當前，人類步入了信息時代，從交通、能源、電信到金融、教育、軍事……等等大多數(shù)行業(yè)都需要計算機的輔助。軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂，是許多復雜系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，而質(zhì)量則是軟件的命脈。軟件失效造成系統(tǒng)癱瘓、人員傷亡以及重大經(jīng)濟損失。

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一、建立以可靠性為核心的質(zhì)量標準
   在軟件項目規(guī)劃和需求分析階段就要建立以可靠性為核心的質(zhì)量標準。這個質(zhì)量標準包括實現(xiàn)的功能、可靠性、可維護性、可移植性、安全性、吞吐率等等，雖然還沒有一個衡量軟件質(zhì)量的完整體系，但還是可以通過一定的指標來定標準基線。
   軟件質(zhì)量從構(gòu)成因素上可分為產(chǎn)品質(zhì)量和過程質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量是軟件成品的質(zhì)量，包括各類文檔、編碼的可讀性、可靠性、正確性，用戶需求的滿足程度等。過程質(zhì)量是開發(fā)過程環(huán)境的質(zhì)量，與所采用的技術(shù)、開發(fā)人員的素質(zhì)、開發(fā)的組織交流、開發(fā)設備的利用率等因素有關。還可把質(zhì)量分為動態(tài)質(zhì)量和靜態(tài)質(zhì)量。靜態(tài)質(zhì)量是通過審查各開發(fā)過程的成果來確認的質(zhì)量，包括模塊化程度、簡易程度、完整程度等內(nèi)容。動態(tài)質(zhì)量是考察運行狀況來確認的質(zhì)量，包括平均故障間隔時間(MTBF)、軟件故障平均修復時間(MTRF)、可用資源的利用率。在許多實際工程中，人們一般比較重視動態(tài)質(zhì)量而忽視靜態(tài)質(zhì)量。

所定的質(zhì)量標準度量，至少應達到以下兩個目的：

(1)明確劃分各開發(fā)過程(需求分析過程，設計過程，測試過程，驗收過程)，通過質(zhì)量檢驗的反饋作用確保差錯及早排除并保證一定的質(zhì)量。

(2)在各開發(fā)過程中實施進度管理，產(chǎn)生階段質(zhì)量評價報告，對不合要求的產(chǎn)品及早采取對策。

確定劃分的各開發(fā)過程的質(zhì)量度量：

(1)需求分析質(zhì)量度量

需求分析定義是否完整、準確(有無二義性)，開發(fā)者和用戶間有沒有理解不同的情況，文檔完成情況等，要有明確的可靠性需求目標、分析設計及可靠性管理措施等。

(2)設計結(jié)果質(zhì)量度量

設計工時，程序容量和可讀性、可理解性，測試情況數(shù)，評價結(jié)果，文檔完成情況等。

(3)測試結(jié)果質(zhì)量度量

測試工時，差錯狀況，差錯數(shù)量，差錯檢出率及殘存差錯數(shù)，差錯影響評價，文檔等，以及有關非法輸入的處理度量。

(4)驗收結(jié)果質(zhì)量度量

完成的功能數(shù)量，各項性能指標，可靠性等。

  最后選擇一種可靠度增長曲線預測模型，如時間測量、個體測量、可用性，在后期開發(fā)過程中，用來計算可靠度增長曲線的差錯收斂度。在建立質(zhì)量標準之后，設計質(zhì)量報告及評價表，在整個開發(fā)過程中就要嚴格實施并及時作出質(zhì)量評價，填寫報告表。

二、選擇開發(fā)方法
   軟件開發(fā)方法對軟件的可靠性也有重要影響。目前的軟件開發(fā)方法主要有Parnas方法、Yourdon方法、面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson方法和Warnier方法、PSL/PSA方法、原型化方法、面向?qū)ο蠓椒ā⒖梢暬椒ā?/span>ICASE方法、瑞理開發(fā)方法等，其他還有BSP方法、CSF方法等。

  這里特別要提一下的是Parnas方法。Parnas方法是最早的軟件開發(fā)方法，是Parnas 在1972年提出來的，基本思想是在概要設計時預先估計未來可能發(fā)生變化，提出了信息隱藏的原則以提高軟件的可靠性和可維護性。

  在設計中要求先列出將來可能要變化的因素，在劃分模塊時將一些可能發(fā)生變化的因素隱含在某個模塊的內(nèi)部，使其他模塊與此無關，這樣就提高了軟件的可維護性，避免了錯誤的蔓延，也就提高了軟件的可靠性。還提出了提高可靠性的措施：

