课件S02软件可靠性工程指标

1、 software quality specialists, services, solutions, systems软件可靠性工程软件可靠性工程第二部分第二部分指标与分配指标与分配software quality specialists, services, solutions, systems提要提要常见的软件可靠性指标常见的软件可靠性指标软件可靠性指标分配方法软件可靠性指标分配方法software quality specialists, services, solutions, systems指标指标几种常见的指标几种常见的指标初始故障数初始故障数剩余故障数剩余故障数故障密度故障密度可

2、靠度可靠度失效概率失效概率失效强度失效强度(failure intensity)失效率失效率(failure rate)平均失效前时间平均失效前时间平均失效间隔时间平均失效间隔时间software quality specialists, services, solutions, systems指标指标初始故障数初始故障数 测试开始时，软件中故障的个数测试开始时，软件中故障的个数通过程序度量或可靠性模型对这一度通过程序度量或可靠性模型对这一度量进行估计量进行估计 software quality specialists, services, solutions, systems指标指标剩余故障

3、数剩余故障数定义定义(residual fault count)v经测试和故障排除后，尚残留在软经测试和故障排除后，尚残留在软件中的故障数件中的故障数计算计算v通常，根据测试的故障数据和可靠通常，根据测试的故障数据和可靠性模型来进行估计的，这是一种较为性模型来进行估计的，这是一种较为直观的度量方式直观的度量方式作用作用v提供了软件完整性的指示提供了软件完整性的指示software quality specialists, services, solutions, systems指标指标故障密度故障密度定义定义(fault density)v每可交付的源代码行的故障个数每可交付的源代码行的故障个

4、数计算计算vfd = f / ksloc作用作用v预计剩余故障数是否达到预期要求预计剩余故障数是否达到预期要求v确定已经完成的测试是否充分确定已经完成的测试是否充分software quality specialists, services, solutions, systems指标指标可靠度可靠度r(t)指在指在t0时系统正常的条件下，系统在时系统正常的条件下，系统在时间区间时间区间0,t内能正常运行的概率。内能正常运行的概率。该指标是关于软件失效行为的概率描述，该指标是关于软件失效行为的概率描述，是软件可靠性的基本定义。是软件可靠性的基本定义。 software quality speci

5、alists, services, solutions, systems指标指标失效概率失效概率f(t)是失效时间少于或等于是失效时间少于或等于t的概率。的概率。根据其定义可知它和可靠度根据其定义可知它和可靠度r(t)之间存之间存在如下联系：在如下联系： f(t)1 - r(t)software quality specialists, services, solutions, systems指标指标失效强度失效强度f(t)是失效概率的密度函数，如果是失效概率的密度函数，如果f(t)是可微分是可微分的，失效强度的，失效强度f(t)是是f(t)关于时间的一阶导数。关于时间的一阶导数。 dttdr

6、dttdftfsoftware quality specialists, services, solutions, systems指标指标失效率失效率定义定义v(t) ，又称风险函数，又称风险函数(hazard function)v失效数与测试用例或操作事件总数失效数与测试用例或操作事件总数的比的比例如：例如：v20次失效次失效/kslocv0.1次失效次失效/cpu小时小时 software quality specialists, services, solutions, systems指标指标失效率失效率数学定义是软件在数学定义是软件在t时刻没有发生失效的条件时刻没有发生失效的条件下，在

7、下，在t时刻后，单位时间内发生失效的概率。时刻后，单位时间内发生失效的概率。失效率是失效概率失效率是失效概率 f(t)的条件概率密度，又的条件概率密度，又称条件失效强度。称条件失效强度。 trdttdrtrtft t0dxxexptrsoftware quality specialists, services, solutions, systems指标指标平均失效前时间平均失效前时间定义定义(mttf mean time to failure)v当前时间到下一次失效时间的均值当前时间到下一次失效时间的均值计算计算应用应用v度量软件可靠性和可用性度量软件可靠性和可用性nkntkmttf1soft

8、ware quality specialists, services, solutions, systems指标指标平均失效前时间平均失效前时间举例举例vsf1: 180, 675, 315, 212, 278, 503, 431vsf2: 477, 1048, 685, 396vsf3: 894, 1422vmttfsf1 = 2594/7 = 370.57vmttfsf2 = 2606/4 = 651.5vmttfsf3 = 2316/2 = 1158software quality specialists, services, solutions, systems指标指标平均失效前时间平

