软件可靠性及其测试分析

第９卷第８期　２０１０年８月　软件导刊　

Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｇｕｉｄｅ　ＶＯ１．９　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１０　

软件可靠性及其测试分析　

李军锋　，任世鹏　

（１．中国人民解放军９１４１３部队，河北秦皇岛０６６００１；２．总参陆航研究所，北京１０１１２１）　

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　

中图分类号：ＴＰ３０６＋．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７８００（２０１０）０８—００４６—０３　

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　

件故障正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。系统输入将确定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　

义的相应部分作一些调整即可，如删除承办活动以及和该活动　有关的关联信息、将表示不通过承办的关联作相应的更改即　

可。　（２）增加一个流程节点如在公文流转中分办和办结中增加　

一个处室领导签字的节点．在这种情况下首先要对过程定义的　

相应部分作一些调整，如增加一个处室领导签字的活动，并更　改相应的关联信息，再利用系统的模板和组件制定该节点所对　应的应用。通过以上的分析可以有以下结论：系统能够灵活地　定义过程、方便地定制应用，在业务流程发生改变的时候仅对　系统作少量的调整即可适应新的流程。　

４结束语　

随着应用规模和功能的不断增大和调整，业务流程日趋复　杂，基于工作流技术的应用系统必将是将来软件技术的发展方　向之一。本系统面向应用需求，遵循工作流系统相关标准，并结　

合轻型工作流引擎的特点，具有良好的开放性、可重用性和一　定的灵活性，可应用于各种办公软件系统以及电子商务系统　中。今后将对轻型工作流引擎系统作进～步的研究，主要有以　

下研究内容：①继续完善模型及应用构件库．对工作流描述语　言作扩充。解决需求更新下的软件进化和重用．建立完整的系　

统；②分布式工作流。为了支持跨企业的异构计算环境下大规　

模工作流管理，现有ＷＦＭＳ必须从各个方面加以扩展。　

参考文献　

［１］　史美林，杨光信，向勇，等．ＷＦＭＳ：工作流管理系统［Ｊ］．计算机学　报，１９９９（３）．　［２］Ｗｏｒｋｆｌｏｗ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｏａｌｉｔｉｏｎ　Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ＆Ｇｌｏｓｓａｒｙ［ＤＢ／ＯＬ］．　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｉｍ．ｏｒｇ／ｗｆｍｃ／ｓｔａｎｄａｒｄ／ｇｌｏｓｓａｒｙ．ｐｄｆ，１９９９．　［３］　Ｗｏｒｋｆｌｏｗ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｏａｌｉｔｉｏｎ，Ｗｏｒｋｆｌｏｗ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｏｄｅｌ［ＤＢ／　ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｉｍ．ｏｒｇ／ｗｆｍｃ／／ｓｔａｎｄａｒｄ／／ｔｃ００３ｖ１１．ｐｄｆ，１９９５．　［４］石伟，范玉顺，吴澄．分布对象环境下工作流执行系统设计［Ｊ］．　ＣＩＭＳ，１９９８（１２）．　［５］　范玉顺．工作流管理技术基础［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００１．　（责任编辑：余晓）　

作者简介：李￥：ｆ￣（１９８３一），男，陕西华县人，９１４１３部队助理工程师，研究方向为软件测试；任世鹏（１９８３一），男，内蒙古通辽人，总参陆航研究所助　理工程师．研究方向为计算机仿真工程。

　第８期　李军锋。任世鹏：软件可靠性及其测试分析　・４７・　

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软件可靠性测试过程　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｝ｃ　如Ｘ、Ｙ为两个不相交的元素，发生的概率分别为０．８、０．２，　则剖面为：｛Ｘ，０．８｝、｛Ｙ，０．２｝。　

以银行的ＡＴＭ系统为例，剖面定义如图２所示。　

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ｌ所示。　表１可靠性测试用例设计应重点考虑的一些特殊情况　

序号　测试项目　描述　

１　屏蔽用户操作错误　喜　用户常见的错误错作的提示和屏　

２　错误提示的准确性对用户的错误提示准确程度　

３　冀霉盏　导致系统有无操作错误引起系统异常退出的情况　

４数据可靠性　

５　异常情况的影响　系统是否对输入数据进行有效性检查，　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　

