王 華，王學(xué)寧，張連偉，王 山

（火箭軍裝備研究院第四研究所，北京 100094）

電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件可靠性分析

王 華，王學(xué)寧，張連偉，王 山

（火箭軍裝備研究院第四研究所，北京 100094）

在明確軟件可靠性對(duì)于電子信息系統(tǒng)重要性的基礎(chǔ)上，描述了軟件主要環(huán)境因素，闡明了軟件可靠性管理、設(shè)計(jì)方面的措施，同時(shí)結(jié)合軟件試驗(yàn)進(jìn)行了可靠性評(píng)價(jià)，并對(duì)于系統(tǒng)軟件可靠性工作得出相關(guān)結(jié)論，以有利于應(yīng)用軟件研制與電子信息系統(tǒng)的建設(shè)。

電子信息系統(tǒng)；應(yīng)用軟件；可靠性分析

電子信息系統(tǒng)是以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，將業(yè)務(wù)應(yīng)用、信息處理、通信保障等功能結(jié)合在一起的有機(jī)整體。電子信息系統(tǒng)主要特點(diǎn)是涉及領(lǐng)域廣泛、人機(jī)結(jié)合密切、技術(shù)更新較快，并且與應(yīng)用需求緊密相關(guān)。電子信息系統(tǒng)研制按照裝備型號(hào)管理模式，建立了行政業(yè)務(wù)線和技術(shù)業(yè)務(wù)線，全面落實(shí)管理責(zé)任制，健全了質(zhì)量保證體系，強(qiáng)化了技術(shù)總體設(shè)計(jì)和軟件工程化管理，并且從管理、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等方面對(duì)軟件可靠性工作進(jìn)行了有效的規(guī)劃與實(shí)施，有力地保證了軟件和系統(tǒng)的可靠性能力。

1 概述

當(dāng)前應(yīng)用軟件已成為電子信息系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，軟件失效能夠?qū)е孪到y(tǒng)故障與宕機(jī)，因此軟件可靠性工程是電子信息系統(tǒng)研制的重要內(nèi)容。軟件可靠性分析則通過(guò)改進(jìn)軟件可靠性設(shè)計(jì)與工程管理，提高軟件研制過(guò)程中的可靠性水平，并對(duì)軟件產(chǎn)品進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)。

軟件研制過(guò)程是一個(gè)包括開發(fā)人員、測(cè)試人員、應(yīng)用背景等方面復(fù)雜關(guān)聯(lián)并動(dòng)態(tài)演化的過(guò)程，其中的種種因素都會(huì)影響軟件可靠性的水平。環(huán)境因素是存在于軟件開發(fā)、測(cè)試、維護(hù)等過(guò)程中的，對(duì)軟件的缺陷及失效情況會(huì)產(chǎn)生影響的各種特征與行為的集合。軟件環(huán)境因素作為軟件問(wèn)題的基礎(chǔ)與根源，與軟件研制過(guò)程密不可分。軟件環(huán)境因素可以分為產(chǎn)品因素、過(guò)程因素和資源因素三類，如表1所示。

2 可靠性管理

在電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件研制過(guò)程中，針對(duì)可靠性環(huán)境因素采取了以下措施：

1）軟件可靠性計(jì)劃表明對(duì)可靠性工作的重視程度和所做的努力，體現(xiàn)對(duì)軟件可靠性要求的實(shí)現(xiàn)與保證能力。開展可靠性工作必須分配相應(yīng)的人員、經(jīng)費(fèi)等資源，并要把可靠性計(jì)劃納入系統(tǒng)研制計(jì)劃，同步實(shí)施。在計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中要進(jìn)行一系列可靠性檢查和評(píng)審，監(jiān)督和評(píng)價(jià)可靠性工作是否按規(guī)定要求進(jìn)行、可靠性要求是否能夠得到保證；可利用報(bào)告、檢查、評(píng)審、鑒定和認(rèn)證等活動(dòng)，取得相關(guān)信息，保證各項(xiàng)工作的順利開展?？煽啃怨ぷ饔?jì)劃可分階段制定與完善，在軟件的需求分析階段、設(shè)計(jì)階段、實(shí)現(xiàn)階段、測(cè)試階段，直至維護(hù)階段，應(yīng)積極實(shí)施上述軟件可靠性計(jì)劃的一系列活動(dòng)，努力保證與落實(shí)可靠性水平。

