软件可靠性综述

1、软件可靠性综述作者：徐振洋谢萍武孟来源：计算机与网络2021年第18期针对大型复杂软件可靠性低、重大任务运行过程中出现软件故障的问题，从软件的全生命 周期角度研究软件可靠性设计方法，从软件架构设计、软件冗余设计、软件健壮性设计、软件 测试设计、软件可读性设计、软件重用设计、数据存储设计、软件错误恢复设计等方面研究软 件可靠性设计方法，涵盖了软件需求、概要设计、详细设计、测试设计等不同阶段，最后以实 例进行验证。软件是各个系统的必要组成部分，也是各系统的核心功能所在，随着SDN/NFV的出现， 软件的地位和作用越来越突出。同时软件直接面向各级各类运维人员，是网络整体运行状态的 呈现者，为大型任务

2、网可靠高效运行保驾护航，为重大任务的顺利完成提供技术支撑，因此研 制高可靠性高质量的软件势在必行，研究软件可靠性设计是非常有意义的课题。本文从软件生 命周期的角度，研究软件可靠性的各个环节，从软件需求、软件体系架构、软件界面、软件测 试等方面进行研究。软件可靠性设计从软件体系架构设计、软件冗余设计、软件健壮性设计、软件测试设计、软件可读性设计 和软件重用设计方面进行详细研究。软件架构设计软件体系架构设计主要从软件体系设计、模块化设计、服务化设计等方面进行设计。体系化设计：软件系统越来越复杂，可靠性高的软件要求采用层次结构设计，层与层之 间单向依赖，减少复杂性，提高可靠性，是否进行层次结构设计是

3、关注的重点；模块化设计：是否采用层次结构与模块化设计相结合的方法，是否进行模块化设计，模 块化设计是否高内聚、低耦合，模块之间接口是否清晰明确简洁，上述都是软件设计的关注重 点；为降低软件的复杂度，采用层级结构和模块化设计相结合的思想，将软件分层，层与层之 间只存在单向德依赖关系，在此基础上分解为若干个功能独立的模块。各模块相互交互，实现 软件的相关功能。但是，随着软件模块的数量增加，软件模块间的信息交互势必大幅增多，增 加了软件的复杂度。因此，软件模块的划分需要考虑软件模块的功能单一性（即软件模块尽量 小）和软件模块间信息交互少的原则。服务化设计：将独立功能的软件模块进行了服务化封装，服务之

4、间的通信是否简单明 确，服务是否进行了注册、发布、共享，该项目的服务是全新设计还是基于已有项目的设计； 是否最大限度重用了服务库中的服务，重用服务占整个软件项目服务设计的百分比是多少；因 为成熟的入库服务，均已经经过测试部署使用，其可靠性比较高，直接应用于新项目中既可以 缩短开发日寺间，又可以提高可靠性。软件冗余设计主备热备设计：对于可靠性要求极高的软件，如航天系统相关软件，一定要采用主备热 备、双机热备模式，确保系统故障时的零切换和数据的实时存储备份。重要模块备份设计：针对系统功能强大复杂，软件模块众多的系统的，要重点设计关键 硬件、关键模块备份模式，冷热备份根据实际需求选择。信息冗余设计：

5、针对大型复杂系统，数据库是重要的信息存储方式，数据库的选型，选 择达梦、金仓国产化数据库，数据高效存储和读取。软件健壮性设计软件健壮性设计包括界面设计、数据设计和软件操作防护设计：在界面设计中：对输入数据的有效性及合理性进行设计，数据输入范围设计。数据健壮性设计：对输入数据的格式和存储方式进行设计。软件误删除防护设计：针对软件的删除设计做防范操作，首先进行删除提示和确认操作 设计，同时针对删除的数据做短时间备份存储，以便出现误操作删除时进行撤销和数据恢复操 作。软件测试设计在软件测试设计中，主要关注如下方法：需求阶段：是否有详尽的需求说明和设计文档（重点关注是否与用户进行透彻沟通交 流），需求

6、不透彻的话，可能会导致整个系统重新设计翻盘代价甚大。概要和详细阶段：进行体系架构设计，软件模块划分设计，软件流程设计和函数设计， 能指导软件编码；测试阶段：设计测试用例、测试策略，黑盒测试和白盒测试，进行软件正常运行，超负 荷运行检测并采取手段。软件可读性设计软件编程风格是否统一、合理，对增加软件代码可读性、提高软件可靠性、便于软件的维 护等方面有重要影响。要求每一个软件模块标准功能、作用、包含函数。要求软件代码注释率 不低于15 %。针对不同的编程语言分别制定了相应的编程规范，建立了专门编程规范执行制度来约束编 码人员按编程规范编写代码。统一、合理的软件编程风格在一定程度上减少了软件的问题，

