Характеристики качества программных средств. Выбор характеристик качества в проектах программных средств

для последующего процесса верификации и тестирования, достаточного

для функционирования ПС с необходимым качеством и  точностью результатов,

при реальных ограничениях ресурсов на тестирование. Мерой

выбранной корректности может быть относительное  число протестированных

функций и маршрутов, которое может измеряться в процентах от

обш[его  числа исполняемых. Опыт показывает, что зачастую в готовом,

сложном ПС оказываются протестированными  только около 50—70% функций

и маршрутов, и практически очень трудно эту  величину довести до

90—95%. Косвенно  эту величину при определенной  автоматизации процессов

и квалификации специалистов отражает трудоемкость и  длительность

тестирования, что непосредственно влияет на функциональную пригодность

ПС.

Способность к взаимодействию — состоит в свойстве ПС и его

компонентов взаимодействовать с одним или  большим числом определенных

компонентов внутренней и внешней среды (см. табл. 11.1). При выборе

и установлении при проектировании способности  программных и информационных

компонентов к взаимодействию ее можно оценивать  объемом

технологических изменений в ПС, которые необходимо выполнять

при дополнении или исключении некоторой функции  или компонента,

когда отсутствуют  изменения операционной, аппаратной или пользовательской

среды. С  этим показателем связана корректность и унифицированность

межмодульных  интерфейсов, которые определяются двумя видами

связей: по управлению и по информации.

Требования  к характеристике способность к  взаимодействию могут

быть  достаточно полно формализованы  как набор свойств и утверждены в

процессе  системного проектирования, с некоторыми уточнениями на последующих

этапах. Их основой являются ссылки на нормативные  документы,

на интерфейсы открытых систем или на выбранные  для конкретного

проекта стандарты де-факто. При выборе свойств  программных компонентов,

обеспечивающих способность к взаимодействию в конкретном

проекте ПС, следует оценивать величину вычислительных ресурсов, необходимых

для их реализации. При этом важно учитывать возможность

повторного  использования апробированных компонентов  и переноса на

различные платформы.

Унификация  свойств интерфейсов на взаимодействие с внутренней,

внешней средой и с пользователями должна отражаться в специальных

разделах  технологической документации и  иметь возможность проверки

заказчиком  и/или экспертами по документам и  текстам программ. Эта

характеристика  состоит в описании свойств и  практически не влияет на

качество  функционирования текущей версии ПС. Степень унификации

интерфейсов может измеряться их относительным  числом или объемом

текста (например, в процентах от объема программ), которые подвергаются

изменениям  при любых корректировках взаимодействия программ. Ряд

общих понятий, методов и функций, которые могут  рассматриваться как

достаточно  полная база и набор свойств компонентов, обеспечивающих

высокую способность к взаимодействию, обобщены в концепции, методах

и стандартах открытых систем.

Защищенность и безопасность функционирования — одна из наиболее

трудно  формализуемых характеристик качества сложных ПС, которая

занимает  исключительное по важности положение  среди всех конструктивных

характеристик комплексов программ. Цели, назначение и функции

защиты  тесно связаны с особенностями  функциональной пригодности

каждого ПС. Разработка и формирование требований к свойствам защищенности

должны  осуществляться на основе потребностей эффективной

реализации  назначения и функций ПС при различных, реальных угрозах.

В процессе системного анализа и проектирования должны быть выявлены

потенциальные предумышленные и случайные угрозы функционированию

ПС и  установлен необходимый уровень  защиты от них данного комплекса

программ. В соответствие с этим уровнем  заказчиком выбирается и

устанавливается стандартизированная категория защищенности и безопасности

ПС и необходимый набор методов, свойств и средств защиты с

учетом  ограниченных ресурсов на их реализацию. В результате сформированные

требования  должны обеспечивать равнопрочную защиту от реальных

угроз и  реализацию необходимых мер контроля и подтверждения

целостности и характеристик качества функциональной пригодности комплекса

программ  в условиях проявления различных  угроз безопасности

функционирования  ПС (см. п. 11.5).

