軟件可靠性設計與分析(已修改)
2025-01-18 17:30 本頁面
【正文】 軟件可靠性分析與設計 軟件可靠性分析與設計 軟 件 可 靠 性 管 理 軟 件 可 靠 性 參 數(shù)與 指 標 的 確 定軟 件 可 靠 性 分析 與 設 計軟 件 可 靠 性 測試 與 驗 證軟 件 交 付 與 使用軟 件 可 靠 性 早期 預 計軟 件 可 靠 性 預計 和 估 計軟 件 需 求 分 析 階 段 軟 件 設 計 與 實 現(xiàn) 階 段 軟 件 測 試 階 段 軟 件 交 付 與 使 用軟件可靠性分析與設計的原因 ? 軟件在使用中發(fā)生失效（不可靠）會導致任務的失敗，甚至導致災難性的后果。因此，應在軟件設計過程中，對可能發(fā)生的失效進行分析，采取必要的措施避免將引起失效的缺陷引入軟件，為失效糾正措施的制定提供依據(jù)，同時為避免類似問題的發(fā)生提供借鑒。 ? 這些工作將會大大提高使用中軟件的可靠性，減少由于軟件失效帶來的各種損失。 Myers設計原則 Myers專家提出了在可靠性設計中必須遵循的兩個原則： ? 控制程序的復雜程度 –使系統(tǒng)中的各個模塊具有最大的獨立性 –使程序具有合理的層次結構 –當模塊或單元之間的相互作用無法避免時，務必使其聯(lián)系盡量簡單，以防止在模塊和單元之間產(chǎn)生未知的邊際效應 ? 是與用戶保持緊密聯(lián)系 軟件可靠性設計 ? 軟件可靠性設計的實質(zhì)是在常規(guī)的軟件設計中，應用各種必須的方法和技術，使程序設計在兼顧用戶的各種需求時，全面滿足軟件的可靠性要求。 ? 軟件的可靠性設計應和軟件的常規(guī)設計 緊密地結合，貫穿 于常規(guī)設計過程的 始終 。 ? 這里所指的設計是 廣義的設計 ，它包括了從需求分析開始，直至實現(xiàn)的全過程。 軟件可靠性設計的四種類型 容錯 設計 改錯 設計 查錯 設計 避錯 設計 軟件可 靠性設計 軟件避錯 設計 ? 避錯設計是使軟件產(chǎn)品在設計過程中，不發(fā)生錯誤或少發(fā)生錯誤的一種設計方法。的設計原則是控制和減少程序的復雜性。 ? 體現(xiàn)了以預防為主的思想， 軟件可靠性設計的 首要方法 ? 各個階段都要進行避錯 ? 從開發(fā)方法、工具等多處著手 –避免需求錯誤 ? 深入研究用戶的需求（用戶申明的和未申明的） ? 用戶早期介入，如采用原型技術 –選擇好的開發(fā)方法 ? 結構化方法：包括分析、設計、實現(xiàn) ? 面向?qū)ο蟮姆椒ǎ喊ǚ治?、設計、實現(xiàn) ? 基于部件的開發(fā)方法（ COMPONENT BASED） ? 快速原型法 軟件避錯設計準則 ? (1)模塊化與模塊獨立 – 假設函數(shù) C(X)定義了問題 X的復雜性，函數(shù) E(X)定義了求解問題 X需要花費的工作量（按時間計），對于問題 P1和問題 P2，如果 C(P1) C(P2)，則有 E(P1) E(P2)。 – 人類求解問題的實踐同時又揭示了另一個有趣的性質(zhì)： (P1+ P2) C(P1) +C(P2) – 由上面三個式子可得： E(P1+ P2) E (P1) + E (P2) ? 這個結論導致所謂的 “ 分治法 ” 將一個復雜問題分割成若干個可管理的小問題后更易于求解，模塊化正是以此為據(jù)。 ? 模塊的獨立程序可以由兩個定性標準度量，這兩個標準分別稱為內(nèi)聚和耦合。耦合衡量不同模塊彼此間互相依賴的緊密程度。內(nèi)聚衡量一個模塊內(nèi)部各個元素彼此結合的緊密程度。 軟件避錯設計準則 ? (2)抽象和逐步求精 – 抽象是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時不考慮它們的細節(jié) ? 舉例 – 抽象 Ⅰ 該 CAD軟件系統(tǒng)配有能與繪圖員進行可視化通信的圖形界面，能用鼠標代替繪圖工具畫各種直線和曲線；能完成所有幾何計算以及所有截面視圖和輔助視圖的設計。 – 抽象 Ⅱ CAD軟件任務； – 用戶界面子任務； – 創(chuàng)建二維圖形子任務； – 管理圖形文件子任務； – END CAD – 抽象 III……………… ? 軟件工程過程的每一步都是對軟件解法的抽象層次的一次精化 軟件避錯設計準則 ? (3)信息隱蔽和局部化 – 信息隱藏原理指出：應該這樣設計和確定模塊，使得一個模塊內(nèi)包含的信息對于不需要這些信息的模塊來說，是不能訪問的。 “ 只有需要才能知道 ” – – 如果絕大多數(shù)數(shù)據(jù)和過程對于軟件的其他部分而言是隱蔽的，那么在修改期間由于疏忽而引入的錯誤就很少可能傳播到軟件的其它部分 – 局部化是指把一些關系密切的軟件元素物理地放得彼此靠近 ? 局部變量 啟發(fā)規(guī)則 ? 改進軟件結構提高模塊獨立性 ? 模塊規(guī)模應該適中 ? 深度、寬度、扇出和扇入都應適當 – 深度表示軟件結構中控制的層數(shù)，它往往能粗略地標志一個系統(tǒng)的大小和復雜程度。 – 寬度是軟件結構內(nèi)同一層次上的模塊總數(shù)的最大值。 – 扇入是指有多少個上級模塊直接調(diào)用它，扇入越大則共享該模塊的上級模塊數(shù)目越多，這是有好處的。 – 扇出是一個模塊直接調(diào)用的模塊數(shù)目，扇出過大意味著模塊過分復雜，需要控制和協(xié)調(diào)過多的下級模塊。 C A H B E G F D I 其中 E函數(shù)扇入數(shù)為 2，扇出數(shù)為 3。 圈復雜度 115的控制流圖 圈復雜度 10的控制流圖 啟發(fā)規(guī)則 ? 模塊的作用域應該在控制域之內(nèi) ? 力爭降低模塊接口的復雜程度 – QUADROOT(TBL,X) =QUADROOT(A,B,C,ROOT1,ROOT2) ? 設計單入口單出口的模塊 ? 模塊功能應該可以預測 軟件避錯設計 ? 慎重使用容易引入缺陷的結構和技術 –浮點數(shù) –指針 –動態(tài)內(nèi)存分配 –并行 –遞歸 –中斷 –繼承 –別名 –默認輸入的處理 軟件查錯設計 軟件查錯設計 ? 軟件查錯設計是指在設計中賦予程序某些特殊的功能，使程序 在運行中自動查找 存在錯誤的一種設計方法。 ? 被動式錯誤檢測 – 在程序的若干部位設臵檢測點，等待錯誤征兆的出現(xiàn) ? 主動式錯誤檢測 – 對程序狀態(tài)主動進行檢查 被動式錯誤檢測 ? 檢測原則 – 相互懷疑原則 ：在設計任何一個單元、模塊時，假設其它單元、模塊存在著錯誤； – 立即檢測原
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