航天型號(hào)高可靠軟件系統(tǒng)調(diào)試原理與技術(shù)

前言

隨著航天型號(hào)功能的日趨復(fù)雜，軟件在型號(hào)中的應(yīng)用越來(lái)越多，其規(guī)模和復(fù)雜度也日趨上升。從近年來(lái)對(duì)型號(hào)問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，由于軟件所導(dǎo)致的問(wèn)題已占據(jù)一定比例。軟件已經(jīng)成為航天型號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵因素之一。調(diào)試和故障診斷是軟件研制過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其主要的工作是針對(duì)故障現(xiàn)象完成故障的分析和定位，是保障和提高軟件質(zhì)量和可靠性的重要手段。目前，在型號(hào)軟件研制過(guò)程中，軟件調(diào)試工作絕大部分都依靠人工完成，尚未形成理論化、系統(tǒng)化、精確化、自動(dòng)化的調(diào)試手段。本書(shū)作者結(jié)合他們?cè)陂_(kāi)發(fā)高可靠復(fù)雜軟件方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和研究成果，在深入分析軟件故障特征的基礎(chǔ)上，闡述當(dāng)前軟件調(diào)試手段與工具的技術(shù)分類體系，并系統(tǒng)地介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最新的、具有代表性的相關(guān)研究成果和技術(shù)。通過(guò)這些手段的應(yīng)用，可以提高軟件故障診斷與分析的自動(dòng)化和智能化，快速、準(zhǔn)確地定位故障，極大地提高軟件調(diào)試效率。希望本書(shū)的出版能對(duì)推動(dòng)航天型號(hào)軟件可靠性工作起到積極作用。

