118 Надежность программного обеспечения (по). Математические модели оценки характеристик качества и надежности по.

Дисциплина «Разработка и стандартизация программных средств и информационных технологий»

Одной из важнейших характеристик качества ПИ является надежность -это свойство ПИ сохранять работоспособность в течение определенного периода времени, в определенных условиях эксплуатации с учетом последствий для пользователя каждого отказа.

Работоспособнымназывается такое состояние ПИ, при котором оно способно выполнять заданные функции с парамет­рами, установленными требованиями технического задания (ТЗ). С переходом ПИ в неработоспособное состояние связано событие отказа.

Причины отказа (перехода из работоспособного в нерабо­тоспособное состояние) ПИ и технических систем различны. Если для технических систем причиной отказа может быть физический износ узлов и деталей, то ПИ физическому износу не подвержены. Моральный износ, характерный для ПИ, не может быть причиной нарушения работоспособности. Причиной отказа ПИ является невозможность его полной проверки в процессе тестирования и испытаний. При эксплуа­тации ПИ в реальных условиях может возникнуть такая комби­нация входных данных, которая вызывает отказ. Таким обра­зом, работоспособность ПИ зависит от входной информации, и чем меньше эта зависимость, тем выше уровень надежности.

Для оценки надежности используются 3группы показателей: кач-ные, порядковые и кол-ные.

Рассмотрим основные количественные показатели надеж­ности ПИ.

1.Вероятность безотказной работы -это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы не возникает.Наработка -продолжительность, или объем работы.

2.Вероятность отказа -вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы возникает. Это показатель, обратный предыдущему.

3.Интенсивность отказов системы -условная плотность вероятности возн-ния отказа ПИ в определенный момент времени при условии, что до этого, времени отказ не возник.

4.Средняя наработка до отказа –мат. ожида­ние времени работы ПИ до отказа

5.Среднее время восстановления –мат. ожи­дание времени восстановления - времени, затраченного на обнаружение и локализацию отказа, времени устранения отказа,времени пропускной проверки работоспособ­ности. Для этого показателя термин "время" означает время, затра­ченное специалистом по тестированию на перечисленные виды работ.

6. Коэффициент готовности -вероятность того, что ПИ ожидается в работоспособном состоянии в произвольный момент времени его использования по назначению.

Разнообразие и сложность видов деятельности в процессе создания ПИ приводят к появлению множества различных типов ошибок, которые нуждаются в систематизации.

Классификация программных ошибок по категориямосно­вана на эмпирических данных, полученных при разработке раз­личных ПИ.

Под категорией ошибок понимается видовое описание ошибок конкретных типов. В полной классификации выделено более 160 категорий, объединенных в 20 классов. При сборке и анализе данных об ошибках программы следует придерживаться следующих правил.

1. Создать список ошибок (по примеру приведенной класси­фикации).

2. Определить перечень категорий, имеющих причинный характер.

3. Обеспечить получение необходимой информации о проис­хождении каждой ошибки.

Для реализации этого пункта рекомендации целесообразно воспользоваться классификацией, которая построена по прин­ципу "сверху-вниз" с необходимым описанием контекста, в котором обнаружена ошибка.

На первом уровне классификационной схемы выделены 5 признаков ошибки:

1) где произошла ошибка; 2) на что похожа ошибка; 3) как была сделана ошибка;

4) когда произошла ошибка; 5) почему произошла ошибка.

Каждый признак представлен в виде набора категорий, разделов и подразделов.

Проблема создания надежных ПИ имеет 2 стороны:

разработка средств и методов, применение которых в про­цессе создания ПИ позволит обеспечить ему высокие показа­тели надежности;

развитие самой теории надежности: создание стройной систе­мы показателей надежности;

планирование уровня надежности на начальных этапах разработки ПИ; возможность оценить пока­затели надежности по результатам испытаний программ;

контроль уровня надежности в процессе эксплуатации ПИ и т.д.

Известно, что ПИ создаются коллективами разработчиков на протяжении определенного времени, после чего они могут поставляться пользователям для эксплуатации по назначению.

Основным средством определения количественных показа­телей надежности являются модели надежности, под которыми понимают математическую модель, построенную для оценки зависимости надежности от заранее известных или оцененных в ходе создания ПС параметров. В связи с этим определение надежности показателей принято рассматривать в единстве трех процессов - предсказание, измерение, оценивание.

