软件可靠性研究发展及方法

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 软件可靠性研究发展及方法 摘 要： 随着科学技术的不断进 步，软件可靠性成为我们关注的一个问 题，软件系统规模越做越大越复杂，其 可靠性越来越难保证。软件可靠性对于 软件具有重大意义，本文主要阐述了软 件可靠性的基本概念，软件可靠性主要 研究方法。 中国论文网 /4/view-12708290.htm 关键词：软件可靠性 G-O 模型 NHPP 软件剖面 中图分类号：TP31 文献标识码： A 文章编号：1003-9082（2015）12-0001- 01 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 软件可靠性是指在规定时间和条 件下，软件无故障运行的概率。对它的 研究具有重要价值和意义，特别是关系 到人民的生命财产安全中的一些系统， 例如航空、医疗、军事等领域。例如 1996 年，由于软件故障，欧洲航天局发 射阿丽亚娜-5 失败，造成巨大经济损失。 软件可靠性研究为软件的防错， 查错，容错，纠错等提供必要的信息。 软件的可靠性分析可以分为基于路径的、 基于状态的、基于操作剖面的。从软件 的本身特征出发，软件可靠性与软件的 复杂度，路径和执行频率，软件的构件 与可靠性的都有密切关系。 从 1972 年 J-M 软件可靠性模型 发表到今天，已公开发表的模型有几百 种。这些模型中，有基于随机过程，概 率统计的模型，有基于机器学习的模型， 有基于软件构件的 markov 链模型等。 它们分别适用于一定的环境条件下。 一、几个基本概念 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1.软件可靠性和测试中的三种时 间，第一种是日历时间，就是我们日常 生活中采用的时间;是第二种是时钟时间， 时钟时间是指从程序运行开始，到运行 结束所用时间;第三种是 CPU 时间。 2.初始故障数：测试开始时软件 中故障的个数;剩余故障数：经测试和故 障排除后，尚残留在软件（程序和文档） 中的故障数。 3.可靠度 R（t）：指 t=O 时系统 正常条件下，系统在时间区间O，t） 时间内能正常运行的概率。 4.失效概率 F（t）：失效概率是 失效时间少于或等于 f 的概率，根据其 定义可知它和可靠度 R（t）之间存在如 下联系：，F （t）=1-R （t） 。 5.失效强度 f（t）：失效强度是 失效概率的密度函数。 6.平均无失效时间 MTTF：指当 前时间到下一次失效时间的均值。 二、传统软件可靠性统计概率模 型，最经典的几种模型包括 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 1.J-M 模型，它基于以下几个基 本假设： a、软件的初始错误数为 N（NO）; b、故障率与软件中的剩余错误 数成正比; c、一个错误一旦被发现，立即 排除且排除错误时不引入新的错误。 J-M 模型中软件第 i 次失效强 度函数为 ， 其中 N 为软件中错误总数， 为失效率。 J-M 模型软件可靠 性函数为： 2.NHPP 模型： 它建立在几个假设基础上： a、系统的初始故障数目为 0，即 N（O）=O; b、N（t） ，tO）是一个独立的 增量过程; c、PN（t+t）一 N（t）=1） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 =t+o（ t） ，PN （t+t）一 N（t） 2）=o（ t） 。 概率分布为 这些传统模型以概率和数理统计 的方式进行研究，都建立在一些假设条 件的基础上;对已知软件失效数据进行分 析拟合，希望获得未来软件失效的信息。 在这些模型基础上，考虑到软件纠错、 排错的模型，主要有不完美排错模型， 软件可靠性模型还包括引入了排除效率 和学习因子的不完全排错模型;在排错过 程中引入新故障模型;排错时间滞后模型， 以及考虑到了软件错误的关联性模型。 三、软件可靠性的模型方法还包 括 1.机器学习的方法 a、神经网络模型，Karunanithi 等人提出利用神经网络，使用执行时间 作为输入，观察到的累计错误作为输出 目标; b、支持向量机模型，建立在统 计学习的维理论和结构风险最小化原理 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 基础上，使用 SVM 来描述软件失效时 间之间的内在关系。 2.故障树模型，一种特殊的倒立 树状逻辑因果关系图，它用事件符号、 逻辑门符号和转移符号描述系统中各种 事件之间的因果关系。 故障树模型最 早用于硬件故障的分析，现在也越来越 多的被用于软件故障分析和定位。 3.灰色信息模型，是一种研究少 数据、贫信息不确定性问题的方法，它 以“部分信息已知，部分信息未知” 的 “小样本”、 “贫信息”不确定性系统为研究 对象，主要通过对“ 部分”已知信息的生 成、开发，提取有价值的信息。对于软 件可靠性模型， 有很多信息就是不全 面的小样本数据，将其用于软件可靠性 分析和预测具有合理性。未确知理论模 型，对测试者来说程序隐患数是一个未 确知有理数，软件的所有输入情况是不 确定的，用户的操作集合也是一组未确 知信息。从第 i 一 1 次失效到第 i 次失 效发生的时间 zi 的可靠性函数为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 。 4.利用符号的形式化的验证，例 如进程代数，PETRI 网络等模型，软件 可靠性模型还包括模糊数学理论模型， 混沌模型、排队论模型等。 四、基于软件剖面和软件测试的 软件可靠性 软件可靠性与用户怎样使用软件 的有密切关联，软件剖面是用户使用软 件的操作和频率信息。软件运行剖面的 主要作用在于指导软件可靠性测试工作， 按照运行剖面描述的软件运行方式测试 软件所得的故障数据更适用于软件可靠 性评价模型，评价所得的可靠性指标也 更为准确。 总结：软