考慮故障引進(jìn)的軟件可靠性增長(zhǎng)模型研究.pdf

1、軟件可靠性是軟件質(zhì)量中最重要的屬性之一。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，軟件在人類社會(huì)生活中應(yīng)用和需要實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多。軟件規(guī)模越來(lái)越大，軟件的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，特別是現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的軟件密集型服務(wù)，例如云計(jì)算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等。在這種情況下，保證發(fā)布高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品更是一件非常困難的事情。而實(shí)際生活中的用戶則希望計(jì)算機(jī)中使用的軟件可以無(wú)故障的永遠(yuǎn)運(yùn)行下去。因此，軟件可靠性成為了人們關(guān)心計(jì)算機(jī)軟件能夠安全和有效地運(yùn)行的重要問(wèn)題之一。
　　軟件可靠

2、性增長(zhǎng)模型是一種實(shí)現(xiàn)軟件質(zhì)量管理的重要工具。現(xiàn)代開(kāi)發(fā)的軟件可靠性增長(zhǎng)模型（Software Reliability Growth Models，SRGMs）中的大多數(shù)都假設(shè)故障檢測(cè)過(guò)程服從非齊次泊松過(guò)程（Non-Homogeneous Poisson Process，NHPP），其中大多數(shù)NHPP類模型又假設(shè)為完美調(diào)試軟件可靠性增長(zhǎng)模型。由于現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的復(fù)雜性和要求實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多，因此，當(dāng)檢測(cè)到的故障被去除時(shí)，很可能引進(jìn)新的故

3、障。當(dāng)引進(jìn)的故障的數(shù)量和影響不能被忽略時(shí)，研究不完美調(diào)試現(xiàn)象對(duì)建立高質(zhì)量的軟件可靠性增長(zhǎng)模型具有重要的實(shí)際意義。已有一些研究者開(kāi)始研究故障引進(jìn)的相關(guān)問(wèn)題，通常假設(shè)故障引進(jìn)率為常量。事實(shí)上，針對(duì)故障引進(jìn)的變化規(guī)律構(gòu)建相應(yīng)的軟件可靠性增長(zhǎng)模型可以更有效的評(píng)估軟件的可靠性和更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)軟件失效行為。本文除了考慮建立NHPP類的不完美調(diào)試的軟件可靠性增長(zhǎng)模型以外，我們還考慮用隨機(jī)微分方程（Stochastic Differential Equa

4、tion，SDE）來(lái)建立相應(yīng)的不完美調(diào)試的軟件可靠性增長(zhǎng)模型。這是因?yàn)楝F(xiàn)在開(kāi)發(fā)的軟件密集型服務(wù)的軟件系統(tǒng)規(guī)模都比較大，每次檢測(cè)出的故障數(shù)量和最初軟件中存在的故障數(shù)量相比又比較小。在這種情況下，可以把故障檢測(cè)的過(guò)程看作是有連續(xù)狀態(tài)變化的隨機(jī)過(guò)程。
　　本文深入地研究了在軟件調(diào)試過(guò)程中，在故障引進(jìn)的情況下，建立相應(yīng)的軟件可靠性增長(zhǎng)模型。并在此基礎(chǔ)上，討論了軟件最優(yōu)發(fā)布問(wèn)題和優(yōu)化選擇軟件可靠性模型的問(wèn)題。本文的主要研究工作可概括為以下幾

5、個(gè)方面：
　　一、在軟件調(diào)試過(guò)程中，調(diào)試者在去除故障時(shí)，有一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程。即隨著軟件調(diào)試者排錯(cuò)數(shù)量的增加，軟件調(diào)試者的經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，并且對(duì)調(diào)試的軟件有越來(lái)越深刻的理解。因此，軟件調(diào)試者引進(jìn)故障的數(shù)量在整個(gè)測(cè)試時(shí)間里有先增后減的變化，即故障引進(jìn)率隨測(cè)試時(shí)間有先增后減的變化?？紤]到在軟件調(diào)試過(guò)程中這種情況，提出了一個(gè)基于Log-logistic分布引進(jìn)故障的軟件可靠性增長(zhǎng)模型。同時(shí)，用相關(guān)的故障數(shù)據(jù)集和模型比較標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提出的模型和其它

