淺談?dòng)嬎銠C軟件可靠性設計的認識

　　摘要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，軟件可靠性成為我們關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，軟件系統規模越做越大越復雜，其可靠性越來(lái)越難保證 針對這一問(wèn)題，本文僅就軟件可靠性工程在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應用談?wù)勛约旱恼J識。

　　1.軟件可靠性設計的基本概念

　　1.1軟件及軟件故障軟件(也稱(chēng)程序)本質(zhì)上是一種把一組離散輸入變成一組離散輸出的工具，它由一組編碼語(yǔ)句組成，這些語(yǔ)句的功能基本上是以下功能之一：(1)計算一個(gè)表達式并將其結果存儲在單元里;(2)決定下一步要執行哪個(gè)語(yǔ)句;(3)進(jìn)行輸入/輸出控制。

　　1. 2軟件可靠性關(guān)于軟件可靠性的定義是什么。較多的人認為軟件的可靠性與“概率統計的可靠性 的概念密切相關(guān)，軟件的可靠性是軟件在規定的條件下、規定的時(shí)間周期內執行所要求功能的能力。軟件的可靠度是軟件在規定的條件下、規定的時(shí)間內不引起系統故障的概率，該概率是系統輸入與系統使用的函數。

　　2.軟件質(zhì)量的可靠性參數

　　2.1系統平均不工作間隔時(shí)(MTBSD或MTBD設d為軟件正常工作總時(shí)間，d為系統由于軟件故障而停止工作的次數，則定義TBSD=Tv/(d+1)。式中，TBSD—MTBsDITv一軟件正常工作總時(shí)間(h)·d一系統由于軟件故障而停止工作的次數。

　　MTBSD反映了系統的穩定性。

　　2. 2系統不工作次數(一定時(shí)期內)由于軟件故障而停止工作，必須由操作者介入再啟動(dòng)才能繼續工作的次數。

　　2.3可用度A設Tv為軟件正常工作總時(shí)間，TD為由于軟件故障使系統不工作的時(shí)間，則定義A=TV/(TV+TD)。它反映了系統的穩定性，亦可表達為A=TBD/(TBD+TDT)。式中，TBD-MTBD(h)，TDT一平均不工作時(shí)間，以下簡(jiǎn)稱(chēng)MDT(h)。對一般生產(chǎn)用計算機系統，要求 A≥99.8%;銀行計算機系統，要求A>99.9%。

　　2.4 M"ITR它反映了出現軟件缺陷后采取對策的效率。在一定程度上也反映了軟件企業(yè)對社會(huì )服務(wù)的責任心。對于在線(xiàn)系統而言，MTT只要求不超過(guò)2天，變差系數應小于l。一般的MTTR也應小于7天，變差系數小于l。

　　2.5平均不工作時(shí)間(MDT)即由于軟件故障，系統不工作的均值。對在線(xiàn)系統而言。MDT要求不超過(guò)l0min一般的MDT<3Omin。

　　2.6初期故障一般以軟件交付使用后的三個(gè)月內為初期故障期。初期故障率的大小取決于軟件設計水平、檢查項13數、軟件規模、軟件調試徹底與否等因素。

　　2.7偶然故障率一般以軟件交付給使用方四個(gè)月后為偶然故障期，偶然故障率以每l O00h的故障數為單位，它反映了軟件處于穩定狀態(tài)下的質(zhì)量。一般最少要求偶然故障率不超過(guò)l，即每千小時(shí)不到1個(gè)故障，亦即MTBF超過(guò)1000h。

　　3.軟件可靠性設計方法

　　從軟件可靠性的概念可知，軟件的缺陷可以導致錯誤并造成系統的故障，因此，缺陷是一切錯誤的根源。為了提高軟件的可靠性，最關(guān)鍵的還是力求減少軟件中的缺陷。軟件的缺陷來(lái)自軟件壽命周期的各個(gè)階段，因此應想方設法在壽命周期的各個(gè)階段減少缺陷。缺陷在一定的環(huán)境條件下暴露，導致系統運行中出現錯誤。軟件的錯誤概括地說(shuō)可能由規范(要求/規格說(shuō)明)、軟件系統設計及編碼過(guò)程產(chǎn)生。