• 1.3 Конструктивные характеристики качества сложных программных средств

Конструктивные  характеристики разделены на две  группы: количественные

и качественные, которые различаются возможностями  конкретизации

мер и  шкал. Две группы стандартизированных характеристик

качества ПС — Надежность и Эффективность в наибольшей степени

доступны количественным измерениям. Для них в таблице 11.2 представлены

примеры возможных мер  и шкал измерения основных количественных

атрибутов субхарактеристик качества. Они могут  служить ориентирами

при выборе и установлении требуемых значений этих показателей

качества  в спецификациях ПС.

Таблица 11.2

Основные  количественные характеристики программных  средств

и их атрибуты

Характеристики  качества

1 Надежность

Завершенность:

наработка на отказ при отсутствии рестарта;

степень покрытия тестами функций и структуры  программ

Устойчивость:

наработка на отказ при наличии автоматического  рестарта;

относительные ресурсы на обеспечение надежности и рестарта

Восстанавливаемость:

длительность  восстановления

Доступность-готовность:

относительное время работоспособного функционирования

Эффективность

Временная эффективность:

время отклика  — получения результатов на типовое  задание;

пропускная  способность — число типовых  заданий, исполняемых

в единицу  времени

Используемость  ресурсов:

относительная величина использования ресурсов ЭВМ  при

нормальном  функционировании программного средства

Мера

Часы

%

Часы

%

Минуты

Вероятность

Секунды

Число в  минуту

Вероятность

Шкала

10—1000

50—100

10—1000

10—90

10-^—10

0,9—0,999

0,1—100

1—1000

0,7—0,95 1

Надежность: свойства комплекса программ обеспечивать достаточно

низкую вероятность потери работоспособности — отказа в процессе

307

Лекция 11. Характеристики качества программных  средств

функционирования  ПС в реальном времени. Основные атрибуты надежности

могут быть объективно измерены и сопоставлены с требованиями.

Требования  к значениям атрибутов субхарактеристики  завершенность —

допустимой  наработки на отказ — устанавливаются  при отсутствии автоматического

рестарта  и при наличии администратора, контролирующего

работоспособность ПС. Применением программно-аппаратных механизмов

автоматического рестарта эта наработка при проявлении отказов может

быть  повышена, т.е. при некоторых отказах  возможно их автоматическое

обнаружение и оперативное восстановление работоспособности,

вследствие  чего значения устойчивости и наработки  на отказ возрастают.

Это должно учитываться при определении  требований к коэффициенту

готовности  — вероятности застать ПС в  работоспособном состоянии. Так

же как  при формировании требований к корректности (см. табл. 11.1), для

надежности  большое значение имеет покрытие тестами в процессе отладки

структуры и функций программных компонентов  и ПС в целом.

Надежность  функционирования программ является понятием дина-

мическим, проявляющимся во времени, и существенно отличается от понятия

статической корректности программ. Надежность ПС наиболее полно

характеризуется устойчивостью или способностью к безотказному

функционированию  и восстанавливаемостью работоспособного состояния

после произошедших сбоев или отказов. В свою очередь, устойчивость

зависит от степени покрытия тестами функций  и структуры программ, от

уровня  неустраненных дефектов и ошибок (завершенность) и от способности

ПС реагировать  на их проявления так, чтобы это не отражалось на

показателях надежности. Последние определяются эффективностью контроля

данных, поступающих из внешней среды  и от средств обнаружения

аномалий  функционирования ПС. В реальных условиях по различным

причинам  исходные данные могут попадать в  области значений, не проверенные

при разработке и испытаниях, а также не заданные требованиями

спецификации  и технического задания, вызывающие сбои и отказы. При

этом  некорректная программа может функционировать  совершенно надежно.

