軟件檢驗(yàn)中的六性要求探討

趙智偉 王猛 周輝 安娜

摘要：針對(duì)大型復(fù)雜軟件可靠性低、重大任務(wù)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)軟件故障的問(wèn)題，從軟件的全生命周期角度研究軟件可靠性設(shè)計(jì)方法;從軟件可靠性檢驗(yàn)、軟件維修性檢驗(yàn)、軟件保障性檢驗(yàn)、軟件測(cè)試性檢驗(yàn)、軟件安全性檢驗(yàn)和軟件環(huán)境適應(yīng)性檢驗(yàn)等方面探討軟件六性檢驗(yàn)方法。針對(duì)軟件可靠性檢驗(yàn)，從軟件失效、功能剖面、失效模式和影響度分析、可靠性定義、可靠性模型選擇和指標(biāo)分配，涵蓋了軟件需求、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及測(cè)試設(shè)計(jì)等不同階段，最后以實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵件;失效模式;可靠性模型;六性檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-1739（2021）13-70-4

Discussion on Six Properties of Software Inspection

ZHAO Zhiwei1， WANG Meng2， ZHOU Hui3， AN Na4

（1. Unit 91917， PLA， Beijing 102401， China;

2. Military Representative Office of the Equipment Department of PLA Rocket Force Stationed in Langfang， Langfang 065000， China;

3. Military Representative Office of the Military Representative Bureau of Equipment Development Department of CMC Stationed inShijiazhuang， Shijiazhuang 050081， China;

4. The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China）

Abstract：In view of low reliability of large and complex software and software fault in running， the design of software reliability isstudied. The inspection method of six properties of software is discussed， from the view of software lifetime， including softwarereliability， maintenance， safeguard， testing and safety and environments adaptability. Aiming at the software reliability， the softwarefault and software function profile and fault mode， effect analysis， reliability definition， reliability model choice and indexes allocationcover the software requirement， online design， detailed design and testing design. At last， the verification is done by using the instance.

Keywords：key module; fault mode; reliability model; six properties inspection

0 引言

軟件是各個(gè)系統(tǒng)的必要組成部分，也是各系統(tǒng)的核心功能所在，隨著 SDN/NFV 的出現(xiàn)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)及硬件功能軟件化、虛擬化，軟件的地位和作用越來(lái)越突出。同時(shí)軟件直接面向各級(jí)各類運(yùn)維人員，是網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行狀態(tài)的呈現(xiàn)者，為大型任務(wù)網(wǎng)可靠高效運(yùn)行保駕護(hù)航，為重大任務(wù)的順利完成提供技術(shù)支撐，因此研制高可靠性高質(zhì)量的軟件勢(shì)在必行，研究探討軟件六性檢驗(yàn)、提升軟件質(zhì)量和可靠性具有重要意義。

1 軟件可靠性檢驗(yàn)

軟件可靠性檢驗(yàn)主要包括軟件復(fù)雜度、軟件冗余、軟件健壯性、軟件避錯(cuò)和軟件程序可讀性檢驗(yàn)。

1.1 軟件復(fù)雜度檢驗(yàn)

軟件復(fù)雜度檢驗(yàn)主要關(guān)注層次結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)、服務(wù)化設(shè)計(jì)等方面：

①體系架構(gòu)檢驗(yàn)：檢驗(yàn)軟件是否有體系架構(gòu)設(shè)計(jì)圖，針對(duì)大型復(fù)雜軟件，重點(diǎn)檢驗(yàn)是否進(jìn)行體系架構(gòu)的層次性分解。

②功能剖面設(shè)計(jì)檢驗(yàn)：是否進(jìn)行軟件功能分解，是否封裝為軟件模塊，軟件模塊的分解圖、軟件的關(guān)鍵件和重要件是否確定，軟件的功能剖面是否具備，軟件功能剖面是否進(jìn)行了功能模塊標(biāo)識(shí)、功能模塊說(shuō)明;是否將軟件功能剖面進(jìn)行了功能執(zhí)行概率分解，執(zhí)行概率與軟件可靠度是否進(jìn)行了分解和匹配。

③服務(wù)化設(shè)計(jì)檢驗(yàn)：是否將軟件模塊進(jìn)行了服務(wù)化封裝，服務(wù)化的軟件模塊是否采用標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口進(jìn)行消息交互。

④軟件失效分析：是否描繪了軟件失效模式與影響分析表，細(xì)化為軟件模塊的失效模式、失效原因、失效影響和嚴(yán)重程度，對(duì)整個(gè)軟件的失效影響概率。