6、的軟件可靠性增長(zhǎng)模型的性能進(jìn)行了相應(yīng)評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的模型有很好的擬合故障數(shù)據(jù)的能力和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)未來(lái)軟件失效發(fā)生的能力。
　　二、由于在軟件調(diào)試過(guò)程，故障引進(jìn)率受到多種因素的影響，故障引進(jìn)率會(huì)隨著測(cè)試時(shí)間的變化而發(fā)生不規(guī)則變化?？紤]到故障引進(jìn)率的這種變化，可以考慮用布朗運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬故障引進(jìn)率不規(guī)則變化的過(guò)程。故障引進(jìn)率不規(guī)則變化的現(xiàn)象與實(shí)際故障引進(jìn)過(guò)程是一致的。因此，本文提出了一種基于故障引進(jìn)率不規(guī)則變化的軟件可靠性增長(zhǎng)模型，

7、并用相應(yīng)的故障數(shù)據(jù)集進(jìn)行了相應(yīng)的評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出提出的模型在同其它多種完美和不完美可靠性增長(zhǎng)模型相比較時(shí)，有更好的擬合故障數(shù)據(jù)和更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)未來(lái)軟件失效發(fā)生能力。
　　三、在軟件調(diào)試過(guò)程中，故障引進(jìn)可能表現(xiàn)為由多種規(guī)律和特征組成的變化過(guò)程。也就是說(shuō)，故障引進(jìn)的過(guò)程為有規(guī)律不穩(wěn)定變化的過(guò)程，故障累計(jì)引進(jìn)的數(shù)量為非線性增長(zhǎng)?？紤]到故障引進(jìn)的這一特點(diǎn)，可以考慮建立非線性的故障內(nèi)容（總數(shù)）函數(shù)。雖然軟件在發(fā)布之前，已經(jīng)進(jìn)行了大量的和充分

8、的測(cè)試和調(diào)試，但是在用戶使用軟件時(shí)，仍可能發(fā)現(xiàn)故障，而在去除故障時(shí)仍有可能引進(jìn)新的故障。也就是說(shuō)，測(cè)試后的軟件只能保證在現(xiàn)在的環(huán)境和條件下軟件運(yùn)行不發(fā)生故障，但是不能確定以后在用戶使用的環(huán)境中不發(fā)生故障。而且，發(fā)生故障時(shí)，也不能保證是完美去除故障。因此，建立隨測(cè)試時(shí)間無(wú)限引進(jìn)故障的不完美調(diào)試軟件可靠性增長(zhǎng)模型具有一定的實(shí)際意義。在本文中，提出了一個(gè)基于故障引進(jìn)不穩(wěn)定變化的軟件可靠性增長(zhǎng)模型，它不但考慮故障引進(jìn)不穩(wěn)定變化過(guò)程，而且也考慮了

9、無(wú)限引進(jìn)故障的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示提出的模型和其它軟件可靠性模型相比，有更好的擬合能力和更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)軟件中存在故障數(shù)量的能力。另外，軟件最優(yōu)發(fā)布時(shí)間問(wèn)題也是軟件可靠性增長(zhǎng)模型研究中一個(gè)重要問(wèn)題。適時(shí)的發(fā)布軟件產(chǎn)品，不但能夠很好的為企業(yè)抓住機(jī)遇，獲得盈利創(chuàng)造良好的條件，而且，也能夠?yàn)槠髽I(yè)降低開(kāi)發(fā)成本做出重要貢獻(xiàn)。因此，我們也給出了相應(yīng)的用不完美調(diào)試模型來(lái)確定軟件最優(yōu)發(fā)布時(shí)間的方法。
　　四、一般來(lái)說(shuō)，考慮用NHPP類來(lái)建立相應(yīng)的軟件可靠