劉俊輝，李 娜

（鄭州牧業(yè)工程高等?？茖W(xué)校 信息工程系，河南 鄭州450011）

可靠性作為衡量軟件質(zhì)量的重要特性，其定量評(píng)估和預(yù)測(cè)早已成為人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)[1]。針對(duì)可靠性模型及其應(yīng)用所展開(kāi)的研究主要集中在兩個(gè)方面:關(guān)于軟件可靠性早期預(yù)測(cè)模型的研究和關(guān)于軟件可靠性預(yù)測(cè)模型的研究[2]。在目前的研究成果中，主要集中在關(guān)于軟件可靠性預(yù)測(cè)模型的研究方面，而對(duì)于早期預(yù)測(cè)模型成果很少，同時(shí)，大多數(shù)模型沒(méi)有考慮軟件過(guò)程特性，模型的應(yīng)用范圍一般只能局限在一定的子空間中，通用性比較差。

現(xiàn)代軟件工程認(rèn)為，軟件質(zhì)量形成于軟件過(guò)程。過(guò)程因素是影響軟件可靠性的主要因素。但遺憾的是，直到今天，難以甚至無(wú)法確定哪些過(guò)程因素對(duì)軟件可靠性有影響，過(guò)程因素與軟件可靠性之間定性關(guān)系是什么都不是很清楚，就更別提利用其度量去預(yù)測(cè)軟件可靠性了。筆者檢索并研讀了大量文獻(xiàn)，利用文獻(xiàn)比較分析法，從軟件過(guò)程的視角出發(fā)去分析討論影響軟件可靠性的因素問(wèn)題，進(jìn)而為建立軟件可靠性早期預(yù)測(cè)模型提供分析基礎(chǔ)。

1 文獻(xiàn)比較分析法過(guò)程

1.1 文獻(xiàn)檢索

為了確定影響軟件可靠性的因素，文章首先進(jìn)行廣泛的文獻(xiàn)檢索。檢索的范圍包括：書(shū)籍、期刊、會(huì)議論文、學(xué)位論文以及技術(shù)報(bào)告。檢索的介質(zhì)以電子圖書(shū)館為主，主要包括IEEE、ACM、ScienceDirect，CiteSeer、ISI web ofknowledge、Springer、Netlibrary、CNKI、書(shū)生之家、超星圖書(shū)、方正電子圖書(shū)等。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)也是檢索范圍之一?；ヂ?lián)網(wǎng)上的檢索主要限定在以 .org、.edu、.gov命名的站點(diǎn)搜索，如：http://csse.usc.edu/csse/TECHRPTS/PhD_Dissertations/，是美國(guó)南加州大學(xué)（USC）系統(tǒng)和軟件工程中心（CSSE）多年來(lái)的博士論文集。

檢索的關(guān)鍵字是能夠準(zhǔn)確檢索的關(guān)鍵。對(duì)影響因素的幾個(gè)文獻(xiàn)進(jìn)行掃描，以尋找合適的檢索條件[3-4]。并據(jù)此推斷，檢索條件可分為3類(lèi)：一般應(yīng)用領(lǐng)域、特定應(yīng)用領(lǐng)域以及特定關(guān)鍵字。文中“一般應(yīng)用領(lǐng)域”是指直接面向本文的研究領(lǐng)域的檢索，如：軟件可靠性、軟件質(zhì)量等；文中第二類(lèi)“特定應(yīng)用領(lǐng)域”是幫助縮小檢索范圍的術(shù)語(yǔ)，例如：缺陷注入、缺陷引入、缺陷預(yù)防、成本預(yù)測(cè)等。通過(guò)這一類(lèi)檢索條件，無(wú)論什么樣的影響因素都會(huì)被檢索出來(lái)；文中第三類(lèi)“特定關(guān)鍵字”是進(jìn)一步縮小檢索范圍的檢索條件。特定關(guān)鍵字由一組同義詞、可替換的術(shù)語(yǔ)或者相關(guān)聯(lián)的概念組成，例如：factors、drivers、variables、causes、contributors、reasons 等。

將這 3類(lèi)檢索條件進(jìn)行組合（布爾運(yùn)算，如：and、or），可檢索到相關(guān)的文獻(xiàn)。至此，可以做進(jìn)一步的檢索：通過(guò)文獻(xiàn)中的參考文獻(xiàn)，直接檢索相關(guān)的書(shū)籍、論文以及技術(shù)報(bào)告等。

