軟件質(zhì)量和軟件質(zhì)量保證體系

第9章軟件質(zhì)量和軟件質(zhì)量確保體系9.1軟件質(zhì)量9.1.1軟件質(zhì)量特性什么是軟件質(zhì)量？不同人或組織的見解各不相似。按照ISO/IEC9126-1991（我國GB/T16260-1996）“信息技術(shù)軟件產(chǎn)品評價、質(zhì)量特性及其使用指南”國際原則，認(rèn)為軟件質(zhì)量（SoftwareQuality）是與軟件產(chǎn)品滿足明確或隱含需求的能力有關(guān)的特性和特性的總和，例如，符合規(guī)格闡明。簡而言之，軟件質(zhì)量是軟件某些特性的組合，它僅依賴于軟件本身。9.1.2軟件質(zhì)量評價評價軟件質(zhì)量可從三個方面進(jìn)行，即產(chǎn)品或中間產(chǎn)品、過程（即軟件生產(chǎn)所需的資源和活動）和項目。評價可按以下三步進(jìn)行：1、定義質(zhì)量需求質(zhì)量需求包含兩個方面：①問題規(guī)定或隱含的需求；②軟件質(zhì)量原則和其它技術(shù)信息。2、準(zhǔn)備評價首先選擇質(zhì)量度量；然后定義質(zhì)量等級；再定義評定準(zhǔn)則。由于普通狀況下，不可能對質(zhì)量特性進(jìn)行直接度量，從而應(yīng)選擇與質(zhì)量特性有關(guān)的且可定量的軟件特性加以度量。定義質(zhì)量等級是根據(jù)應(yīng)用問題的需求將質(zhì)量度量值分割成若干不同滿意程度的等級，如優(yōu)秀、合格與不合格等。定義評定準(zhǔn)則是為了綜合軟件不同質(zhì)量特性的評價成果，可采用鑒定表或加權(quán)平均法；同時還可兼顧其它因素，如時間、成本等。3、評價過程評價過程事實上是對軟件產(chǎn)品就第2步中準(zhǔn)備的評價內(nèi)容進(jìn)行實施，也分3步：①測量——把選定的質(zhì)量度量應(yīng)用到軟件產(chǎn)品上；②評級——擬定某測量值的等級；③評定——根據(jù)評定準(zhǔn)則擬定產(chǎn)品質(zhì)量，并根據(jù)管理準(zhǔn)則鑒定產(chǎn)品與否可通過驗收或與否發(fā)行等等。9.1.3軟件質(zhì)量確保軟件的質(zhì)量確保也和普通的質(zhì)量確保同樣，是確保軟件產(chǎn)品從誕生到消亡為止的全部階段的質(zhì)量的活動。軟件質(zhì)量確保由多個任務(wù)構(gòu)成，分別與兩種不同的參加者有關(guān)——負(fù)責(zé)技術(shù)工作的軟件工程師和負(fù)責(zé)質(zhì)量確保的計劃、監(jiān)督、統(tǒng)計、分析及報告工作的軟件質(zhì)量確保（SQA）小組。軟件工程師通過采用可靠的技術(shù)辦法和方法，進(jìn)行正式的技術(shù)復(fù)審、執(zhí)行計劃周密的軟件測試來確保軟件質(zhì)量。SQA小組重要輔助軟件工程小組得到高質(zhì)量的最后產(chǎn)品，對項目準(zhǔn)備SQA計劃，如擬定需要進(jìn)行的評價、需要進(jìn)行的審計和復(fù)審、項目可采用的原則等；參加開發(fā)項目的軟件過程描述，以確保該過程與組織政策、內(nèi)部軟件原則、外界所訂原則以及軟件項目計劃的其它部分相符；復(fù)審各項軟件工程活動，對其與否符合定義好的軟件過程進(jìn)行核算；審計指定的軟件工作產(chǎn)品，對其與否符合定義好的軟件過程中的對應(yīng)部分進(jìn)行核算；確保軟件工作及工作產(chǎn)品中的偏差已被統(tǒng)計，并根據(jù)預(yù)定規(guī)程進(jìn)行解決；統(tǒng)計全部不符合的部分，并報告給高級管理者；等等。??9.1.4軟件質(zhì)量管理所謂質(zhì)量管理是指擬定質(zhì)量方針、目的和職責(zé)，并在質(zhì)量體系中通過諸如：質(zhì)量策劃、質(zhì)量控制、質(zhì)量確保和質(zhì)量改善，使其實施全部管理職能的全部活動。