2）強(qiáng)化軟件技術(shù)評(píng)審。在評(píng)審過(guò)程中對(duì)軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行跟蹤，用文件記錄評(píng)審的過(guò)程和結(jié)果。在系統(tǒng)研制過(guò)程中進(jìn)行了軟件需求分析、軟件概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件確認(rèn)測(cè)試、軟件驗(yàn)收等評(píng)審。軟件評(píng)審組對(duì)本階段工作及形成的文檔進(jìn)行審查，按不同評(píng)審階段分別填寫軟件需求分析評(píng)審內(nèi)容記錄表、軟件設(shè)計(jì)評(píng)審內(nèi)容記錄表、軟件測(cè)試評(píng)審內(nèi)容記錄表和軟件評(píng)審問(wèn)題記錄表，經(jīng)討論形成審查意見。對(duì)于評(píng)審中的存在問(wèn)題，根據(jù)評(píng)審組的意見，填寫問(wèn)題處理跟蹤報(bào)告單，完成整改并經(jīng)上一級(jí)認(rèn)可后，方可轉(zhuǎn)入下一階段，從而很好地消除了軟件缺陷的累積效應(yīng)。

3）落實(shí)軟件問(wèn)題歸零。對(duì)于在評(píng)審、測(cè)試與試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的軟件問(wèn)題進(jìn)行軟件評(píng)審問(wèn)題記錄與問(wèn)題處理跟蹤，軟件測(cè)試問(wèn)題處理、修改和回歸。在軟件單元測(cè)試、集成測(cè)試、配置項(xiàng)測(cè)試中，依據(jù)相應(yīng)的軟件測(cè)試計(jì)劃和測(cè)試說(shuō)明有序地實(shí)施了各級(jí)別軟件測(cè)試，用例覆蓋了軟件的相關(guān)接口與有關(guān)功能性能指標(biāo)，同時(shí)針對(duì)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真分析、及時(shí)修改、缺陷排除與回歸測(cè)試，嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)試實(shí)施—故障分析—軟件修改—測(cè)試確認(rèn)的閉環(huán)過(guò)程；在系統(tǒng)聯(lián)試過(guò)程中，針對(duì)出現(xiàn)的有關(guān)軟件問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行了分析與整改，按照配置管理要求進(jìn)行軟件更改，并通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證軟件問(wèn)題處理的有效性，同時(shí)積極地做好軟件問(wèn)題及處理的文件記錄，從而切實(shí)地提高了軟件的可靠性水平。

表1 軟件主要環(huán)境因素

在系統(tǒng)應(yīng)用軟件的整個(gè)開發(fā)過(guò)程應(yīng)按照軟件工程化要求，應(yīng)貫徹執(zhí)行軟件工程規(guī)范，分階段并按適當(dāng)?shù)哪Ｐ烷_發(fā)軟件；完整地列出軟件的系統(tǒng)需求，建立一個(gè)結(jié)構(gòu)良好的軟件系統(tǒng)，并分工完成軟件設(shè)計(jì)、程序編碼和軟件測(cè)試；同時(shí)做好軟件配置管理和質(zhì)量保證工作，使軟件開發(fā)和使用過(guò)程具有可追溯性；并積極借鑒和實(shí)現(xiàn)CMM、TSP、PSP的有關(guān)要求，完善軟件開發(fā)規(guī)范和控制過(guò)程，并持續(xù)改進(jìn)軟件研制過(guò)程，不斷提升軟件的可靠性技術(shù)能力。

3 可靠性設(shè)計(jì)

