山西省吕梁高级技工学校 033000
摘 要：本文介绍了软件可靠性设计的基本概念，软件故障产生的机理，软件质量的可靠性参数，并且着重介绍了软件可靠性设计方法。
关键词：计算机软件 可靠性设计 可靠性参数
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。应用本身对系统运行的可靠性要求越来越高，在一些关键的应用领域，如航空、航天等，其可靠性要求尤为重要，在银行等服务性行业，其软件系统的可靠性也直接关系到自身的声誉和生存发展竞争能力。特别是软件可靠性比硬件可靠性更难保证，会严重影响整个系统的可靠性。在许多项目开发过程中，对可靠性没有提出明确的要求，开发商(部门)也不在可靠性方面花更多的精力，往往只注重速度、结果的正确性和用户界面的友好性等，而忽略了可靠性。在投入使用后才发现大量可靠性问题，增加了维护困难和工作量，严重时只有束之高阁，无法投入实际使用。本文仅就软件可靠性工程在软件开发过程中的应用谈谈自己的认识。
一、软件可靠性设计的基本概念
1.软件及软件故障。
软件（也称程序）本质上是一种把一组离散输入变成一组离散输出的工具，它由一组编码语句组成，这些语句的功能基本上是以下功能之一：（1）计算一个表达式并将其结果存储在单元里；（2）决定下一步要执行哪个语句；（3）进行输入/输出控制。软件产品与硬件产品一样。软件的可靠性工作也是贯穿于软件的整个寿命周期的。软件的寿命周期，是指从软件任务的提出一直到它完成使命，因陈旧而被废弃为止的整个时间历程，这个寿命周期包括了提出要求/规格说明、设计、实现、检验、维护等五个阶段，前四个阶段为开发期，维护阶段为使用期。
2.软件可靠性。
关于软件可靠性的定义是什么，较多的人认为软件的可靠性与“概率统计的可靠性”的概念密切相关,软件的可靠性是软件在规定的条件下、规定的时间周期内执行所要求功能的能力。软件的可靠度是软件在规定的条件下、规定时间内不引起系统故障概率,该概率是系统输入与系统使用的函数。
二、软件质量的可靠性参数
1.系统平均不工作间隔时间（MTBSD或MTBD）。
设d为软件正常工作总时间，d为系统由于软件故障而停止工作的次数，则定义TBSD=Tv/(d+1)。式中，TBSD—MTBSD；Tv—软件正常工作总时间（h）；d—系统由于软件故障而停止工作的次数。MTBSD反映了系统的稳定性。
2.系统不工作次数（一定时期内）。
由于软件故障而停止工作，必须由操作者介入再启动才能继续工作的次数。
3.可用度A。
设Tv为软件正常工作总时间，TD为由于软件故障使系统不工作的时间，则定义A=TV/(TV+TD)。它反映了系统的稳定性，亦可表达为A=TBD/(TBD+TDT)。式中，TBD—MTBD（h），TDT—平均不工作时间，以下简称MDT（h）。对一般生产用计算机系统，要求A≥99.8%；银行计算机系统，要求A>99.9%。
4.MTTR。
它反映了出现软件缺陷后采取对策的效率。在一定程度上也反映了软件企业对社会服务的责任心。对于在线系统而言，MTT只要求不超过2天，变差系数应小于1。一般的MTTR也应小于7天，变差系数小于1。
5.平均不工作时间（MDT）。
即由于软件故障，系统不工作的均值。对在线系统而言。MDT要求不超过10min，一般的MDT<30min。
6.初期故障。
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一般以软件交付使用后的三个月内为初期故障期。初期故障率的大小取决于软件设计水平、检查项目数、软件规模、软件调试彻底与否等因素。
7.偶然故障率。
一般以软件交付给使用方四个月后为偶然故障期，偶然故障率以每1000h的故障数为单位，它反映了软件处于稳定状态下的质量。一般最少要求偶然故障率不超过1，即每千小时不到1个故障，亦即MTBF超过1000h。
