Тестирование надежности программного обеспечения - Software reliability testing - Wikipedia

Тестирование надежности программного обеспечения - это область тестирования программного обеспечения, которая относится к проверке способности программного обеспечения функционировать в заданных условиях окружающей среды в течение определенного периода времени. Тестирование надежности программного обеспечения помогает обнаружить множество проблем в разработка программного обеспечения и функциональность.

Обзор

Надежность программного обеспечения - это вероятность того, что программное обеспечение будет правильно работать в указанной среде и в течение определенного периода времени. Используя следующую формулу, вероятность отказа рассчитывается путем тестирования выборки всех доступных входных состояний: Среднее время наработки на отказ (MTBF) = Среднее время до отказа (MTTF) + Среднее время ремонта (MTTR)

Вероятность = Количество неудачных дел / Общее количество рассматриваемых дел

Набор всех возможных состояний ввода называется пространством ввода. Чтобы определить надежность программного обеспечения, нам нужно найти выходное пространство из заданного входного пространства и программного обеспечения.^[1]

Для тестирования надежности данные собираются на различных этапах разработки, таких как этапы проектирования и эксплуатации. Тесты ограничены из-за ограничений, таких как ограничения по стоимости и времени. Статистические образцы получаются из программных продуктов для проверки надежности программного обеспечения. После сбора достаточного количества данных или информации проводятся статистические исследования. Ограничения по времени обрабатываются путем применения фиксированных дат или крайних сроков для проведения тестов. После этого этапа проектирование программного обеспечения прекращается и начинается этап фактического внедрения. Поскольку существуют ограничения по затратам и времени, данные собираются тщательно, чтобы у каждого из них была определенная цель и ожидаемая точность.^[2] Для достижения удовлетворительных результатов тестирования надежности необходимо позаботиться о некоторых характеристиках надежности, например о среднем времени до отказа (MTTF).^[3] измеряется тремя факторами:

рабочее время,
количество циклов включения / выключения,
и календарное время.

Если ограничения касаются времени работы или если основное внимание уделяется первому моменту улучшения, то можно применить сжатые временные ускорения, чтобы сократить время тестирования. Если упор делается на календарное время (т.е. если есть предопределенные сроки), то усиленное стресс-тестирование используется.^[2]^[4]

Измерение

Программного обеспечения доступность измеряется с точки зрения среднее время наработки на отказ (Среднее время безотказной работы).^[5]

MTBF состоит из среднее время до отказа (MTTF) и среднее время на ремонт (MTTR). MTTF - это разница во времени между двумя последовательными сбоями, а MTTR - это время, необходимое для устранения сбоя.^[6]

{ displaystyle MTBF = MTTF + MTTR}

Устойчивое состояние доступность представляет процент работоспособности программного обеспечения.

{ displaystyle A = { frac {MTTF} {MTTF + MTTR}} = { frac {MTTF} {MTBF}}}

Например, если MTTF = 1000 часов для программного обеспечения, тогда программное обеспечение должно работать в течение 1000 часов непрерывной работы.

Для того же программного обеспечения, если MTTR = 2 часа, то ${ displaystyle MTBF = 1000 + 2 = 1002}$ .

Соответственно, ${ displaystyle A = 1000/1002 приблизительно 0,998}$

Надежность программного обеспечения измеряется количеством отказов ( ${ displaystyle lambda}$ ).

{ displaystyle lambda = { frac {1} {MTTF}}}

{ Displaystyle R (T) = е ^ {- лямбда cdot t}}

Надежность программного обеспечения - это число от 0 до 1. Надежность повышается, когда ошибки или ошибки из программы удаляются.^[7] Существует множество моделей роста надежности программного обеспечения (SRGM) (Список моделей надежности программного обеспечения ), включая логарифмические, полиномиальные, экспоненциальные, степенные и S-образные

Цели тестирования надежности

Основная цель тестирования надежности - проверить производительность программного обеспечения в заданных условиях без каких-либо корректирующих мер с использованием известных фиксированных процедур с учетом его спецификаций.

Вторичные цели

Вторичные цели тестирования надежности:

Найти структуру восприятия повторяющихся неудач.
Чтобы узнать количество сбоев, произошедших за указанный промежуток времени.
Чтобы узнать средний срок службы программного обеспечения.
Выявить основную причину сбоя.
Проверка работоспособности различных программных модулей после принятия превентивных действий.

