摘要：本文介紹了軟件可靠性設計的基本概念,軟件故障產生的機理,軟件質量的可靠性參數,并且著重介紹了軟件可靠性設計方法。

關鍵詞：計算機軟件；可靠性設計；機理；參數

隨著科學技術的不斷進步，軟件可靠性成為我們關注的一個問題，軟件系統規模越做越大越復雜，其可靠性越來越難保證。應用本身對系統運行的可靠性要求越來越高，在一些關鍵的應用領域，如航空、航天等，其可靠性要求尤為重要，在銀行等服務性行業，其軟件系統的可靠性也直接關系到自身的聲譽和生存發展競爭能力。特別是軟件可靠性比硬件可靠性更難保證，會嚴重影響整個系統的可靠性。在許多項目開發過程中，對可靠性沒有提出明確的要求，開發商(部門)也不在可靠性方面花更多的精力，往往只注重速度、結果的正確性和用戶界面的友好性等，而忽略了可靠性。在投入使用后才發現大量可靠性問題，增加了維護困難和工作量，嚴重時只有束之高閣，無法投入實際使用。本文僅就軟件可靠性工程在軟件開發過程中的應用談談自己的認識。

1．軟件可靠性設計的基本概念

1.1 軟件及軟件故障。軟件(也稱程序)本質上是一種把一組離散輸入變成一組離散輸出的工具,它由一組編碼語句組成,這些語句的功能基本上是以下功能之一:(1)計算一個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語句;(3)進行輸入/輸出控制。

軟件產品與硬件產品一樣。軟件的可靠性工作也是貫穿于軟件的整個壽命周期的。軟件的壽命周期,是指從軟件任務的提出一直到它完成使命,因陳舊而被廢棄為止的整個時間歷程,這個壽命周期包括了提出要求/規格說明、設計、實現、檢驗、維護等五個階段,前四個階段為開發期,維護階段為使用期。

1.2 軟件可靠性。關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,軟件的可靠性是軟件在規定的條件下、規定的時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．軟件質量的可靠性參數

2.1 系統平均不工作間隔時間(MTBSD或MTBD)。設d為軟件正常工作總時間,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—MTBSD；Tv—軟件正常工作總時間(h)；d—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(一定時期內)。由于軟件故障而停止工作,必須由操作者介入再啟動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間,TD為由于軟件故障使系統不工作的時間,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—平均不工作時間,以下簡稱MDT(h)。對一般生產用計算機系統,要求A≥99.8%；銀行計算機系統,要求A>99.9%。

2.4 MTTR。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對社會服務的責任心。對于在線系統而言,MTT只要求不超過2天,變差系數應小于1。一般的MTTR也應小于7天,變差系數小于1。

2.5 平均不工作時間(MDT)。即由于軟件故障,系統不工作的均值。對在線系統而言。MDT要求不超過10min一般的MDT30min。

2.6 初期故障。一般以軟件交付使用后的三個月內為初期故障期。初期故障率的大小取決于軟件設計水平、檢查項日數、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月后為偶然故障期,偶然故障率以每1000h的故障數為單位,它反映了軟件處于穩定狀態下的質量。一般最少要求偶然故障率不超過1,即每千小時不到1個故障,亦即MTBF超過1000h。

2.8 使用方誤用率。使用方不按照軟件規范及說明等使用造成的錯誤叫使用方誤用。在總使用次數中,使用方誤用次數占的百分率叫使用方誤用率。造成使用方誤用的原因之一是使用方對說明理解不深,操作不熟練,但也有可能是說明沒有講得很清楚而引起誤解。其他的原因還有軟件系統的可操作性還應改進、對使用方的使用培訓還要更深入等等。

2.9 用戶提出補充要求數。這反映軟件未能充分滿足用戶的需要,有時要求是特定用戶的特定要求,生產方為了更好地為社會服務,應該盡力滿足他們的要求。

2.10 處理能力。處理能力有各種指標。例如可用每小時平均處理多少文件、每項工作的反應時間多少秒等來表示,根據需要而定。在評價軟件及系統的經濟效益時需用這項指標。

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,最關鍵的還是力求減少軟件中的缺陷。軟件的缺陷來自軟件壽命周期的各個階段,因此應想方設法在壽命周期的各個階段減少缺陷。缺陷在一定的環境條件下暴露,導致系統運行中出現錯誤。軟件的錯誤概括地說可能由規范(要求/規格說明)、軟件系統設計及編碼過程產生。

3.1 要求/規格說明。只要在規格說明與用戶要求說明之間存在誤差,就會產生規范錯誤。

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,以及程序語言、輸入和輸出的基本要求。通過對這些方面作出適當的規定,就可以建立使產生錯誤的可能性最小、并保證錯誤能被發現和改正的程序生成的結構。

這種說明書是軟件設計人員和用戶間相互了解的基礎,是軟件設計人員進行程序設計、調試的基礎和評價軟件的依據。要求/規格說明書應具有以下性質:

（1)可測性:生產出來的軟件產品應能根據要求/規格說明書的內容進行測試。（2)完整性:對軟件要求的描述要完整無缺。（3)明確性:對軟件的要求必須是明確的,不存在語義上的支義性。(4)一致性:要求說明書中的概念與規范化。(5)彈性:當軟件的工作環境發生變化時,其功能說明也相應地擴充或壓縮。

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