Завершенность: свойство ПС не попадать в состояния отказов вследствие

ошибок  и дефектов в программах и данных. Количество или плотность

проявления  скрытых дефектов и ошибок непосредственно  отражает-

308

11.3. Конструктивные  характеристики качества сложных  программных средств

ся на длительности нормального функционирования комплекса программ

между отказами. Завершенность можно характеризовать  наработкой (длительностью)

на отказ (при отсутствии автоматического  восстановления —

рестарта), измеряемой обычно часами. На эту субхарактеристику  влияют

только  отказы, вследствие проявившихся дефектов. Они могут быть обусловлены

неполным  тестовым покрытием при испытаниях компонентов и

ПС в  целом, а также недостаточной  завершенностью тестирования их

функций.

Устойчивость к дефектам и ошибкам: свойство ПС автоматически

поддерживать  заданный уровень качества функционирования при проявлениях

дефектов  и ошибок или нарушениях установленного интерфейса.

Для этого  в ПС должна вводиться временная, программная и информационная

избыточность, реализующая оперативное обнаружение  дефектов и

ошибок  функционирования, их идентификацию  и автоматическое восстановление

(рестарт)  нормального функционирования ПС. Эффективное, оперативное

устранение  проявления дефектов, ошибок и некорректного  взаимодействия

с операционной и внешней средой определяют субхарактеристику

— устойчивость комплексов программ.

Восстанавливаемость: свойство ПС в случае отказа возобновлять

требуемый уровень качества функционирования, а также исправлять поврежденные

программы и данные. После отказа ПС иногда бывает неработоспособно

в течение  некоторого времени, продолжительность  которого

определяется  его восстанавливаемостью. Для этого  необходимы вычислительные

ресурсы и время на выявление неработоспособного состояния,

диагностику причин отказа, а также на реализацию процессов восстановления.

Основными показателями процесса восстановления являются его

длительность  и вероятностные характеристики. Восстанавливаемость характеризуется

также полнотой восстановления нормального функционирования

программ  в процессе ручного или автоматического  их перезапуска

— рестарта. Перезапуск должен обеспечивать возобновление нормального

функционирования  ПС, на что требуются ресурсы ЭВМ  и время,

которые можно характеризовать относительной  величиной (% от общих

ресурсов).

Доступность или готовность: свойство ПС быть в состоянии выполнять

требуемую функцию в данный момент времени  при заданных

309

Лекция 11. Характеристики качества программных  средств

условиях  использования. Внешне доступность  может оцениваться относительным

временем, в течение которого ПС находится  в работоспособном

состоянии, в пропорции к общему времени  применения. Следовательно,

доступность — комбинация завершенности (от которой  зависит частота

отказов), устойчивости к ошибкам и восстанавливаемости, которые в совокупности

обусловливают длительность простоя для восстановления после

каждого отказа, а также длительность наработки  на отказ. Обобщение

характеристик отказов и восстановления производится в критерии коэффициент

готовности. Этот показатель отражает вероятность иметь восстанавливаемые

программы и данные в работоспособном состоянии  в произвольный

момент  времени.

Нижняя  граница шкалы атрибутов наделсности в таблице 11.2 отражена

значениями, при которых резко уменьшается  функциональная пригодность

и использование  данного типа ПС становится неудобным, опасным

или нерентабельным. Примером таких наихудших, предельных величин

для многих классов ПС могут быть наработка  на отказ менее десяти

часов, коэффициент  готовности ниже 0,9 и время восстановления более

десяти  минут. С другой стороны, наилучшие  значения этих атрибутов

практически ограничены теми ресурсами, которые  могут быть выделены

для их достижения при разработке и эксплуатации. Вычислительные и

программные ресурсы объектной ЭВМ на непосредственное обеспечение

надежности  функционирования ПС обычно находятся  в диапазоне от 10%

до 90%, причем последние значения соответствуют  критическим, особо