软件可靠性测试加速方法分析
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Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓｏ ｆｗａ ｅｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｔ ｓｉ ｇ ａｅ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ． Ｐ ｅ ａｅ ｔ ｏ ｗ ａ ｅｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ — ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｏ ｃ ｐ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｆｓ ｔ ｒ ｅｉ ｉ ｔ ｔ ｒ ｒ ｕ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｃ ｏ ａ ｉ ｅ ｎ ｎ ｏ ｎ ｒ ｖ ｌｎ ｆ ｒ ｅｉ ｉ ｔ ｃ ｓｔ ａ ｉ
质 量 中最 易定量 的特 性 。软件 可靠 性测试 作为提高 与评估
软 件 可 靠 性 的 重 要 手 段 ，已成 为 国 内 外 软 件 可 靠 性 工 程 的 主 要研 究 方 向 之 一 。 是 由于 软 件 可 靠 性 测 试 具 有 时 间 长 、 但 费 用 高 、 源 消 耗 大 的 特 点 。 从 而 难 以 满 足 工 程 型 号 的进 度 和 资 ， 成 本 要 求 。 因此 需 要 对 传 统 的 软 件 可 靠 性 测 试 方 法 加 以 改 进， 以提 高 软 件 可 靠 性 测 试 的 效 率 ， 得 软 件 可 靠 性 测 试 更 具 使
方 面 。 节将 对 当 前 方 法 进 行 分 类 、 本 比较 ， 从 加 速 原 理 出 发 并 对这些 方法进行 分析 。
的作 用 ， 此 加 速 因 子 的准 确 与 否 对 可 靠 性 评 估 有 很 大 影 响 ； 因 而 最 后 一 种 方 法 利 用 ＰＥ技 术 回 避 了加 速 因 子 的 问 题 。 Ｉ 基 于 改 变 剖 面 概 率 的 加 速 方 法 的 实 质 是 提 高 了 输 入 强 度 。 通 常 的 做 法 是 对 软 件 进 行 分 析 ，增 大输 入 集 合 中 的 某 些 特殊输入 在测试剖面 中的概率值 ， 以提 高 软 件 输 入 的强 度 、 变 换 输 入 的 类 型 以 及 时 序 ， 成 的 “ 劣 ” 入 或 输 入 组 合 加 快 构 恶 输
ｅ ｏ Biblioteka Baiduｙ ｉ ａ ｅ ｙｂ ｘａ ｌｓｓ ｓ ｄ ｎ ｂ
ａ ｄｍｕｔ ｌ ｆ ａｅ ． Ｔ ｅｒｓａｃ ｃ ｉｖ ｍｅ ｔ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｎｓ ｆ ｒｅｒｌ ｂｌ ｃ ｅｅａｅ ｓｉｇｍｅｈ ｄａ ｅｍａｎｙａ ａ— ｎ ｌｉ ｅｉ ｏｂ ｓｄ ｐ ｎ ｈ ｅｅ ｒｈａ ｈｅ ｅ ｎｓａ ｄｄ ｖ ｌｐ ｎ ｏｔ ｉ ｗａ ｅｉ ｉｔ ａ ｃ ｌｒｔｄｔ ｔ ｔｏ ｉｌ ｎ ｌ ａ ｉ ｙ ｅ ｎ ｒ ｙ ｅ ， ｓ ｍｍａ ｉｅ ｄｄ ｓｕ ｓ ｄ Ａｎ ｈ ｏ ｃｕ ｉｎ ｅｔ ａ ｅｃ ａ ｇｎ ｒ ｂ ｂｌ ａ ｅ ｐ ｒ ａｈ Ｃ ｅａｃ ｌｒｔｄｐ ｒ ｙａ ｄ ｚｄ ｕ ｒｚ ｄａ ｉｃ ｓｅ ． ｎ ｄｔｅｃ ｎ ｌｓｏ ｓａ ｔ ｈ ｎ ｉｇｐ ｏ ａ ｉｔ ｂ ｓ ｄａ ｐ ｏ ｃ ａ ｂ ｃ ｅｅａｅ ａｔ ｎ ｒ ｈ ｔ ｈ ｉ ｙ ｎ ｌ ｔ ｅｏｈ ｒ ａｌ ｅａ ｃ ｌｒｔｄｃ ｍｐｅｅｙ Ｂａ ｅ ｎｔｉ ｅｐ ｉｃｐｅｏ ｏｔ ｒ ｅｉｂｌ ｃ ｅｅａｅ ｓｉｇｍ ｅｈ ｄ ｔ ｄｅ ， ａ ｄ ｈ ｔ ｅｓｃｒｂ ｃ ｅｅａｅ ｏ ｌｔｌ． ｓ ｄｏ ｓｔ ｒｎ ｉｌ ｆ ｆｗａｅｒ ｌ ｉ ｔ ａ ｃ ｌｒｔｄｔ ｔ ｔ ｏ ｓ ｓｓｕ ｉｄ ｎ ｈ ｈ ｓ ａ ｉ ｙ ｅ ｎ ｉ
