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第一部分技术基础1

第一章导论1

1.1 可靠软件的需求1

1.2 基本定义2

1.2.1 错误与失效3

1.2.2 时间4

1.2.3 操作环境5

1.2.4 失效数据采集5

1.2.5 评价与预测8

1.2.6 其它术语9

1.2.7 实例9

1.3 软件可靠性建模10

1.3.1 建模原理11

1.3.2 软件可靠性模型评价11

1.3.3 改进软件可靠性工程的方法14

1.4 相关技术领域14

1.4.1 避错14

1.4.2 排错15

1.4.3 容错15

1.4.4 错误/失效预报15

1.4.5 本书的内容16

1.5 本书的范围和结构16

1.6 小结17

习题17

第二章 软件可靠性与系统可靠性19

2.1 引言19

2.2 可靠性概念19

2.2.1 基本定义19

2.2.2 关于可依赖性损害因素20

2.2.3 关于可依赖性的属性22

2.2.4 关于可依赖性问题23

2.3 X软件系统的失效行为24

2.3.1 原子系统24

2.3.2 由组件构成的系统28

2.4 具有服务恢复作用的X软件系统失效行为33

2.4.1 系统行为的特性33

2.4.2 维护策略34

2.4.3 可靠性建模36

2.4.4 可用性建模40

2.5 可靠性评价的技术状况43

2.6 小结45

习题46

第三章软件可靠性建模概述47

3.1 引言47

3.2 历史简述与现实47

3.2.1 历史背景47

3.2.2 模型分类方案48

3.2.3 模型限制和实现问题50

3.3 指数失效时间模型组51

3.3.1 Jelinski-Moranda De-Eutrophication模型51

3.3.2 非均匀泊松分布过程（NHPP）模型52

3.3.3 Schneidewind模型54

3.3.4 Muss基本执行时间模型57

3.3.5 超指数模型59

3.3.6 其它60

3.4 Weibull和Gamma失效时间模型类61

3.4.1 Weibull模型61

3.4.2 S-型可靠性增长模型63

3.5 无限失效类模型64

3.5.1 Duane模型65

3.5.2 几何模型66

3.5.3 Musa-Okumoto对数泊松分布67

3.6 贝叶斯模型69

3.6.1 Littlewood-Verral可靠性增长模型70

3.6.2 Langberg和Singpurwalla的贝叶斯模型72

3.7 模型关系72

3.7.1 通用指数模型类73

3.7.2 指数有序统计模型类73

3.8 生命周期初期的软件可靠性预测74

3.8.1 基于相位的模型74

3.8.2 由Ada设计预测软件错误74

3.8.3 Rome实验室的工作75

3.9 其它软件可靠性建模方法76

3.10 小结76

习题77

第四章预测分析及重新校准方法79

4.1 引言79

4.2 有关模型不一致和不精确的示例80

4.2.1 简单的短期预测80

4.2.2 较长时间段预测82

4.2.3 数据源到数据源模型标准性变化83

4.2.4 为什么我们不能择选一个最好的先验模型84

4.2.5 讨论—一种可能的方法84

4.3 分析预测准确性的方法85

4.3.1 基本想法——预测和最终结果的递归比较85

4.3.2 序列似然度比率（PLR）87

4.3.3 u结构图（u-Plot）89

4.3.4 y结构图（y-Plot）93

4.3.5 讨论—预测差错的可靠性质及怎样检测不准确性94

4.4 重新校准95

4.4.1 u-结构图作为检测“偏差”的方法95

4.4.2 重新校准方法96

4.4.3 有关重新校准效果的示例97

4.5 工作示例99

4.6 讨论104

4.6.1 好消息的总结—我们现在在哪里104

4.6.2 目前方法的局限105

4.6.3 改进方法的可能途径106

4.6.4 对潜在用户的最佳建议107

4.7 小结107

习题108

第五章操作概图110

5.1 引言110

5.2 概念111

5.3 开发过程112

5.3.1 客户概图114

5.3.2 用户概图114

5.3.3 系统模式概图115

5.3.4 功能概图116

5.3.5 操作概图121

5.4 测试选择128

5.4.1 选择操作129

5.4.2 回归测试130

5.5 特殊问题130

5.5.1 间接输入变量130

5.5.2 更新操作概图131

5.5.3 分布式系统131

5.6 其它用途132

5.7 对DEFINITY的应用133

5.7.1 项目描述133

5.7.2 开发过程描述133

5.7.3 描述操作概图133

5.7.4 执行操作概图134

5.8 在FASTAR（快速自动恢复）上的应用135

5.8.1 系统描述135