質(zhì)量策劃涉及產(chǎn)品策劃、管理和作業(yè)策劃以及質(zhì)量計劃的編制和質(zhì)量改善的準(zhǔn)備工作。質(zhì)量控制是指采用某些特定作業(yè)技術(shù)或開展某些活動，以達(dá)成質(zhì)量規(guī)定。質(zhì)量改善是指以追求更高的效益和效率為目的的持續(xù)性活動。質(zhì)量管理和質(zhì)量確?；ハ嘁蕾?，但他們的活動含有不同的范疇、不同的目的、不同的動機(jī)和不同的成果。??9.2軟件復(fù)雜性分析9.2.1基于需求分析的復(fù)雜性分析軟件工程的技術(shù)性工作始于需求分析，提供對分析模型質(zhì)量的度量是故意義的和必要的。在需求分析階段完畢后來，項目的管理人員但愿懂得將要開發(fā)的軟件有多大規(guī)模，這與將要投入的工作量、開發(fā)成本以及何時交付顧客或何時投放市場都有親密的聯(lián)系。同時，如果是委托開發(fā)的項目軟件，顧客也會關(guān)心開發(fā)機(jī)構(gòu)提出的報價與否恰當(dāng)合理。雙方都但愿有一種科學(xué)、公正的估價根據(jù)。下面介紹一種面對功效的軟件復(fù)雜性度量辦法——功效點辦法。面對功效度量是由Albrecht首先提出來的。功效點辦法以需求規(guī)格闡明書中雙方確認(rèn)的軟件功效為根據(jù)，著重分析待開發(fā)系統(tǒng)的功效度（Functionality）。顯然，軟件的大小與軟件的功效度有關(guān)，而與軟件功效的描述無關(guān)，也與功效需求的如何實現(xiàn)無關(guān)。功效點（FP）度量能夠用作從分析模型中獲得系統(tǒng)大小的預(yù)測手段。9.2.2基于軟件設(shè)計的復(fù)雜性分析人們在設(shè)計硬件時，常運(yùn)用設(shè)計測度來擬定設(shè)計質(zhì)量，指導(dǎo)設(shè)計演化。然而對于軟件而言，大部分軟件工程師卻無視對軟件設(shè)計成果的測量以達(dá)成進(jìn)一步改善軟件設(shè)計的目的。軟件設(shè)計由概要設(shè)計和具體設(shè)計兩個階段構(gòu)成，我們分別就這兩個階段討論軟件設(shè)計復(fù)雜性度量辦法。概要設(shè)計復(fù)雜性度量重要集中在軟件構(gòu)造的特性上。Card和Glass定義了三種軟件設(shè)計復(fù)雜度測度：構(gòu)造復(fù)雜度、數(shù)據(jù)復(fù)雜度和系統(tǒng)復(fù)雜度。美國空軍提出了一種計算“設(shè)計構(gòu)造質(zhì)量指標(biāo)（DSQI）”的辦法用來度量軟件構(gòu)造的復(fù)雜度。該辦法使用了類似于在IEEEStd.982.1—1988中提出的概念。具體設(shè)計復(fù)雜性度量重要集中在模塊內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性上。麥凱伯（McCabe）提出了一種環(huán)形計數(shù)的辦法來擬定程序控制流的復(fù)雜度。使用McCabe辦法可直接運(yùn)用程序流程圖計算其“鑒定數(shù)”（即比較個數(shù)，對于復(fù)合條件鑒定要先轉(zhuǎn)化成單一條件鑒定），也可根據(jù)程序流程圖導(dǎo)出的程序圖計算其“環(huán)形數(shù)”(即封閉環(huán)域數(shù))來進(jìn)行，其計算公式為：程序環(huán)形復(fù)雜度V（G）=程序流程圖中的“鑒定數(shù)”+1=程序圖中的“環(huán)形數(shù)”。=m-n+2其中m對應(yīng)于程序圖中的弧數(shù)，n對應(yīng)于程序圖中的節(jié)點數(shù)。