軟件不可靠的根本原因是軟件中存在著錯(cuò)誤或缺陷。有研究者認(rèn)為軟件特性、人的因素和軟件工程管理是影響軟件可靠性的主要因素。這些因素又可具體分為軟件的可理解性、軟件定義的嚴(yán)密性、軟件的復(fù)雜性以及軟件工程管理、軟件測(cè)試與排錯(cuò)、人為因素、環(huán)境因素以及軟件可靠性工程技術(shù)的研究水平與應(yīng)用能力。也有專家認(rèn)為：錯(cuò)誤的引入、錯(cuò)誤的清除以及環(huán)境是影響軟件可靠性的主要因素。錯(cuò)誤的引入主要取決于產(chǎn)品特性和開(kāi)發(fā)過(guò)程。其中，最重要的產(chǎn)品特性就是程序的規(guī)模。開(kāi)發(fā)過(guò)程特性包括所使用的軟件工程技術(shù)和使用的工具、人員的經(jīng)驗(yàn)水平、需求的變更以及其他的因素。錯(cuò)誤的清除依賴于失效的發(fā)現(xiàn)和修復(fù)活動(dòng)的質(zhì)量，而失效的發(fā)現(xiàn)又依賴于軟件被執(zhí)行的程度以及操作剖面。下面詳細(xì)討論部分研究者們對(duì)于影響軟件可靠性的因素的觀點(diǎn)。

1）孫志安等在其著述[6]中指出：影響軟件可靠性的因素包括運(yùn)行剖面、軟件規(guī)模、軟件結(jié)構(gòu)、軟件可靠性設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試、軟件工程化管理與軟件可靠性工程管理、軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、方法和工具以及人員等因素。

2）中國(guó)軟件測(cè)評(píng)中心認(rèn)為，影響軟件可靠性的因素主要有：①軟件規(guī)模②軟件對(duì)實(shí)際需求的表述上的符合度，③軟件的運(yùn)行剖面，④軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即軟件復(fù)雜度，⑤軟件的開(kāi)發(fā)方法，⑥軟件開(kāi)發(fā)人員的能力和經(jīng)驗(yàn)，⑦軟件開(kāi)發(fā)的支持環(huán)境，⑧軟件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，⑨軟件的測(cè)試與投放方式[7]。

3）Zhang在其文獻(xiàn)[4]中對(duì)13個(gè)公司的調(diào)查結(jié)果分析后，提出了基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響軟件可靠性的32個(gè)因素，并分析了這些因素對(duì)軟件可靠性影響的相對(duì)權(quán)重以及相互關(guān)系。這32個(gè)因素貫穿了軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段。其中最重要的是軟件復(fù)雜度、程序員的技能、測(cè)試工作量、測(cè)試覆蓋率、測(cè)試環(huán)境和程序規(guī)格說(shuō)明書(shū)的改動(dòng)頻率6個(gè)因素。

4）謝瑞生在其文獻(xiàn)[8]中指出引起軟件缺陷的原因有內(nèi)在原因、外在原因以及主觀原因。內(nèi)在的原因包括：①軟件生命周期各階段可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤，包括需求差錯(cuò)、設(shè)計(jì)差錯(cuò)、編碼差錯(cuò)、測(cè)試差錯(cuò)以及文檔差錯(cuò)；②軟件開(kāi)發(fā)工具對(duì)可靠性的影響。外在原因包括安裝培訓(xùn)、運(yùn)行環(huán)境、軟件使用以及軟件維護(hù)管理等。主觀原因主要是指軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程、使用過(guò)程以及維護(hù)過(guò)程中人員的原因所引起的失效，包括在軟件生命周期中，涉及到的需求人員、設(shè)計(jì)人員、編程人員、測(cè)試人員、維護(hù)人員以及使用人員等。文獻(xiàn)[8]同時(shí)認(rèn)為還有一些客觀原因會(huì)引起軟件的失效，比如時(shí)間進(jìn)度問(wèn)題、開(kāi)發(fā)費(fèi)用問(wèn)題，而軟件本身的復(fù)雜度也是引起軟件失效的一個(gè)很重要的原因。

5）Jacobs在其文獻(xiàn)[3]指出影響軟件可靠性的因素可分為兩大類(lèi)：缺陷引入和缺陷檢測(cè)。缺陷引入又由16個(gè)因素決定，而缺陷檢測(cè)由17個(gè)因素決定。這些因素中，和過(guò)程有關(guān)的因素包括開(kāi)發(fā)人員的能力、領(lǐng)域知識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)、管理能力、程序復(fù)雜度、溝通能力、項(xiàng)目管理、過(guò)程管理、變更控制、文檔質(zhì)量、需求質(zhì)量、開(kāi)發(fā)環(huán)境、計(jì)劃偏移度、開(kāi)發(fā)過(guò)程成熟度、產(chǎn)品調(diào)研等。

6）Nikora[9]指出影響缺陷引入的因素很多，主要有開(kāi)發(fā)環(huán)境（比如使用的開(kāi)發(fā)方法、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以及CASE工具等）、產(chǎn)品特征（比如軟件復(fù)雜度）以及系統(tǒng)中已經(jīng)存在的缺陷數(shù)。