5.8.2 FASTAR：SRE的实现136

5.8.3 FASTAR：SRE的好处139

5.9 在电力品种资源系统（PQRS）中的应用140

5.9.1 项目描述140

5.9.2 开发操作概图140

5.9.3 测试142

5.9.4 结论143

5.10 小结143

习题143

第二部分实践与经验145

第六章软件可靠性工程的最优通用实现方法145

6.1 引言145

6.2 软件可靠性工程二优点和实现方法146

6.2.1 价值和优点146

6.2.2 软件可靠性工程成功应用实例146

6.2.3 软件可靠性工程的费用147

6.2.4 软件可靠性工程活动147

6.2.5 渐进式运用软件可靠性工程148

6.2.6 在已开展的项目中适用软件可靠性工程149

6.2.7 在短周期项目中运用软件可靠性工程149

6.3 可行性与需求分析阶段的软件可靠性工程活动150

6.3.1 可行性分析阶段150

6.3.2 需求分析阶段151

6.4 设计和实现阶段的软件可靠性工程活动153

6.4.1 设计阶段153

6.4.2 实现阶段154

6.5 系统测试及现场运行阶段的软件可靠性工程活动155

6.5.1 确定操作概图156

6.5.2 系统测试阶段156

6.5.3 现场试运行阶段159

6.6 交付后及维护阶段的软件可靠性工程活动159

6.6.1 规划发行后的人员需求159

6.6.2 监视现场可靠性是否达到指标159

6.6.3 跟踪调查用户的满意程度161

6.6.4 通过监视可靠性安排新功能的引入时间162

6.6.5 用可靠性度量指导产品及工程过程的改进162

6.7 启动软件可靠性工程162

6.7.1 为开展软件可靠性工程作组织准备162

6.7.2 获得进一步的信息和支持164

6.7.3 做关于软件可靠性工程的自我评价164

6.8 小结165

习题166

第七章软件可靠性度量经验168

7.1 引言168

7.2 度量的框架工作169

7.2.1 确立软件可靠性要求170

7.2.2 规划数据收集过程174

7.2.3 定义收集数据175

7.2.4 预选软件可靠性模型178

7.2.5 选择可靠性建模工具179

7.2.6 模型应用和有关问题179

7.2.7 软件进化的处理180

7.2.8 超可靠性建模的实际局限181

7.3 喷气推进实验室项目分析182

7.3.1 项目选择及特征说明182

7.3.2 数据特征说明182

7.3.3 实验结果183

7.4 贝尔实验室项目分析184

7.4.1 项目特点185

7.4.2 数据收集185

7.4.3 模型应用结果186

7.5 模型结果的线性组合190

7.5.1 静态加权线性组合191

7.5.2 基于模型结果的分级确定权值191

7.5.3 基于序列似燃度的变化确定权值191

7.5.4 建模结果举例191

7.5.5 工程总体结果192

7.5.6 扩展与改进194

7.5.7 长期预测能力196

7.6 小结197

习题197

第八章基于度量的软件可靠性分析199

8.1 引言199

8.2 基本框架199

8.2.1 概述199

8.2.2 运行及开发阶段的可靠性评估200

8.2.3 过去的研究201

8.3 度量技术202

8.3.1 在线自动记录202

8.3.2 人工报告204

8.4 数据的初步分析206

8.4.1 数据处理206

8.4.2 故障和错误分类207

8.4.3 错误传播209

8.4.4 错误及恢复分布211

8.5 数据的详细分析214

8.5.1 关联性分析214

8.5.2 与硬件有关的软件错误216

8.5.3 软件容错的评估216

8.5.4 再次失效220

8.6 模型识别和模型的分析223

8.6.1 失效对系统性能的影响223

8.6.2 运行阶段可靠性模型的建立225

8.6.3 错误/失效/恢复模型227

8.6.4 多重错误模型230

8.7 系统活动的影响231

8.7.1 从度量得出的统计模型232

8.7.2 全局的系统行为模型233

8.8 小结236

习题237

第九章正交缺陷分类240

9.1 引言240

9.2 软件缺陷概况241

9.2.1 软件开发过程中的缺陷241

9.2.2 缺陷分析的频谱243

9.3 正交缺陷分类原则245

9.3.1 直观认识245

9.3.2 正交缺陷分类的设计247

9.3.3 必要条件247

9.3.4 充分条件248

9.4 缺陷类型属性248

9.5 用缺陷类型进行相对风险估计250

9.5.1 增长曲线的主观特征251

9.5.2 将ODC与增长模型相结合252

9.6 缺陷触发属性257

9.6.1 触发概念257

9.6.2 系统测试触发258

9.6.3 检查和检验触发258

9.6.4 功能测试触发259

9.6.5 触发的使用259

9.7 多维分析262