(1)考慮到硬件有可能出故障，接近硬件的模塊要對硬件行為進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)錯誤。

(2)考慮到操作人員有可能失誤，輸入模塊對輸入數(shù)據(jù)進行合法性檢查，是否合法、越權(quán)，及時糾錯。

(3)考慮到軟件本身有可能失誤，加強模塊間檢查，防止錯誤蔓延。

  對瑞理方法可能許多人還不熟悉，這里也簡要介紹一下。瑞理（Rational)模式是美國瑞理軟件工程公司發(fā)展出來的，其模式是：面向?qū)ο?；螺旋式上升；管理與控制；高度自動化；

  以管理觀點和技術(shù)觀點把軟件生命周期劃分為起始、規(guī)劃、建構(gòu)、轉(zhuǎn)移、進化五個階段，也可把這五個階段歸并為研究時期（起始和規(guī)劃）和生產(chǎn)時期（建構(gòu)和轉(zhuǎn)移），最后是維護時期（進化），特別適合對高風險部分及變動需求的處理。

  在以上的眾多方法中，可視化方法主要用于與圖形有關的應用，目前的可視化開發(fā)工具只能提供用戶界面的可視化開發(fā)，對一些不需要復雜圖形界面的應用不必使用這種方法；ICASE 技術(shù)還沒有*成熟，所以可視化方法和ICASE方法最多只能用作輔助方法。面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法、PSL/PSA方法及原型化方法只適合于中小型系統(tǒng)的開發(fā)。

  面向?qū)ο蟮姆椒ū阌谲浖碗s性控制，有利于生產(chǎn)率的提高，符合人類的思維習慣，能自然地表達現(xiàn)實世界的實體和問題，具有一種自然的模型化能力，達到從問題空間到解空間的較為直接自然的映射。在面向?qū)ο蟮姆椒ㄖ?，由于大量使用具有高可靠性的庫，其可靠性也就有了保證，用面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ怖趯崿F(xiàn)軟件重用。

  所以建議采用面向?qū)ο蟮姆椒?，借鑒Parnas和瑞理模式的思想，在開發(fā)過程中再結(jié)合使用其他方法，吸取其它方法的優(yōu)點。

三、軟件重用

  最大限度地重用現(xiàn)有的成熟軟件，不僅能縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率，也能提高軟件的可維護性和可靠性。因為現(xiàn)有的成熟軟件，已經(jīng)過嚴格的運行檢測，大量的錯誤已在開發(fā)、運行和維護過程中排除，應該是比較可靠的。在項目規(guī)劃開始階段就要把軟件重用列入工作中*的一部分，作為提高可靠性的一種必要手段。

  軟件重用不僅僅是指軟件本身，也可以是軟件的開發(fā)思想方法、文檔，甚至環(huán)境、數(shù)據(jù)等，包括三個方面內(nèi)容的重用：

(1)開發(fā)過程重用，指開發(fā)規(guī)范、各種開發(fā)方法、工具和標準等。

(2)軟件構(gòu)件重用，指文檔、程序和數(shù)據(jù)等。

(3)知識重用，如相關領域?qū)I(yè)知識的重用。

  一般用的比較多的是軟件構(gòu)件重用。軟件重用的過程如下：候選，選擇，資格，分類和存儲，查找和檢索。在選擇可重用構(gòu)件時，一定要有嚴格的選擇標準，可重用的構(gòu)件必須是經(jīng)過嚴格測試的、甚至是經(jīng)過可靠性和正確性證明的構(gòu)件，應模塊化（實現(xiàn)單一、的完整的功能）、結(jié)構(gòu)清晰（可讀、可理解、規(guī)模適當），且有高度可適應性。

四、使用開發(fā)管理工具
  開發(fā)一個大的軟件系統(tǒng)，離不開開發(fā)管理工具，作為一個項目管理員，僅僅靠人來管理是不夠的，需要有開發(fā)管理工具來輔助解決開發(fā)過程中遇到的各種各樣的問題，以提高開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
如Intersolv公司的PVCS軟件開發(fā)管理工具，在美國*已超過70％，使用PVCS可以帶來不少好處：規(guī)范開發(fā)過程，縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)成本，降低項目投資風險；自動創(chuàng)造完整的文檔，便于軟件維護；管理軟件多重版本；管理和追蹤開發(fā)過程中危及軟件質(zhì)量和影響開發(fā)周期的缺陷和變化，便于軟件重用，避免數(shù)據(jù)丟失，也便于開發(fā)人員的交流，對提高軟件可靠性，保證質(zhì)量有很大作用。

