软件可靠性基础知识

第9章 软件可靠性基础知识

核心知识点

1. 软件可靠性基本概念

• 定义：软件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力
• 与硬件可靠性区别：软件不会"磨损老化"，故障主要是设计缺陷
• 三大属性：
  1. 规定的条件：运行环境、使用方法
  2. 规定的时间：时间区间
  3. 规定的功能：需求规格

2. 可靠性相关时间指标

• MTTF（Mean Time To Failure）：平均无故障时间
• MTTR（Mean Time To Repair）：平均修复时间
• MTBF（Mean Time Between Failures）：平均故障间隔时间 = MTTF + MTTR
• MTTD（Mean Time To Detect）：平均故障检测时间
• 考试角度：选择题常考这些指标的区分和计算

3. 可用性计算

• 公式：可用性 = MTTF / (MTTF + MTTR) = MTTF / MTBF
• 含义：可用性是系统正常工作时间占比

4. 软件可靠性模型

• 硬件可靠性：浴盆曲线（早期故障期→偶然故障期→损耗故障期）
• 软件可靠性模型分类：
  • 故障率模型：Jelinski-Moranda模型、Goel-Okumoto模型
  • 错误植入模型：Mills模型
  • 基于输入域模型：Nelson模型

5. 软件可靠性管理

• 各阶段工作：
  • 需求分析阶段：确定可靠性需求、制定可靠性计划
  • 设计阶段：可靠性设计（容错、冗余）、可靠性分配
  • 编码阶段：代码审查、单元测试
  • 测试阶段：可靠性建模、可靠性测试、可靠性增长
• ⚠️ 可靠性建模不在需求分析阶段（2024上考）

6. 容错技术

• N版本程序设计：N个独立团队开发相同功能，投票表决
• 恢复块方法：主块+后备块，主块失败切换后备块
• 防卫式程序设计：输入检查、异常处理

7. 软件可靠性评价

• 评价过程：
  1. 确定可靠性目标
  2. 选择可靠性模型
  3. 收集故障数据
  4. 参数估计
  5. 可靠性预测
  6. 验证达标情况

真题考点映射

| 真题 | 考点 | 章节 | |------|------|------| | 2024上选择题第43题 | 可靠性建模不在需求分析阶段 | 09-可靠性 | | 2024上选择题第56题 | MTTD是平均故障检测时间 | 09-可靠性 | | 2023下论文 | 软件可靠性评价 | 09-可靠性 | | 2024上选择题第41题 | 可用性=正常工作时间占比 | 09-可靠性 |

易错点/陷阱

• 可靠性建模不在需求分析阶段——常作为错误选项
• MTBF = MTTF + MTTR，不要混淆
• 软件不会"磨损老化"，不要和硬件浴盆曲线混淆
• 可用性计算公式中分子是MTTF不是MTBF

记忆口诀

• 三个时间指标：TF故障发生、TR故障修复、BF故障间隔（BF=TF+TR）
• 可用性：TF/(TF+TR)
• 容错方法：N版投票、恢复块切换、防卫式检查