⑤關(guān)鍵件重要件的失效模式及故障恢復(fù)：在軟件功能模塊化分解之后，提取對(duì)軟件系統(tǒng)有重大影響的模塊，確定為關(guān)鍵件或重要件，分析失效模式以及故障快速處理手段和方法。

⑥可靠性指標(biāo)分配：將系統(tǒng)可靠性指標(biāo)進(jìn)行了分配和分解，確定軟件系統(tǒng)的可靠性三要素，即規(guī)定的條件、規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的功能。

規(guī)定的條件指軟件的運(yùn)行環(huán)境，涉及軟件系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需的各種支持要素，如支持硬件、操作系統(tǒng)、其他支持軟件、輸入數(shù)據(jù)格式和范圍以及操作規(guī)程等。不同的環(huán)境條件下軟件的可靠性是不同的。具體地說(shuō)，規(guī)定的環(huán)境條件主要是描述軟件系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)計(jì)算機(jī)的配置情況以及對(duì)輸入數(shù)據(jù)的要求。

規(guī)定的條件還指軟件的用法，一個(gè)軟件的可靠性隨著用法的不同而不同。有些用法可以揭露軟件的故障，有些則不能揭露軟件的故障。因此如何定義軟件的用法，以及如何度量軟件用法對(duì)軟件失效的影響，是軟件可靠性設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要問(wèn)題。

規(guī)定的時(shí)間指軟件的工作周期，軟件可靠性是時(shí)間的函數(shù)，失效的概率隨著系統(tǒng)工作周期的增長(zhǎng)而增加。軟件可靠性只是體現(xiàn)在運(yùn)行階段，所以將運(yùn)行時(shí)間作為規(guī)定的時(shí)間的度量。運(yùn)行時(shí)間包括軟件系統(tǒng)運(yùn)行后工作與掛起（開(kāi)啟但空閑）的累計(jì)時(shí)間。由于軟件運(yùn)行的環(huán)境與程序路徑選取的隨機(jī)性，軟件的失效為隨機(jī)事件，所以運(yùn)行時(shí)間屬于隨機(jī)變量。

規(guī)定功能指軟件不出現(xiàn)失效。如果一個(gè)系統(tǒng)不能完成其規(guī)定功能，就說(shuō)明它已經(jīng)失效。規(guī)定的功能通常在軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)中定義，軟件可靠性與規(guī)定的任務(wù)和功能有關(guān)。由于要完成的任務(wù)不同，軟件的運(yùn)行剖面會(huì)有所區(qū)別，則調(diào)用的模塊就不同（即程序路徑選擇不同），其可靠性也可能不同。

軟件系統(tǒng)可靠性模型確定，可按照系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)選用串聯(lián)模型、并聯(lián)模型和權(quán)聯(lián)模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配。

1.2 軟件冗余檢驗(yàn)

軟件冗余檢驗(yàn)主要有以下 3 個(gè)方面：

①系統(tǒng)主機(jī)備份：對(duì)于可靠性要求極高的軟件，如航天系統(tǒng)，一定要檢驗(yàn)相關(guān)軟件是否支持或采用主備熱備、主備冷備、雙機(jī)熱備、多機(jī)熱備模式部署，確保軟件無(wú)故障運(yùn)行，保證重要信息和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)正確存儲(chǔ)備份。

②重要模塊備份：針對(duì)系統(tǒng)功能強(qiáng)大復(fù)雜、軟件模塊眾多的系統(tǒng)的檢驗(yàn)，尤其是航天類系統(tǒng)，要重點(diǎn)檢驗(yàn)關(guān)鍵軟件模塊是否有備份，備份方式是熱備份還是冷備份。

③信息冗余：針對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)是重要的信息存儲(chǔ)方式，因此對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)要重點(diǎn)檢驗(yàn)，一是關(guān)注數(shù)據(jù)庫(kù)的選型方面是否選擇可靠性較高的數(shù)據(jù)庫(kù)，二是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)是否具備實(shí)時(shí)自動(dòng)備份和異地存儲(chǔ)備份功能。

1.3 軟件健壯性檢驗(yàn)

在軟件健壯性檢驗(yàn)中，重點(diǎn)關(guān)注如下方面：

①在界面檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注軟件界面是否需要輸入的地方均采用下拉列表框設(shè)計(jì)，盡量減少編輯框，軟件界面是否對(duì)輸入數(shù)據(jù)的有效性及合理性進(jìn)行設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)輸入范圍（最大值、最小值、合理值、非法值）等是否有相應(yīng)提示或錯(cuò)誤輸入限制。

