軟件可靠性測試數(shù)據(jù)生成方法的研究

1、第""卷"#%年第9期%月航空學報NnPzQXn-NPn+nzQXn-N+-Q-NfUp*""QU*9QUa*"#%.文章編號!%#$9:)+("#%-#9$#)$#,軟件可靠性測試數(shù)據(jù)生成方法研究陳雪松;陸民燕;阮鐮%#:+-北京航空航天大學工程系統(tǒng)工程系;北京(<=>?AB<AC=DEFGFGHIEJIHI=G<=?E=EKGBGFE=IABLG=MA?$;W$;NOPQRS7TU6VXYZ66XQWZ6(;_#:+;N-_7ZZ6VX6Za7bTZ/Uc7bU6S/Z8T6dT/bU6S/Z8T

2、7ZZ6V%.Z6摘要!闡述了構造非實時軟件運行剖面的方法;以及根據(jù)運行剖面生成非實時軟件可靠性測試數(shù)據(jù)的方法;并提出了構造實時軟件運行剖面和生成實時軟件可靠性測試數(shù)據(jù)的思路e最后給出實例;系統(tǒng)地演示非實時軟件可靠性測試數(shù)據(jù)的生成過程e關鍵詞!軟件可靠性測試&系統(tǒng)模式剖面&功能剖面&運行剖面&測試數(shù)據(jù)&(非-實時軟件中圖分類號!f"%*g文獻標識碼!nEhijklmj.7o7/.UdUc8U6T/bS8/Z6V/.7U07b/ZU6p0bUcZp75T7dU62.Z8./.7b7pZ5ZpZ/7T/d/b7V76$*p$*67b/7dcUb6U

3、6b7p/Zo7TUc/2b7ZTdZT8STT7dTU/.7Zd7Uc/.UT7cUbb7p/Zo7TUc/2b7ZT0bU0UT7d$74o0p7ZppST/b/Z6V/.72.Up70bU87dSb7UcV767b/Z6V6U6b7p/Zo7TUc/2b7b7pZ5ZpZ/7T/d/TT/7o/Z$*8ppZTVZa76/.776dUc/.ZT007b!T&T&c&U&/qrstukviUc/2b7b7pZ5ZpZ/7T/Z6VT/7ooUd70bUcZp7S68/ZU6p0bUcZp707b/ZU6p0bUcZp77T/d$&(-$/6U6b7p

4、/Zo7TUc/2b7軟件可靠性測試是保證軟件質量與可靠性的重要手段;它能夠有效地暴露在實際使用過程中影響軟件可靠性的缺陷(最先暴露的一-;w7c78/般是高發(fā)生概率的缺陷e軟件可靠性測試包括軟%y件可靠性增長測試和軟件可靠性驗證測試xe在構造運行剖面的過程中;需要了解用戶是如何使用該軟件的e要充分了解用戶使用軟件的各種完成這些功能相應的輸入變量e模式和各種功能;同時;還要了解用戶在使用軟件時各系統(tǒng)模式和功能發(fā)生的概率e這些信息大都來自軟件開發(fā)的文檔;規(guī)格說明書和接口文件等資料e需要測試分析人員向用戶了解軟件的使用信息e系統(tǒng)模式及功能劃分得越完整;概率越準確;構造出的運行剖面越能反映軟件的實際

5、使用情況e構造軟件的運行剖面的方法是按照一種層次結構;自頂向下地把用戶使用軟件的輸入空間劃把系統(tǒng)模式剖面劃分為功能分為系統(tǒng)模式剖面;+;,y剖面;最后把功能剖面劃分為運行剖面xe軟件可靠性測試的主要特點是按照用戶實際使用軟件的方式來測試軟件e軟件的運行剖面可以用來定量描述用戶實(-z07b/ZU6pbUcZp7際使用的軟件方式e構造軟件的運行剖面是實現(xiàn)軟件可靠性測試的關鍵步驟;也是軟件可靠性測試最主要的特征e可靠性測試數(shù)據(jù)是基于運行剖面生成的e軟件可以分為實時軟件和非實時軟件兩類e本文在討論生成非實時軟件可靠性測試數(shù)據(jù)的基礎上;給出了構造實時軟件運行剖面和生成可靠性測試數(shù)據(jù)的思路e*構造系統(tǒng)模

6、式剖面通過分析軟件使用的方式;可將其劃分成相對獨立的一組系統(tǒng)模式;確定系統(tǒng)模式發(fā)生的概率;即構成系統(tǒng)模式剖面!%&(;$&"#"#"#$個系統(tǒng)模式剖面元%;")*,;其中!"#+$是第$素&"個系統(tǒng)模式&#個系統(tǒng)模式$是第$是第$發(fā)生的概率&*+是系統(tǒng)模式的個數(shù)e除非特別需要;系統(tǒng)模式不宜劃分得過多;要盡可能準確而精練地描述出用戶使用被測軟件的可能方式;這一原則同樣適用于構造功能剖面和%構造非實時軟件運行剖面的方法軟件的運行剖面|是指對系統(tǒng)使用條件的定義e即系統(tǒng)的輸入值用其按時間的分布或按它們x

