软件可靠性第二章翻译.ppt
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1、 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong UniversitySoftwareReliabilityEngineering2ChenHaopengSaturday,January7,2023ReferencesReferences:SoftwareReliabilityEngineering2SoftwareReliabilityEngineering2ndndedtion,JohnD.Musaedtion,JohnD.Musa2 2006 by SJTUCenter for Software Engineer
2、ing,Shanghai Jiaotong University软件可靠性工程过程软件可靠性工程过程 软件可靠性工程过程大致包含五个活动软件可靠性工程过程大致包含五个活动:定义必要的可靠性开发业务概况准备测试执行测试将失败数据提交决策3 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University软件可靠性工程过程软件可靠性工程过程 测试人员进行系统工程的头两项活动测试人员进行系统工程的头两项活动 测试人员需要接触更多的产品用户,这是非常有用的测试人员需要接触更多的产品用户,这是非常有用的知道系统行为是不可接受
3、的 是怎么不可接受的 为了了解用户将如何使用该产品.4 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University测试种类测试种类 有两种类型的软件可靠性工程测试有两种类型的软件可靠性工程测试可靠性增长测试认证测试可靠性增长试验包括可靠性增长试验包括功能测试负荷试验回归测试认证测试不涉及调试认证测试不涉及调试通过认证测试将进行二进制决定:接受软件或拒绝软件并退回返工将其供应商5 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong Univ
4、ersity系统的测试系统的测试 系统系统:每个实体你将单独测试它可以包含由任何硬件,软件和人员要素的组合。.我们将使用可靠性增长测试,只要我们在开发甚至是我们将使用可靠性增长测试,只要我们在开发甚至是产品的一部分。产品的一部分。认证测试认证测试是一个是一个预预演,如果我演,如果我们们的客的客户户将将进进行行验验收收测试测试。超系统和产品的系统作为一个组件运行,这些应被视为潜超系统和产品的系统作为一个组件运行,这些应被视为潜在的系统,需要单独进行测试。在的系统,需要单独进行测试。6 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jia
5、otong University可靠性可靠性我们可以定义关于自然单位或时间单位的可靠性指标。我们可以关注的两个时间我们可以关注的两个时间.程序执行时间,实际上是由一个处理器执行系统指令花费的时间。第二类时间是我们正常遇到的作为这两种类型的时间举例,考虑一个文字处理系统的秘书服务。一个星期后,有可能是40小时的时间在此期间,系统运行。可能有2小时的文字处理程序本身的执行时间。7 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University可靠性可靠性 有四类时间故障发生的情况。有四类时间故障发生的情况。失效时间无
6、故障时间间隔失败的经验累积到一个特定的时间失败经历的时间间隔他们都是随机变量。至少有两方面的随机性主要原因。至少有两方面的随机性主要原因。首先,由程序员的错误,而对故障的说明是一个非常复杂的,不可预测的过程。因此,程序故障的位置是未知的。第二,程序的执行条件一般都是不可预测的。8 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University基于时间的故障规范基于时间的故障规范FailurenumberFailuretime(s)Failureinterval(s)110102199332134431155815
7、67012788188103159125221015025111691912199301323132142562515296409 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University基于失败的故障规范基于失败的故障规范Time(s)CumulativefailuresFailuresininterval3022605390721208115010218011121012124013127014110 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shangha
8、i Jiaotong University典型的失效概率分布典型的失效概率分布Valueofrandomvariable(failuresintimeperiod)ProbabilityProductofvalueandprobability00.10010.180.1820.220.4430.160.4840.110.4450.080.4060.050.4070.040.2880.030.2490.020.18100.010.10Mean failures3.0411 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong
9、University时间轴系统故障时间轴系统故障MTBFMeanTimeBetweenFailures平均故障平均故障间隔隔时间MTTDMeanTimeToDetection平均平均检测时间MTTRMeanTimeToRepair平均修平均修护时间12 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University电子元器件故障率电子元器件故障率故障率约。恒定的使用寿命。同样适用于修复率13 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong
10、 University可靠性算数可靠性算数 可靠性可靠性可靠性可靠性,R(tR(t),系统从时间系统从时间系统从时间系统从时间t t开始执行一个单任务开始执行一个单任务开始执行一个单任务开始执行一个单任务假设任务在时间假设任务在时间t=0开始开始任任务期期间没有修没有修护是一个常数的故障率是一个常数的故障率,例如例如每超过一小时的使每超过一小时的使用寿命用寿命,每每25万小时万小时假设假设独立故障独立故障R(t)=e-t非老师备注:以下几页非老师备注:以下几页非老师备注:以下几页非老师备注:以下几页PPTPPT有些英文无翻译必有些英文无翻译必有些英文无翻译必有些英文无翻译必要,如有考题,到时套
11、用公式。要,如有考题,到时套用公式。要,如有考题,到时套用公式。要,如有考题,到时套用公式。14 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University可靠性算数可靠性算数R(tR(t)=)=e-e-t t举例例如果如果是是每每25万小时万小时,例如每小例如每小时故障率是故障率是0.000025,那么一个那么一个8小小时的任的任务R(8)=99.98%系系系系统统在在在在执执行行行行 10,00010,000 次八小次八小次八小次八小时时的任的任的任的任务时务时将成功将成功将成功将成功9,9989,998
12、15 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University可靠性基础知识可靠性基础知识 Failurerate(FR=)Failurerate(FR=)故障率故障率故障率故障率Averagenumberoftimesthesystemislikelytofailinagivenperiodoftime,e.g.0.003failuresperday Meantimetofailure(MTTF)Meantimetofailure(MTTF)平均无故障平均无故障平均无故障平均无故障时间时间Expected
13、timethatthesystemwilloperatebeforefirstfailureoccurs:Meantimebetweenfailures(MTBF)Meantimebetweenfailures(MTBF)平均无故障平均无故障平均无故障平均无故障时间时间跟跟MTTF相似,但是包括修相似,但是包括修护时间16 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University可靠性基础知识可靠性基础知识 Repairrate(RR=)Repairrate(RR=)修复率修复率修复率修复率 Average
14、numberoftimesthesystemislikelytobeAveragenumberoftimesthesystemislikelytoberepairedinagivenperiodoftime,e.g.0.03repairsperrepairedinagivenperiodoftime,e.g.0.03repairsperyearyear Meantimetorepair(MTTR)Meantimetorepair(MTTR)平均修复平均修复平均修复平均修复时间时间Expectedtimetorepair,asforMTTF:Meantimetodetection(MTTD)Me
15、antimetodetection(MTTD)平均平均平均平均检测时间检测时间Similar,expectedtimedetectionofsystemmalfunction17 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University可用性可用性 AvailabilityAvailability可用性可用性可用性可用性 TheprobabilitythatasystemwillbefunctioningTheprobabilitythatasystemwillbefunctioningcorrectlya
16、tanygiventimecorrectlyatanygiventime i.e.thei.e.thefractionfractionoftimewhenoperational;alternativelyoftimewhenoperational;alternatively UnavailabilityUnavailability不可用性不可用性不可用性不可用性18 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University举例举例 GivenGivenFRFR故障率故障率故障率故障率=0.001failur