②軟件數(shù)據(jù)健壯性方面：重點(diǎn)檢驗(yàn)軟件是否采用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)備份等方式，針對(duì)重要數(shù)據(jù)的誤刪除操作是否有信息備份恢復(fù)機(jī)制。

1.4 軟件避錯(cuò)檢驗(yàn)

在軟件避錯(cuò)檢驗(yàn)中，主要關(guān)注如下方面：

①需求檢驗(yàn)：是否有明確的功能需求、性能需求、接口需求、環(huán)境需求、安全需求和人機(jī)界面需求。

②設(shè)計(jì)檢驗(yàn)：是否有詳盡的概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)文檔，是否與需求說(shuō)明直接一一對(duì)應(yīng)。界面設(shè)計(jì)檢驗(yàn)重點(diǎn)針對(duì)界面的友好性、界面輸入限制和錯(cuò)誤提示。

③測(cè)試檢驗(yàn)：重點(diǎn)檢驗(yàn)是否有規(guī)范準(zhǔn)確測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，測(cè)試大綱、測(cè)試用例、測(cè)試報(bào)告，測(cè)試用例是否遍歷所有的測(cè)試項(xiàng)目，是否涵蓋功能、性能及接口等，測(cè)試用例是否具有正常值、邊界值、異常值等邊界測(cè)試。

1.5 軟件程序可讀性檢驗(yàn)

檢驗(yàn)軟件代碼是否進(jìn)行了標(biāo)注和解釋說(shuō)明，代碼注釋率是否達(dá)到軟件規(guī)模的 15%，針對(duì)軟件模塊級(jí)的注釋，是否有模塊功能、模塊接口說(shuō)明;針對(duì)函數(shù)級(jí)的注釋，是否有函數(shù)功能、函數(shù)輸入、函數(shù)輸出、參數(shù)解釋的說(shuō)明。

2 軟件維修性檢驗(yàn)

軟件不同于硬件，其維修性通常定義為針對(duì)軟件模塊的故障定位，同時(shí)軟件運(yùn)行正常與否也取決于軟件所運(yùn)行的硬件平臺(tái)、支撐軟件、應(yīng)用軟件、安裝部署、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方式等多個(gè)方面。為提高軟件的維修性水平，擬采取以下維修性措施：

①軟件運(yùn)行載體選用的硬件平臺(tái)均為通用的、穩(wěn)定的、成熟的 PC 機(jī)和服務(wù)器設(shè)備，選用在國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵軟硬件應(yīng)用推進(jìn)計(jì)劃中安排的國(guó)產(chǎn)服務(wù)器中的一種，內(nèi)部都采取了模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，便于檢查、維修和更換故障模塊;

②軟件運(yùn)行載體整體結(jié)構(gòu)和設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局合理，能夠?qū)崿F(xiàn)視覺(jué)可達(dá)、實(shí)體可達(dá)，并提供充足的操作空間，最終保障維修的可達(dá)性;

③軟件架構(gòu)采用松耦合、緊內(nèi)聚的模塊化設(shè)計(jì)方法來(lái)提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和易用性，便于在軟件發(fā)生故障時(shí)迅速定位和修復(fù)軟件;

④在軟件數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，能夠在數(shù)據(jù)丟失、損壞的情況下方便恢復(fù)，加快修復(fù)速度。

3 軟件保障性檢驗(yàn)

保障性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能滿足平時(shí)戰(zhàn)備和戰(zhàn)時(shí)使用要求的能力。為提高軟件系統(tǒng)的保障性，從軟件保障、技術(shù)保障、人員保障和售后保障 4 個(gè)方面進(jìn)行保障性設(shè)計(jì)：

①軟件保障：軟件運(yùn)行的支撐軟件，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和辦公軟件等支撐軟件都使用自主軟件或通用軟件，能夠保障軟件產(chǎn)品質(zhì)量和供給。

②技術(shù)保障：是否擁有較為完善的質(zhì)量控制手段和健全的質(zhì)量體系。在產(chǎn)品研制、交付時(shí)，要求提供足夠的技術(shù)保障資料，便于軟件系統(tǒng)的使用和維護(hù)，具有持續(xù)改進(jìn)和升級(jí)完善能力。