Очки для определения целей

Некоторые ограничения на создание целей включают:

Поведение программного обеспечения должно быть определено в данных условиях.
Цель должна быть достижимой.
Должны быть предусмотрены временные ограничения.^[8]

Важность тестирования надежности

Компьютерное программное обеспечение применяется во многих различных областях, при этом программное обеспечение является неотъемлемой частью промышленных, коммерческих и военных систем. Благодаря многочисленным приложениям в критически важных для безопасности системах надежность программного обеспечения в настоящее время является важной областью исследований. Несмотря на то что программная инженерия становится самой быстроразвивающейся технологией прошлого века, и не существует полной, научной, количественной меры для их оценки. Тестирование надежности программного обеспечения используется как инструмент для оценки этих технологий разработки программного обеспечения.^[9]

Для повышения производительности программного продукта и процесса разработки программного обеспечения требуется тщательная оценка надежности. Тестирование надежности программного обеспечения важно, потому что оно очень полезно для менеджеров по программному обеспечению и практиков.^[10]

Чтобы проверить надежность программного обеспечения путем тестирования:

Необходимо выполнить достаточное количество тестовых примеров в течение достаточного количества времени, чтобы получить разумную оценку того, как долго программное обеспечение будет работать без сбоев. Необходимы длительные тесты для выявления дефектов (таких как утечка памяти и переполнение буфера), которые требуют времени, чтобы вызвать сбой или отказ.
Распределение тестовых примеров должно соответствовать фактическому или запланированному рабочему профилю программного обеспечения. Чем чаще выполняется функция или подмножество программного обеспечения, тем больший процент тестовых примеров следует назначать этой функции или подмножеству.

Виды проверки надежности

Тестирование надежности программного обеспечения включает тестирование функций, нагрузочное тестирование и регрессионное тестирование.^[11]

Функциональный тест

Тестирование функций проверяет функции, предоставляемые программным обеспечением, и проводится в следующие этапы:

Каждая операция в программе выполняется один раз.
Взаимодействие между двумя операциями сокращается и
Каждая операция проверяется на правильность ее выполнения.

За функциональным тестом следует нагрузочный тест.^[11]

Нагрузочный тест

Этот тест проводится для проверки работоспособности программного обеспечения при максимальной рабочей нагрузке. Любое программное обеспечение работает лучше при определенной нагрузке, после чего время отклика программного обеспечения начинает снижаться. Например, веб-сайт можно протестировать, чтобы увидеть, сколько одновременных пользователей он может поддерживать без снижения производительности. Это тестирование в основном помогает Базы данных и Серверы приложений. Нагрузочное тестирование также требует тестирование производительности программного обеспечения, который проверяет, насколько хорошо некоторое программное обеспечение работает при рабочей нагрузке.^[11]

Регрессионный тест

Регрессионное тестирование используется для проверки того, были ли добавлены новые ошибки в результате предыдущих исправлений ошибок. Регрессионное тестирование проводится после каждого изменения или обновления функций программного обеспечения. Это тестирование является периодическим, в зависимости от продолжительности и характеристик программного обеспечения.^[11]

Планирование тестирования

Тестирование надежности обходится дороже по сравнению с другими типами тестирования. Таким образом, при проведении тестирования надежности требуется надлежащее управление и планирование. Этот план включает в себя процесс тестирования, который должен быть реализован, данные о его среде, график тестирования, точки тестирования и т. Д.

Проблемы при разработке тестовых случаев

Некоторые общие проблемы, возникающие при разработке тестовых примеров, включают:

Тестовые случаи можно разработать, просто выбрав только допустимые входные значения для каждого поля в программе. Когда изменения вносятся в конкретный модуль, предыдущие значения могут фактически не тестировать новые функции, представленные после более старой версии программного обеспечения.
В программном обеспечении могут быть некоторые критические запуски, которые не обрабатываются ни одним из существующих тестовых примеров. Следовательно, необходимо обеспечить рассмотрение всех возможных типов тестовых примеров путем тщательного выбора тестовых примеров.^[11]

Повышение надежности за счет тестирования

Исследования во время разработки и проектирования программного обеспечения помогают повысить надежность продукта. Тестирование надежности в основном выполняется для исключения режима отказа программного обеспечения. Жизненные испытания продукта всегда следует проводить после завершения проектной части или, по крайней мере, после завершения всего проекта.^[12] Анализ отказов и улучшение конструкции достигается посредством испытаний.

Тестирование роста надежности

^[12] Это тестирование используется для проверки новых прототипов программного обеспечения, которые изначально должны часто выходить из строя. Выявляются причины отказа и принимаются меры по их уменьшению. Предположим, T - общее накопленное время для прототипа. n (T) - количество отказов от начала до момента времени T. График для n (T) / T представляет собой прямую линию. Этот график называется графиком Дуэйна. Можно узнать, сколько надежности можно получить после всех остальных циклов тестирования, и исправить это.

