劉俊輝，李 娜

（鄭州牧業(yè)工程高等專科學(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，其定量評估和預(yù)測早已成為人們關(guān)注和研究的焦點[1]。針對可靠性模型及其應(yīng)用所展開的研究主要集中在兩個方面:關(guān)于軟件可靠性早期預(yù)測模型的研究和關(guān)于軟件可靠性預(yù)測模型的研究[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)測模型的研究方面，而對于早期預(yù)測模型成果很少，同時，大多數(shù)模型沒有考慮軟件過程特性，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)代軟件工程認為，軟件質(zhì)量形成于軟件過程。過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，難以甚至無法確定哪些過程因素對軟件可靠性有影響，過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)測軟件可靠性了。筆者檢索并研讀了大量文獻，利用文獻比較分析法，從軟件過程的視角出發(fā)去分析討論影響軟件可靠性的因素問題，進而為建立軟件可靠性早期預(yù)測模型提供分析基礎(chǔ)。

1 文獻比較分析法過程

1.1 文獻檢索

為了確定影響軟件可靠性的因素，文章首先進行廣泛的文獻檢索。檢索的范圍包括：書籍、期刊、會議論文、學(xué)位論文以及技術(shù)報告。檢索的介質(zhì)以電子圖書館為主，主要包括IEEE、ACM、ScienceDirect，CiteSeer、ISI web ofknowledge、Springer、Netlibrary、CNKI、書生之家、超星圖書、方正電子圖書等。同時，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命名的站點搜索，如：http://csse.usc.edu/csse/TECHRPTS/PhD_Dissertations/，是美國南加州大學(xué)（USC）系統(tǒng)和軟件工程中心（CSSE）多年來的博士論文集。

檢索的關(guān)鍵字是能夠準(zhǔn)確檢索的關(guān)鍵。對影響因素的幾個文獻進行掃描，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：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“特定應(yīng)用領(lǐng)域”是幫助縮小檢索范圍的術(shù)語，例如：缺陷注入、缺陷引入、缺陷預(yù)防、成本預(yù)測等。通過這一類檢索條件，無論什么樣的影響因素都會被檢索出來；文中第三類“特定關(guān)鍵字”是進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類檢索條件進行組合（布爾運算，如：and、or），可檢索到相關(guān)的文獻。至此，可以做進一步的檢索：通過文獻中的參考文獻，直接檢索相關(guān)的書籍、論文以及技術(shù)報告等。

軟件不可靠的根本原因是軟件中存在著錯誤或缺陷。有研究者認為軟件特性、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、軟件定義的嚴密性、軟件的復(fù)雜性以及軟件工程管理、軟件測試與排錯、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。也有專家認為：錯誤的引入、錯誤的清除以及環(huán)境是影響軟件可靠性的主要因素。錯誤的引入主要取決于產(chǎn)品特性和開發(fā)過程。其中，最重要的產(chǎn)品特性就是程序的規(guī)模。開發(fā)過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)驗水平、需求的變更以及其他的因素。錯誤的清除依賴于失效的發(fā)現(xiàn)和修復(fù)活動的質(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。下面詳細討論部分研究者們對于影響軟件可靠性的因素的觀點。

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行剖面、軟件規(guī)模、軟件結(jié)構(gòu)、軟件可靠性設(shè)計、軟件測試、軟件工程化管理與軟件可靠性工程管理、軟件開發(fā)技術(shù)、方法和工具以及人員等因素。

2）中國軟件測評中心認為，影響軟件可靠性的因素主要有：①軟件規(guī)模②軟件對實際需求的表述上的符合度，③軟件的運行剖面，④軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即軟件復(fù)雜度，⑤軟件的開發(fā)方法，⑥軟件開發(fā)人員的能力和經(jīng)驗，⑦軟件開發(fā)的支持環(huán)境，⑧軟件可靠性設(shè)計技術(shù)，⑨軟件的測試與投放方式[7]。

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

4）謝瑞生在其文獻[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)生的錯誤，包括需求差錯、設(shè)計差錯、編碼差錯、測試差錯以及文檔差錯；②軟件開發(fā)工具對可靠性的影響。外在原因包括安裝培訓(xùn)、運行環(huán)境、軟件使用以及軟件維護管理等。主觀原因主要是指軟件開發(fā)過程、使用過程以及維護過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)計人員、編程人員、測試人員、維護人員以及使用人員等。文獻[8]同時認為還有一些客觀原因會引起軟件的失效，比如時間進度問題、開發(fā)費用問題，而軟件本身的復(fù)雜度也是引起軟件失效的一個很重要的原因。