③檢驗(yàn)是否擁有完善的管理體制和技術(shù)隊(duì)伍，能夠提供良好的人員保障。

④售后保障：對(duì)用戶進(jìn)行系統(tǒng)、嚴(yán)格的培訓(xùn)，使用戶達(dá)到原理清晰、操作合理、維護(hù)及時(shí)。技術(shù)服務(wù)分為兩階段，第 1 階段，軟件系統(tǒng)交付用戶前，對(duì)用戶進(jìn)行技術(shù)咨詢、技術(shù)培訓(xùn)，使用戶對(duì)訂購(gòu)系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)具有全面了解;第 2 階段，軟件系統(tǒng)交付用戶后，對(duì)用戶在使用操作過(guò)程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行講解，并協(xié)助用戶解決使用過(guò)程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問(wèn)題和進(jìn)行必要的升級(jí)維護(hù)。

4 軟件測(cè)試性檢驗(yàn)

軟件系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)主要從可測(cè)性設(shè)計(jì)、接口測(cè)試性、自身測(cè)試性、界面測(cè)試性方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括以下內(nèi)容：

①可測(cè)試性設(shè)計(jì)：對(duì)軟件的功能測(cè)試、性能測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試、容錯(cuò)測(cè)試、壓力測(cè)試、安全性測(cè)試及運(yùn)行測(cè)試等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

②接口測(cè)試性：軟件設(shè)置有對(duì)外接口模塊檢測(cè)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)外模塊狀態(tài)，并將結(jié)果動(dòng)態(tài)發(fā)布呈現(xiàn)至軟件界面。同時(shí)將模塊異常記錄寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，方便用戶瀏覽歷史數(shù)據(jù)排查故障。

③自身檢測(cè)：軟件具有 CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)使用率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。實(shí)時(shí)提示用戶當(dāng)前主機(jī)的工作狀態(tài)，方便用戶了解主機(jī)情況。

④界面設(shè)計(jì)檢驗(yàn)：軟件界面是人機(jī)交互的橋梁，軟件界面輸入操作提示、輸入變量范圍提示、輸入信息合法性檢查、界面刪除操作提示及軟件操作幫助詳細(xì)指南等。

5 軟件安全性檢驗(yàn)

軟件系統(tǒng)安全性檢驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)方面：

①用戶認(rèn)證和權(quán)限控制：系統(tǒng)具有操作員認(rèn)證和權(quán)限控制措施，防止非法用戶登錄網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)或進(jìn)行越權(quán)操作。

②管控誤操作控制：加強(qiáng)對(duì)重要操作的控制，防止用戶的誤操作，具有一定的誤操作撤銷和恢復(fù)能力。

③管控信息存儲(chǔ)安全：加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)控制，防止非法訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù);同時(shí)對(duì)于重要的網(wǎng)管信息，采用加密方式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件中。

④管控運(yùn)行平臺(tái)安全：對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行合理配置，關(guān)閉不必要的協(xié)議、停止未用服務(wù)和工具，及時(shí)更新和升級(jí)操作系統(tǒng)。

⑤管控信息安全傳輸：加強(qiáng)系統(tǒng)間接口協(xié)議、外部接口協(xié)議和消息交互中間件信息傳輸協(xié)議的安全設(shè)計(jì)。

⑥數(shù)據(jù)備份：提供便捷的數(shù)據(jù)備份恢復(fù)方法。

⑦安裝卸載：提供便捷的軟件安裝、卸載方法，提供可視化向?qū)讲僮髡f(shuō)明，防止誤卸載。

6 軟件環(huán)境適應(yīng)性檢驗(yàn)

軟件環(huán)境適應(yīng)性檢驗(yàn)主要測(cè)試軟件是否具備跨操作系統(tǒng)跨平臺(tái)運(yùn)行能力，既能運(yùn)行在 Windows 操作系統(tǒng)上，也能運(yùn)行在國(guó)產(chǎn)化中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)上。是否具備支持多型數(shù)據(jù)庫(kù)能力：oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)、達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)及金倉(cāng)數(shù)據(jù)庫(kù)等。

7 結(jié)束語(yǔ)

高質(zhì)量的軟件要嚴(yán)格遵守軟件的六性設(shè)計(jì)，對(duì)軟件的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有經(jīng)過(guò)詳盡設(shè)計(jì)的軟件，其質(zhì)量才能保證，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的高效可靠運(yùn)行。然而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性日益提高，軟件規(guī)模和復(fù)雜性也與日俱增，而且隨著 SDN/NFV、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)，軟件形態(tài)和先進(jìn)性也都發(fā)生著變革，因此軟件的可靠性設(shè)計(jì)任重而道遠(yuǎn)，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究。

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