  在我國，開發(fā)管理工具并沒有得到有效地使用，許多軟件公司還停留在人工管理階段，所開發(fā)的軟件質(zhì)量不會很高。

  人的管理比較困難，在保證開發(fā)人員素質(zhì)的同時，要保持人員的穩(wěn)定性，盡可能避免人員的經(jīng)常流動。人員流動影響了軟件的質(zhì)量，工作連續(xù)性難保證，繼承者不可能對情況了解很清楚等，也可能影響工作進程等。PVCS也提供了適當?shù)娜藛T管理方法。

五、加強測試
  軟件開發(fā)前期各階段完成之后，為進一步提高可靠性，只有通過加強測試來實現(xiàn)了。為最大限度地除去軟件中的差錯，改進軟件的可靠性，就要對軟件進行完備測試。要對一個大的軟件系統(tǒng)進行完備測試是不可能的，所以要確定一個最小測試數(shù)和最大測試數(shù)，前者是技術(shù)性的決策，后者管理性的決策，在實際過程中要確定一個測試數(shù)量的下界?？偟膩碚f，要在可能的情況下，進行盡可能完備的測試。

  誰來做測試呢？一般說來，用戶不大可能來進行模塊測試，模塊測試應該由最初編寫代碼的程序員來進行，要在他們之間交換程序進行模塊測試，自己設計的程序自己測試一般都達不到好的效果。

  測試前要確定測試標準、規(guī)范，測試過程中要建立完整的測試文檔，把軟件置于配置控制下，用形式化的步驟去改變它，保證任何錯誤及對錯誤的動作都能及時歸檔。

測試規(guī)范包括以下三類文檔：

(1)測試設計規(guī)范：詳細描述測試方法，規(guī)定該設計及其有關測試所包括的特性。還應規(guī)定完成測試所需的測試用例和測試規(guī)程，規(guī)定特性的通過/失敗判定準則。

(2)測試用例規(guī)范：列出用于輸入的具體值及預期輸出結(jié)果。規(guī)定在使用具體測試用例時對測試規(guī)程的各種限制。

(3)測試規(guī)程規(guī)范：規(guī)定對于運行該系統(tǒng)和執(zhí)行定的測試用例來實現(xiàn)有關測試所要求的所有步驟。

測試的方法多種多樣：

(1)走查（Walk-through），即手工執(zhí)行，由不同的程序員(非該模塊設計者)讀代碼，并進行評論。

(2)機器測試，對給定的輸入不會產(chǎn)生不合邏輯的輸出。

(3)程序證明或交替程序表示。

(4)模擬測試，模擬硬件、I/O設備等。

(5)設計審查，關于設計的所有各方面的小組討論會，利用所獲得的信息，找出缺陷及違反標準的地方等。

  以上可以交替并行循環(huán)執(zhí)行，在實際測試過程中要使用測試工具提高效率。除正常的測試之外，還要對軟件進行可靠性測試，確保軟件中沒有對可靠性影響較大的故障。制定測試計劃方案，按實際使用的概率分布隨機選擇輸入，準確記錄運行時間和結(jié)果，并對結(jié)果進行評價。

  沒有錯誤的程序同永動機一樣是不可能達到的。一般常用排錯方法有試探法、追溯法、歸納法、演繹法。還要使用適當?shù)呐佩e工具，如UNIX提供的sdb和dbx編碼排錯工具，這些排錯工具只有瀏覽功能，沒有修改功能，是實際的找錯工具。

六、軟件評審

  評審是一些用于開發(fā)過程早期檢查和糾紛缺陷的有效方法。它們可以用來檢查衛(wèi)星城執(zhí)行代碼的文檔的缺陷。

在開發(fā)過程中，評審可以讓我們獲得以下收益：

（1）提高項目的生產(chǎn)率：由于早期發(fā)現(xiàn)了錯誤，因而減少了返工時間，還可能減少測試時間。

（2）改善軟件的質(zhì)量；

（3）在評審過程中，使開發(fā)團隊的其他成員更熟悉產(chǎn)品和開發(fā)過程；

（4）通過評審，標志的軟件開發(fā)的一個階段的完成；

（5）生產(chǎn)出更容易維護，更可靠的軟件。

  主要原因是由于被評審的軟件評審者必須是非常熟悉的，同時，在評審過程中，一定會產(chǎn)生并利用很多證明文檔，于是評審就迫使開發(fā)者同時產(chǎn)出許多有用的文檔，如果不進行評審，這些文檔可能在整個項目周期都不會生產(chǎn)。