8.使用方误用率。
使用方不按照软件规范及说明等使用造成的错误叫使用方误用。在总使用次数中，使用方误用次数占的百分率叫使用方误用率。造成使用方误用的原因之一是使用方对说明理解不深，操作不熟练，但也有可能是说明没有讲得很清楚而引起误解。其他的原因还有软件系统的可操作性还应改进，对使用方的使用培训还要更深入，等等。
9.用户提出补充要求数。
这反映软件未能充分满足用户的需要,有时要求是特定用户的特定要求,生产方为了更好地为社会服务,应该尽力满足他们的要求。
10.处理能力。
处理能力有各种指标。
三、软件可靠性设计方法
从软件可靠性的概念可知，软件的缺陷可以导致错误并造成系统的故障，因此，缺陷是一切错误的根源。为了提高软件的可靠性，最关键的还是力求减少软件中的缺陷。软件的缺陷来自软件寿命周期的各个阶段，因此应想方设法在寿命周期的各个阶段减少缺陷。缺陷在一定的环境条件下暴露，导致系统运行中出现错误。软件的错误概括地说可能由规范（要求/规格说明）、软件系统设计及编码过程产生。
1.要求/规格说明。
只要在规格说明与用户要求说明之间存在误差，就会产生规范错误。规范它不仅规定程序的要求，还规定所用的结构、研制及试验中需要的程序试验要求和文件，以及程序语言、输入和输出的基本要求。通过对这些方面作出适当的规定，就可以建立使产生错误的可能性最小、并保证错误能被发现和改正的程序生成的结构。这种说明书是软件设计人员和用户间相互了解的基础，是软件设计人员进行程序设计、调试的基础和评价软件的依据。
2.软件设计。
软件系统是根据要求/规格说明（规范）设计的，通过设计将确定程序结构、测试点及限制等。为设计出可靠的软件，需要在考虑诸如机型、资源、语言、模型及数据结构等实际问题的基础上，采取一些有效的设计方法。
3.结构化程序设计。
软件结构对软件的可靠性具有重要的意义。结构良好的程序易于编写、检查，便于查错定位、修改和维护。结构化程序设计（也称为模块化程序设计）把程序要求分成若干独立的、更小的程序要求或模块化的功能要求，分别提出各自的要求/规格说明，并注明是如何与程序中的其他部分接口，还必须指出所有的输入与输出，以及测试要求。对每一个更小的程序和模块，可分别编程和测试，使得模块间高度分离。
4.容错设计。
对软件错误所引起的后果特别严重的情况，如飞机的飞行控制系统、空中交通管制系统、核反应堆安全系统等，需采用容错软件。容错设计的途径有：（1）加强软件的健壮性；使程序设计得能够缓解错误的影响，不致造成诸如死锁或崩溃这样的严重后果，并能指出错误源。（2）采用N（>2）版本编程法：即尽可能用不同的算法与编程语言，经不同的班组编制，以提高各软件版本的独立性。这N个软件版本同时在N台计算机上运行，各计算机间能进行高效通信，并作出快速比较，当结果不一致时，按多数表决或预定的策略选择输出。（3）恢复块法：给需要作容错处理的块（基本块）提供备份块，并附加错误检测和恢复措施。
5.软件编码。
在软件结构设计的基础上就可以进行编码，编码产生的缺陷是软件错误的主要来源。一般的编码错误是：键入错代码；数值错误（尤其是单位不统一时易出这类错误）；丢失代码（如括号）；用了被零除这样不定值的表达式等。为了减少编码错误，实现设计与生产分离，首先由高水平的软件工程师完成结构设计，再由程序设计员完成程序的编制是合理的、必要的，并在编码过程中尽早地查出缺陷予以改正。
参考文献
[1]张磊 周继锋 张强 系统软件可靠性验证测试方法研究.计算机与数字工程，2015，06。
[2]曾福萍 靳慧亮 陆民燕 软件缺陷模式的研究.计算机科学，2015，02。
论文作者:师娟
论文发表刊物:《教育学》2016年3月总第97期
论文发表时间:2016/5/11
标签：软件论文; 可靠性论文; 系统论文; 错误论文; 故障论文; 程序论文; 缺陷论文; 《教育学》2016年3月总第97期论文;