9.2.3基于源程序代碼的復(fù)雜性分析軟件開發(fā)通過編碼階段后，便得到源程序代碼。霍爾斯特德（Halstead）根據(jù)源代碼中運(yùn)算符和操作數(shù)的測量值來度量源程序代碼的復(fù)雜度。在Halstead辦法中，運(yùn)算符是指用來解決程序中常量和變量的語法元素等，如算術(shù)運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、流程控制語句、函數(shù)調(diào)用等；操作數(shù)則是指源程序代碼中的常量和變量等。但對非執(zhí)行語句，如注釋，則不進(jìn)行考慮。Halstead辦法使用了下列4個基本測量數(shù)據(jù)：程序中運(yùn)算符總數(shù)N1程序中操作數(shù)總數(shù)N2程序中運(yùn)算符種類數(shù)n1程序中操作數(shù)種類數(shù)n2根據(jù)以上4個測量數(shù)據(jù)，能夠在下列幾個方面對源程序代碼的復(fù)雜性進(jìn)行度量：實際程序長度N=N1+N2編程語言層次L=（2/n1）*(n2/N2)程序容量V=(N1+N2)*log2(n1+n2)?預(yù)測程序長度N'=n1*log2n1+n2*log2n2?（可在具體設(shè)計后進(jìn)行預(yù)測）預(yù)計程序工作量E'=V/L=(n1*N2*(N1+N2)*log2(n1+n2))/(2*n2)預(yù)測程序錯誤數(shù)E"=((N1+N2)*log2(n1+n2))/3000其中，V會隨編程語言的不同而不同（對同一功效的程序，用高級語言來寫要比低檔語言來寫得到的程序?qū)?yīng)的V要?。?，它代表了寫一種程序所需的信息量（以位為單位）。L反映的是程序最簡潔形式時的容量與程序?qū)嶋H容量之比。9.2.4基于軟件維護(hù)的復(fù)雜性分析IEEE建議采用一種軟件成熟度指標(biāo)（SMI），以提供對軟件產(chǎn)品的穩(wěn)定性批示（基于為每一軟件產(chǎn)品公布而做的變化）。將SMI和維護(hù)工作量聯(lián)系起來，形成一種經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，則可用來度量軟件維護(hù)的復(fù)雜性。SMI辦法涉及的基本測量數(shù)據(jù)以下：現(xiàn)在公布軟件中的模塊數(shù)MT；現(xiàn)在公布軟件中已經(jīng)變化的模塊數(shù)Fc；現(xiàn)在公布軟件中已經(jīng)添加的模塊數(shù)Fa；現(xiàn)在公布軟件中已經(jīng)刪除的前一次公布軟件中的模塊數(shù)Fd。則軟件成熟度指標(biāo)按下式進(jìn)行計算：SMI=[MT-（Fa+Fc+Fd）]/MT當(dāng)SMI靠近1的時候，產(chǎn)品便開始穩(wěn)定。事實上，軟件維護(hù)過程也是由分析、設(shè)計、編碼和測試的過程構(gòu)成，從而基于分析、設(shè)計、編碼以及測試的復(fù)雜性分析辦法也可用于軟件維護(hù)的復(fù)雜性分析9.3軟件可靠性分析9.3.1軟件可靠性三要素在上面定義軟件可靠性中實際給出了三個有關(guān)的重要因素：失效、時間和環(huán)境。1、失效在討論軟件質(zhì)量和軟件可靠性時，軟件失效是指最后執(zhí)行成果與有關(guān)規(guī)格不相符或顧客在軟件系統(tǒng)邊界察覺到不盼望的軟件出錯行為。失效是錯誤引發(fā)的成果。2、時間在進(jìn)行軟件可靠性分析時，時間能夠有三種度量方式。第一種是執(zhí)行時間，是指運(yùn)行軟件時計算機(jī)實際耗費的CPU時間；第二種是日期時間，指普通以年、月、周、日等計算的時間；第三種是時鐘時間，是指運(yùn)行軟件時計算機(jī)自始至終所花去的累積時間，但計算機(jī)停機(jī)時間不計算在內(nèi)。