軟件工程8軟件質(zhì)量保證.ppt

第8章 軟件質(zhì)量保證,掌握：軟件質(zhì)量的定義、軟件質(zhì)量的特性與度量、軟件質(zhì)量保證、軟件質(zhì)量模型、軟件復(fù)雜性的度量方法、軟件可靠性、軟件評(píng)審、容錯(cuò)軟件。,8.1 軟件質(zhì)量概述,8.1.1 軟件質(zhì)量的定義,清華大學(xué)的鄭人杰教授認(rèn)為，軟件質(zhì)量主要反映了以下3方面的問(wèn)題： （1）軟件需求是度量軟件質(zhì)量的基礎(chǔ)，不符合需求的軟件就不具備質(zhì)量。 （2）在各種標(biāo)準(zhǔn)中定義了一些開(kāi)發(fā)準(zhǔn)則，用來(lái)指導(dǎo)軟件人員用工程化的方法來(lái)開(kāi)發(fā)軟件。如果不遵守這些開(kāi)發(fā)準(zhǔn)則，軟件質(zhì)量就得不到保證。 （3）往往會(huì)有一些隱含的需求沒(méi)有明確地提出來(lái)，例如，軟件應(yīng)具備良好的可維護(hù)性。如果軟件只滿足那些精確定義了的需求，而沒(méi)有滿足這些隱含的需求，軟件質(zhì)量也不能保證。,8.1.2 軟件質(zhì)量的特性與度量,軟件測(cè)試的目的就是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，可以將其總結(jié)為以下幾點(diǎn)： （1）測(cè)試是一個(gè)程序的執(zhí)行過(guò)程，它的目的在于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。 （2）一個(gè)好的測(cè)試用例極可能發(fā)現(xiàn)至今未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。 （3）一個(gè)成功的測(cè)試是發(fā)現(xiàn)了至今末發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤的測(cè)試。,1功能性 由功能及與其指定的性質(zhì)有關(guān)的一組屬性組成，包括： （1）適合性 （2）準(zhǔn)確性 （3）互用性 （4）依從性 （5）安全性,2可靠性 由與在規(guī)定的一段時(shí)間和條件下，軟件維持其性能水平的能力有關(guān)的一組屬性組成，包括： （1）成熟性 （2）容錯(cuò)性 （3）易恢復(fù)性 3易用性 由與一組規(guī)定或潛在的用戶為使用軟件所需作的努力和對(duì)這樣的使用所作的評(píng)價(jià)有關(guān)的一組屬性組成，包括： （1）易理解性 （2）易學(xué)性 （3）易操作性,4效率 在規(guī)定的條件下，軟件的性能水平與所使用資源之間存在一定的關(guān)系，與這個(gè)關(guān)系有關(guān)的一組屬性，是衡量效率的標(biāo)準(zhǔn)，這些屬性包括： （1）時(shí)間特性 （2）資源特性 5可維護(hù)性 由與為進(jìn)行指定的修改而所需的努力有關(guān)的一組屬性組成，包括： （1）易分析性 （2）易改變性 （3）穩(wěn)定性 （4）易測(cè)試性,6可移植性 由與軟件可從某一環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一環(huán)境的能力有關(guān)的一組屬性組成，包括： （1）適應(yīng)性 （2）易安裝性 （3）遵循性 （4）易替換性,8.1.3 軟件質(zhì)量保證,所謂軟件質(zhì)量保證，就是建立一套有計(jì)劃、有系統(tǒng)的方法，來(lái)向管理層保證擬定出的標(biāo)準(zhǔn)、步驟、實(shí)踐和方法能夠正確地被所有項(xiàng)目所采用。 軟件質(zhì)量保證的主要手段，是對(duì)軟件產(chǎn)品和活動(dòng)進(jìn)行評(píng)審和審計(jì)，以此來(lái)驗(yàn)證軟件是合乎標(biāo)準(zhǔn)的。在軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段實(shí)施的軟件質(zhì)量保證檢驗(yàn)項(xiàng)目如下： 1需求分析階段 主要檢測(cè)開(kāi)發(fā)目的、目標(biāo)值、開(kāi)發(fā)量（程序、文檔）、所需資源、各階段的產(chǎn)品和作業(yè)內(nèi)容、開(kāi)發(fā)體制等的合理性。 2設(shè)計(jì)階段 檢驗(yàn)項(xiàng)目包括產(chǎn)品的量（計(jì)劃量、實(shí)際量）、評(píng)審量、差錯(cuò)數(shù)、檢出差錯(cuò)的內(nèi)容、評(píng)審方法和覆蓋性、出錯(cuò)原因、處理情況及對(duì)該階段的影響、評(píng)審結(jié)束和階段結(jié)束的判斷標(biāo)準(zhǔn)等。