7、"y在可能輸入范圍內的出現(xiàn)概率的分布來定義e收稿日期!"#$%#$%&修訂日期!"#%$#%$#基金項目!國防科工委九五重點預研項目(資助項目%)*+*%*,-文章網(wǎng)址!11*11"#%1#91#)1./0222*.34567/86.345運行剖面!在確定系統(tǒng)模式發(fā)生的概率時"可通過對相似系統(tǒng)某一系統(tǒng)模式的使用進行統(tǒng)計或依據(jù)用戶經驗"估計出該系統(tǒng)模式發(fā)生的概率!在統(tǒng)計概率可以結合開發(fā)人員或有關專無法獲得的情況下"家的意見"估計出軟件各系統(tǒng)模式發(fā)生的概率值!概率值的估計有若干種方法"包括#經驗法$統(tǒng)

8、%#計法$等!在構造功能剖面%運行剖面時"仍可以采用相似方法來確定功能和運行的條件概率值!&(構造功能剖面對于某一特定的系統(tǒng)模式"需要分析完成該系統(tǒng)模式所有的功能及其概率"構成功能剖面)-./"0".1"2"3"!其中7*+*+*+,4*+,56,是第,個功能剖面元素8*個功能8+,是第,是第,個功能發(fā)生的概率845是當前系統(tǒng)模式下功能的個數(shù)!構造功能剖面需要考慮以下方面79分別劃分某一系統(tǒng)模式下的功能8:確定某一系統(tǒng)模式下的功能發(fā)生概率8;不同系統(tǒng)模式下的相同的功能剖面要合并!&<構造運行剖

9、面對于某一獨立功能的完成"是通過輸入一系在實際測試軟件過程中"列輸入變量值來實現(xiàn)的!軟件的先后輸入變量之間通常存在著某種聯(lián)系"不是完全獨立的!為了研究簡便起見"這里假設這種關聯(lián)關系比較小"仍然按照它們之間相對獨立規(guī)定這些輸入變量其具體取值區(qū)間"在取來對待!值區(qū)間內把它們看作是獨立的!運行剖面需要分別描述各功能輸入變量的取值區(qū)間"即區(qū)間的上下限"和各輸入變量在其取值區(qū)間內的概率分布!該概率分布是條件概率分布"是指在功能被選中的條件下"該功能各輸入變量取值的概率分布!運行剖面可表達為)-./&quo

10、t;0".=+=+=+,1"2"3""其中744+>6>是功能的運行個數(shù)8=,是第,個運行剖面元素8+個運行發(fā)生的,是第,概率8=個運行".)"?"3""=?,是第,12A12A其中?是第A個輸入變量的第3"6"?4AA個取4A值區(qū)間".1"2"3""BA是輸入變量取值區(qū)間BAA的個數(shù)!對于每一個功能需要構造運行剖面"之后對不同功能下的相同的運行剖面需要進行合并"構成最終的軟件的運行剖面!系統(tǒng)模

11、式剖面%功能剖面和運行剖面的層次關系見圖1!第I期陳雪松等軟件可靠性測試數(shù)據(jù)生成方法研究M00NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN的約束關系!每個輸入變量的取值區(qū)間及其相應的條"#$構成了實時件概率分布按照輸入時序進行排列%軟件的運行剖面!通過遍歷每個輸入變量%對其在取值區(qū)間"&$內隨機抽樣%可以按時序生成一個輸入向量%用于測試相應的功能序列!本文提出的這種實時軟件運行剖面構造的思路%可用于開發(fā)計算機輔助構造運行剖面并基于概率分布抽樣!通過對運行和各輸入變量取值1個步驟的抽樣

12、%就生成了一個測試數(shù)據(jù)!每個輸入變量的測試數(shù)據(jù)構成一個輸入向量%用于測試選定功能!不斷重復上述步驟%直到生成所需數(shù)量的測試數(shù)據(jù)為止!&應用實例這里通過一個實例%系統(tǒng)地演示對AA飛機該運行剖面生成實時軟件的可靠性測試數(shù)據(jù)!#非實時軟件測試可靠性測試數(shù)據(jù)的生成方法軟件的可靠性測試數(shù)據(jù)是根據(jù)運行剖面隨機生成的!在運行剖面中規(guī)定了每個輸入變量的取值區(qū)間%并且在很難確定輸入變量具體概率分布的情況下%可以假設認為輸入變量在取值區(qū)間內均勻分布或分段均勻分布!軟件可靠性測試是一種隨機測試%測試數(shù)據(jù)的選取方式是隨機選取!因此%根據(jù)隨機測試的原則%在運行剖面給定的輸入變量的取值區(qū)間內任意抽取一個變量的實際