3、環(huán)境軟件的使用環(huán)境涉及軟件運(yùn)行時所需要的支持系統(tǒng)及有關(guān)的因素。一種規(guī)定的使用環(huán)境是對這些因素的精確而具體的限制描述。嚴(yán)格地說，描述軟件可靠性“規(guī)定的使用環(huán)境”涉及硬件配備狀態(tài)和操作人員操作等的描述，并假定其它因素對軟件來說都是抱負(fù)可靠的，不會影響軟件的運(yùn)行。也就是說軟件可靠性不包含硬件和操作的可靠性。軟件可靠性、硬件可靠性和操作可靠性三者綜合起來反映整個計算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。規(guī)定軟件的使用環(huán)境可用來鑒定系統(tǒng)失效與否由于軟件失效引發(fā)。9.3.2軟件可靠性模型軟件可靠性同硬件可靠性同樣，都可當(dāng)作是隨機(jī)過程，用概率分布來描述。但軟件可靠性與硬件可靠性的分析卻不完全相似。首先，軟件不會老化，其可靠性不隨時間增加而減少；另首先，軟件失效經(jīng)常是由于軟件分析或設(shè)計引發(fā)。這樣使軟件可靠性分析變得非常復(fù)雜。自第一種軟件可靠性模型由Jelinski和Moranda提出以來，已有幾十個軟件可靠性模型公開發(fā)表。實際應(yīng)用經(jīng)驗表明，沒有一種普適的模型能對全部產(chǎn)品都能做出最佳的可靠性分析。軟件可靠性模型的研究尚有待進(jìn)一步進(jìn)一步。幾個較簡樸的模型：1、Jelinski-Moranda模型；2、Shooman模型；3、Gilb植錯模型；4、Hyman分別測試模型。9.3.3軟件可靠性工程軟件可靠性工程可定義為定量地按顧客對于可靠性的需求，研究基于軟件系統(tǒng)的操作行為。它涉及：（1）軟件可靠性度量，是以軟件可靠性模型為基礎(chǔ)進(jìn)行的評價和預(yù)測；（2）產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)過程、系統(tǒng)構(gòu)造、軟件操作環(huán)境等要點與度量原則及它們對可靠性的影響；（3）應(yīng)用可靠性知識指導(dǎo)軟件定義、開發(fā)和維護(hù)。圍繞軟件生命周期所進(jìn)行的軟件可靠性工程活動以下：（1）可行性和需求分析階段（2）設(shè)計與實現(xiàn)階段（3）測試及試運(yùn)行階段（4）運(yùn)行維護(hù)階段9.4ISO9000軟件質(zhì)量體系9.4.1ISO9000族國際原則ISO9000族國際原則是指國際原則化組織中質(zhì)量管理和質(zhì)量確保技術(shù)委員會（ISO/TC176）制訂的全部原則。ISO9000以普通術(shù)語描述了能夠合用于任何行業(yè)的質(zhì)量確保系統(tǒng)的要素，這些要素涉及用于實現(xiàn)質(zhì)量計劃、質(zhì)量控制、質(zhì)量確保和質(zhì)量改善所需的組織構(gòu)造、程序、過程和資源。現(xiàn)有5類共20個原則，如圖9-7，分別是：1、質(zhì)量術(shù)語原則它是ISO9000族原則中最早公布的一種原則，為質(zhì)量管理領(lǐng)域中慣用的質(zhì)量術(shù)語作了明確的定義，成為質(zhì)量管理和理解、貫徹實施ISO9000其它原則的基礎(chǔ)。2、質(zhì)量確保原則這類原則體現(xiàn)了對供方質(zhì)量體系的不同規(guī)定，供方對這些規(guī)定的滿足應(yīng)得到證明。3、質(zhì)量管理原則這類原則可用以指導(dǎo)質(zhì)量管理和建立質(zhì)量體系。