,3實(shí)現(xiàn)階段 檢驗(yàn)項(xiàng)目包括設(shè)計(jì)階段的所有檢驗(yàn)項(xiàng)目，另外還包括：計(jì)算機(jī)使用時(shí)間、測(cè)試環(huán)境、測(cè)試項(xiàng)目設(shè)定種類、測(cè)試用例的設(shè)計(jì)方法等。 4驗(yàn)收階段 檢驗(yàn)項(xiàng)目主要是說(shuō)明書(shū)檢查（檢查與被檢查程序有關(guān)的用戶文檔等）和程序檢查（為了評(píng)價(jià)和保證程序質(zhì)量，采用各種黑盒測(cè)試或白盒測(cè)試手段進(jìn)行檢查）。 5運(yùn)行維護(hù)階段 主要是掌握用戶使用產(chǎn)品的質(zhì)量情況，并反饋給開(kāi)發(fā)部門(mén)。,8.2 軟件質(zhì)量模型,8.2.1 McCall質(zhì)量度量模型,圖8-1 McCall模型的3個(gè)層次與11個(gè)特性,8.2.2 ISO軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定的ISO質(zhì)量度量模型由3層組成，分別是： （1）高層，稱為“軟件質(zhì)量需求評(píng)價(jià)準(zhǔn)則”。 （2）中層，稱為“軟件質(zhì)量設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則”。 （3）低層，稱為“軟件質(zhì)量度量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則”。 ISO認(rèn)為，應(yīng)對(duì)高層和中層建立國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而低層可由各使用單位視實(shí)際情況制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，按照ISOIEC9126質(zhì)量特性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，第一層（即ISO質(zhì)量度量模型中的“高層”）稱為質(zhì)量特性，第二層（即ISO質(zhì)量度量模型中的“中層”）稱為質(zhì)量子特性，第三層（即ISO質(zhì)量度量模型中的“低層”）稱為度量。該標(biāo)準(zhǔn)定義了6個(gè)質(zhì)量特性，即功能性、可靠性、可維護(hù)性、效率、可使用性、可移植性，并推薦了21個(gè)子特性，如適合性、準(zhǔn)確性、互用性、依從性、安全性、成熟性、容錯(cuò)性、可恢復(fù)性、可理解性、易學(xué)習(xí)性、操作性、時(shí)間特性、資源特性、可分析性、可變更性、穩(wěn)定性、可測(cè)試性、適應(yīng)性、可安裝性、一致性、可替換性，但不作為標(biāo)準(zhǔn)。,8.3 軟件復(fù)雜性,8.3.1 軟件復(fù)雜性的基本概念,軟件復(fù)雜性是指軟件的復(fù)雜程度。 （1）規(guī)模：即總共的指令或源程序行數(shù)。 （2）難度：通常由程序中出現(xiàn)的操作數(shù)的數(shù)量來(lái)表示。 （3）結(jié)構(gòu)：通常用與程序結(jié)構(gòu)有關(guān)的度量來(lái)表示。 （4）智能度：即算法的難易程度。,8.3.2 軟件復(fù)雜性的度量方法,軟件復(fù)雜性度量是對(duì)軟件復(fù)雜性的定量描述，是軟件復(fù)雜性分析和控制的基礎(chǔ)，它針對(duì)不同對(duì)象，從不同角度選用不同方法來(lái)描述軟件的復(fù)雜性。 軟件復(fù)雜性主要表現(xiàn)在程序的復(fù)雜性。程序的復(fù)雜性主要指模塊內(nèi)程序的復(fù)雜性，它直接關(guān)系到軟件開(kāi)發(fā)費(fèi)用、開(kāi)發(fā)周期和軟件內(nèi)部潛伏錯(cuò)誤的多少，同時(shí)也可用于度量軟件的可理解性。,要求復(fù)雜性度量滿足以下假設(shè)： (1) 軟件復(fù)雜性度量可以用來(lái)計(jì)算任何一個(gè)程序的復(fù)雜性。 (2) 對(duì)于不合理的程序，如長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的程序，或者對(duì)于原則上無(wú)法排錯(cuò)的程序，則不應(yīng)當(dāng)使用軟件復(fù)雜性度量進(jìn)行復(fù)雜性計(jì)算。 (3)程序中指令條數(shù)、附加存儲(chǔ)量、計(jì)算時(shí)間增多不會(huì)減少程序的復(fù)雜性。,1長(zhǎng)度度量 度量程序的復(fù)雜性，最簡(jiǎn)單的方法就是統(tǒng)計(jì)程序的源代碼行數(shù)。此方法的基本考慮是統(tǒng)計(jì)一個(gè)程序的源代碼行數(shù)，并以源代碼行數(shù)作為程序復(fù)雜性的質(zhì)量。,2Halstead度量 Halstead度量法通過(guò)計(jì)算程序中的運(yùn)算符和操作數(shù)的數(shù)量對(duì)程序的復(fù)雜性加以度量。