Модели качества и надежности в программной инженерии

К атрибутам функциональности относятся:

• функциональная полнота - свойство компонента, которое показывает степень достаточности основных функций для решения задач в соответствии с назначением ПО;
• правильность (точность) - атрибут, который показывает степень достижения правильных результатов;
• интероперабельность - атрибут, который показывает возможность взаимодействовать на ПО специальными системами и средами (ОС, сеть);
• защищенность - атрибут, который показывает на способность ПО предотвращать несанкционированный доступ (случайный или умышленный) к программам и данным.

К подхарактеристикам надежности ПО относятся:

• безотказность - атрибут, который определяет способность ПО функционировать без отказов (как программы, так и оборудования);
• устойчивость к ошибкам - атрибут, который показывает на способность ПО выполнять функции при аномальных условиях (сбой аппаратуры, ошибки в данных и интерфейсах, нарушение в действиях оператора и др.);
• восстанавливаемость - атрибут, который показывает на способность программы к перезапуску для повторного выполнения и восстановления данных после отказов.

К некоторым типам систем (реального времени, радарных, систем безопасности, коммуникация и др.) предъявляются требования для обеспечения высокой надежности (недопустимость ошибок, точность, достоверность, удобство применения и др.). Таким образом, надежность ПО в значительной степени зависит от числа оставшихся и не устраненных ошибок в процессе разработки на этапах ЖЦ. В ходе эксплуатации ошибки обнаруживаются и устраняются.

Если при исправлении ошибок не вносятся новые или, по крайней мере, новых ошибок вносится меньше, чем устраняется, то в ходе эксплуатации надежность ПО непрерывно возрастает. Чем интенсивнее проводится эксплуатация, тем интенсивнее выявляются ошибки и быстрее растет надежность ПО.

К факторам, влияющим на надежность ПО, относятся:

• совокупность угроз, приводящих к неблагоприятным последствиям и к ущербу системы или среды ее функционирования;
• угроза как проявление нарушения безопасности системы;
• целостность как способность системы сохранять устойчивость работы и не иметь риска.

Обнаруженные ошибки могут быть результатом угрозы извне или отказов, они повышают риск и уменьшают некоторые свойства надежности системы.

Надежность - одна из ключевых проблем современных программных систем, и ее роль будет постоянно возрастать, поскольку постоянно повышаются требования к качеству компьютерных систем. Новое направление - инженерия программной надежности (Software reliability engineering) - ориентировано на количественное изучение операционного поведения компонентов системы по отношению к пользователю, ожидающему надежную работу системы [10.7], и включает:

• измерение надежности, т.е. проведение ее количественной оценки с помощью предсказаний, сбора данных о поведении системы в процессе эксплуатации и современных моделей надежности;
• стратегии и метрики конструирования и выбора готовых компонентов, процесс разработки компонентной системы, а также среда функционирования, влияющая на надежность работы системы;
• применение современных методов инспектирования, верификации, валидации и тестирования при разработке систем, а также при эксплуатации.

Верификация применяется для определения соответствия готового ПО установленным спецификациям, а валидация - для установления соответствия системы требованиям пользователя, которые были предъявлены заказчиком.

В инженерии надежности термин dependability (пригодноспособность) обозначает способность системы иметь свойства, желательные для пользователя, который уверен в качественном выполнении функций ПС, заданных в требованиях. Данный термин определяется дополнительным количеством атрибутов, которыми должна обладать система, а именно:

• готовность к использованию (availability);
• готовностью к непрерывному функционированию (reliability);
• безопасность для окружающей среды, т.е. способность системы не вызывать катастрофических последствий в случае отказа (safety);
• секретность и сохранность информации (сonfidential);
• способность к сохранению системы и устойчивости к самопроизвольному ее изменению (integrity);
• способность к эксплуатации ПО, простота выполнения операций обслуживания, а также устранения ошибок, восстановление системы после их устранения и т.п. (maintainability);
• готовность и сохранность информации (security) и др.

Достижение надежности системы обеспечивается предотвращением отказа (fault prevention), его устранением (removal fault), а также оценкой возможности появления новых отказов и мер борьбы с ними с применением методов теории вероятности.

Каждый программный компонент, его операции и данные обрабатываются в дискретные моменты времени, например, . Пусть за время после первого неудачно обработанного компонента системы появился отказ, - вероятность этой неудачи, тогда и среднее время ожидания .

Положим, что момент времени убывает, а время остается фиксированным, тогда имеем , время до отказа в данном случае - непрерывная величина , распределенная экспоненциально с параметром .

Таким образом, оценка надежности ПО - это трудоемкий процесс, требующий создания устойчивой работы системы по отношению к отказам ПО, т.е. вероятности того, что система восстановится самопроизвольно в некоторой точке после возникновения в ней отказа (fault).

К подхарактеристиками удобства применения относятся:

• понимаемость - атрибут, который определяет усилия, затрачиваемые на распознавание логических концепций и условий применения ПО;
• изучаемость (легкость изучения) - атрибут, который определяет усилия пользователей на определение применимости ПО путем использования операционного контроля, диагностики, а также процедур, правил и документации;
• оперативность - атрибут, который показывает на реакцию системы при выполнении операций и операционного контроля;
• согласованность - атрибут, который показывает соответствие разработки требованиям стандартов, соглашений, правил, законов и предписаний.

К подхарактеристикам эффективности ПО относятся:

• реактивность - атрибут, который показывает время отклика, обработки и выполнения функций;
• эффективность ресурсов - атрибут, показывающий количество и продолжительность используемых ресурсов при выполнении функций ПО;
• согласованность - атрибут, который показывает соответствие данного атрибута с заданными стандартами, правилами и предписаниями.

Cопровождаемость включает подхарактеристики:

• анализируемость - атрибут, определяющий необходимые усилия для диагностики отказов или идентификации частей, которые будут модифицироваться;изменяемость - атрибут, который определяет удаление ошибок в ПО или внесение изменений для их устранения, а также введение новых возможностей в ПО или в среду функционирования;
• стабильность - атрибут, указывающий на постоянство структуры и риск ее модификации;
• тестируемость - атрибут, показывающий на усилия при проведении валидации и верификации с целью обнаружения несоответствий требованиям, а также на необходимость проведения модификации ПО и сертификации;
• согласованность - атрибут, который показывает соответствие данного атрибута соглашениям, правилам и предписаниям стандарта.

Переносимость включает подхарактеристики:

• адаптивность - атрибут, определяющий усилия, затрачиваемые на адаптацию к различным средам;
• настраиваемость (простота инсталляции) - атрибут, который определяет необходимые усилия для запуска данного ПО в специальной среде;
• сосуществование - атрибут, который определяет возможность использования специального ПО в среде действующей системы;
• заменяемость - атрибут, который обеспечивают возможность интероперабельности при совместной работе с другими программами с необходимой инсталляцией или адаптацией ПО;
• согласованность - атрибут, который показывает на соответствие стандартам или соглашениями по обеспечению переноса ПО.