在電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件研制中，充分注重頂層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)支撐平臺(tái)、傳輸機(jī)制、共享機(jī)制、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、信息流程、信息接口的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，制定與貫徹軟件集成與數(shù)據(jù)集成工程規(guī)范、軟件設(shè)計(jì)與編程指南，為系統(tǒng)可靠性提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)應(yīng)用層、專用支撐層、公共支撐層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層：

1）系統(tǒng)應(yīng)用層，面向電子信息系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)控制、信息處理、通信保障等要素具體應(yīng)用。

2）專用支撐層，包括專用軟件和專用服務(wù)，提供相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用的構(gòu)件，可集成到業(yè)務(wù)要素，提供基礎(chǔ)信息處理服務(wù)。

3）公共支撐層，提供業(yè)務(wù)作業(yè)、情況綜合等通用構(gòu)件與服務(wù)，以及多種業(yè)務(wù)處理手段和統(tǒng)一信息處理服務(wù)支持。

4）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，面向系統(tǒng)及應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，其中共享數(shù)據(jù)庫(kù)基于信息訂閱/分發(fā)服務(wù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訂閱/分發(fā)，專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)面向各要素提供業(yè)務(wù)信息存儲(chǔ)與管理。

試樣的檢測(cè)面經(jīng)研磨后，加以腐蝕，劃一條既與熔合線底部相切，又平行于試板軋制面的直線，在此直線上，每隔0.5mm進(jìn)行維氏硬度的測(cè)定，切點(diǎn)兩側(cè)各測(cè)七點(diǎn)（見圖4）。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

3.2 容錯(cuò)設(shè)計(jì)

在電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件研制中，在容錯(cuò)設(shè)計(jì)方面采取了一系列措施：

1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)形成邏輯整體，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步與更新，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行采用歸檔方式，定期進(jìn)行邏輯備份和物理備份，并應(yīng)與容災(zāi)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

3）各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)字典和標(biāo)準(zhǔn)參考信息，訪問(wèn)統(tǒng)一的系統(tǒng)對(duì)象以及其它共享信息，保證數(shù)據(jù)的一致性。

4）為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和交換效率，各業(yè)務(wù)中心的數(shù)據(jù)交換通過(guò)共享庫(kù)進(jìn)行，完成電子信息系統(tǒng)有關(guān)任務(wù)、成果以及臨時(shí)數(shù)據(jù)的交互。

3.3 構(gòu)件化設(shè)計(jì)

在電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件研制中，系統(tǒng)地運(yùn)用了構(gòu)件化設(shè)計(jì)，對(duì)已有軟件按照系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)件化改造，對(duì)新研制的軟件按照系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和集成，以實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)體制的業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件在同一平臺(tái)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

2）根據(jù)軟件集成標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行新軟件的研制。應(yīng)調(diào)用集成者提供的對(duì)象轉(zhuǎn)換代理，將應(yīng)用軟件的外部接口包裝成通用接口，實(shí)現(xiàn)軟件的調(diào)用與控制規(guī)范化。

3）運(yùn)用設(shè)計(jì)開發(fā)可視化工具，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)軟件和功能服務(wù)的按需定制，對(duì)照用戶需求選擇集成對(duì)象，定制系統(tǒng)菜單，完善界面構(gòu)成，形成滿足用戶需求的軟件發(fā)行包和配置文件，并提交用戶安裝、運(yùn)行與使用。

4 可靠性評(píng)價(jià)

在電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件研制過(guò)程中進(jìn)行了軟件測(cè)試、系統(tǒng)聯(lián)試等可靠性相關(guān)試驗(yàn)，較為順利地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)可靠性的不斷增長(zhǎng)。