軟件評審包括管理評審、技術(shù)評審、文檔評審、過程評審。其中主要應用的方法有：

（1）特別檢查：通常應用于平常的小組合作，非正式的評審；

（2）輪查：又稱為分配審查方法。項目人員向評審者作簡要介紹，但不參加評審過程；評審者獨立進行評審，并記錄發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，準備報告；

（3）走查：一種非正式的評審方法，在軟件企業(yè)中廣泛應用。項目成員向他人介紹，并收集意見。在走查中，項目人員占有主導地位，由其描述產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)以及完成任務的情況等。走查的目的是希望參評者可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的錯誤，了解產(chǎn)品，并對模塊功能和實現(xiàn)達成一致的建議；

（4）團隊評審：有計劃和機構(gòu)化的，評審的參與者在會議前拿到評審材料，并對其進行獨立研究，同時，評審還定義了評審會議中各種角色和相應的責任。但是評審后期的問題跟蹤和分析往往被簡化或忽略；

（5）檢視：和團隊評審很相似，但比起更嚴格，是最系統(tǒng)化、最嚴密的評審方法。普通的檢視過程包括：制定計劃、準備和組織會議、跟蹤和分析檢視結(jié)果等。

以下就是軟件評審過程中主要應用的集中方法。其中廣泛采用的評審方法有檢視、團隊評審和走查。

七、容錯設計

提高可靠性的技術(shù)一般可以分為兩類，一類是避免故障，在開發(fā)過程中，盡可能不讓差錯和缺陷潛入軟件，這類常用的技術(shù)有：

（1）算法模型化：把可以保證正確實現(xiàn)需求規(guī)格的算法模型化。

（2）模擬模型化：為了保證在確定的資源條件下的預測性能的發(fā)揮，使軟件運行時間、內(nèi)存使用量及控制執(zhí)行模型化。

（3）可靠性模型：使用可靠性模型，從差錯發(fā)生頻度出發(fā)，預測可靠性。

（4）正確性證明：使用形式符號及數(shù)學歸納法等證明算法的正確性。

（5）軟件危險分析與故障樹分析：從設計或編碼的結(jié)構(gòu)出發(fā)，追蹤軟件開發(fā)過程中潛入系統(tǒng)缺陷的原因。

（6）分布接口需求規(guī)格說明：在設計的各階段使用形式的接口需求規(guī)格說明，以便驗證需求的分布接口實現(xiàn)可能性與完備性。

  這些技術(shù)一般都需要比較深厚的數(shù)學理論知識和模型化技術(shù)。另一類就是采用冗余思想的容錯技術(shù)。容錯技術(shù)的基本思想是使軟件內(nèi)潛在的差錯對可靠性的影響縮小控制到較低程度。軟件的容錯從原理上可分為錯誤分析、破壞程度斷定、錯誤恢復、錯誤處理四個階段。

  常用的軟件容錯技術(shù)有N-版本技術(shù)、恢復塊技術(shù)、多備份技術(shù)等。

  N-版本程序設計是依據(jù)相同規(guī)范要求獨立設計N個功能相等的程序(即版本)。獨立是指使用不同的算法，不同的設計語言，不同的測試技術(shù)，甚至不同的指令系統(tǒng)等。

  恢復塊技術(shù)是使用自動前向錯誤恢復的故障處理技術(shù)。

  再次要說的是防錯性程序設計，在程序中進行錯誤檢查。被動的防錯性技術(shù)是當?shù)竭_檢查點時，檢查一個計算機程序的適當點的信息。主動的防錯性技術(shù)是周期性地搜查整個程序或數(shù)據(jù)，或在空閑時間尋找不尋常的條件。采用防錯性程序設計，是建立在程序員相信自己設計的軟件中肯定有錯誤的這一基礎上，有的程序員可能對此不大習慣，因為他可能太相信自己，相信自己的程序只有很少錯誤，甚至沒有錯誤，作為一個項目管理人員需要說服他或者強制他采用這種技術(shù)，雖然在設計時要額外花費一定的時間，但這對提高可靠性很有用。

八、小結(jié)
以上就是通過從軟件設計、管理、評審、規(guī)范等多個方面來提高軟件可靠性的方法和技術(shù)，通過這些方法可以實現(xiàn)在軟件開發(fā)過程中對其質(zhì)量可靠性的控制和提高。