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【摘 要】本文介绍了软件可靠性设计的基本概念，软件故障产生的机理，软件质量的可靠性参数，并且着重介绍了软件可靠性设计方法。
【关键词】计算机软件 可靠性设计 机理 参数
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。应用本身对系统运行的可靠性要求越来越高，在一些关键的应用领域，如航空、航天等，其可靠性要求尤为重要，在银行等服务性行业，其软件系统的可靠性也直接关系到自身的声誉和生存发展竞争能力。特别是软件可靠性比硬件可靠性更难保证，会严重影响整个系统的可靠性。在许多项目开发过程中，对可靠性没有提出明确的要求，开发商（部门）也不在可靠性方面花更多的精力，往往只注重速度、结果的正确性和用户界面的友好性等，而忽略了可靠性。在投入使用后才发现大量可靠性问题，增加了维护困难和工作量，严重时只有束之高阁，无法投入实际使用。本文仅就软件可靠性工程在软件开发过程中的应用谈谈自己的认识。
一、软件可靠性设计的基本概念
（一）软件及软件故障
软件（也称程序）本质上是一种把一组离散输入变成一组离散输出的工具，它由一组编码语句组成，这些语句的功能基本上是以下功能之一：1.计算一个表达式并将其结果存储在单元里；2.决定下一步要执行哪个语句；3.进行输入/输出控制。
软件产品与硬件产品一样。软件的可靠性工作也是贯穿于软件的整个寿命周期的。软件的寿命周期，是指从软件任务的提出一直到它完成使命，因陈旧而被废弃为止的整个时间历程，这个寿命周期包括了提出要求/规格说明、设计、实现、检验、维护等五个阶段，前四个阶段为开发期，维护阶段为使用期。
（二）软件可靠性
关于软件可靠性的定义是什么。较多的人认为软件的可靠性与“概率统计的可靠性”的概念密切相关，软件的可靠性是软件在规定的条件下、规定的时间周期内执行所要求功能的能力。软件的可靠度是软件在规定的条件下、规定的时间内不引起系统故障的概率，该概率是系统输入与系统使用的函数。
二、软件质量的可靠性参数
（一）系统平均不工作间隔时间（MTBSD或MTBD）
设d为软件正常工作总时间，d为系统由于软件故障而停止工作的次数，则定义TBSD=Tv/（d+1）。式中，TBSD—MTBSD；Tv—软件正常工作总时间（h）；d—系统由于软件故障而停止工作的次数。MTBSD反映了系统的稳定性。
（二）系统不工作次数（一定时期内）
由于软件故障而停止工作，必须由操作者介入再启动才能继续工作的次数。
（三）可用度A
设Tv为软件正常工作总时间，TD为由于软件故障使系统不工作的时间，则定义A=TV/（TV+TD）。它反映了系统的稳定性，亦可表达为A=TBD/（TBD+TDT）。式中，TBD—MTBD（h），TDT—平均不工作时间，以下简称MDT（h）。对一般生产用计算机系统，要求A≥99.8%；银行计算机系统，要求A>99.9%。
（四）MTTR
它反映了出现软件缺陷后采取对策的效率。在一定程度上也反映了软件企业对社会服务的责任心。对于在线系统而言，MTT只要求不超过2天，变差系数应小于1。一般的MTTR也应小于7天，变差系数小于1。
（五）平均不工作时间（MDT）
即由于软件故障，系统不工作的均值。对在线系统而言。MDT要求不超过10min一般的MDT<30min。
（六）初期故障
一般以软件交付使用后的三个月内为初期故障期。初期故障率的大小取决于软件设计水平、检查项日数、软件规模、软件调试彻底与否等因素。
（七）偶然故障率
一般以软件交付给使用方四个月后为偶然故障期，偶然故障率以每1000h的故障数为单位，它反映了软件处于稳定状态下的质量。一般最少要求偶然故障率不超过1，即每千小时不到1个故障，亦即MTBF超过1000h。
（八）使用方误用率
使用方不按照软件规范及说明等使用造成的错误叫使用方误用。在总使用次数中，使用方误用次数占的百分率叫使用方误用率。造成使用方误用的原因之一是使用方对说明理解不深，操作不熟练，但也有可能是说明没有讲得很清楚而引起误解。其他的原因还有软件系统的可操作性还应改进、对使用方的使用培训还要更深入等等。
（九）用户提出补充要求数
这反映软件未能充分满足用户的需要，有时要求是特定用户的特定要求，生产方为了更好地为社会服务，应该尽力满足他们的要求。
（十）处理能力
处理能力有各种指标。例如可用每小时平均处理多少文件、每项工作的反应时间多少秒等来表示，根据需要而定。在评价软件及系统的经济效益时需用这项指标。
三、软件可靠性设计方法
从软件可靠性的概念可知，软件的缺陷可以导致错误并造成系统的故障，因此，缺陷是一切错误的根源。为了提高软件的可靠性，最关键的还是力求减少软件中的缺陷。软件的缺陷来自软件寿命周期的各个阶段，因此应想方设法在寿命周期的各个阶段减少缺陷。缺陷在一定的环境条件下暴露，导致系统运行中出现错误。软件的错误概括地说可能由规范（要求/规格说明）、软件系统设计及编码过程产生。
四、结束语
软件可靠性设计工程是一门虽然得到普遍承认，但还处于不成熟的正在发展确立阶段的新工程学科，任然存在很多问题，需要去探索、研究和解决。本文介绍只在软件可靠性设计方面抛砖引玉，提供借鉴。
参考文献：
[1]张磊，周继锋，张强.系统软件可靠性验证测试方法研究[J].计算机与数字工程，2010，06.