信 水 平 ３个 方 面 进 行 了 软 件 可 靠 性 加 速 方 法 分 析 ；最 后 在 此 图 １ 软 件 可 靠 性 测试 过程
基 础 上 提 出 了 软 件 可 靠 性 测 试 加 速 未 来 的研 究 方 向 。
软 件 可 靠 性 测 试 能 有 效 地 发 现 软 件 缺 陷 ，实 现 可 靠 性 的 增 长 ， 是 仍 存 在 以下 不 足 ： 但
ｇｎｅ ｒｎｇ ｉ ｅｉ
Ｏ 引 言
软 件 可 靠 性 是 ＩＯ １６中 软 件 质 量 的 重 要 属 性 ，是 软 件 Ｓ ９２
行测 试， 而暴 露高失效 率的缺 陷， 从 以提 高 软 件 可 靠 性 。 件 软 可 靠 性 测 试 属 于 软 件 统 计 测 试 的 一 种 ， 依 据 软 件 功 能 使 用 是 概 率分布生成 测试用例 。 软 件 可 靠 性 测 试 的 过 程 如 图 １ 示 。 其 中主 要 包 括 ：测 所 试 需求 分 析 ， 造 剖 面 、 成 测 试 用 例 ， 备 测 试 环 境 ， 行 测 构 生 准 执 试， 失效 数 据 收集 ， 件 缺 陷 纠 正 和 可 靠 性 评 估 。 软
作者简介：封二强 （ ８ 一） １ ４ ，男，河北石家庄人，硕 士，助理工程 师，研究方 向为软件可靠性工程 ； 刘畅 （ ７ 一） ９ １ ９ ，男 北京人，博士 ，工程 ９ 师，研 究方向为软件工程 ； 郑军 （９ ９ ，男，江西景德镇人 ，硕士，高级工程师 ，研究方 向为软件工程。Ｅ ｍ ｉ ｒｉ ｇ ｎ ＠１ ６ ｏｍ １６ 一） － ａ ：ｅ ａ ｆ ｇ ２ ｃ ｌ ｑｎ ｅ
ｃ ｌｒｔｄｔｓｉｇｍｅｈ ｄ ａ ｅｂ ｏ ｄｙｃａ ｓｆｅ ｔ ｒｅｃｔｇ ｒｅ， ｎ ｍ ｅｙ ｃ ａ ｇｎ ｒｂ ｂｌ ａｅ ， ｅｅａｅ ｔｎ ｔｏ ｓｃｎｂ ｒ ａ ｌ ｌｓｉ ｄｉ ｏｔ ｅ ａｅ ｏ ｓ ａ ｌ， ｈ ｅ ｉ ｎ ｈ ｉ ｎ ｉｇｐ ｏ ａ ｉ ｔ ｂ ｓｄ ｉ ｙ
失效 率 。 上 述 几 种 方 法 都 是 通 过 改 变 剖 面 概 率 的 方 式 来 进 行 加 速 的 ， 且 都 只 作 用 于 部 分 输 入 域 ， 此 只 能 在 测 试 过 程 中起 到 并 因 部 分 加 速 的 作 用 。 同 时 ，在 前 ４ 方 法 中 加 速 因 予起 着 重 要 种
摘 要： 阐述 了软 件 可 靠性 测试 及其 加速 方 法 ， 对现 有 的加 速 方 法进行 深入 分析 和 总结 ， 并 将现 有 方法分 为基 于改 变剖 面
概 率 的方法 、 于灰盒 分析 的方 法和基 于多种 测试信 息的方 法 ３类并 进行 比较 。在此基 础上 ， 别从提 高输入 强度 、 简软 基 分 化
，
．
３ ８ ２ １， ｏ．２ ｏ９ ０ ８ ０ １ Ｖ １ ，Ｎ ． ３
概 率 低 的输 入 则 测 试 的不 充 分 ；
计算机工程 与设计 Ｃ ｍｐ ｔ ｎ ｉｅｒ ｇａｄ ｓ ｎ ｏ ｕｅ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｉ ｒ ｎ ｎ Ｄｅ ｇ
后 利 用 缺 陷 失 效 率 建 立 次 序 统 计 量 模 型 ， 而 得 到 软 件 失 效 进 率 。即 该 方 法 不 必 求 加 速 因 子 即 可 得 到 无 加 速 情 况 下 的 软 件
ｔ ｅｒ ｓ ａ ｃ ｉ ｃ ｉ ｎ ｉ ｅｆ ｔｒ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｈ ｅ ｅ ｈ ｄ ｒ ｔ ｔ ｕ ｅｉ ｏ ｏ ｅ ． ｒ ｅ ｏ ｎｈ ｕ ｐ
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（） 统 的 软件 可 靠 性 评 估 方 法 只 考 虑 失 效 数 据 ， 忽 略 ２传 而 了 测 试 过 程 中产 生 的其 它 测 试 信 息 ， 仅 造 成 了 资 源 的 极 大 不