設(shè)n1表示程序中不同運(yùn)算符的個(gè)數(shù)，n2表示程序中不同操作數(shù)的個(gè)數(shù)，N1表示程序中實(shí)際運(yùn)算符的總數(shù)，N2表示程序中實(shí)際操作數(shù)的總數(shù)。令H表示程序的預(yù)測(cè)長(zhǎng)度，Halstead給出H的計(jì)算公式為：H=n1log2n1+n2log2n2；令N表示實(shí)際的程序長(zhǎng)度，其定義為：N=N1+N2。,3McCabe度量 該度量方法由McCabe提出，又稱為環(huán)路復(fù)雜性度量方法，其步驟是： （1）將程序流程圖中的每個(gè)處理符號(hào)看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，流程圖中的流程線看作有向弧，從而將流程圖轉(zhuǎn)換為一個(gè)有向圖。 （2）從圖的入口點(diǎn)到出口點(diǎn)加一條用虛線表示的有向邊，使圖成為強(qiáng)連通圖。 （3）定義環(huán)路復(fù)雜性的計(jì)算公式為： V(G) = m n + p 其中，V(G)是有向圖G中的環(huán)路數(shù)；m是圖G中的弧數(shù)；n是圖G中的節(jié)點(diǎn)數(shù)；P是圖G中的強(qiáng)連通分量。 也可簡(jiǎn)單地將環(huán)路復(fù)雜性看作有向圖中有向弧所封閉的區(qū)域個(gè)數(shù)。,例如，如圖8-2（a）所示的程序流程圖對(duì)應(yīng)的有向圖如圖8-2（b）所示。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)數(shù)n=11，弧數(shù)m=13，強(qiáng)連通分量p=1，因此，環(huán)路復(fù)雜性V（G）=3。,圖8-2 McCabe復(fù)雜性度量的例子,8.3.3 軟件復(fù)雜性控制,（1）控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的程序較復(fù)雜。 （2）轉(zhuǎn)向語(yǔ)句使用不當(dāng)?shù)某绦蜉^復(fù)雜。 （3）非局部量較多的程序較復(fù)雜。 （4）按地址調(diào)用參數(shù)比按值調(diào)用參數(shù)復(fù)雜。 （5）模塊及過(guò)程之間聯(lián)系密切的程序較復(fù)雜。 （6）嵌套深度越大，程序越復(fù)雜。 （7）循環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性大于選擇結(jié)構(gòu)和順序結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。 （8）寬度是軟件復(fù)雜性的主要形成原因。,8.4 軟件可靠性,8.4.1 軟件可靠性的定義,1軟件故障及其特征 常用以下3個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述軟件未正常運(yùn)行的情況： （1）缺陷：是指軟件的內(nèi)在缺陷。 （2）錯(cuò)誤：缺陷在一定環(huán)境條件下暴露，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)可感知的不正常、不正確和不按規(guī)范執(zhí)行的狀態(tài)。 （3）故障：由于對(duì)錯(cuò)誤未作任何糾正，而導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出不滿足預(yù)定的要求。,2軟件可靠性 軟件可靠性的定義是：“軟件可靠性是軟件系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及規(guī)定的環(huán)境條件下，完成規(guī)定功能的能力”。 （1）規(guī)定的時(shí)間 （2）規(guī)定的環(huán)境條件 （3）規(guī)定的功能,8.4.2 軟件可靠性的指標(biāo),（1）平均失效間隔時(shí)間MTTF：即兩次失效之間的平均操作時(shí)間。 （2）平均修復(fù)時(shí)間MTTR：即修復(fù)一個(gè)故障平均需用的時(shí)間。 （3）有效性：A=（MTTF/（MTTF+MTTR）。 （4）初期故障率：一般以軟件交付使用方后的3個(gè)月內(nèi)為初期故障期，初期故障率指軟件在初期故障期內(nèi)單位時(shí)間的故障數(shù)，一般以每100h 的故障數(shù)為單位，可以用來(lái)評(píng)價(jià)交付使用的軟件的質(zhì)量，并預(yù)測(cè)軟件可靠性何時(shí)基本穩(wěn)定。 （5）偶然故障率：一般以軟件交付給使用方后的4個(gè)月后為偶然故障期。偶然故障率指軟件在偶然故障期內(nèi)單位時(shí)間的故障數(shù)，一般以每千小時(shí)的故障數(shù)為單位，它反映了軟件處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的質(zhì)量。