4、質(zhì)量管理和質(zhì)量確保原則的選用和實施指南5、支持性技術(shù)原則9.4.2公司軟件質(zhì)量體系的建立和實施ISO9000族原則中并沒有專門提供軟件公司如何建立和實施質(zhì)量體系，因此，能夠認(rèn)為軟件公司建立和實施質(zhì)量體系的過程和其它公司并無多大差別，僅對某些質(zhì)量體系要素有其特殊的規(guī)定。下面簡要闡明軟件公司建立和實施質(zhì)量體系的重要工作。1、準(zhǔn)備階段2、質(zhì)量體系策劃3、編寫質(zhì)量體系文獻(xiàn)4、培訓(xùn)內(nèi)部審核員5、質(zhì)量體系試運(yùn)行6、內(nèi)部質(zhì)量體系審核7、管理評審8、質(zhì)量體系認(rèn)證前的準(zhǔn)備9、質(zhì)量體系認(rèn)證過程10、質(zhì)量體系的進(jìn)一步改善與完善9.5軟件配備管理9.5.1?軟件配備項軟件配備項（SoftwareConfigurationItems，簡稱SCI）是軟件配備管理的對象，它涉及軟件生存周期內(nèi)產(chǎn)生的全部信息項。按ISO9000-3的闡明，配備項有：與合同、源代碼、過程、計劃和產(chǎn)品有關(guān)的文檔及數(shù)據(jù)；目的代碼和可執(zhí)行代碼；有關(guān)產(chǎn)品，涉及：軟件工具、庫內(nèi)的可復(fù)用件、外購軟件等。軟件配備就是軟件配備項在不同時期按不同規(guī)定進(jìn)行的組合。例如：VisualBasic6.0有專業(yè)版、公司版等不同版本。實際中，普通用“版本”來表達(dá)配備項的演化階段。隨著軟件過程的進(jìn)展，軟件配備項也快速增加，并且變化接踵而至，重要變化體現(xiàn)在：新的商業(yè)或市場環(huán)境，引發(fā)產(chǎn)品需求或業(yè)務(wù)規(guī)則變化；新的顧客規(guī)定；公司構(gòu)造變化，造成項目優(yōu)先級或軟件工程隊伍構(gòu)造變化；預(yù)算或進(jìn)度的限制。9.5.2軟件配備管理軟件配備管理是一組用于在計算機(jī)軟件的整個生存周期內(nèi)管理變化的活動。按ISO9000-3的敘述，軟件配備管理是一種管理學(xué)科，對配備項的開發(fā)和支持生存周期予以技術(shù)上和管理上的指導(dǎo)。配備管理的應(yīng)用取決于項目的規(guī)模、復(fù)雜程度和風(fēng)險大小。軟件配備管理不同于軟件維護(hù)，最重要的一點是軟件配備管理是當(dāng)軟件項目開始時就啟動，并且僅當(dāng)軟件終止運(yùn)行后才結(jié)束的一組跟蹤和控制變化的活動。實施軟件配備管理重要有下列任務(wù)：1、制訂配備管理計劃2、擬定配備標(biāo)記3、進(jìn)行配備控制，實施變更管理4、配備審計5、統(tǒng)計并報告配備狀態(tài)6、版本控制7、發(fā)行管理和交付9.6軟件過程能力成熟度模型介紹9.6.1基本概念軟件過程：人們用于開發(fā)和維護(hù)軟件及其有關(guān)產(chǎn)品（如項目計劃、設(shè)計文檔、代碼、顧客手冊等，在模型中又稱為軟件工作產(chǎn)品）的一系列活動，涉及軟件工程活動和軟件管理活動。軟件過程能力：描述開發(fā)組織或項目組通過執(zhí)行其軟件過程能實現(xiàn)預(yù)期成果的程度。軟件過程性能：表達(dá)開發(fā)組織或項目組遵照其軟件過程所得到的實際成果。軟件過程成熟度：一種特定軟件過程被明確和有效地定義、管理、測量和控制的程度。成熟度能夠指明一種軟件開發(fā)組織軟件過程能力的增加潛力。軟件能力成熟度等級：軟件開發(fā)組織在走向成熟的途中幾個含有明擬定義的、表征軟件過程能力成熟度的平臺。核心過程域：互有關(guān)聯(lián)的若干軟件實踐活動和有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的集合。核心實踐：對核心過程域的實施起核心作用的方針、規(guī)程、方法、活動以及有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的建立。