9、均失效前时间当失效呈现指数分布时当失效呈现指数分布时vf(t) = 1-exp (-t/mttf)vr(t) = exp (-t/mttf) dx xrmttf0software quality specialists, services, solutions, systems指标指标平均失效间隔时间平均失效间隔时间定义定义(mtbf mean time between failures)v两次相继失效之间的时间间隔的均值。两次相继失效之间的时间间隔的均值。mtbf 在实际使用时通常是指当在实际使用时通常是指当 n 很很大时，软件第大时，软件第n次失效与第次失效与第n+1次失效次失效之间的平均

10、时间。之间的平均时间。当软件从时刻当软件从时刻t1工作到时刻工作到时刻t2，若发，若发生了生了 n次失效，则：次失效，则： 1nttmtbf12software quality specialists, services, solutions, systems指标指标平均失效间隔时间平均失效间隔时间mtbf = mttf + mttrmean time to repair (mttr) 维修包括维修包括:v确定并修正导致失效的缺陷确定并修正导致失效的缺陷v通过重新启动系统恢复系统服务通过重新启动系统恢复系统服务mean time to restore (mttr)mean time to di

11、sruption (mttd)software quality specialists, services, solutions, systems指标指标可用性可用性定义定义(availability)v需要时软件可用的概率需要时软件可用的概率计算计算mtbfmttf mttrmttfmttf ty availabilisoftware quality specialists, services, solutions, systems分配分配原则和因素原则和因素基于功能进行分配基于功能进行分配选定指标选定指标考虑因素考虑因素v系统总的可靠性指标系统总的可靠性指标v总的任务时间总的任务时间vcs

12、ci数量数量v各各csci的拓扑结构的拓扑结构/操作剖面操作剖面/关键等级关键等级/复复杂度杂度/使用率使用率software quality specialists, services, solutions, systems分配分配常用方法常用方法顺序执行分配法顺序执行分配法并行执行分配法并行执行分配法操作剖面分配法操作剖面分配法复杂度因子分配法复杂度因子分配法 重要度分配法重要度分配法software quality specialists, services, solutions, systems分配分配顺序执行分配法顺序执行分配法前提前提v软件的各个软件的各个csci是顺序执行是顺序执

13、行v所有的所有的csci都成功执行才能保证软都成功执行才能保证软件不失效件不失效v使用失效率指标使用失效率指标software quality specialists, services, solutions, systems分配分配顺序执行分配法顺序执行分配法步骤步骤v确定整个软件系统的可靠性需求确定整个软件系统的可靠性需求(s) v确定整个软件系统的确定整个软件系统的csci数量数量(n) v对于每个对于每个csci，分配可靠性需求，分配可靠性需求(i)：sisoftware quality specialists, services, solutions, systems分配分配并行执行

14、分配法并行执行分配法前提前提v软件的各个软件的各个csci是并行执行，但这是并行执行，但这些些csci代表了整个软件的一连串的代表了整个软件的一连串的功能，任何一个功能，任何一个csci的执行不依赖的执行不依赖于前面于前面csci的执行结果的执行结果v任何一个任何一个csci失效意味着整个软件失效意味着整个软件系统失效系统失效v使用失效率指标使用失效率指标software quality specialists, services, solutions, systems分配分配并行执行分配法并行执行分配法步骤步骤v确定整个软件系统的可靠性需求确定整个软件系统的可靠性需求(s) v确定整个软件系

15、统的确定整个软件系统的csci数量数量(n) v对于每个对于每个csci，分配可靠性需求，分配可靠性需求(i)：nsisoftware quality specialists, services, solutions, systems分配分配操作剖面分配法操作剖面分配法前提前提v软件的可靠性是由用户的使用决定的，对软件的可靠性是由用户的使用决定的，对于同一个软件，用户不同的使用方式会导于同一个软件，用户不同的使用方式会导致软件可靠性的变化。操作剖面用于定义致软件可靠性的变化。操作剖面用于定义软件的使用模型，刻画用户使用软件的模软件的使用模型，刻画用户使用软件的模式。式。vpf = (item1

