29、软件可靠性：原理、建模与评估

软件可靠性：原理、建模与评估

1. 软件可靠性概述

软件可靠性建模旨在理解软件系统的可靠性，但现有模型虽能精准预测过去，却难以预测软件系统的未来行为。这是因为以往大多尝试以建模硬件可靠性的方式来建模软件可靠性，而软件和硬件有着本质区别。

硬件系统是集成且功能完备的单元。例如，喷气发动机运行时，其所有部件都参与产生动力的过程；计算机 CPU 芯片通电时，整个芯片表面都在引导电子流动。并且，由于制造工艺的原因，硬件系统存在细微差异。

软件系统则不同。同一版本的手机控制软件在每部手机上都是完全相同的，不存在制造差异。如果一个软件系统存在故障，那么所有使用该软件的系统都会有相同的故障。

软件系统的故障仅取决于当前执行的操作。若程序执行的操作由无故障模块组成，该操作将无限期执行而不会失败。一个程序可能执行一系列易出错的模块，但只要故障所在的代码区域在执行过程中未被触及，程序就不会失败。只有当软件系统执行包含故障的模块时，才会发生故障事件。

过去在确定软件可靠性时出现的问题，与视角偏差有关。程序不会随时间磨损，如果不进行修改，其可靠性不会随时间改善或降低。真正影响软件系统可靠性的是程序所执行的操作。一个程序可能在多年内运行良好，但如果用户改变其任务，它可能突然变得不可靠。

此外，现有的软件可靠性理解方法假定软件故障事件是可观察的，但实际上绝大多数软件故障发生时未被察觉。只有当这些故障通过二阶、三阶或四阶效应破坏系统时，才会被外部观察到。因此，基于不准确的故障数据来建模软件可靠性是不合理的。

2. 软件与硬件的差异

• 制造差异 ：硬件制造存在