软件可靠性研究发展及方法

软件可靠性研究发展及方法摘要：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。软件可靠性对于软件具有重大意义，本文重要阐述了软件可靠性的基本概念，软件可靠性重要研究方法。关键词：软件可靠性G-O模型NHPP软件剖面中图分类号：TP31文献标记码：A文章编号：1003-9082（2023）12-0001-01软件可靠性是指在规定期间和条件下，软件无端障运营的概率。对它的研究具有重要价值和意义，特别是关系到人民的生命财产安全中的一些系统，例如航空、医疗、军事等领域。例如1996年，由于软件故障，欧洲航天局发射阿丽亚娜-5失败，导致巨大经济损失。软件可靠性研究为软件的防错，查错，容错，纠错等提供必要的信息。软件的可靠性分析可以分为基于途径的、基于状态的、基于操作剖面的。从软件的自身特性出发，软件可靠性与软件的复杂度，途径和执行频率，软件的构件与可靠性的都有密切关系。从1972年J-M软件可靠性模型发表到今天，已公开发表的模型有几百种。这些模型中，有基于随机过程，概率记录的模型，有基于机器学习的模型，有基于软件构件的markov链模型等。它们分别合用于一定的环境条件下。一、几个基本概念1.软件可靠性和测试中的三种时间，第一种是日历时间，就是我们平常生活中采用的时间;是第二种是时钟时间，时钟时间是指从程序运营开始，到运营结束所用时间;第三种是CPU时间。2.初始故障数：测试开始时软件中故障的个数;剩余故障数：经测试和故障排除后，尚残留在软件（程序和文档）中的故障数。3.可靠度R（t）：指t=O时系统正常条件下，系统在时间区间[O，t）时间内能正常运营的概率。4.失效概率F（t）：失效概率是失效时间少于或等于f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）。5.失效强度f（t）：失效强度是失效概率的密度函数。6.平均无失效时间MTTF：指当前时间到下一次失效时间的均值。二、传统软件可靠性记录概率模型，最经典的几种模型涉及1.J-M模型，它基于以下几个基本假设：a、软件的初始错误数为N（N≥O）;b、故障率与软件中的剩余错误数成正比;c、一个错误一旦被发现，立即排除且排除错误时不引入新的错误。J-M模型中软件第i次失效强度函数为，其中N为软件中错误总数，为失效率。J-M模型软件可靠性函数为：2.NHPP模型：它建立在几个假设基础上：a、系统的初始故障数目为0，即N（O）=O;b、{N（t），t≥O）是一个独立的增量过程;c、P{N（t+△t）一N（t）]=1）=λ△t+o（△t），P{[N（t+△t）一N（t）]≥2）=o（△t）。概率分布为这些传统模型以概率和数理记录的方式进行研究，都建立在一些假设条件的基础上;对已知软件失效数据进行分析拟合，希望获得未来软件失效的信息。在这些模型基础上，考虑到软件纠错、排错的模型，重要有不完美排错模型，软件可靠性模型还涉及引入了排除效率和学习因子的不完全排错模型;在排错过程中引入新故障模型;排错时间滞后模型，以及考虑到了软件错误的关联性模型。三、软件可靠性的模型方法还涉及1.机器学习的方法a、神经网络模型，Karunanithi等人提出运用神经网络，使用执行时间作为输入，观测到的累计错误作为输出目的;b、支持向量机模型，建立在记录学习的维理论和结构风险最小化原理基础上，使用SVM来描述软件失效时间之间的内在关系。2.故障树模型，一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。故障树模型最早用于硬件故障的分析，现在也越来越多的被用于软件故障分析和定位。3.灰色信息模型，是一种研究少数据、贫信息不拟定性问题的方法，它以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不拟定性系统为研究对象，重要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息。对于软件可靠性模型，有很多信息就是不全面的小样本数据，将其用于软件可靠性分析和预测具有合理性。未确知理论模型，对测试者来说程序隐患数是一个未确知有理数，软件的所有输入情况是不拟定的，用户的操作集合也是一组未确知信息。从第i一1次失效到第i次失效发生的时间zi的可靠性函数为。4.运用符号的形式化的验证，例如进程代数，PETRI网络等模型，软件可靠性模型还涉及模糊数学理论模型，混沌模型、排队论模型等。四、基于软件剖面和软件测试的软件可靠性软件可靠性与用户如何使用软件的有密切关联，软件剖面是用户使用软件的操作和频率信息。软件运营剖面的重要作用在于指导软件可靠性测试工作，按照运营剖面描述的软件运营方式测试软件所得的故障数据更合用于软件可靠性评价模型，评价所得的可靠性指标也更为准确。总结：软件可靠性设计工程是一门虽然得到普遍认可，但还处在不成熟的正在发展确立阶段的新工程学科，软件的可靠性的研究和实践具有重要意义，文章重要介绍软件可靠性的一些基本概念，发展历程和研究方法。参考文献[1]毛晓光，邓勇进.基于构件软件的可靠性通用模型[J].软件学报，2023，15（1）：27-32.[2]熊小均，梅登华.基于改善型神经网络的软件可靠性模型[J].计算机工程，2023，36（22）：187-189.[3]蔡开元.软件可靠性工程基础[M].北京：清华大学出版社，1995[4]张勇强，孙胜娟.基于未确知理论的软件可靠性建模[J].软件