Предсказание -это определение количественных показате­лей надежности исходя из характеристик будущего ПС мер, из объема, сложности и т.д.). Обычно выполняется после проектирования, когда известна структура разрабатываемого ПС.Измерение -это определение кол-ых показателей надежности, основанное на анализе данных об интервалах между отказами, полученных при выполнении программ в условиях тестовых испытаний.Оценивание -это определение кол-ых показателей надежности, основанное на данных об интервалах между отка­зами, полученными при испытании ПС в реальных условиях функционирования.

Все модели надежности можно классифицировать по тому, какой из перечисленных процессов они поддерживают (пред­сказывающие, прогнозные, измеряющие, оценивающие). Нужно отметить, что модели надежности, которые в качестве исходной информации используют данные об интервалах между отка­зами, можно отнести и к измеряющим, и к оценивающим в равной степени. Некоторые модели, основанные на информа­ции, полученной в ходе тестирования ПС, дают возможность делать прогнозы поведения ПС в процессе эксплуатации.

Аналитические модели представлены двумя группами: дина­мические моделиистатические.В динамических МНПС поведение ПС (появление отказов) рассматривается во вре­мени. В статических моделях появление отказов не связывают со временем, а учитывают только зависимость количества ошибок от числа тестовых прогонов (по области ошибок) или зависимость количества ошибок от характеристики входных данных (по области данных).

Для использования динамических моделей необходимо иметь данные о появлении отказов во времени. Если фикси­руются интервалы каждого отказа, то получается непрерывная картина появления отказов во времени (группа динамических моделей с непрерывным временем). С другой стороны, может фиксироваться только число отказов за произвольный интервал времени. В этом случае поведение ПС может быть представлено только в дискретных точках (группа динамических моделей с дискретным временем). Рассмотрим основные предпосылки, ограничения и математический аппарат моделей, представляю­щих каждую группу, выделенную по схеме.

Оценка качества

Методологии и стандартизации оценки характеристик качества готовых программных средств и их компонентов (программного продукта) на различных этапах жизненного цикла посвящен международный стандарт ISO 14598, состоящий из шести частей. Рекомендуется следующая общая схема процессов оценки характеристик качества программ:

1) установка исходных требований для оценки - определение целей испытаний, идентификация типа метрик программного средства, выделение адекватных показателей и требуемых значений атрибутов качества; 2) селекция метрик качества, установление рейтингов и уровней приоритета метрик субхарактеристик и атрибутов, выделение критериев для проведения экспертиз и измерений; 3) планирование и проектирование процессов оценки характеристик и атрибутов качества в ЖЦ ПО; 4) выполнение измерений для оценки, сравнение результатов с критериями и требованиями, обобщение и оценка результатов.

Функциональная пригодность - наиболее неопределенная и объективно трудно оцениваемая субхарактеристика программного средства. Области применения, номенклатура и функции комплексов программ охватывают столь разнообразные сферы деятельности человека, что невозможно выделить и унифицировать небольшое число атрибутов для оценки и сравнения этой субхарактеристики в различных комплексах программ.

Оценка корректности программных средств состоит в формальном определении степени соответствия комплекса реализованных программ исходным требованиям контракта, технического задания и спецификаций на программное средство и его компоненты.

Оценка способности к взаимодействию состоит в определении качества совместной работы компонентов программных средств и баз данных с другими прикладными системами и компонентами на различных выч-ых платформах, а также взаимодействия с польз-ми в стиле, удобном для перехода от одной вычислительной системы к другой с подобными функциями.

Оценка защищенности прогр-ых средств включает определение полноты использования доступных методов и средств защиты программного средства от потенциальных угроз и достигнутой при этом безопасности функционирования информационной системы. Наиболее широко и детально методологические и системные задачи оценки комплексной защиты информационных систем изложены в трех частях стандарта ISO 15408:1999-1--3 "Методы и средства обеспечения безопасности. Критерии оценки безопасности ИТ".

Оценка надежности - измерение количественных метрик атрибутов в использовании: завершенности, устойчивости к дефектам, восстанавливаемости и доступности/готовности.

Потребность в ресурсах памяти и произв-сти компьютера в процессе решения задач значительно изменяется в зависимости от состава и объема исходных данных. Для корректного определения предельной пропускной способности ИС с данным программным средством нужно измерить экстремальные и средние значения длительностей исполнения функциональных групп программ и маршруты, на которых они достигаются. Если предварительно в процессе проектирования произв-ть компьютера не оценивалась, то, скорее всего, понадобится большая доработка или даже замена компьютера на более быстродействующий.