9.8 推广ODC264

9.9 小结265

习题266

第十章趋向分析268

10.1 引言268

10.2 可靠性增强特性269

10.2.1 可靠性增强的定义269

10.2.2 次加性的图解270

10.2.3 次加性分析271

10.2.4 次加性和趋势变化272

10.2.5 某些特殊情况273

10.2.6 结论273

10.3 趋势分析274

10.3.1 趋势测试274

10.3.2 举例280

10.3.3 从趋势分析中得出的典型结果284

10.3.4 结论285

10.4 运用于实际系统285

10.4.1 系统SS4的软件286

10.4.2 系统S27的软件286

10.4.3 系统SS1的软件286

10.4.4 系统SS2的软件288

10.4.5 SAV289

10.5 向静态分析的扩展290

10.5.1 静态分析产品290

10.5.2 应用291

10.6 小结292

习题293

第十一章现场数据分析296

11.1 引言296

11.2 数据收集原则298

11.2.1 研究计划、目标和输入变量298

11.2.2 失效、故障和相关数据298

11.2.3 时间300

11.2.4 使用300

11.2.5 数据粒度301

11.2.6 数据维护与有效性确认302

11.2.7 分析环境302

11.3 数据分析原则304

11.3.1 图形和图线304

11.3.2 数据建模及诊断307

11.3.3 模型诊断与确定307

11.3.4 数据转换309

11.4 现场数据分析中的重要问题311

11.4.1 日历时间311

11.4.2 使用时间311

11.4.3 举例311

11.5 可靠性的日历时间分析312

11.5.1 实测研究（IBM公司）313

11.5.2 实测研究（日立软件工程株式会社）314

11.5.3 进一步的例子316

11.6 基于使用的可靠性分析316

11.6.1 实例研究（Northem Telecom电信系统公司）317

11.6.2 进一步的例子318

11.7 特殊事件318

11.7.1 稀少事件模型319

11.7.2 实例分析（航天飞机飞行软件）321

11.8 可用性323

11.8.1 介绍323

11.8.2 测试的有用性323

11.8.3 经验非可用性324

11.8.4 模型325

11.9 小组结327

习题328

第三部分工程技术330

第十二章软件可靠性估计的度量330

12.1 引言330

12.2 静态程序的复杂性331

12.2.1 软件度量331

12.2.2 软件属性的域模型331

12.2.3 主要元素分析332

12.2.4 度量的使用334

12.2.5 相对程序复杂度335

12.2.6 软件的进化335

12.3 动态程序复杂度337

12.3.1 执行概况338

12.3.2 功能复杂度339

12.3.3 功能复杂度的动态概念339

12.3.4 操作复杂度341

12.4 软件复杂度和软件质量342

12.4.1 介绍342

12.4.2 应用程序和度量343

12.4.3 软件质量控制中的多变量分析345

12.4.4 错误预测模型346

12.4.5 随增加域覆盖而增加预测模型349

12.5 软件可靠性建模351

12.5.1 用软件复杂度度量值进行可靠性建模352

12.5.2 增加的构成问题353

12.6 小结354

习题355

第十三章软件测试和可靠性356

13.1 引言356

13.2 软件测试概论356

13.2.1 软件测试的种类357

13.2.2 由白匣子和黑匣子测试引出的概念357

13.3 操作概图358

13.3.1 操作概图估计中的困难358

13.3.2 用非精确操作概图估计可靠性359

13.4 基于时间/结构的软件可靠性估计360

13.4.1 定义和术语360

13.4.2 基本假设361

13.4.3 测试方法和饱和效应361

13.4.4 测试量361

13.4.5 测试方法的极限362

13.4.6 饱和效应的试验基础363

13.4.7 由于饱和效应导致对可靠性的过高估计363

13.4.8 覆盖与可靠性估计相结合364

13.4.9 用覆盖信息过滤失效数据365

13.4.10 选择压缩比368

13.4.11 处理罕见事件370

13.5 软件风险的微观模型370

13.5.1 基于测试的风险衰减模型370

13.5.2 风险估计——一个例子371

13.5.3 简单的风险计算372

13.5.4 风险浏览器374

13.5.5 风险模型和软件可靠性374

13.6 小结375

习题377

第十四章软件容错可靠性工程379

14.1 引言379

14.2 现状379

14.3 原理和术语380

14.3.1 结果验证381

14.3.2 冗余技术383