還有很多文獻(xiàn)從不同角度綜合討論了影響軟件可靠性的因素[10]。站在不同的角度去分析，得到的影響軟件可靠性的原因也是多方面的。從軟件開(kāi)發(fā)的角度而言，影響軟件可靠性的主要因素包括:軟件規(guī)模、運(yùn)行剖面、軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、軟件可靠性管理、軟件可靠性測(cè)試與投入、軟件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)方法和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等。就軟件規(guī)模而言，規(guī)模越大，其可靠性問(wèn)題就越多。簡(jiǎn)單軟件，可靠性問(wèn)題很容易通過(guò)較為全面的測(cè)試而解決，所以軟件可靠性主要是針對(duì)于中型以上的軟件而言。

1.2 文獻(xiàn)比較分析

文獻(xiàn)研究的過(guò)程首先應(yīng)對(duì)文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行定性研究。本文將影響因素分為了兩類(lèi)：正向（積極）的影響、反向（消極）的影響。所謂正向的影響是指，隨著影響因素的影響增大，軟件可靠性也隨之改善。反向影響是指：隨著影響因素的影響增大，軟件可靠性降低。正向的影響，其定義中，會(huì)有肯定性的詞匯，如：“有效”、“use of”、“availability of” 以及“mature”。 而對(duì)于反向的影響，其定義中，會(huì)有諸如：“缺乏”、“l(fā)ack of”、“missing”或者“availability”等否定意義的詞匯存在。其定性分析，可由影響因素的定義并結(jié)合專家的意見(jiàn)來(lái)確定。由于本文的研究目的是為提出可用于軟件測(cè)試之前的早期可靠性預(yù)測(cè)模型，故：對(duì)于軟件測(cè)試階段中存在的影響軟件可靠性的因素也不予考慮。分析依如下過(guò)程進(jìn)行：

1）摒棄和測(cè)試有關(guān)的因素。如：Zhang在其文獻(xiàn)[4]中提出的：測(cè)試環(huán)境、測(cè)試努力程度、測(cè)試資源的配置、測(cè)試工具、測(cè)試方法、測(cè)試覆蓋率、測(cè)試文檔化7個(gè)與測(cè)試過(guò)程有關(guān)的因素。Schulmeyer提到的：測(cè)試覆蓋率、缺陷檢測(cè)率等和測(cè)試有關(guān)的因素。

2）剔除非過(guò)程因素。如謝瑞生提出的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。Musa指出的軟件的運(yùn)行剖面等因素。

3）合并相同因素。如 Evanco、LLNL、Nikora以及徐仁佐等都認(rèn)為軟件復(fù)雜度是影響軟件可靠性的一個(gè)很重要的因素。Li Ming、Boehm、Schneberger等都認(rèn)為開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)、度量和模型的使用等都會(huì)影響軟件可靠性。

4）重新定義相近因素。例如表1為相關(guān)機(jī)構(gòu)和學(xué)者定義的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中對(duì)軟件可靠性建模的影響因素，這些因素是相近的。

表1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中的影響因素Tab.1 Influencing factors in software development environment

對(duì)這些相近的影響因素進(jìn)行重新定義，具體見(jiàn)表2所示：

表2 重新定義的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中的影響因素Tab.2 Redefined influencing factors in software development environment

2 文獻(xiàn)比較分析法預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)

利用對(duì)軟件過(guò)程的度量，可以預(yù)測(cè)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)而預(yù)測(cè)軟件可靠性。在1.2的基礎(chǔ)上，以軟件過(guò)程為線索，摒棄非過(guò)程因素，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)得到軟件可靠性影響因素。由于篇幅有限，下面僅列出部分比較重要的影響因素，如表3所示。

從表3所標(biāo)明的部分影響因素來(lái)看，所獲結(jié)果能夠?qū)υ缙谲浖|(zhì)量進(jìn)行有效地預(yù)測(cè)。

表3 軟件可靠性部分影響因素Tab.3 Part of influencing factors of software reliability

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究是軟件可靠性早期預(yù)測(cè)模型研究的基礎(chǔ)研究部分。對(duì)軟件可靠性早期預(yù)測(cè)模型的研究，首先必須考慮影響軟件可靠性的主要因素。而軟件過(guò)程是人們用來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)軟件意見(jiàn)相關(guān)產(chǎn)品的一組活動(dòng)、方法、實(shí)踐以及轉(zhuǎn)換。過(guò)程的因素是影響軟件可靠性的主要因素。文中分析總結(jié)了影響軟件可靠性的過(guò)程因素，以期改進(jìn)軟件可靠性早期預(yù)測(cè)模型的中鮮有模型考慮軟件過(guò)程特性的現(xiàn)狀，并建立基于過(guò)程特性的軟件可靠性早期模型。

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