浪费 ， 且使得评 估结果 不准确 。 而
２ 软 件可 靠 性 测试 加 速 方 法
针 对 软 件 可 靠 性 测 试 存 在 的 缺 点 和 不 足 ， 有 研 究 多 集 现 中 在 提 高软 件 可 靠 性 测 试 效 率 和 可 靠 性 评 估 结 果 的 可 信 性 等
计 算 机 工程 与设 计 Ｃ ｍ ｕ ｒ ｎｉ ｅ ｎ ｄ ｅ ｇ ２ １， ｏ ３， ｏ ３８ ｏ ｐｔ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｎ Ｄ ｓ ｎ ０ １ Ｖ １ ２ Ｎ ． ０７ ｅ ｎ ｉ ａ ｉ ． ９
软件可靠性测试加速方法分析
封 二 强 ， 刘 畅 ， 郑 军
（ 国航 空综合 技 术研 究 所 ，北 京 １０２ ） 中 ００８
引发 软 件 失 效 ， 而 加 快 暴 露 影 响 软 件 可 靠 性 的 缺 陷 ， 短 测 从 缩
２１ 基 于 改变 剖 面 概 率 的 加速 方 法 ．
Ｌ ｔ 等 人 通 过 对 失 效 数 据 以及 引 发 失 效 的 条 件 进 行 分 ｕ ｚ 析 ， 出 小 概 率 事 件 是 诱 发 软 件 失 效 的 重 要 原 因 ， 传 统 可 指 而 靠性 测试方 法对 小概率 事件 的测试 往往 是不充分 的 。因此 ， 部分 学者针 对软 件运行 中 的小概率 关键输 入进行 强化 测试 ， 以提 高 软 件 可靠 性 。其 中 主 要 有 以下 几 种 方 法 ： Ｍｕａ 文 献 ［］ 提 出无 放 回 抽 样 的 测 试 方 法 来 提 高 软 ｓ在 ５中
工程 实用价值 。 文首先分 析和总结 了软件可 靠性测试 以及 本
现 有 的加 速 方 法 ， 现 有 方 法 分 为 基 于 改 变 剖 面 概 率 的 方 法 、 将
基于 灰盒分析 的方 法和基于多种测试 信息的方法三类 并进 行
比较 ； 后 从 提 高 输 入 强 度 、 简 软 件 结 构 和 输 入 以及 提 高 置 然 化
１ 软 件可 靠性 测 试
软件可靠性测试通 过模拟软件 的真实 使用 过程对软件进
收稿 日期 ：２ １． ．５ ０ ０ ９２ ；修订 日期：２ １．１ ５ ０ ００１ ２ 。 －
基金项目：航空科 学基金项 目 （０ ８２ １０ ） ２ ００ ４ ０ ５。
（） １由于软件可靠性 测试 按照使用概率进行 随机抽样得 到 测 试数据 ， 对于概 率高 的输入 ， 在大量 的重复测试 ， 存 而对 于
Ｆ ＥＮＧ ｒｑａ ｇ ＬＩ Ｃｈ ｎ ， Ｚ Ｅ － ｉｎ ， Ｕ ａ ｇ ＨＥＮＧ ｕ Ｊｎ
（ ｈｎ ｅｏＰ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ｓ ｂｉ ｍｅｔ ｅ ｉ ０ ０ ８ ｈ ａ Ｃ ｉａ ｒ－ｏｙ ｃｎ ｌ ｙＥ ｔ ｌ ｈ ｎ，Ｂ ｉｎ １０ ２ ，Ｃ ｉ ） Ａ Ｔ ｏ ａ ｓ ｊｇ ｎ
中图法分 类号 ： Ｐ １ Ｔ３１ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：００７２ ２ １） ９３ ８．４ １０ —０４（０ １０ ．０ ７０
Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｒｎ ｉ ｌ ｆ ｏ ｔ ｒ ｅｉｂ ｌ ｙ ａ ｃ ｌｒ ｔｄ ｔｓｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ａｙ ｉ ｎｐ ｉｃｐ ｅｏ ｆ ｓ ｗａ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｃ ｅｅ ａｅ ｔ ｔ ｏ ｓ ａ ｉ ｅ ｎ
件 结构 和输入 以及 提 高置信 水平 ３个方面 进行 了可靠 性测试 加速 方法机 理 分析 ， 出基 于改 变剖面概 率 的方法 只能起 到部 得
分加 速作 用 ， 而其 它两类 方 法可以起 到整体 加速 作用 ， 最后讨 论 了软件 可靠性 测试 加速 方法 未来有 前景 的研 究 方向 。 关键 词 ： 软件 可靠 性测试 ；加 速测 试； 加速机 理； 加速 方 法；软件 可 靠性 工程
