книги / Надежность программного обеспечения систем обработки данных

В. В. Шураков

НАДЕЖНОСТЬ

ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

СИСТЕМ

ОБРАБОТКИ

ДАННЫХ

Второ* издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего

исреднего специального обраэовемия СССР

вкечествв учебнике

дев студентов вузов, обучеющихся по специальности "Организация мехениеировенной обработки экономической информации"

МОСКВА 'ФИНАНСЫ И СТАТИСТИКА'

1967

ВВЕДЕНИЕ

Дальнейшее повышение эффективности общественного произ­ водства неразрывно связано с переводом всего народного хозяйства на интенсивный путь развития на базе научно-технического прогресса. Большую роль В решении этой задачи призваны сыграть вычислительная техника и ее программное обеспечение (ПО)

В Основных направлениях экономического и социального разви­ тия СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года1, принятых XXVII съездом КПСС, наряду с развитием вычислительной техники и повышением надежности и эффективности ее использования под* черкивается необходимость увеличить производство программных' средств для вычислительной техники и автоматизированных систем управлении.

С появлением ЭВМ третьего поколении и вычислительных си­ стем на первый план стали выдвигаться проблемы обеспечения на­ дежности программного обеспечении. К этим проблемам относятся оцен­ ка надежности программного обеспечения; определение факторов, влия­ ющих на достижение заданного уровни надежности ПО; совершен­ ствование методов повышения надежности ПО а процессе проекти­ ровании и в процессе эксплуатации разработанного ПО.

Важность повышения ивдежиости ПО обусловлена тем, что оно выполняет основные функции системного управления обработкой

в двух направлениях; обоснование интуитивного представления о на­ дежности ПО и разработки методов, обеспечивающих достижение заданного уровни надежности ПО.

На пути решения проблем первого направления одним из суще­ ственных вопросов является утверждение определения надежности ПО. В литературе по надежности ПО нет единого подхода и устано­ вившихся стандартов. Тщательный анализ показывает, что надеж­ ность ПО базируется на понятиях корректности и устойчивости комплекса программ или одиночной программы.

Программе считается корректной, если она выполняет запланиро­ ванные действия и не имеет побочных эффектов. Корректность пред­ ставляет собой дос4аточио узкое понятие, так как ее полная проверка для больших программных систем практически ие выполнима. Коррект­ ность базируется на тщательной спецификации требований пользо­ вателя. Возможна ситуация, когда некоторая программа является корректной с точки зрения разработчика, но не корректной с точки зрения пользователя, так как предмет расхождений а оценке не был точно специфицироааи в требованиях к программе.

1 Материалы XXVII еъезда Коммунистической партии Советского Союза.—М.: Политиздат, 1986.—С. 280—284.

3

Р а з д е л I

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Г л а в а 1

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

Надежность — один из важнейших факторов, определяющнх общую производительность и эффективность систем. В связи с этим уже на стадии проектирований системы вопросам надежности должно уделяться присг тальное внимание. В этот период, когда устанавливается первоначальная взаимозависимость между характеристи­ ками системы, затратами и графиком выполнения работ, должны быть сформулированы и требования к надеж­ ности, так как именно они в значительной мере определя­ ют реализуемость проекта и стоимость будущей системы.

Теория надежности как наука получила развитие при­ менительно к сложным техническим системам. Необхо­ димость и полезность контроля технических компонент систем и систем в целом с целью проверки соответствия их текущих характеристик заданным доказаны практи­ кой. В этом плане выполнено значительное количество работ по надежности применительно к техническим систе­ мам, разработано множество моделей обеспечения разум­ ными методами надежности сложных систем и их техни­ ческой готовности.

Эти модели в ряде случаев позволяют не только оцени­ вать показатели надежности и готовности технических систем и их компонентов, ио и дают возможность предска­ зывать значения этих показателей на основе накопленно­ го опыта. Кроме того, ряд моделей позволяет на основе накопленных данных высказывать предположения в отно­ шении режимов работы, при которых наиболее часто проявляются отклонения от нормального функционирова­ ния, а также о применяемом подходе к восстановлению

5

взаимодействия при выполнении заданной задачи в про­ цессе применения по назначению Под это определение системы полностью подходит программное обеспечение В настоящее время в области машинной обработки ин­ формации существуют две взаимосвязанные проблемы: стоимость обработки информации и ненадежность прог­ раммного обеспечения, организующего и выполняющего процесс обработки информации. При этом первая пробле­ ма находится в зависимости от второй, так как высокая стоимость проектирования, тестирования и сопровожде­ ния программ обработки информации определяется преж­

де всего ненадежностью ПО.