${ displaystyle { begin {alignat} {5} ln left [{ frac {n left (T right)} {T}} right] = - alpha ln left (T right) + b ; ..... Уравнение: 1 end {alignat}}}$

решение уравнения 1 для n (T),

${ Displaystyle { begin {alignat} {5} n left (T right) = KT ^ {1- alpha}; . ..... Уравнение: 2 end {alignat}}}$

где K равно e ^ b. Если значение альфа в уравнении равно нулю, надежность не может быть улучшена, как ожидалось, для данного количества отказов. Если альфа больше нуля, совокупное время T увеличивается. Это объясняет, что количество отказов не зависит от продолжительности теста.

Разработка тестовых примеров для текущего выпуска

Если в текущую версию программного обеспечения добавляются новые функции, то написание тестового примера для этой операции выполняется иначе.

Сначала спланируйте, сколько новых тестовых примеров нужно написать для текущей версии.
Если новая функция является частью какой-либо существующей функции, поделитесь между ними тестовыми примерами новых и существующих функций.
Наконец, объедините все тестовые примеры из текущей версии и предыдущей и запишите все результаты.^[11]

Существует предопределенное правило для подсчета количества новых тестовых случаев для программного обеспечения. Если N - вероятность появления новых операций для новой версии программного обеспечения, R - вероятность появления использованных операций в текущем выпуске, а T - количество всех ранее использованных тестовых примеров, тогда

 ${ displaystyle { begin {alignat} {5} NewTestcases _ {(currentrelease)} = left ({ frac {N} {R}} right) * T end {alignat}}}$

Оценка надежности на основе эксплуатационных испытаний

Для проверки надежности программного обеспечения используется метод эксплуатационного тестирования. Здесь проверяется, как программное обеспечение работает в соответствующей операционной среде. Основная проблема с этим типом оценки заключается в построении такой оперативной среды. Такой тип моделирования наблюдается в некоторых отраслях, таких как атомная промышленность, авиация и т. Д. Прогнозирование надежности в будущем является частью оценки надежности.

Для проверки надежности программного обеспечения используются два метода эксплуатационного тестирования:

Оценка надежности установившегося состояния: В этом случае мы используем отзывы о поставленных программных продуктах. В зависимости от этих результатов мы можем предсказать будущую надежность следующей версии продукта. Это похоже на выборочное тестирование физических продуктов.
Прогнозирование на основе роста надежности: Этот метод использует документацию по процедуре тестирования. Например, рассмотрим разработанное программное обеспечение, и мы создаем различные новые версии этого программного обеспечения. Мы учитываем данные по тестированию каждой версии и на основании наблюдаемой тенденции прогнозируем надежность новой версии ПО.^[13]

Оценка и прогноз роста надежности

При оценке и прогнозировании надежности программного обеспечения мы используем модель роста надежности. Во время работы программного обеспечения любые данные о его отказе сохраняются в статистической форме и вводятся в качестве входных данных для модели роста надежности. Используя эти данные, модель роста надежности может оценить надежность программного обеспечения.

Имеется много данных о модели роста надежности с вероятностными моделями, претендующими на представление процесса отказа. Но нет модели, которая лучше всего подходила бы для всех условий. Поэтому мы должны выбирать модель исходя из соответствующих условий.

Оценка надежности на основе безотказной работы

В этом случае надежность программного обеспечения оценивается исходя из следующих допущений:

Если дефект обнаружен, то будет ли он кем-то исправлен.
Исправление дефекта не повлияет на надежность программного обеспечения.
Каждое исправление в программном обеспечении является точным.^[13]

Смотрите также

внешняя ссылка

[1] Надежность программного обеспечения. Хоанг Фам.

[Lewis-2] а ^б Э. Э. Льюис. Введение в технику надежности.

[3] «МТТФ».

[4] Рекомендуемая практика IEEE по надежности программного обеспечения, IEEE, Дои:10.1109 / ieeestd.2017.7827907, ISBN 978-1-5044-3648-9

[5] Роджер Прессман (1982). Программная инженерия: подход практикующего специалиста. McGrawHill.

[6] «Подходы к тестированию надежности и постановка целей тестирования надежности».

[7] Адитья П. Матур. Основы тестирования программного обеспечения. Публикации Пирсона.

[Reliabilityand-8] Справочник по тестированию надежности и срока службы. Дмитрий кечечоглу.

[9] Статистическая основа оценки надежности программного обеспечения. M. xie.

[10] Моделирование надежности программного обеспечения. М. Се.

[John-11] а ^б ^c ^d ^е ^ж Джон Д. Муса (2004). Инжиниринг надежности программного обеспечения: более надежное программное обеспечение, быстрее и дешевле. Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-060319-7.

[Liwis-12] а ^б Э. Э. Ливис (1995-11-15). Введение в технику надежности. ISBN 0-471-01833-3.

[bare_url-13] а ^б «Проблема оценки надежности». CiteSeerX 10.1.1.104.9831. Отсутствует или пусто | url = (помощь)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]