17、es=0.001failuresperhourperhourRRRR修复率修复率修复率修复率=0.5repairs=0.5repairsperhourperhour WegetWegetMTTFMTTF平均无故障平均无故障平均无故障平均无故障时间时间=1/0.001=1000hours=1/0.001=1000hoursMTTRMTTR平均修复平均修复平均修复平均修复时间时间=1/0.5=2hours=1/0.5=2hoursAvailabilityAvailability可用性可用性可用性可用性=1000/(1000+2)=0.998=99.8%=1000/(1000+2)=0.998=99
18、.8%注意注意注意注意 故障和修复率随时间改变故障和修复率随时间改变故障和修复率随时间改变故障和修复率随时间改变 不同于可靠性,可用性是瞬间的措施,而不是每个任务不同于可靠性,可用性是瞬间的措施,而不是每个任务不同于可靠性,可用性是瞬间的措施,而不是每个任务不同于可靠性,可用性是瞬间的措施,而不是每个任务期间期间期间期间19 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University可靠性框图可靠性框图鉴于由模块组成的系统,其可靠性是什么?鉴于由模块组成的系统,其可靠性是什么?组合模块组合模块-系列(上),并
19、行系列(上),并行20 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University串行系统串行系统任何组件故障导致系统故障任何组件故障导致系统故障把所有故障率把所有故障率计算出来,然后算算出来,然后算平均无故障时间平均无故障时间FR(故障率)(故障率)=FR1故障率故障率1+FR2+.+FRn可靠性乘可靠性乘积,假假设故障都是独立的故障都是独立的rel=rel1xrel2x.xreln21 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaoton
20、g University并行系统并行系统一个组件出现故障需要不会导致系统故障一个组件出现故障需要不会导致系统故障组建失建失败率率=1-reli系系统的可靠性的可靠性rel=1“probabilitysystemhasfailed”=1(1-rel1)x(1-rel2)x.x(1-reln)22 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University组合系列并行系统组合系列并行系统 需要考虑的任意串并联组合需要考虑的任意串并联组合需要考虑的任意串并联组合需要考虑的任意串并联组合-通过分组简化通过分组简化通过
21、分组简化通过分组简化-应用可靠性的计算方法应用可靠性的计算方法应用可靠性的计算方法应用可靠性的计算方法23 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University并行系统的可靠性并行系统的可靠性可靠性对于不同的可靠性对于不同的N的并行系统的并行系统24 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University马尔可夫模型马尔可夫模型有用的故障有用的故障预测,不同的,不同的设计方案比方案比较建立一个概率(建立一个概率(马
22、尔可夫)模型可夫)模型预测的可靠性,可用性,基于的可靠性,可用性,基于该模型的可靠性模型的可靠性模型的模型的类型型离散离散时间的的马尔可夫可夫链连续时间马尔可夫可夫链在在LogicExpress的可靠性措施的可靠性措施使用概率来使用概率来计算的算的预测模型模型检测25 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University离散时间马尔可夫链离散时间马尔可夫链状态状态1:工作工作,状态状态2:故障故障每一步失败的概率是每一步失败的概率是0.1;正在维修的概率是正在维修的概率是0.4系统行为的路径系统行为的路
23、径,e.g.:1(0.9)1(0.1)2(0.4)1(概率概率=0.9x0.1x0.4=0.036)26 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University连续时间马尔可夫链连续时间马尔可夫链状态状态1:工作工作,状态状态2:故障故障故障率是故障率是l,修复律是修复律是m平均无故障时间平均无故障时间(MTTF)is1/l,平均修复时间(平均修复时间(MTTR)is1/m实时性能实时性能,e.g:-“什么是在经过什么是在经过100小时的工作正在可能性小时的工作正在可能性“-“在长远来说,什么样的时间比例
24、是花费在失败了?在长远来说,什么样的时间比例是花费在失败了?“27 2006 by SJTUCenter for Software Engineering,Shanghai Jiaotong University较大的马尔可夫链模型较大的马尔可夫链模型状态状态=可能的配置系统可能的配置系统状态空间状态空间=所有可能状态所有可能状态常巨大的:百万常巨大的:百万/十亿状态十亿状态例如:例如:计算机与计算机与5个状态(关闭,睡眠,工作,失败,个状态(关闭,睡眠,工作,失败,维修)维修)20台电脑网络:台电脑网络:520=980万状态万状态分析性能分析性能/可靠性属性:可靠性属性:求解线性方程组求解线
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