质 量 中最 易定量 的特 性 。软件 可靠 性测试 作为提高 与评估
软 件 可 靠 性 的 重 要 手 段 ，已成 为 国 内 外 软 件 可 靠 性 工 程 的 主 要研 究 方 向 之 一 。 是 由于 软 件 可 靠 性 测 试 具 有 时 间 长 、 但 费 用 高 、 源 消 耗 大 的 特 点 。 从 而 难 以 满 足 工 程 型 号 的进 度 和 资 ， 成 本 要 求 。 因此 需 要 对 传 统 的 软 件 可 靠 性 测 试 方 法 加 以 改 进， 以提 高 软 件 可 靠 性 测 试 的 效 率 ， 得 软 件 可 靠 性 测 试 更 具 使
方 面 。 节将 对 当 前 方 法 进 行 分 类 、 本 比较 ， 从 加 速 原 理 出 发 并 对这些 方法进行 分析 。
的作 用 ， 此 加 速 因 子 的准 确 与 否 对 可 靠 性 评 估 有 很 大 影 响 ； 因 而 最 后 一 种 方 法 利 用 ＰＥ技 术 回 避 了加 速 因 子 的 问 题 。 Ｉ 基 于 改 变 剖 面 概 率 的 加 速 方 法 的 实 质 是 提 高 了 输 入 强 度 。 通 常 的 做 法 是 对 软 件 进 行 分 析 ，增 大输 入 集 合 中 的 某 些 特殊输入 在测试剖面 中的概率值 ， 以提 高 软 件 输 入 的强 度 、 变 换 输 入 的 类 型 以 及 时 序 ， 成 的 “ 劣 ” 入 或 输 入 组 合 加 快 构 恶 输
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基 础 上 提 出 了 软 件 可 靠 性 测 试 加 速 未 来 的研 究 方 向 。
软 件 可 靠 性 测 试 能 有 效 地 发 现 软 件 缺 陷 ，实 现 可 靠 性 的 增 长 ， 是 仍 存 在 以下 不 足 ： 但
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软 件 可 靠 性 是 ＩＯ １６中 软 件 质 量 的 重 要 属 性 ，是 软 件 Ｓ ９２
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作者简介：封二强 （ ８ 一） １ ４ ，男，河北石家庄人，硕 士，助理工程 师，研究方 向为软件可靠性工程 ； 刘畅 （ ７ 一） ９ １ ９ ，男 北京人，博士 ，工程 ９ 师，研 究方向为软件工程 ； 郑军 （９ ９ ，男，江西景德镇人 ，硕士，高级工程师 ，研究方 向为软件工程。Ｅ ｍ ｉ ｒｉ ｇ ｎ ＠１ ６ ｏｍ １６ 一） － ａ ：ｅ ａ ｆ ｇ ２ ｃ ｌ ｑｎ ｅ
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失效 率 。 上 述 几 种 方 法 都 是 通 过 改 变 剖 面 概 率 的 方 式 来 进 行 加 速 的 ， 且 都 只 作 用 于 部 分 输 入 域 ， 此 只 能 在 测 试 过 程 中起 到 并 因 部 分 加 速 的 作 用 。 同 时 ，在 前 ４ 方 法 中 加 速 因 予起 着 重 要 种
摘 要： 阐述 了软 件 可 靠性 测试 及其 加速 方 法 ， 对现 有 的加 速 方 法进行 深入 分析 和 总结 ， 并 将现 有 方法分 为基 于改 变剖 面
概 率 的方法 、 于灰盒 分析 的方 法和基 于多种 测试信 息的方 法 ３类并 进行 比较 。在此基 础上 ， 别从提 高输入 强度 、 简软 基 分 化
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概 率 低 的输 入 则 测 试 的不 充 分 ；
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后 利 用 缺 陷 失 效 率 建 立 次 序 统 计 量 模 型 ， 而 得 到 软 件 失 效 进 率 。即 该 方 法 不 必 求 加 速 因 子 即 可 得 到 无 加 速 情 况 下 的 软 件