14.3.3 失效和故障384

14.3.4 表决判定384

14.3.5 容差385

14.4 基本技术387

14.4.1 恢复块387

14.4.2 N版本程序设计388

14.5 先进技术389

14.5.1 一致性恢复块389

14.5.2 接收表决389

14.5.3 N自检程序设计390

14.6 可靠性建模391

14.6.1 失效的独立性391

14.6.2 数据域建模393

14.6.3 时间域建模397

14.7 存在版本间失效相关情况下的可靠性398

14.7.1 一个实验398

14.7.2 失效关联399

14.7.3 一致性表决400

14.7.4 一致性恢复块401

14.7.5 接收表块403

14.8 多版本容错软件的开发与测试403

14.8.1 需求与设计404

14.8.2 校验、有效性确认和测试404

14.8.3 容错软件的成本405

14.9 小结406

习题407

第十五章使用故障树对软件系统分析410

15.1 引言410

15.2 故障树建模410

15.2.1 割集的生成411

15.2.2 故障树分析413

15.3 软件系统辅助设计故障树415

15.4 使用故障树确认安全性416

15.5 容错软件系统分析418

15.5.1 恢复块系统的故障树模型420

15.5.2 N个版本程序设计系统的故障树模型421

15.5.3 N自检程序设计系统的故障树模型422

15.6 容错软件的定量分析424

15.6.1 从试验数据中进行参数估计的方法424

15.6.2 参数估计值的实例研究427

15.6.3 三个软件容错系统的比较分析429

15.7 硬件和软件系统的系统级分析431

15.7.1 系统的可靠性和DRB的安全模型432

15.7.2 系统可靠性和NVP的安全性模型433

15.7.3 系统可靠性和NSCP安全性模型435

15.7.4 系统级分析中的一个实例研究435

15.8 小结437

习题440

第十六章软件可靠性仿真442

16.1 引言442

16.2 可靠性仿真443

16.2.1 对动态仿真的需要443

16.2.2 动态仿真方法444

16.3 可靠性过程444

16.3.1 过程性质445

16.3.2 结构和流程445

16.3.3 元素间的相互依赖性446

16.3.4 软件环境特性447

16.4 基于工作产品的仿真447

16.4.1 仿真器结构447

16.4.2 结果450

16.5 基本变化率仿真451

16.5.1 事件过程统计451

16.5.2 单一事件过程仿真452

16.5.3 重复发生事件统计453

16.5.4 重复发生事件仿真454

16.5.5 次要事件仿真455

16.5.6 有效增长仿真456

16.5.7 通用仿真算法456

16.6 基于率的可靠性458

16.6.1 传统模型的率函数458

16.6.2 仿真器的结构459

16.6.3 结果显示460

16.7 应用460

16.7.1 仿真实验和结果461

16.7.2 与其它软件可靠性模型比较463

16.8 小结465

习题465

第十七章软件可靠性工程的神经网络466

17.1 引言466

17.2 神经网络466

17.2.1 处理单元467

17.2.2 体系结构468

17.2.3 学习算法470

17.2.4 后向传播学习470

17.2.5 级联相关学习结构471

17.3 神经网络在软件可靠性中的应用472

17.3.1 动态可靠性增长模型472

17.3.2 识别故障易发模块472

17.4 软件可靠性增长模型473

17.4.1 训练方法474

17.4.2 数据表达问题474

17.4.3 预测实验474

17.4.4 神经网络模型的分析478

17.5 故障易发软件模块的识别478

17.5.1 用软件度量来识别易发生故障的模块478

17.5.2 使用的数据集479

17.5.3 分类器比较479

17.5.4 数据表示480

17.5.5 训练数据的选择481

17.5.6 实验方法481

17.5.7 结果481

17.6 小结483

习题483

附录A软件可靠性估计工具485

A.1 引言485

A.2 商业实用工具与一般目的语言及应用程序的对比485

A.3 选择软件可靠性估计的标准486

A.4 ATT的软件可靠性工程工具箱487

A.5 统计建模和软件可靠性功能估计487

A.6 统计模型和可靠性程序488

A.7 软件可靠性程序490

A.8 计算机辅助软件可靠性工程工具491

A.9 经济停止测试模型工具492

A.10 工具比较493

A.11 总结493

附录B软件可靠性理论、分析技术和基本统计495

B.1 符号和术语495

B.2 可靠性理论497

B.3 分析方法502

B.4 统计技术508

参考文献518