1 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Проблема надежности ПО была объектом пристально­ го внимания с самого начала развития средств машинной обработки информации Основной акцент в начальной стадии делается на аппаратурную надежность, но уже тогда те, кто занимался написанием программ, на своем опыте убедились, что исправление ошибок в программах составляло большую часть времени процесса програм­ мирования

С началом исследования вопросов надежности ПО воз­ никла проблема стандартного определения программной ошибки и собственно надежности ПО Это важно для того, чтобы в любой ситуации можно было однозначно опреде­ лить факт наличия ошибки и причину, ее породившую.

Программная ошибка. Люди имеют различные точки зрения на то, что представляет из себя программная ошибка Не существует одного всеобъемлющего опреде­ ления ошибки

Одно известное определение программной ошибки утверждает, что программная ошибка происходит тогда, когда программа работает не в соответствии со своими спецификациями Это определение имеет один сущест­ венный недостаток, однозначно предполагается, что спе­ цификации корректны Однако редко можно встретить явное подтверждение корректности спецификации, хотя опыт показывает, что одним из главных источников оши­ бок являются спецификации. Если программа работает не в соответствии с ее спецификациями, то это можно объяснить присутствием ошибки. Но если программа ра­ ботает в соответствии со спецификациями, то нельзя утверждать, что ошибок в ней нет.

6

пользователя, но не может устраивать разработчика ПО, так кик он должен точно знать, что ожидает пользо­ ватель от!системы. Положение усугубляется еще н тем, что понятие «пользователь» включает любого человека,

не явл!адотся неотъемлемым свойством программного обес­ печенийОднако сколько бы разработчик не всматривался в программу, сколько бы не проверял ее. нет полной уве­ ренности в том, что все ошибки выявлены. Таким образом, налитое ошибки в программе — это функция от самой программы н от того, что ждет от нее пользователь. Примяв в качестве базового последнее из представленных определений программной ошибки, предполагаем, что дан­ ное определение может быть расширено за счет исключе­ ния, различных человеческих факторов возникновения шрибок в ПО (например, различное восприятие текста документации, различное толкование общепринятых по­ ложений и т. д.).

Надежность ПО. Применительно к сложным системам надежность ПО [4] определяется как Свпбтп тм »и ы

выполнять заданные санкции, сохоаняя во воемени зна­ чения установленных эксплуатационных показателей в заданных поелелах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического оослуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Свойство на­ дежности проявляется в том, что система выполняет по­ ставленные перед ней задачи. Потеря надежности систе­ мой связывается с появлением отказов в работе.

Как следует из определения, должны быть известны следующие основные моменты: заданное время работы; среда, в которой функционирует система; то, что понима­ ется под эксплуатационными показателями.

Приведенное выше определение надежности приемле­ мо и для такой сложной системы, какой является про­ граммное обеспечение. Однако в этом определении не отражается различие между типами возможных ошибок, степенью влияния конкретной ошибки иа функциониро­ вание системы. Это значит, что надежность ПО должна определяться как функция от степени влияния ошибок и частоты их проявления.

Следовательно, надежность ПО — это вероятность того, что программа какой-то период времени будет ра­ ботать без сбоев с учетом степени их влияния на выход­

8

ные результаты. Другими словами, надежность ПО есть функция от ущерба, наносимого ошибкой пользователю. Надежность не является свойством, присущим програм­ ме, а в ббльшей мере относится к тому, как используется программа.

Для более глубокого понимания надежности ПО не­ обходимо сопоставить ее с надежностью аппаратуры вы­ числительной системы. Любое устройство, входящее в комплект вычислительной системы, может оказаться нера­ ботоспособным из-за ошибок разработки, ошибок про­ изводства или сбоев в работе. Ошибка разработки, при­ сутствующая в каждом экземпляре данного устройства, может проявиться, например, в том, что из-за ошибки в логике цепей адресации адресация к некоторым участкам памяти невозможна. Ошибка производства присутствует в одном или нескольких устройствах и объясняется не­ достатками производства конкретных экземпляров устройств. Например, ошибкой производства может слу­ жить некачественная пайка соединений, неправильное соединение проводов и т. д. Сбои первоначально не при­ сутствуют в устройствах, а возникают в процессе функ­ ционирования последних под воздействием таких факто­ ров, как температура, влажность, трение и т. д.

Например, электронное оборудование проходит опре­ деленные этапы (рис. 1.1, кривая а);

1) начальный этап службы оборудования, характери зующийся высокой интенсивностью отказов, которая до­ статочно быстро снижается по мере выявления и устра­ нения недолговечных и могущих в скором времени отка­ зать элементов в процессе отладки;

Рис 1.1 Сравнительная оценка надежности ТО и ПО

9