后，便可以進行具體測試。用戶穩定、數據、說明書、程序等于可靠性質量特性有關的部分交付的所有軟件文檔部分，都應該按照質量需求和需求說明進行測試。數據和程序，在需求說明書、用戶文檔、項目合同中規定的所有配置情況進行測試。可以在測試的過程中考慮進行強化輸入。在強化輸入下如果軟件可靠，那么就說明在正規輸入下要更加可靠。我們應該采用多臺計算機同時運行軟件，進一步增加累計運行時間，以獲得更多的可靠性數據。

（4）收集可靠性數據

可靠性評估的基礎就是軟件可靠性數據，應該建立軟件錯誤分析、錯誤報告、錯誤糾正系統。可靠性數據和軟件錯誤報告的保存、收集、處理、分析規程，按照相關的標準要求進行制定與實施，對測試階段軟件的可靠性數據和錯誤報告進行準確完整的收集與記錄。軟件可靠性數據如果用時間定義，那么可以分為四類：記錄發生一次失效所累計的時間為第一失效時間數據；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據；記錄某個時間區內發生了多少次失效，為第三分組數據；記錄某個區間內的累積失效數，為第四分組時間內的累積失效數。這四類數據是可以進行相互轉化的。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劃；參與測試的個人身份；測試時間；包括所有測試時發生的故障在內的，與測試有關的所有測試結果。

（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果以及測試項目進行歸納和總結。可以參考相關的規范格式進行編寫，同時要根據具體情況進行剪裁。測試報告應該具有以下主要內容：軟件和硬件的使用配置；用戶文檔、數據和程序的測試結果、產品說明；測試的最終日期；產品標識；與需求不相符合的項目列表；使用的文檔。這種規范化的過程控制管理，可以為最終得到客觀的評估結果奠定基礎，有利于獲得真實有效的數據。

總結：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行了簡要敘述。完全用現場試驗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信息；以及已知的各模塊壽命類型。

參考文獻

[1]石柱.基于模糊技術的軟件質量評價及可靠性評估[D].北京： 北京航空航天大學， 2000（03）.

[2]王強，陸陽，方歡，朱曉玲.基于結構分析的復雜軟件可靠性評估方法[J].2013（04）.

[3]陳敏，湯曉安.航天器計算機系統中軟件的可靠性評估方法研究[J].2004（08）.

[4]石柱，何新貴.遇今一種基于模糊數算術運算的可靠性分析方法[J].系統工程與電子技術，1999（09）.