[2]曾福萍，靳慧亮，陆民燕.软件缺陷模式的研究[J].计算机科学，2011，02.
【关键词】计算机软件 可靠性设计 机理 参数
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。应用本身对系统运行的可靠性要求越来越高，在一些关键的应用领域，如航空、航天等，其可靠性要求尤为重要，在银行等服务性行业，其软件系统的可靠性也直接关系到自身的声誉和生存发展竞争能力。特别是软件可靠性比硬件可靠性更难保证，会严重影响整个系统的可靠性。在许多项目开发过程中，对可靠性没有提出明确的要求，开发商（部门）也不在可靠性方面花更多的精力，往往只注重速度、结果的正确性和用户界面的友好性等，而忽略了可靠性。在投入使用后才发现大量可靠性问题，增加了维护困难和工作量，严重时只有束之高阁，无法投入实际使用。本文仅就软件可靠性工程在软件开发过程中的应用谈谈自己的认识。
一、软件可靠性设计的基本概念
（一）软件及软件故障
软件（也称程序）本质上是一种把一组离散输入变成一组离散输出的工具，它由一组编码语句组成，这些语句的功能基本上是以下功能之一：1.计算一个表达式并将其结果存储在单元里；2.决定下一步要执行哪个语句；3.进行输入/输出控制。
软件产品与硬件产品一样。软件的可靠性工作也是贯穿于软件的整个寿命周期的。软件的寿命周期，是指从软件任务的提出一直到它完成使命，因陈旧而被废弃为止的整个时间历程，这个寿命周期包括了提出要求/规格说明、设计、实现、检验、维护等五个阶段，前四个阶段为开发期，维护阶段为使用期。
（二）软件可靠性
关于软件可靠性的定义是什么。较多的人认为软件的可靠性与“概率统计的可靠性”的概念密切相关，软件的可靠性是软件在规定的条件下、规定的时间周期内执行所要求功能的能力。软件的可靠度是软件在规定的条件下、规定的时间内不引起系统故障的概率，该概率是系统输入与系统使用的函数。
二、软件质量的可靠性参数
（一）系统平均不工作间隔时间（MTBSD或MTBD）
设d为软件正常工作总时间，d为系统由于软件故障而停止工作的次数，则定义TBSD=Tv/（d+1）。式中，TBSD—MTBSD；Tv—软件正常工作总时间（h）；d—系统由于软件故障而停止工作的次数。MTBSD反映了系统的稳定性。
（二）系统不工作次数（一定时期内）
由于软件故障而停止工作，必须由操作者介入再启动才能继续工作的次数。
（三）可用度A
设Tv为软件正常工作总时间，TD为由于软件故障使系统不工作的时间，则定义A=TV/（TV+TD）。它反映了系统的稳定性，亦可表达为A=TBD/（TBD+TDT）。式中，TBD—MTBD（h），TDT—平均不工作时间，以下简称MDT（h）。对一般生产用计算机系统，要求A≥99.8%；银行计算机系统，要求A>99.9%。
（四）MTTR
它反映了出现软件缺陷后采取对策的效率。在一定程度上也反映了软件企业对社会服务的责任心。对于在线系统而言，MTT只要求不超过2天，变差系数应小于1。一般的MTTR也应小于7天，变差系数小于1。
（五）平均不工作时间（MDT）
即由于软件故障，系统不工作的均值。对在线系统而言。MDT要求不超过10min一般的MDT<30min。
（六）初期故障
一般以软件交付使用后的三个月内为初期故障期。初期故障率的大小取决于软件设计水平、检查项日数、软件规模、软件调试彻底与否等因素。
（七）偶然故障率
一般以软件交付给使用方四个月后为偶然故障期，偶然故障率以每1000h的故障数为单位，它反映了软件处于稳定状态下的质量。一般最少要求偶然故障率不超过1，即每千小时不到1个故障，亦即MTBF超过1000h。
（八）使用方误用率
使用方不按照软件规范及说明等使用造成的错误叫使用方误用。在总使用次数中，使用方误用次数占的百分率叫使用方误用率。造成使用方误用的原因之一是使用方对说明理解不深，操作不熟练，但也有可能是说明没有讲得很清楚而引起误解。其他的原因还有软件系统的可操作性还应改进、对使用方的使用培训还要更深入等等。
（九）用户提出补充要求数
这反映软件未能充分满足用户的需要，有时要求是特定用户的特定要求，生产方为了更好地为社会服务，应该尽力满足他们的要求。
（十）处理能力
处理能力有各种指标。例如可用每小时平均处理多少文件、每项工作的反应时间多少秒等来表示，根据需要而定。在评价软件及系统的经济效益时需用这项指标。
三、软件可靠性设计方法
从软件可靠性的概念可知，软件的缺陷可以导致错误并造成系统的故障，因此，缺陷是一切错误的根源。为了提高软件的可靠性，最关键的还是力求减少软件中的缺陷。软件的缺陷来自软件寿命周期的各个阶段，因此应想方设法在寿命周期的各个阶段减少缺陷。缺陷在一定的环境条件下暴露，导致系统运行中出现错误。软件的错误概括地说可能由规范（要求/规格说明）、软件系统设计及编码过程产生。
四、结束语
软件可靠性设计工程是一门虽然得到普遍承认，但还处于不成熟的正在发展确立阶段的新工程学科，任然存在很多问题，需要去探索、研究和解决。本文介绍只在软件可靠性设计方面抛砖引玉，提供借鉴。
参考文献：
[1]张磊，周继锋，张强.系统软件可靠性验证测试方法研究[J].计算机与数字工程，2010，06.
[2]曾福萍，靳慧亮，陆民燕.软件缺陷模式的研究[J].计算机科学，2011，02.