13、取值!將各個變量按順序組合起來便形成了測試數(shù)據(jù)!如是體現(xiàn)出用于軟件可靠性測試的測試數(shù)據(jù)是基于運行剖面生成的這個概念!根據(jù)運行剖面生成測試數(shù)據(jù)的過程如下由于運行剖面是由一系列變量的取值區(qū)間和該運行發(fā)生的概率組成的%因此%可以基于運行剖面隨機抽取一個運行來實現(xiàn)對某一功能的一次測試!抽取運行的過程如下將運行剖面()*+,)*+-.)+%*+/%+-0%1%2%34中所有運行發(fā)生的概率*+求5前5項和65%65-7*+形成一個數(shù)列(654%其中+-05-0%1%23%3為軟件運行剖面中運行總數(shù)%規(guī)定68-8%并有60-*0%63-098%65:65:0-*5!這里運行相互獨立!任給一個隨機數(shù)%;<

14、;"8%098$觀察;落在哪個區(qū)間%若;滿足65:0=;>65%則該隨機數(shù);與*5這個概率值對應%那么這次隨機抽到的運行為)5!其次%要進行第1次抽樣來確定運行中每個輸入變量將取到的具體取值!由于輸入變量的取值類型可以是離散的%也可以是連續(xù)的%在隨機抽樣時要分別考慮這1種類型輸入變量的抽樣方法!連續(xù)性的輸入變量要在其取值區(qū)間內%依概率密度函數(shù)抽樣?離散型的要在其可取值集合內依起落架故障診斷專家系統(tǒng)B軟件構造運行剖面并生成測試數(shù)據(jù)的過程!C9D被測軟件簡介AA飛機起落架故障診斷專家系統(tǒng)B軟件是一個使用E專家系統(tǒng)F方法對AA飛機起落架進行故障診斷的軟件!根據(jù)軟件功能的說明%結合軟件

15、的有關文檔%以及對相關概率的估計%可構造軟件的系統(tǒng)模式剖面G功能剖面和運行剖面%其過程如下!C9H軟件的系統(tǒng)模式剖面通過分析軟件的輸入空間%主要劃分&個系統(tǒng)模式%并給出了相應的概率%構成系統(tǒng)模式剖面!這個概率由開發(fā)人員估計給出!下面的功能剖面G運行剖面概率值的確定亦是如此!系統(tǒng)模式剖面如下序號系統(tǒng)模式代號系統(tǒng)模式概率系統(tǒng)模式描述060891故障處理16189I故障診斷及解釋#6#890知識庫管理&6&890幫助C9J軟件的功能剖面針對以上&種系統(tǒng)模式%又分別構造了功能剖面%并進行了不同系統(tǒng)模式下功能剖面的合并%合并后的功能剖面按功能的發(fā)生概率值由大到小排序%其中

16、部分如下序號功能代號功能發(fā)生的概率功能描述0K10890L反向推理后完整解釋1K1#890L正向推理后完整解釋#K118901反向推理后從當前位置解釋C9C軟件的運行剖面對于以上每一個功能%需要按照運行的定義描述其輸入變量!需要對每一個運行進行描述%并給出概率分布%構成各功能下的運行剖面!然后%R$航空學報第卷xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx將這些運行剖面加以整理!形成軟件的運行剖面"其形式如下#序號運行代號運行發(fā)生的概率運行描述$($%&)*)+;正向推理后完整解釋!允許上翻和多

17、次推理數(shù)據(jù)包括#測試數(shù)據(jù)序號7輸入變量名稱和按順序輸入的各變量具體取值等項目"其形式如下#測試數(shù)據(jù)序號輸入變量名稱輸入變量的具體取值$89:,-./0$0$;運行的取值范圍#,-./0$0$1$!21$!+21$!32上翻選擇確定1)!2選擇確定,-./00$用以上6其測試結)個測試數(shù)據(jù)測試軟件!果如下#累積6)個測試數(shù)據(jù)共發(fā)生<)次失效!運行時間$3($*+"=對這<剔除了由相同缺陷)個失效進行分析!造成的失效后剩下+個屬于不同類型失效"失效數(shù)據(jù)如表$所示"這里的失效數(shù)據(jù)是完全失效數(shù)據(jù)"因此!可使用完全失效數(shù)據(jù)模型對該軟件的可靠性

18、進行評估"本文不作探討"4*5軟件的可靠性測試數(shù)據(jù)根據(jù)運行剖面共生成6)個測試數(shù)據(jù)"測試表>軟件可靠性測試記錄?ABC>?DCECFGEHGIJGIKLECEBMAMBMKNKCJKMOP失效序號$(6R測試數(shù)據(jù)序號$RS66S3$)3開始測試時刻失效發(fā)生時刻測試運行時間Q=R+*3$)R*($<)*($6*)<$*(累積運行時間Q=3+S*3$S$*$S)3*66S$*3<666*3內存#$<失效現(xiàn)象解釋圖形少一個邏輯門用戶程序出錯拖動滾動條畫圖時死機非最大化畫圖時死機輸入故障樹信息存不住診斷解釋說明字符串無結尾失效等級T$R#$3#$($R#$+#$(#)#<$(#)6#$R#(S#R3$R#6)#(3$6#)#$)$6#$6$)#R)#+$)#R$#($(測試數(shù)據(jù)號#$到6)3<9$(VWX#W-.YZ/,RY測試開始日期#UUUU年UU月UU日操作系統(tǒng)#_R中文版ab%_c+參考文獻陸民燕1北京航空航天大學可$+&