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浅谈软件系统可靠性

1概述

近年来，随着计算机在军用与民用产品上的应用日益增多，软件缺陷所引发

的产品故障，甚至灾难性事故也越来越严重，软件故障已成为高新技术产品发

展的瓶颈。在这种情况下，一旦计算机系统发生故障，则其效益就会大幅度地消

减，甚至完全丧失，从而使社会生产和经济活动陷入不可收拾的混乱状态。因此

可以说，计算机系统的高可靠性是实现信息化社会的关键。

计算机系统硬件可靠性方面已有六十余年的发展历史，冗余技术、差错控制、

故障自动检测、容错技术和避错技术等可靠性设计技术已经成熟。相比之下，软

件可靠性的研究只有三十几年的发展历史，加上软件生产基本上仍处于作坊式的

手工制作，其提高软件可靠性的技术与管理措施还处于十分不完善的状况。20世

纪70年代末至80年代初，软件可靠性的研究集中于对软件可靠性模型进行比较

和选择。90年代以来，软件可靠性研究工作进展较快，主要集中在软件可靠性

设计、软件可靠性测试与管理以及软件可靠性数据的收集这三个方面。

2软件可靠性的基本概念

2.1软件可靠性的定义

1983年，美国IEEE计算机学会软件工程技术委员会对软件可靠性的定义如下：

a）在规定的条件下，在规定的时间内，软件不引起系统失效的概率，该概

率是系统输入和系统使用的函数，也是软件中存在的错误的函数；系统输入将确

定是否会遇到已存在的错误。

b）在规定的时间周期内，在所述条件下程序执行所要求的功能的能力。

软件可靠性定义中提到的“规定的条件”和“规定的时间”，在工程中有重

要的意义。

定义中的“时间”有3种度量。第一种是日历时间，指日常生活中使用的日、

周、月和年等计时单元；第二种是时钟时间，指从程序运行开始到运行结束所用

的时、分、秒；第三种是执行时间，指计算机在执行程序时实际占用的CPU时间。

定义中所指的“条件”，是指环境条件，包括了与程序存储、运行有关的计

算机及其操作系统。

2.2影响软件可靠性的主要因素

软件可靠性表明了一个程序按照用户的需求和设计的目标，执行其功能的正

确程度。这要求一个可靠的程序应是正确的、完整的、一致的和健壮的。软件可

靠性的决定因素是与输入数据有关的软件差错，正是因为软件中的差错引起了软

件故障，使软件不能满足需求。影响软件可靠性的因素主要包括：

1、软件开发的支持环境；

2、软件的开发方法；

3、软件对实际需求表述上的符合度；

4、软件可靠性设计技术，软件可靠性设计技术是指软件设计阶段中采用的，

用以保证和提高软件可靠性的为主要目的软件技术；

5、软件的测试与投放方式等；

6、软件的规模和内部结构即软件复杂度，随着软件规模结构复杂度的增加，

软件可靠性的问题越来越突出；

7、软件开发人员的能力和经验。

2.3软件可靠性的度量

对软件产品具有可靠性程度的定量评价被称为软件可靠性度量。软件可靠性

度量参数是指表示软件可靠性的一个或几个变量。软件可靠性指标是指从用户的

角度对产品的可靠性参数应达到的目标值所作的规定。软件可靠性很难用一个度

量参数表示。对于不同的软件、不同的应用，可能使用不同的参数。和硬件可靠

性度量一样，软件可靠性度量也可应用概率论和数理统计的方法、技术，因为软

件的失效呈现出随机性。

软件可靠性度量可以分为两类，主要从技术度量的角度阐述软件可靠性的度

量指标。

a）初始故障数

测试开始时软件中的故障个数。通过程序容量或可靠性模型对这一度量进行

估计。

b）剩余故障数

经测试和故障排除后，尚残留在软件中的故障数。通常它是根据测试的故障

数据和可靠性模型来进行估计的，这是一种较为直观的度量方式。

c）可靠度一般用R（t）度量，指在t=0时系统正常的条件下系统在时间区

间[0，t]内能正常运行的概率。

d）失效概率F（t）是失效时间少于或等于t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）

e）失效强度f（t）：失效强度是失效概率的密度函数，如果F（t）是可微

分的，失效强度f