第九章 软件可靠性
9.1 基本概念
9.1.1 软件可靠性定义
定义：软件在规定的条件、规定的时间内完成所要求的功能的能力。
- 规定的时间：运行时间被视为随机变量，因为失效是软件运行过程中的随机事件。
- 规定的条件 ：主要指软件的运行环境，包括硬件平台、操作系统、中间件、输入数据要求等，决定了在这些条件下软件的可靠性。
- 所要求的功能：软件可靠性与其执行的具体任务有关，不同的功能需求会影响软件的可靠性。
软件与硬件的四大不同点：
- 复杂性：软件逻辑复杂，错误多发于设计阶段，而硬件相对简单。
- 物理退化：软件不存在物理退化现象，硬件失效则主要是由于物理退化所致。
- 唯一性：软件复制不改变软件本身，而任何两个硬件不可能绝对相同，所以概率方法适用于硬件可靠性领上。
- 版本更新：软件更新频繁，可靠性评估更具挑战性，而硬件通常保持稳定性。
9.1.2 软件可靠性的定量描述
1.规定时间：使用执行时间来度量可靠性更准确。
- 执行时间 ：指软件运行过程中CPU执行程序指令所用的时间总和。
2、失效概率F(t)
F(t) 表示软件从运行开始到时间 t时出现失效的累积概率，F(0)=0。在时间域 (0,+∞)上，F(t) 单调递增。F(+∞)=1，即"任何软件都存在缺陷"。
3、可靠度R(t)：即不发生失效的概率，R(t)=1-F(t) 。
4、失效强度f(t)：单位时间软件系统出现失效的概率，f(t)=F'(t)，即失效概率求导。
5、平均失效前时间MTTF：从t=0时到故障发生时系统的持续运行时间的期望值。
6、平均恢复前时间MTTR：就是从出现故障到修复成功的时间，MTTR越短易恢复性越好。
7、平均故障间隔时间：MTBF=MTTF+MTTR
9.1.3 可靠性目标
软件失效的严重程度不仅取决于失效概率，还有失效的严重程度，常按照对成本影响、对系统能力的影响来划分严重程度类。
- 对成本的影响 ：失效可能导致额外的运行和维护成本、修复与恢复成本、以及由于系统中断而带来的业务损失或客户流失。
- 对系统能力的影响 ：失效可能影响系统的功能可用性、响应时间、吞吐量等关键性能指标。
可靠性目标
是指客户对软件性能满意程度的期望。通常用**可靠度、故障强度和平均失效时间 (MTTF)**等指标来描述，根据不同项目的不同需要而定。
9.1.4 可靠性测试的意义
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软件失效的潜在灾难性后果： 软件系统的失效可能导致严重后果，例如重大经济损失，危害生命和国家安全。
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软件失效在系统失效中的高比例： 研究表明，在计算机系统的整体失效中，约有80%与软件有关，完全消除软件缺陷几乎是不可能的。
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相对硬件可靠性技术的不足： 软件可靠性技术还不够成熟，缺乏标准化的可靠性技术和方法，使软件可靠性问题更加突出。
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软件费用的增长趋势： 随着硬件元器件成本不断下降，软件费用却在不断上升，主要原因就是软件可靠性问题，维护和修复因软件缺陷而产生的成本，推动了开发和维护预算的增加。
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对系统和社会的影响日益加深： 计算机技术的广泛应用和软件在应用系统中比例的增加，使得系统对软件的依赖性愈发强烈。软件失效不仅会影响生产和经济活动，还会对社会日常生活造成广泛影响，凸显了软件可靠性的重要性。
9.1.5 广义的可靠性测试与狭义的可靠性测试
1. 广义的软件可靠性测试
广义的软件可靠性测试
是全面评估软件可靠性的一系列步骤 ，包括目标设定、运行剖面定义、测试用例设计、执行测试、问题分析、模型选择及最终评价。
2.狭义的软件可靠性测试
指在预期使用环境中执行测试，收集可靠性数据，模拟用户实际操作，目的是发现缺陷并验证软件是否达到可靠性要求。
可靠性测试的目的：
- 发现和纠正软件缺陷。
- 提供可靠性数据支持使用和维护。
- 验证软件是否符合可靠性目标。