軟件過程能力成熟度模型：對軟件組織進(jìn)化階段的描述，隨著軟件組織定義、實施、測量、控制和改善其軟件過程，軟件組織的能力通過這些階段逐步邁進(jìn)。9.6.2軟件過程能力成熟度等級SEICMM1.1將軟件過程的進(jìn)化環(huán)節(jié)分成5個等級，用以測量軟件開發(fā)組織的軟件過程成熟度和評價其軟件過程能力：1、初始級（混沌的軟件過程）2、可重復(fù)級（通過訓(xùn)練的軟件過程）3、已定義級（原則一致的軟件過程）4、定量管理級（可預(yù)測的軟件過程）5、優(yōu)化級（能持續(xù)改善的軟件過程）9.6.3核心過程域除“初始級”外，每個成熟度等級均包含幾個核心過程域。為了達(dá)成一種成熟度等級，必須實現(xiàn)該等級上的全部核心過程域。有關(guān)概念分別闡明以下：⑴需求管理：在顧客和軟件項目之間建立對顧客需求的共同理解。⑵軟件項目策劃：制訂軟件工程和軟件項目管理的合理的計劃。⑶軟件項目跟蹤和監(jiān)督：建立適宜的對實際進(jìn)展的跟蹤和監(jiān)督，使管理者在軟件項目實施狀況明顯偏離軟件計劃時能及時采用有效方法。⑷軟件子合同管理：選擇合格的軟件分承包商，并有效地管理他們。⑸軟件質(zhì)量確保：提供對軟件項目所采用的過程和所構(gòu)造的產(chǎn)品的某種可視性和透明性，使管理者能較容易地發(fā)現(xiàn)軟件過程和產(chǎn)品的質(zhì)量問題，方便采用及時有效的方法。⑹軟件配備管理：在整個軟件生存周期中建立和維護(hù)軟件產(chǎn)品的完整性和一致性。⑺組織過程焦點：規(guī)定組織在提高整體過程能力、改善軟件過程活動方面的責(zé)任。⑻組織過程定義：總結(jié)和保持一組便于使用的軟件過程的成功的實踐經(jīng)驗，方便使項目的過程實施能得到改善，為組織獲得積累性的長久效益奠定基礎(chǔ)。⑼培訓(xùn)大綱：培訓(xùn)個人的技能和知識，以提高其執(zhí)行任務(wù)的質(zhì)量和效率。⑽集成軟件管理：將軟件工程活動和軟件管理活動集成為一種協(xié)調(diào)的、已定義的軟件過程9.6.4核心實踐為了對核心實踐的描述更加規(guī)范化，將核心過程域所包含的核心實踐全部按5個共同特性加以組織，即：⑴執(zhí)行商定：描述一種組織在確保將過程建立起來并持續(xù)起作用方面所必須采用的行動。執(zhí)行商定普通涉及制訂組織的方針和規(guī)定高級管理者的支持。⑵執(zhí)行能力：描述為了實施軟件過程，項目或組織中必須存在的先決條件。執(zhí)行能力普通涉及資源、組織機(jī)構(gòu)和培訓(xùn)。⑶執(zhí)行的活動：描述為實現(xiàn)一種核心過程域所必須的角色和規(guī)程（即描述必須由何人做何事）。執(zhí)行的活動普通涉及制訂計劃與規(guī)程、執(zhí)行計劃、跟蹤執(zhí)行狀況，必要時采用糾正方法。⑷測量和分析：描述對過程進(jìn)行測量和對測量成果進(jìn)行分析的需要。測量和分析普通涉及為了擬定所執(zhí)行活動的狀態(tài)及有效性所能采用的測量和分析。⑸驗證明施：描述遵照已建立的過程進(jìn)行活動的方法。驗證明施普通涉及管理者和軟件質(zhì)量確保部門所作的評審和審計。核心實踐普通要描述對其所在的核心過程域目的的實現(xiàn)和規(guī)范化實施奉獻(xiàn)最大的那些基礎(chǔ)設(shè)施和實踐活動。每個核心實踐又可能另有若干個下級實踐，用來擬定核心實踐與否得到滿意的實施。9.6.5軟件過程能力成熟度模型的應(yīng)用軟件過程能力成熟度模型有兩個基本用途：軟件過程評定和軟件能力評價。軟件過程評定用以擬定一種組織的現(xiàn)在軟件過程的狀態(tài)，找出組織所面臨的急需解決的與軟件過程有關(guān)的