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浪费 ， 且使得评 估结果 不准确 。 而
２ 软 件可 靠 性 测试 加 速 方 法
针 对 软 件 可 靠 性 测 试 存 在 的 缺 点 和 不 足 ， 有 研 究 多 集 现 中 在 提 高软 件 可 靠 性 测 试 效 率 和 可 靠 性 评 估 结 果 的 可 信 性 等
计 算 机 工程 与设 计 Ｃ ｍ ｕ ｒ ｎｉ ｅ ｎ ｄ ｅ ｇ ２ １， ｏ ３， ｏ ３８ ｏ ｐｔ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｎ Ｄ ｓ ｎ ０ １ Ｖ １ ２ Ｎ ． ０７ ｅ ｎ ｉ ａ ｉ ． ９
软件可靠性测试加速方法分析
封 二 强 ， 刘 畅 ， 郑 军
（ 国航 空综合 技 术研 究 所 ，北 京 １０２ ） 中 ００８
引发 软 件 失 效 ， 而 加 快 暴 露 影 响 软 件 可 靠 性 的 缺 陷 ， 短 测 从 缩
２１ 基 于 改变 剖 面 概 率 的 加速 方 法 ．
Ｌ ｔ 等 人 通 过 对 失 效 数 据 以及 引 发 失 效 的 条 件 进 行 分 ｕ ｚ 析 ， 出 小 概 率 事 件 是 诱 发 软 件 失 效 的 重 要 原 因 ， 传 统 可 指 而 靠性 测试方 法对 小概率 事件 的测试 往往 是不充分 的 。因此 ， 部分 学者针 对软 件运行 中 的小概率 关键输 入进行 强化 测试 ， 以提 高 软 件 可靠 性 。其 中 主 要 有 以下 几 种 方 法 ： Ｍｕａ 文 献 ［］ 提 出无 放 回 抽 样 的 测 试 方 法 来 提 高 软 ｓ在 ５中
工程 实用价值 。 文首先分 析和总结 了软件可 靠性测试 以及 本
现 有 的加 速 方 法 ， 现 有 方 法 分 为 基 于 改 变 剖 面 概 率 的 方 法 、 将
基于 灰盒分析 的方 法和基于多种测试 信息的方法三类 并进 行
比较 ； 后 从 提 高 输 入 强 度 、 简 软 件 结 构 和 输 入 以及 提 高 置 然 化
１ 软 件可 靠性 测 试
软件可靠性测试通 过模拟软件 的真实 使用 过程对软件进
收稿 日期 ：２ １． ．５ ０ ０ ９２ ；修订 日期：２ １．１ ５ ０ ００１ ２ 。 －
基金项目：航空科 学基金项 目 （０ ８２ １０ ） ２ ００ ４ ０ ５。
（） １由于软件可靠性 测试 按照使用概率进行 随机抽样得 到 测 试数据 ， 对于概 率高 的输入 ， 在大量 的重复测试 ， 存 而对 于
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中图法分 类号 ： Ｐ １ Ｔ３１ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：００７２ ２ １） ９３ ８．４ １０ —０４（０ １０ ．０ ７０
Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｒｎ ｉ ｌ ｆ ｏ ｔ ｒ ｅｉｂ ｌ ｙ ａ ｃ ｌｒ ｔｄ ｔｓｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ａｙ ｉ ｎｐ ｉｃｐ ｅｏ ｆ ｓ ｗａ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｃ ｅｅ ａｅ ｔ ｔ ｏ ｓ ａ ｉ ｅ ｎ
件 结构 和输入 以及 提 高置信 水平 ３个方面 进行 了可靠 性测试 加速 方法机 理 分析 ， 出基 于改 变剖面概 率 的方法 只能起 到部 得
分加 速作 用 ， 而其 它两类 方 法可以起 到整体 加速 作用 ， 最后讨 论 了软件 可靠性 测试 加速 方法 未来有 前景 的研 究 方向 。 关键 词 ： 软件 可靠 性测试 ；加 速测 试； 加速机 理； 加速 方 法；软件 可 靠性 工程