7、方 便软件问题的排查和后期维护。软件重用设计软件重用的所有资料都是经过严格筛选，按照规定要求录入的，被证明是合格、准确和可 靠的。数据存储设计随着业务的多样化、网络的复杂化，网络运行过程中所产生的数据越来越多，数据种类越 来越多，除了结构化数据之外，非结构化数据也越来越多，传统的oracle数据库存在存取速度 慢、存取效率低的弊端越来越难以满足要求。由于待存储流量信息巨大，因此采用分级分布式 的云计算数据中心结构，每级数据中心的核心存储平台采用HADOOP平台的HDFS分布式存 储集群，具有分布式存取、容灾性强、安全性高等特点。由于网络带宽资源和存储资源有限， 从系统可靠性的角度出发构建分布式

8、NameNode集群，根据集群的负载和网络状况进行数据的 安全存储和安全访问，从而保证云存储数据中心的安全和负载平衡。软件错误恢复设计系统软件在运行过程中由于软件运行环境故障、人员操作异常、软件自身错误等原因造成 软件出错故障。如何在软件发生错误后尽快的恢复过来、继续正常运行是软件可靠性设计考虑 的重点。日志机制：系统软件设计采用日志管理设计，提供安全日志、操作日志、登录日志等各 种日志的实时记录和存储备份功能，在软件发生故障后，可以查看日志记录查找故障原因，快 速恢复软件。状态恢复机制：系统总部级网管中心软件采用主备双机热备备份，在主用发生故障后， 备用能迅速启用，状态转化为主用。数据恢复机

9、制：系统软件采取自动保存、数据备份等手段，确保软件发生故障后，网络 管理数据的可恢复性，提高软件的可靠性。实例验证以某平台网管软件为例，进行可靠性设计实例验证。该软件实现对多个厂商多个型号设备的统一管理，具有软件规模大、前后台交互信息量 大、频繁存取数据、适合各级各类操作人员、可视化易操作的特点。首先进行软件需求设计，详细分解细化需求，提取出软件功能（五大功能）、性能（7 项性能指标）、接 口（SNMPv2/ SNMPv3/TELNET/SSH/SYSLOG/NETFLOW）、运行环境（中标麒麟服务器和客户端操作系统、达梦数据库）要求。进行软件架构设计，分析得知，需要基于B/S软件架构设计，检

10、索软件重用库，获取 B/S软件架构相关指导手册，软件源代码，同时基于重用库中的软件界面集成框架进行设计， 大量节省时间，同时软件架构的可靠性和可用性都是经过验证的。进行软件模块化、服务化设计，根据需求中规定的五大功能，详细分解为高内聚、松耦 合的软件模块，每个软件模块尽量完成独立的软件功能，同时基于标准化接口进行服务化封 装，服务化模块之间基于标准的消息进行信息传输。进行软件界面设计，基于软件重用库中的软件界面集成框架进行设计，为了增加软件界 面的可视化，减少复杂性和操作盲目性，在每一个界面元中都丢界面元素的名称、含义数据输 入范围）进行tip框提示，同时采用能用下拉列表框尽量用下拉列表框的设

11、计思路，减少用户 输入。软件测试设计，进行模块设计、合格性测试设计、集成测试设计，同时从软件安装、卸 载、运行负荷、安全性、可靠性等方面也设计相应的测试用例，针对每一个测试用例，都从测 试用例设计和编写要从正常值、边界值、异常值等多个维度进行设计。测试前要确定测试标 准、规范，设计测试用例要尽可能遍历所有的测试项目，测试要尽可能详尽，测试要强化输 入，正常值、边界值、异常值都要测试，尽可能多的发现软件错误剔除软件错误。容错设计：针对软件删除，进行删除确认提示，同时提供一个月内的数据删除备份手 段；在软件服务器方面，采取主备备份机制，主备软件同时热备运行，任何一方出现问题都可 以即日寺接管。通过上述的软件可靠性设计，相比于未采取本文论述的系列可靠性手段，大大提高了该软 件的可靠性，缩短了研制周期。软件在各系统中的占比越来越大，地位越来越重要，核心功能越来越突出。因此做好软件 首