內(nèi)容概要

　　《航天型號(hào)高可靠軟件系統(tǒng)調(diào)試原理與技術(shù)》針對(duì)復(fù)雜航天型號(hào)對(duì)軟件系統(tǒng)的高可靠性要求，在深入分析軟件故障特征的基礎(chǔ)上，闡述了當(dāng)前軟件調(diào)試手段與工具的技術(shù)分類體系，介紹了一批最新的、具有代表性的軟件調(diào)試技術(shù)，包括程序規(guī)則分析、用戶行為分析、虛擬化調(diào)試支持、故障重現(xiàn)與逆向調(diào)試、統(tǒng)計(jì)調(diào)試、不變式調(diào)試等內(nèi)容，以提高軟件故障診斷與分析的自動(dòng)化、智能化程度，提高軟件調(diào)試效率，縮短軟件交付周期，提高航天型號(hào)軟件系統(tǒng)的可靠性。　　《航天型號(hào)高可靠軟件系統(tǒng)調(diào)試原理與技術(shù)》主要讀者對(duì)象是航天型號(hào)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員、開(kāi)發(fā)人員、測(cè)試人員及管理人員，也可作為其他科技人員了解和掌握高可靠軟件系統(tǒng)質(zhì)量保證與調(diào)試技術(shù)的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 軟件調(diào)試技術(shù)概述1.1 軟件系統(tǒng)的“雙刃劍效應(yīng)”1.2 軟件質(zhì)量體系中的短板——調(diào)試技術(shù)1.3 傳統(tǒng)軟件調(diào)試技術(shù)的局限性1.4 軟件調(diào)試技術(shù)的發(fā)展概況1.5 本書(shū)的組織第2章 型號(hào)軟件中的bug分析2.1 概述2.2 國(guó)外型號(hào)軟件中的bug2.2.1 金星探測(cè)器水手1號(hào)2.2.2 阿里安52.2.3 火星氣候軌道器MCO2.2.4 火星極地著陸器2.2.5 Titan／Centaur／Milstar軍事衛(wèi)星2.3 國(guó)內(nèi)型號(hào)軟件中的bug2.3.1 優(yōu)先級(jí)運(yùn)算問(wèn)題2.3.2 程序結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題2.3.3 初始化不完備問(wèn)題2.3.4 原子性破壞問(wèn)題第3章 軟件bug分類及分布規(guī)律3.1 軟件bug概述3.1.1 關(guān)于bug的起源3.1.2 軟件bug的定義3.2 典型軟件bug分類體系簡(jiǎn)介3.2.1 BorisBeizer分類體系3.2.2 IEEE10441994分類體系3.2.3 QJ3026-1998分類體系3.3 c語(yǔ)言軟件bug分類體系3.3.1 內(nèi)存相關(guān)錯(cuò)誤3.3.2 初始化錯(cuò)誤3.3.3 計(jì)算錯(cuò)誤3.3.4 輸入輸出錯(cuò)誤3.3.5 控制流錯(cuò)誤3.3.6 數(shù)據(jù)處理解釋錯(cuò)誤3.3.7 競(jìng)爭(zhēng)類錯(cuò)誤3.3.8 平臺(tái)相關(guān)錯(cuò)誤3.3.9 其他錯(cuò)誤3.4 當(dāng)前軟件bug分布規(guī)律分析3.5 軟件bug分布發(fā)展趨勢(shì)3.6 對(duì)軟件調(diào)試技術(shù)的需求第4章 內(nèi)存類bug調(diào)試4.1 內(nèi)存類bug產(chǎn)生原因4.1.1 內(nèi)存類bug現(xiàn)狀4.1.2 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理4.2 內(nèi)存類錯(cuò)誤調(diào)試支持工具4.2.1 Insure++4.2.2 Purify4.2.3 Valgrind第5章 靜態(tài)分析調(diào)試5.1 靜態(tài)分析概述5.2 典型靜態(tài)分析技術(shù)5.2.1 基于規(guī)則的檢查5.2.2 符號(hào)執(zhí)行5.2.3 定理證明5.2.4 類型推導(dǎo)5.2.5 抽象解釋5.2.6 模型檢測(cè)5.3 靜態(tài)分析工具5.3.1 Testbed簡(jiǎn)介5.3.2 其他靜態(tài)分析工具簡(jiǎn)介5.4 靜態(tài)分析局限性第6章 動(dòng)態(tài)分片調(diào)試6.1 什么是程序分片6.1.1 程序分片的發(fā)展歷史6.1.2 程序分片的分類6.1.3 程序分片的應(yīng)用6.2 靜態(tài)分片6.2.1 靜態(tài)分片6.2.2 Weiser的算法6.2.3 Ottenstein的算法6.2.4 基于系統(tǒng)依賴圖的算法6.2.5 靜態(tài)分片和動(dòng)態(tài)分片6.3 動(dòng)態(tài)分片6.3.1 分片標(biāo)準(zhǔn)6.3.2 def-use動(dòng)態(tài)分片算法6.3.3 Agrawal和Horgan的算法6.4 分片調(diào)試實(shí)例6.4.1 采用可信度剪枝的動(dòng)態(tài)程序分片6.4.2 Delta調(diào)試和動(dòng)態(tài)分片相結(jié)合的軟件調(diào)試方法6.5 商品化的分片工具第7章 Delta調(diào)試7.1 Delta調(diào)試概述7.2 Delta調(diào)試分類7.2.1 簡(jiǎn)化7.2.2 分離7.3 Delta調(diào)試基本原理7.3.1 簡(jiǎn)化算法7.3.2 層次化Delta調(diào)試7.3.3 分離故障起因7.3.4 分離因果鏈7.4 Delta調(diào)試工具舉例7.4.1 ASKIGOR7.4.2 DDchange和DDstate7.5 問(wèn)題和局限性第8章 統(tǒng)計(jì)調(diào)試8.1 統(tǒng)計(jì)調(diào)試概述8.1.1 統(tǒng)計(jì)調(diào)試的定義8.1.2 統(tǒng)計(jì)調(diào)試的特點(diǎn)8.1.3 統(tǒng)計(jì)調(diào)試的發(fā)展歷史8.2 統(tǒng)計(jì)原理8.2.1 常用分布8.2.2 常用定理及統(tǒng)計(jì)推斷8.3 統(tǒng)計(jì)調(diào)試分類8.3.1 在線和離線統(tǒng)計(jì)調(diào)試……第9章 不變式調(diào)試第10章 難以重現(xiàn)類bug調(diào)試第11章 體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展調(diào)試第12章 基于數(shù)據(jù)挖掘的調(diào)試方法第13章 軟件調(diào)試技術(shù)評(píng)價(jià)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　軟件調(diào)試技術(shù)概述1.1　軟件系統(tǒng)的“雙刃劍效應(yīng)”軟件系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，已經(jīng)延伸到現(xiàn)代武器型號(hào)設(shè)備、裝置中的各個(gè)角落，為了能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的空間環(huán)境和完成繁雜的空間任務(wù)，軟件系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模、復(fù)雜度以及重要性程度，近年來(lái)均呈急劇上升趨勢(shì)。例如：·一個(gè)國(guó)際太空站需要上百萬(wàn)行的軟件系統(tǒng)，控制各種導(dǎo)航、通信及實(shí)驗(yàn)設(shè)備；·美國(guó)航空航天局（NASA）的太空飛船項(xiàng)目中，其船載軟件代碼量大于50萬(wàn)行，地面控制和處理軟件代碼量約350萬(wàn)行；·我國(guó)神舟五號(hào)載人飛船中，船載軟件模塊共60余個(gè)，軟件指令達(dá)70萬(wàn)條，地面支持系統(tǒng)的軟件規(guī)模則大于140萬(wàn)條指令；在神舟六號(hào)飛船的7大系統(tǒng)、13個(gè)分系統(tǒng)中，軟件模塊規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大到82個(gè)。在型號(hào)設(shè)備的功能分布中，由軟件系統(tǒng)承擔(dān)的功能比重不斷加大。例如，在美國(guó)第二代殲擊機(jī)F-111中，由軟件部分所實(shí)現(xiàn)的功能約占20％，到了第四代機(jī)F-22，這個(gè)比例已上升為80％。與此相類似，在我國(guó)新研的軍用飛機(jī)中，其飛控系統(tǒng)、火控系統(tǒng)及彈射救生系統(tǒng)等，均采用軟件系統(tǒng)逐步替代原有的機(jī)械、光學(xué)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其控制，某些機(jī)種的機(jī)載代碼量已超過(guò)了百萬(wàn)行量級(jí)。由于軟件錯(cuò)誤直接造成系統(tǒng)失效的比例持續(xù)遞增，據(jù)1986年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)失效事件中誘因是軟件錯(cuò)誤的比例約占25％，而到2000年，該比率已超過(guò)40％。軟件錯(cuò)誤所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失也觸目驚心，根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所2002年6月公布的調(diào)查表明，由于軟件錯(cuò)誤導(dǎo)致美國(guó)的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)595億美元，約戰(zhàn)GDP的0.6％。

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《航天型號(hào)高可靠軟件系統(tǒng)調(diào)試原理與技術(shù)》主要讀者對(duì)象是航天型號(hào)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員、開(kāi)發(fā)人員、測(cè)試人員及管理人員，也可作為其他科技人員了解和掌握高可靠軟件系統(tǒng)質(zhì)量保證與調(diào)試技術(shù)的參考書(shū)。

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