4.1 軟件測(cè)試

在系統(tǒng)總體組統(tǒng)一組織下，進(jìn)行了軟件測(cè)試工作的安排，實(shí)施了相關(guān)軟件的單元測(cè)試、集成測(cè)試、配置項(xiàng)測(cè)試，軟件測(cè)試內(nèi)容包括功能測(cè)試、接口測(cè)試、分支覆蓋和語(yǔ)句覆蓋等。測(cè)試步驟從測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試說(shuō)明、測(cè)試記錄準(zhǔn)備，到執(zhí)行測(cè)試；對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的差異情況進(jìn)行了分析，對(duì)不合理的和錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)提出改進(jìn)建議，并按研制程序進(jìn)行有關(guān)問(wèn)題的修改、處理，并先后通過(guò)回歸測(cè)試。通過(guò)軟件的單元測(cè)試、集成測(cè)試、配置項(xiàng)測(cè)試，盡早地發(fā)現(xiàn)并排除了有關(guān)軟件缺陷，不斷保證了軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程產(chǎn)品的基礎(chǔ)性質(zhì)量與可靠性。

4.2 系統(tǒng)聯(lián)試

電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件在模擬環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)聯(lián)試，聯(lián)試由總體組組織，質(zhì)量組實(shí)施；其中綜合聯(lián)試共進(jìn)行33項(xiàng)試驗(yàn)，應(yīng)用軟件責(zé)任故障2項(xiàng)。在聯(lián)試過(guò)程中，能夠按聯(lián)試大綱的要求進(jìn)行充分準(zhǔn)備；系統(tǒng)聯(lián)試項(xiàng)目設(shè)置較為科學(xué)合理，對(duì)系統(tǒng)及各分系統(tǒng)功能項(xiàng)目的測(cè)試覆蓋率達(dá)到100 %；測(cè)試人員與開發(fā)人員隊(duì)伍各自獨(dú)立工作，測(cè)試過(guò)程嚴(yán)格受控，測(cè)試結(jié)果真實(shí)可信；檢驗(yàn)了電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件的整體功能、性能以及互聯(lián)互通互操作能力，并很好地驗(yàn)證了電子信息系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的研制要求和設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.3 可靠性計(jì)算

根據(jù)電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件綜合聯(lián)試有關(guān)結(jié)果，按照可靠度評(píng)估模型：

可以得到系統(tǒng)應(yīng)用軟件在置信度為0.9時(shí)的可靠度置信下限為：

電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件可靠性滿足系統(tǒng)研制的相關(guān)要求。

5 結(jié)論

在電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件研制過(guò)程中，能夠著力推進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量管理與軟件工程化，密切結(jié)合研制要求進(jìn)行可靠性、安全性和互操作性設(shè)計(jì)；同時(shí)全面地實(shí)施了技術(shù)評(píng)審、軟件測(cè)試和系統(tǒng)試驗(yàn)，并對(duì)測(cè)試、試驗(yàn)、評(píng)審等所發(fā)現(xiàn)的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析與歸零，認(rèn)真做好系統(tǒng)的可靠性、安全性和互操作性改進(jìn)和確認(rèn)工作；并且，嚴(yán)格控制各種軟件配置的變更與存取，對(duì)軟件配置控制情況進(jìn)行及時(shí)認(rèn)真的檢查，軟件與系統(tǒng)可靠性和質(zhì)量水平得到了穩(wěn)定提高并滿足要求。隨著系統(tǒng)可靠性工程與軟件工程化技術(shù)的日益發(fā)展，軟件可靠性與質(zhì)量工作的不斷深化，電子信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件可靠性的提升應(yīng)有更廣闊的前景。

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王華，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，主要從事信息系統(tǒng)建設(shè)、軟件可靠性工程以及相關(guān)技術(shù)研究。

Reliability Analysis of Application Software for Electronic Information System

WANG Hua, WANG Xue-ning, ZHANG Lian-wei, WANG Shan
(The Fourth School of the Rocket Force Equipment Academy, Beijing 100094)

Based upon the importance of software reliability to electronic information system, this paper sets forth main environment factors of application software, puts forward the practical measures for software reliability management and design, carries through reliability validation on basis of software testing, and educes related conclusion, so as to help the development of application software and electronic information system.

electronic information system; application software; reliability analysis

TP311

A

1004-7204（2016）06-0026-04