软件可靠性综述.pdf

软件可靠性综述

作者：徐振洋谢萍武孟

来源：《计算机与网络》2021年第18期

针对大型复杂软件可靠性低、重大任务运行过程中出现软件故障的问题，从软件的全生命

周期角度研究软件可靠性设计方法，从软件架构设计、软件冗余设计、软件健壮性设计、软件

测试设计、软件可读性设计、软件重用设计、数据存储设计、软件错误恢复设计等方面研究软

件可靠性设计方法，涵盖了软件需求、概要设计、详细设计、测试设计等不同阶段，最后以实

例进行验证。

软件是各个系统的必要组成部分，也是各系统的核心功能所在，随着SDN/NFV的出现，

软件的地位和作用越来越突出。同时软件直接面向各级各类运维人员，是网络整体运行状态的

呈现者，为大型任务网可靠高效运行保驾护航，为重大任务的顺利完成提供技术支撑，因此研

制高可靠性高质量的软件势在必行，研究软件可靠性设计是非常有意义的课题。本文从软件生

命周期的角度，研究软件可靠性的各个环节，从软件需求、软件体系架构、软件界面、软件测

试等方面进行研究。

软件可靠性设计

从软件体系架构设计、软件冗余设计、软件健壮性设计、软件测试设计、软件可读性设计

和软件重用设计方面进行详细研究。

软件架构设计

软件体系架构设计主要从软件体系设计、模块化设计、服务化设计等方面进行设计。

①体系化设计：软件系统越来越复杂，可靠性高的软件要求采用层次结构设计，层与层之

间单向依赖，减少复杂性，提高可靠性，是否进行层次结构设计是关注的重点；

②模块化设计：是否采用层次结构与模块化设计相结合的方法，是否进行模块化设计，模

块化设计是否高内聚、低耦合，模块之间接口是否清晰明确简洁，上述都是软件设计的关注重

点；为降低软件的复杂度，采用层级结构和模块化设计相结合的思想，将软件分层，层与层之

间只存在单向德依赖关系，在此基础上分解为若干个功能独立的模块。各模块相互交互，实现

软件的相关功能。但是，随着软件模块的数量增加，软件模块间的信息交互势必大幅增多，增

加了软件的复杂度。因此，软件模块的划分需要考虑软件模块的功能单一性（即软件模块尽量

小）和软件模块间信息交互少的原则。

③服务化设计：将独立功能的软件模块进行了服务化封装，服务之间的通信是否简单明

确，服务是否进行了注册、发布、共享，该项目的服务是全新设计还是基于已有项目的设计；

是否最大限度重用了服务库中的服务，重用服务占整个软件项目服务设计的百分比是多少；因

为成熟的入库服务，均已经经过测试部署使用，其可靠性比较高，直接应用于新项目中既可以

缩短开发時间，又可以提高可靠性。

软件冗余设计

①主备热备设计：对于可靠性要求极高的软件，如航天系统相关软件，一定要采用主备热

备、双机热备模式，确保系统故障时的零切换和数据的实时存储备份。

②重要模块备份设计：针对系统功能强大复杂，软件模块众多的系统的，要重点设计关键

硬件、关键模块备份模式，冷热备份根据实际需求选择。

③信息冗余设计：针对大型复杂系统，数据库是重要的信息存储方式，数据库的选型，选

择达梦、金仓国产化数据库，数据高效存储和读取。

软件健壮性设计

软件健壮性设计包括界面设计、数据设计和软件操作防护设计：

①在界面设计中：对输入数据的有效性及合理性进行设计，数据输入范围设计。

②数据健壮性设计：对输入数据的格式和存储方式进行设计。

③软件误删除防护设计：针对软件的删除设计做防范操作，首先进行删除提示和确认操作

设计，同时针对删除的数据做短时间备份存储，以便出现误操作删除时进行撤销和数据恢复操

作。

软件测试设计

在软件测试设计中，主要关注如下方法：

①需求阶段：是否有详尽的需求说明和设计文档（重点关注是否与用户进行透彻沟通交

流），需求不透彻的话，可能会导致整个系统重新设计翻盘代价甚大。

②概要和详细阶段：进行体系架构设计，软件模块划分设计，软件流程设计和函数设计，

能指导软件编码；

③测试阶段：设计测试用例、测试策略，黑盒测试和白盒测试，进行软件正常运行，超负

荷运行检测并采取手段。

软件可读性设计

软件编程风格是否统一、合理，对增加软件代码可读性、提高软件可靠性、便于软件的维

护等方面有重要影响。要求每一个软件模块标准功能、作用、包含函数。要求软件代码注释率

不低于15%。

针对不同的编程语言分别制定了相应的编程规范，建立了专门编程规范执行制度来约束编

码人员按编程规范编写代码。统一、合理的软件编程风格