16、，p1)，(item2，p2)， (itemn，pn) v item1item2itemn v使用失效率指标使用失效率指标n1ii1psoftware quality specialists, services, solutions, systems分配分配操作剖面分配法操作剖面分配法步骤步骤v确定整个软件系统的可靠性需求确定整个软件系统的可靠性需求(s) v确定确定整个软件系统的操作剖面确定确定整个软件系统的操作剖面(pf) v对于每个对于每个csci，分配可靠性需求，分配可靠性需求(i)：isipsoftware quality specialists, services, solutio

17、ns, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法前提前提v基于每个基于每个csci 的相应复杂度分配失的相应复杂度分配失效率效率v计算计算csci复杂度的方法，如：源代复杂度的方法，如：源代码行数、功能点、特征点码行数、功能点、特征点v使用失效率指标使用失效率指标software quality specialists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法关键因素关键因素为了保证分配的有效性，对于每个为了保证分配的有效性，对于每个csci必须采用相同的方法必须采用相同的方法选择的复杂度测量必须能按线性比选择的复杂度测量

18、必须能按线性比例转化成失效率例转化成失效率(如，如果如，如果csci复复杂度为杂度为4倍，失效率指标应该是等高倍，失效率指标应该是等高的比例的比例)。复杂度更高的。复杂度更高的csci，失，失效率指标也更高效率指标也更高software quality specialists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法步骤步骤确定整个软件系统的可靠性需求确定整个软件系统的可靠性需求(s) ；确定整个软件系统的确定整个软件系统的csci数量数量(n) ；对于每个对于每个csci，确定它的复杂度因子，确定它的复杂度因子(wi)，csci的复杂

19、度越高，的复杂度越高，wi值越高；值越高；确定系统的任务持续时间确定系统的任务持续时间 (t)； 确定系统任务持续期内，每个确定系统任务持续期内，每个csci的活的活动时间动时间(i)； 计算系统的失效率调节因子计算系统的失效率调节因子(k)；计算每个计算每个csci分配的失效率指标分配的失效率指标(i) 。software quality specialists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法计算方法计算方法twn1iiikkwisi失效率调节因子失效率调节因子每个每个csci分配的失效率指标分配的失效率指标software

20、 quality specialists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法例子例子v软件系统的可靠性需求：软件系统的可靠性需求：s =0.0008次失次失效效/任务小时任务小时 v软件系统的软件系统的csci数量：数量：3个个v系统的任务持续时间：系统的任务持续时间：t = 4小时小时 csci标识标识复杂度因子复杂度因子执行时间执行时间csci114csci222csci344software quality specialists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分

21、配法计算系统失效率调节因子计算系统失效率调节因子k twwwk332211 4442241= 6.0 software quality specialists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法计算各计算各csci非规格化失效率指标非规格化失效率指标kw1s1= 0.0008(1/6.0) = 0.00013次失效/任务小时 kw2s2= 0.0008(2 / 6.0) = 0.00027次失效/任务小时 kw3s3= 0.0008(4/6.0) = 0.00053次失效/任务小时 software quality special

22、ists, services, solutions, systems分配分配复杂度因子分配法复杂度因子分配法规格化规格化 (0.0008/0.00093) =0.860211= (0.00013)(0.86021) = 0.00011次失效/任务小时2= (0 00027)(0 86021) = 0 00023次失效/任务小时 3= (0.00053)(0.86021) = 0.00046次失效/任务小时 software quality specialists, services, solutions, systems分配分配重要度分配重要度分配法法前提前提v基于对软件失效影响认知来分配失效率，基于对软件失效影响认知来分配失效率，重要度是指维持系统运行并且保持故障防重要度是指维持系统运行并且保持故障防护的能力。对于确定的操作模式或护的能力。对于确定的操作模式或csci，如果其重要度等级为关键级别，应分配较如果其重要度等级为关键级别，应分配较低的失效率。重要度等级较低的操作模式低的失效率。重要度等级较低的操作模式或或csci，分配低一些的重要度因子和高，分配低一些的重要度因子和高一些失效率。如果必须为某项特定的操作一些失效率。如果必须为某项特定的操作模式分配特别低