5）Jacobs在其文獻[3]指出影響軟件可靠性的因素可分為兩大類：缺陷引入和缺陷檢測。缺陷引入又由16個因素決定，而缺陷檢測由17個因素決定。這些因素中，和過程有關(guān)的因素包括開發(fā)人員的能力、領(lǐng)域知識、團隊協(xié)作、團隊結(jié)構(gòu)、管理能力、程序復(fù)雜度、溝通能力、項目管理、過程管理、變更控制、文檔質(zhì)量、需求質(zhì)量、開發(fā)環(huán)境、計劃偏移度、開發(fā)過程成熟度、產(chǎn)品調(diào)研等。

6）Nikora[9]指出影響缺陷引入的因素很多，主要有開發(fā)環(huán)境（比如使用的開發(fā)方法、開發(fā)語言以及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、軟件可靠性測試與投入、軟件可靠性設(shè)計技術(shù)、軟件開發(fā)方法和軟件開發(fā)環(huán)境等。就軟件規(guī)模而言，規(guī)模越大，其可靠性問題就越多。簡單軟件，可靠性問題很容易通過較為全面的測試而解決，所以軟件可靠性主要是針對于中型以上的軟件而言。

1.2 文獻比較分析

文獻研究的過程首先應(yīng)對文獻內(nèi)容進行定性研究。本文將影響因素分為了兩類：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，會有肯定性的詞匯，如：“有效”、“use of”、“availability of” 以及“mature”。 而對于反向的影響，其定義中，會有諸如：“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)合專家的意見來確定。由于本文的研究目的是為提出可用于軟件測試之前的早期可靠性預(yù)測模型，故：對于軟件測試階段中存在的影響軟件可靠性的因素也不予考慮。分析依如下過程進行：

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

2）剔除非過程因素。如謝瑞生提出的開發(fā)費用。Musa指出的軟件的運行剖面等因素。

3）合并相同因素。如 Evanco、LLNL、Nikora以及徐仁佐等都認為軟件復(fù)雜度是影響軟件可靠性的一個很重要的因素。Li Ming、Boehm、Schneberger等都認為開發(fā)團隊的經(jīng)驗、度量和模型的使用等都會影響軟件可靠性。

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

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

對這些相近的影響因素進行重新定義，具體見表2所示：

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

2 文獻比較分析法預(yù)測實驗

利用對軟件過程的度量，可以預(yù)測軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，進而預(yù)測軟件可靠性。在1.2的基礎(chǔ)上，以軟件過程為線索，摒棄非過程因素，預(yù)測實驗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看，所獲結(jié)果能夠?qū)υ缙谲浖|(zhì)量進行有效地預(yù)測。

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

本研究是軟件可靠性早期預(yù)測模型研究的基礎(chǔ)研究部分。對軟件可靠性早期預(yù)測模型的研究，首先必須考慮影響軟件可靠性的主要因素。而軟件過程是人們用來開發(fā)和維護軟件意見相關(guān)產(chǎn)品的一組活動、方法、實踐以及轉(zhuǎn)換。過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程因素，以期改進軟件可靠性早期預(yù)測模型的中鮮有模型考慮軟件過程特性的現(xiàn)狀，并建立基于過程特性的軟件可靠性早期模型。

[1]Fenton，N.E.and S.L.Pfleeger.Software metrics:a rigorous and practical approach [M].USA:PWS Publishing Co.Boston， MA，1998.

[2]Ming，L.On the nature of relationships between measures and reliability[D].University of Maryland College Park，2002.

[3]Jacobs， J.J.van Moll， R.Kusters， J.Trienekens， and A.Brombacher.Identification of factors that influence defect injection and detection in development of software intensive products[J].Information and Software Technology，2007，49（7）:774-789.

[4]Zhang，X.and H.Pham.An analysis of factors affecting software reliability[J].The Journal of Systems&Software，2000，50（1）:43-56.

[5]孫志安，裴曉黎，宋昕，等.軟件可靠性工程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[6]中國軟件評測中心.軟件可靠性工程述評 [EB/OL].http://www.uml.org.cn/test/200712142.asp.

[7]謝瑞生.軟件失效原因分析[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2009，27（3）:127-132.XIE Rui-sheng.Analysis of software failure cause[J].Electronic Product Reliability and Environmental Testing，2009，27（3）：127-132.

[8]Ming L，Smidts C S.A ranking of software engineering measures based on expert opinion.Software Engineering[J].IEEE Transactions on，2003，29（9）:811-824.

[9]Nikora，A P.Software system defect content predition from development process and product characteristic[D].University of Southern California，1998.

[10]張力.軟件公司經(jīng)營效率—組織特性與市場價值之研究[D].大連：東北財經(jīng)大學(xué)，2006.

[11]Mendling J.Metrics for process models-empirical foundations of verification，error prediction and guidelines for correctnes[M].Artech House Publishers，2009.