,（6）使用方誤用率：使用方不按照軟件規(guī)范及說(shuō)明等文件來(lái)使用軟件而造成的錯(cuò)誤叫“使用方誤用”。在總使用次數(shù)中，使用方誤用次數(shù)占的百分率叫“使用方誤用率”。造成使用方誤用的原因之一是使用方對(duì)說(shuō)明理解不深，操作不熟練，但也可能是說(shuō)明沒(méi)有講得非常清楚，引起誤解等。 （7）用戶提出補(bǔ)充要求數(shù)：由于軟件在開(kāi)發(fā)過(guò)程中未能充分滿足用戶需要，或者用戶在軟件開(kāi)發(fā)時(shí)所提要求不全面，軟件開(kāi)始使用后用戶又提出補(bǔ)充要求，需要生產(chǎn)方對(duì)軟件進(jìn)行修改、完善。,8.4.3 軟件可靠性模型,（1）隨機(jī)性分類法：根據(jù)隨機(jī)過(guò)程的假設(shè)（如過(guò)程的確定性或非確定性、馬氏過(guò)程、泊松過(guò)程等）進(jìn)行分類。 （2）按軟件出現(xiàn)的故障數(shù)進(jìn)行分類：主要有錯(cuò)誤計(jì)數(shù)模型和非計(jì)數(shù)模型，可數(shù)性或不可數(shù)性模型。 （3）按模型參數(shù)的估計(jì)方法進(jìn)行分類：主要有貝葉斯方法或非貝葉斯方法，最大似然估計(jì)法或最小二乘法，另外還有線性模型等。 （4）按模型使用的時(shí)間方式分類：主要有日歷時(shí)間和執(zhí)行時(shí)間模型。 （5）按修復(fù)過(guò)程分類：主要指強(qiáng)調(diào)對(duì)軟件系統(tǒng)修復(fù)過(guò)程的一類模型，如：完全修復(fù)型的和不完全修復(fù)型的模型，完全排錯(cuò)型和不完全排錯(cuò)型的模型。 （6）按對(duì)軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否了解進(jìn)行分類：可分為黑箱模型和白箱模型。主要根據(jù)對(duì)軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解程度，以及對(duì)它們的結(jié)構(gòu)能加以利用的程度來(lái)進(jìn)行分類。,8.5 軟件評(píng)審,8.5.1 軟件評(píng)審的概念,對(duì)軟件工程來(lái)說(shuō)，軟件評(píng)審是一個(gè)“過(guò)濾器”。在軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段都要采用評(píng)審的方法，以發(fā)現(xiàn)軟件中的缺陷，然后加以改正。,8.5.2 軟件評(píng)審的階段和內(nèi)容,1設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)審 設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)審包括： (1) 評(píng)價(jià)軟件的規(guī)格說(shuō)明是否合乎用戶的要求，即總體設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方針是否明確；需求規(guī)格說(shuō)明是否得到了用戶或單位上級(jí)機(jī)關(guān)的批準(zhǔn)；需求規(guī)格說(shuō)明與軟件的概要設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明是否一致等。 (2) 評(píng)審可靠性，即是否能避免輸入異常（錯(cuò)誤或超載等）、硬件失效及軟件失效。一旦發(fā)生異常，應(yīng)能及時(shí)采取代替或恢復(fù)手段 。 (3) 評(píng)審保密措施實(shí)施情況，即是否提供對(duì)使用系統(tǒng)資格進(jìn)行檢查的功能；在檢查出有違反對(duì)特定數(shù)據(jù)、特殊功能的使用資格的情況后，能否向系統(tǒng)管理人員報(bào)告有關(guān)信息；是否提供對(duì)系統(tǒng)內(nèi)重要數(shù)據(jù)加密的功能等。,(4) 評(píng)審操作特性實(shí)施情況，即操作命令和操作信息的恰當(dāng)性；輸入數(shù)據(jù)與輸入控制語(yǔ)句的恰當(dāng)性；輸出數(shù)據(jù)的恰當(dāng)性；應(yīng)答時(shí)間的恰當(dāng)性等。 (5) 評(píng)審性能實(shí)現(xiàn)情況，即是否達(dá)到所規(guī)定性能的的目標(biāo)值。 (6) 評(píng)審軟件是否具有可修改性、可擴(kuò)充性、可互換性和可移植性。 (7) 評(píng)審軟件是否具有可測(cè)試性。 (8) 評(píng)審軟件是否具有復(fù)用性。,2程序質(zhì)量的評(píng)審 程序質(zhì)量評(píng)審?fù)ǔＪ菑拈_(kāi)發(fā)者的角度進(jìn)行評(píng)審，它直接與開(kāi)發(fā)技術(shù)有關(guān)。