　　3.1要求，規格說(shuō)明只要在規格說(shuō)明與用戶(hù)要求說(shuō)明之間存在誤差，就會(huì )產(chǎn)生規范錯誤。

　　規范它不僅規定程序的要求，還規定所用的結構、研制及試驗中需要的程序試驗要求和文件，以及程序語(yǔ)言、輸入和輸出的基本要求。通過(guò)對這些方面作出適當的規定，就可以建立使產(chǎn)生錯誤的可能性最小、并保證錯誤能被發(fā)現和改正的程序生成的結構。

　　這種說(shuō)明書(shū)是軟件設計人員和用戶(hù)間相互了解的基礎，是軟件設計人員進(jìn)行程序設計、調試的基礎和評價(jià)軟件的依據。

　　3.2軟件設計軟件系統是根據要求/規格說(shuō)明(規范)設計的，通過(guò)設計將確定程序結構、測試點(diǎn)及限制等。為設計出可靠的軟件，需要在考慮諸如機型、資源、語(yǔ)言、模型及數據結構等實(shí)際問(wèn)題的基礎上，采取一些有效的設計方法。

　　3.2.1 “自頂向下設計”法。這種設計方法是處理分級問(wèn)題最有效的設計技術(shù)。它是以一個(gè)系統功能的最抽象描述開(kāi)始作為最高層次;從它出發(fā)，設計一系列較詳細的子系統。由這些子系統來(lái)完成員高層次的功能;再以每個(gè)子系統為基礎，設計出一系列更詳細的子系統，等等。如此逐次向下作功能分解，直到最低層次的子系統能夠比較方便用計算機程序設計語(yǔ)言來(lái)實(shí)現為止。自頂向下設計方法的價(jià)值在于，它在設計的同時(shí)，指出了復雜性不同的處理層次，而且各種設計要素之間的關(guān)系是比較清楚的。通過(guò)這樣一種結構化構造途徑，有可能在早期就洞察出設計問(wèn)題，從而避免了不必要地先去考慮較低層次的細節問(wèn)題。

　　3.2.2 結構化程序設計。軟件結構對軟件的可靠性具有重要的意義。結構良好的程序易于編寫(xiě)、檢查，便于查錯定位、修改和維護。結構化程序設計(也稱(chēng)為模塊化程序設計)把程序要求分成若干獨立的、更小的程序要求或模塊化的功能要求，分別提出各自的要求/規格說(shuō)明，并注明是如何與程序中的其他部分接口，還必須指出所有的輸入與輸出，以及測試要求。對每一個(gè)更小的程序和模塊，可分別編程和測試，使得模塊間高度分離。

　　3.2.3 容錯設計。對軟件錯誤所引起的后果特別嚴重的情況，如飛機的飛行控制系統、空中交通管制系統、核反應堆安全系統等，需采用容錯軟件。容錯設計的途徑有： (1)加強軟件的健壯性;使程序設計得能夠緩解錯誤的影響，不致造成諸如死鎖或崩潰這樣的嚴重后果，井能指出錯誤源。(2)采用N(>2)版本編程法：即盡可能用不同的算法與編程語(yǔ)言，經(jīng)不同的班組編制，以提高各軟件版本的獨立性。這N個(gè)軟件版本同時(shí)在N臺計算機上運行，各計算機間能進(jìn)行高效通信，并作出快速比較，當結果不一致時(shí)，按多數表決或預定的策略選擇輸出。(3)恢復塊法：給需要作容錯處理的塊(基本塊)提供備份塊，并附加錯誤檢測和恢復措施。

　　3.3軟件編碼在軟件結構設計的基礎上就可以進(jìn)行編碼，編碼產(chǎn)生的缺陷是軟件錯誤的主要來(lái)源。一般的編碼錯誤是：鍵入錯代碼;數值錯誤，丟失代碼;用了被零除這樣不定值的表達式等。為了減少編碼錯誤，實(shí)現設計與生產(chǎn)分離，首先由高水平的軟件工程師完成結構設計，再由程序設計員完成程序的編制是合理的、必要的，并在編碼過(guò)程中盡早地查出缺陷予以改正。

　　4.結束語(yǔ)

　　軟件可靠性設計工程是一門(mén)雖然得到普遍承認，但還處于不成熟的正在發(fā)展確立階段的新工程學(xué)科，任然存在很多問(wèn)題，需要去探索、研究和解決。本文介紹只在軟件可靠性設計方面拋磚引玉，提供借鑒。

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