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1、Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems软件可靠性工程第二部分指标与分配Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems提要 常见的软件可靠性指标 软件可靠性指标分配方法Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标几种常见的指标 初始故障数 剩余故障数 故障密度 可靠度 失效概率 失效强度(Failure Intensity)失效率(Failure Rate)平均失效前时间 平均失效间隔时间So
2、ftware Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标初始故障数 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 量 进 行估计 Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标剩余故障数 定义(Residual Fault Count)v 经测试和故障排除后，尚残留在软件中的故障数 计算v 通常，根据测试的故障数据和可靠性模型来进行估计的，这是一种较为直观的度量方式 作用v 提供了软件完整性的指示Software Qualit
3、y Specialists,Services,Solutions,Systems指标故障密度 定义(Fault Density)v 每可交付的源代码行的故障个数 计算vFd=F/KSLOC 作用v 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Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标可靠度 R(t)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。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。Software Qu
4、ality Specialists,Services,Solutions,Systems指标失效概率 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)Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标失效强度 f(t)是 失 效 概 率 的 密 度 函 数，如 果F(t)是 可 微 分的，失效强度f(t)是F(t)关于时间的一阶导数。Software Quality Specialists,Services,Solutions,System
5、s指标失效率 定义v(t)，又称风险函数(hazard function)v 失效数与测试用例或操作事件总数的比 例如：v20次失效/KSLOCv0.1次失效/CPU 小时 Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标失效率 数 学 定 义 是 软 件 在t 时 刻 没 有 发 生 失 效 的 条 件下，在t 时刻后，单位时间内发生失效的概率。失 效 率 是 失 效 概 率 F(t)的 条 件 概 率 密 度，又称条件失效强度。Software Quality Specialists,Services,Solutions,S
6、ystems指标平均失效前时间 定义(MTTF Mean Time To Failure)v 当前时间到下一次失效时间的均值 计算 应用v 度量软件可靠性和可用性Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标平均失效前时间 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 Specia
7、lists,Services,Solutions,Systems指标平均失效前时间 当失效呈现指数分布时vF(t)=1-exp(-t/MTTF)vR(t)=exp(-t/MTTF)Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标平均失效间隔时间 定义(MTBF Mean Time Between Failures)v 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 n 很大时，软件第n 次失效与第n+1 次失效之间的平均时间。当 软 件 从 时 刻T1 工 作 到 时 刻T2，若 发 生 了 n次失效，则：S
8、oftware Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标平均失效间隔时间 MTBF=MTTF+MTTR Mean Time To Repair(MTTR)维修包括:v 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 Mean Time To Restore(MTTR)Mean Time To Disruption(MTTD)Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems指标可用性 定义(Availability)v 需要时软件可用的概率 计算Software Qua
9、lity Specialists,Services,Solutions,Systems分配原则和因素 基于功能进行分配 选定指标 考虑因素v 系统总的可靠性指标v 总的任务时间vCSCI 数量v 各CSCI 的拓扑结构/操作剖面/关键等级/复杂度/使用率Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配常用方法 顺序执行分配法 并行执行分配法 操作剖面分配法 复杂度因子分配法 重要度分配法Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配顺序执行分配法 前提v 软件的
10、各个CSCI 是顺序执行v 所有的CSCI 都成功执行才能保证软件不失效v 使用失效率指标Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配顺序执行分配法 步骤v 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CSCI 数量(N)v 对于每个CSCI，分配可靠性需求(i)：Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配并行执行分配法 前提v 软件的各个CSCI 是并行执行，但这些CSCI 代表了整个软件的一连串的功能，任何一个CSCI 的执行不依赖于前面
11、CSCI 的执行结果v 任何一个CSCI 失效意味着整个软件系统失效v 使用失效率指标Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配并行执行分配法 步骤v 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CSCI 数量(N)v 对于每个CSCI，分配可靠性需求(i)：Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配操作剖面分配法 前提v 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
12、方 式 会 导 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式。v PF=(item1，p1)，(item2，p2)，(itemn，pn)v item1item2itemn v 使用失效率指标Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配操作剖面分配法 步骤v 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(PF)v 对于每个CSCI，分配可靠性需求(i)：Software Quality Specialists,Services,Soluti
13、ons,Systems分配复杂度因子分配法 前提v 基 于 每 个CSCI 的 相 应 复 杂 度 分 配 失 效率v 计 算CSCI 复 杂 度 的 方 法，如：源 代 码行数、功能点、特征点v 使用失效率指标Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配复杂度因子分配法 关键因素 为 了 保 证 分 配 的 有 效 性，对 于 每 个CSCI 必须采用相同的方法 选 择 的 复 杂 度 测 量 必 须 能 按 线 性 比 例 转化 成 失 效 率(如，如 果CSCI 复 杂 度 为4 倍，失 效 率 指 标 应 该 是 等
14、 高 的 比 例)。复 杂度更高的CSCI，失效率指标也更高Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配复杂度因子分配法 步骤 确定整个软件系统的可靠性需求(s)；确定整个软件系统的CSCI 数量(N)；对 于 每 个CSCI，确 定 它 的 复 杂 度 因 子(Wi)，CSCI 的复杂度越高，Wi值越高；确定系统的任务持续时间(T)；确 定 系 统 任 务 持 续 期 内，每 个CSCI 的 活 动 时间(i)；计算系统的失效率调节因子(K)；计算每个CSCI 分配的失效率指标(i)。Software Quality Sp
15、ecialists,Services,Solutions,Systems分配复杂度因子分配法 计算方法失效率调节因子每个CSCI 分配的失效率指标Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配复杂度因子分配法 例子v 软件系统的可靠性需求：s=0.0008 次失效/任务小时 v 软件系统的CSCI 数量：3个v 系统的任务持续时间：T=4 小时 CSCI 标识复杂度因子 执行时间CSCI1 1 4CSCI2 2 2CSCI3 4 4Software Quality Specialists,Services,Solutions,
16、Systems分配复杂度因子分配法 计算系统失效率调节因子K=6.0 Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配复杂度因子分配法 计算各CSCI 非规格化失效率指标=0.0008(1/6.0)=0.00013 次失效/任务小时=0.0008(2/6.0)=0.00027 次失效/任务小时=0.0008(4/6.0)=0.00053 次失效/任务小时 Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配复杂度因子分配法 规格化(0.0008/0.00093)=0.
17、86021=(0.00013)(0.86021)=0.00011 次失效/任务小时=(0 00027)(0 86021)=0 00023 次失效/任务小时=(0.00053)(0.86021)=0.00046 次失效/任务小时 Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配重要度分配法 前提v 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，应分配较低的失效率。重要度等级较低的操作模式或CSCI，分配低一些的重要度因子和高一些失效率。如
18、果必须为某项特定的操作模式分配特别低的失效率，就需要采用容错或其它失效缓解设计技术。v 使用失效率指标Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配重要度分配法 步骤v 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CSCI 数量(N)；v 对于每个CSCI，确定它的重要度因子(Ci)，对于系统更为重要CSCI，赋予较低的Ci 值；v 确定系统的任务持续时间(T)；v 确定系统任务持续期内，每个CSCI 的活动时间(i)；v 计算系统的失效率调节因子(K)；v 计算每个CSCI 分配的失效率指标(i)。Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配重要度分配法失效率调节因子每个CSCI 分配的失效率指标计算方法：Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems分配若干问题 接口和交互的考虑 需求与实现的颗粒度 分配与验证的一致性Software Quality Specialists,Services,Solutions,Systems软件可靠性工程