程序質(zhì)量評(píng)審著眼于對(duì)軟件本身的結(jié)構(gòu)、與運(yùn)行環(huán)境的接口、變更帶來(lái)的影響等進(jìn)行的評(píng)審活動(dòng)。 1）軟件的結(jié)構(gòu) 軟件的結(jié)構(gòu)包括功能結(jié)構(gòu)、功能的通用性、模塊的層次、模塊結(jié)構(gòu)、處理過(guò)程的結(jié)構(gòu)等。其中，在功能結(jié)構(gòu)方面需要檢查的項(xiàng)目有： （1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：包括數(shù)據(jù)名和定義；構(gòu)成該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)；數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)間的關(guān)系。 （2）功能結(jié)構(gòu)：包括功能名和定義；構(gòu)成該功能的子功能；功能與子功能之間的關(guān)系。 （3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：包括數(shù)據(jù)元素與功能元素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)的一致性。,在模塊結(jié)構(gòu)方面需要檢查的項(xiàng)目有： （1）控制流結(jié)構(gòu)：規(guī)定了處理模塊與處理模塊之間的流程關(guān)系，檢查處理模塊之間的控制轉(zhuǎn)移關(guān)系與控制轉(zhuǎn)移形式（調(diào)用方式）。 （2）數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)：規(guī)定了數(shù)據(jù)模塊是如何被處理模塊進(jìn)行加工的流程關(guān)系，檢查處理模塊與數(shù)據(jù)模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，處理模塊與數(shù)據(jù)模塊之間的存取關(guān)系，如建立、刪除、查詢、修改等。 （3）模塊結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：包括功能結(jié)構(gòu)與控制流結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；功能結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；每個(gè)模塊的定義（包括功能、輸入與輸出數(shù)據(jù)）。,2）與運(yùn)行環(huán)境的接口 與運(yùn)行環(huán)境的接口包括與硬件的接口及與用戶的接口。 隨著軟件運(yùn)行環(huán)境的變更，軟件的規(guī)格也在隨著不斷地變更。運(yùn)行環(huán)境變更時(shí)的影響范圍，需要從以下3個(gè)方面來(lái)分析： (1) 與運(yùn)行環(huán)境的接口。 (2) 在每項(xiàng)設(shè)計(jì)工程規(guī)格內(nèi)的影響。 (3) 設(shè)計(jì)工程相互間的影響。,8.5.3 軟件評(píng)審的原則和作用,1. 評(píng)審的原則 評(píng)審的原則包括： （1）某階段未通過(guò)階段評(píng)審不得進(jìn)入下一個(gè)軟件研制階段。 （2）評(píng)審時(shí)對(duì)事不對(duì)人，評(píng)審的是產(chǎn)品，而不是評(píng)審生產(chǎn)者。 （3）評(píng)審就要挑刺，找問(wèn)題、缺陷和隱患。 （4）評(píng)審組的人員面越廣越好,如包括用戶、設(shè)計(jì)人員、測(cè)試人員等。 （5）評(píng)審組不做無(wú)休止的爭(zhēng)論和辯駁，而是將爭(zhēng)論點(diǎn)記錄下來(lái)，供以后甄別。 （6）評(píng)審只是提出問(wèn)題，沒(méi)有解決問(wèn)題的任務(wù)。 （7）使用“評(píng)審檢查單”，以提高評(píng)審的效果。,2. 評(píng)審的作用 評(píng)審的作用在于： （1）技術(shù)把關(guān)，避免軟件人員的想當(dāng)然。 （2）概念溝通，吸收用戶和總體設(shè)計(jì)人員參加，審查軟件人員理解的正確性。 （3）集思廣益，吸收有關(guān)的分系統(tǒng)人員參加，從不同側(cè)面確認(rèn)軟件的協(xié)調(diào)性。 （4）總結(jié)匯報(bào)，使實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)總指揮、總設(shè)計(jì)師了解軟件生產(chǎn)的進(jìn)度、問(wèn)題和要求，以做出新的部署。