考察数据和系统受影响程度，受损是否　有补救措施。补救的情况如何，包括：硬　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　或者时钟时间来客观定义。而一般应用系统　失效的定义需要　引入主观性因素，不仅取决于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本组成有：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　中残留的故障数，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　定的时间将发生的失效数；②软件生存期内发生失效的最大　数；③在给定时间之后将发生失效的最大数；④在给定时间以　

前所纠正的故障数；⑤纠正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。

　・４８・　软件导刊　２０１０正　

（２）函数表达式　从简单的软件危险函数开始，即　

Ｚ（ｘ）＝　［Ｅ『Ｅ（　）］　（１）　其中：ｘ是测定项目进展的时间或资源变量；Ｅ。是程序中　

将引起失效的初始故障数；Ｅｃ是花费ｘ单位的时间或工作量，　能够发现并纠正的故障数：Ｋ是比例常数：每个资源单位或者　时间单位，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：　

Ｚ（　）／Ｋ＝［点ｌ『丘（　）］　（２）　（３）参数估计　采用矩量法．在两个不同的Ｘ值处将均值匹配。设总运行　数为ｎ，成功运行数为ｒ，失效前时间序列为ｔｌ、ｔ２、…、ｔｎ—ｒ，无　

效运行时间序列为Ｔ１、，Ｉ’２、…、Ｔｒ，得到：　

）＝　＝　（３）　

其中：　

Ｈ：∑　∑　（４）　ｉ＝ｌ　１　取两个不同的时刻：　

ｚ（　，）　Ｋ［Ｅｏ－Ｅｃ（　）］　

’　ｚ（　：）＝　Ｋ［Ｅｏ－Ｅｃ（　ｚ）］　

联立（５）、（６）方程式求解，得到参数估计量　

：　‘Ｚ（ｘ２）　符合实际的情况。　２．４．２可靠性数据的收集　

可靠性数据主要是指软件失效数据．是软件可靠性评价的　基础，主要是在软件测试、实施阶段收集的，在软件工程的需　

求、设计和开发阶段的可靠性活动，也会产生影响较大的其他　可靠性数据。可靠性数据的收集工作必须贯穿于整个软件生命　

周期。　受软件开发过程中的复杂性以及潜在因素的影响．可靠性　

数据的收集工作往往比较困难。首先，需要及早确定所采用的　可靠性模型，以确定需要收集的可靠性数据，并明确定义一些　术语和记录规范，如时间、失效、失效严重度等。同时，还要制定　

可实施性较强的可靠性数据收集计划，抽取部分开发人员、质　量保证人员、测试人员、用户业务人员参加。　２－４．３软件可靠性的评估和预测　软件可靠性评估和预测以软件可靠性模型分析为主，同时　作为可靠性模型的补充、完善和修正，也要在模型之外运用一　

些统计技术和手段对可靠性数据进行分析。　

３结束语　

，　软件可靠性是软件质量指标体系中极为重要的质量指标　

…　之一，软件可靠性指标的高低直接决定了软件是否能稳定、可　一　靠地工作。软件系统和软件测试过程高度复杂，影响软件可靠　

性行为的因素有许多。基于数学模型的软件可靠性测试也不是　万能的．目前不可能将软件系统中存在的错误都排除。但是，经　（７）　过可靠性测试的软件系统可以大大降低因软件失效而造成的　损失　

霞　兰　￣ＥＺ（　ｘ２　）一－　Ｚ（Ｘ　ｌ）　（８）参考文献　

受到建模计算等的限制，各个模型或多或少存在一定的缺　陷。比如广义指数模型，它不考虑每个失效可能依赖于其他失　

效、假设故障纠正过程中不引入新的故障等，这些在实际软件　系统中是很难做到的。因此，在选择、设计使用模型的时候我们　

应该考虑多方面的因素，既要做合理的假设，也要避免严重不　［１］柳纯录．软件评测师教程［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５．　［２］　蔡开元．软件可靠性工程基础［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９５．　［３］　徐忍佐．软件可靠性模型及应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，　１９９４．　［４］郑人杰．计算机软件测试技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９２．　（责任编辑：周晓辉）