В современных программно-аппаратных комплексах особо важными становятся задачи, связанные с верификацией работы программного обеспечения, то есть с выполнением процесса, позволяющего определить, что разработанное программное средство точно реализует концептуальное описание данной системы.
В соответствии с МЭК 60 880 верификацией признается процесс, в котором проверяется правильность интегрирования прошедших верификацию модулей аппаратных средств и программного обеспечения (ПО) в систему, их совместимость и функционирование в виде системы согласно требованиям к интеграции.
При проектировании и запуске в эксплуатацию объектов атомной энергетики возникает необходимость установки отказоустойчивых интегрированных систем мониторинга процессов работы оборудования как на системно-функциональном, так и на программном уровне.
Программно-технический комплекс информационнодиагностической системы (ПТК ИДС) функционирует в рамках комплекса электрооборудования системы управления и защиты реактора (КЭ СУЗ) и представляет собой сложную электромеханическую систему в составе большого количества функционально связанных шкафов, укомплектованных серверами, сетевыми коммутаторами, мониторами, а также сопутствующим оборудованием. Весь комплекс функционирует как единое целое, выполняя сложные функциональные задачи в области обеспечения управления и защиты атомных реакторов атомной энергетических станций с глубокой диагностической и информационной поддержкой.
Аналогичные вопросы рассматривались в работах различных иностранных и российских ученых (А. Шоу, М. Дансмур, Г. Дейвис, К. Ю. Богачев, Г. Т. Артамонов, Л. Б. Богуславский, М. Уелш).
Работы по созданию подобных операционных систем проводились специалистами Института проблем управления Российской Академии наук (ИПУ РАН) применительно к системе верхнего блочного уровня атомной электростанции (АЭС), к которой предъявляются иные по сравнению с КЭ СУЗ требования по обеспечению отказоустойчивости, резервирования и восстановления после сбоев и отказов.
В Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-производственном предприятии — всероссийском научно-исследовательском институте электромеханики с заводом им. А. Г. Иосифьяна «(НПП ВНИИЭМ) вопросами создания отказоустойчивого программного обеспечения занимались И. А. Десятников, А. К. Савин, Т. Е. Ампилова, И. А. Иванова, М. В. Протопопов и др.
Наиболее подробно вопросы верификации и тестирования программных средств, включая применение и взаимодействие верификации и тестирования в жизненном цикле сложных программных средств рассматриваются в трудах В. В. Липаева.
В рамках данной диссертационной работы учитывается накопленный опыт НПП ВНИИЭМ по проведению процесса верификации и предлагаются новые подходы и методики применительно к процессу оценки программного обеспечения, функционирующего в рамках информационно-диагностических систем комплекса электрооборудования системы управления и защиты атомных электростанций (КЭ СУЗ АЭС).
Верификация программных модулей не является типовой задачей. Решать ее приходится разными способами, в прямой зависимости от содержания как самих программ и типа операционной системы, так и назначения программно-аппаратного комплекса. Различные операционные системы по разному реализуют необходимые функции, в связи с этим крайне важным является производить переосмысление методов и методик верификации при смене типа операционных систем и программ.
Обеспечение требований по отказоустойчивости функционирования программного обеспечения для комплекса электрооборудования системы управления и защиты атомных электростанций (КЭ СУЗ АЭС), содержащего как системные, так и прикладные компоненты, ставит проблему глубокого анализа структуры и логики совместной работы программных и аппаратных составляющих, принципов их совместного взаимодействия.
С самого начала работы над проблемой была поставлена задача по созданию комплекса программ мониторинга и управления, базирующихся на операционной системе с открытыми исходными текстами, так как данная область представляется недостаточно изученной.
Проблема создания и верификации подобной операционной системы и прикладного программного обеспечения высокой доступности является особенно актуальной при разработке информационно-диагностического комплекса электрооборудования систем управления и защиты АЭС (ИДС КЭ СУЗ АЭС).
Целью данной диссертационной работы является разработка методов верификации системного и прикладного программного обеспечения информационно-диагностической системы комплекса электрооборудования системы управления и защиты (КЭ СУЗ) АЭС. Для достижения указанной цели в диссертационной работе ставятся следующие задачи: разработка методик верификации системного и прикладного программного обеспечения с применением автоматических методов, создание стенда тестирования программных составляющих, тестирование программных компонентов на наработку в рамках программы по верификации, разработка программ-зондов, осуществляющих контроль работы всего комплекса программ и частных прикладных программ при подаче на них тестового трафика, эмулирующего нагрузку, проведение анализа результатов тестирования.
В процессе верификации представляется особенно важным использование аналитических и экспериментальных методов оценки результатов с использованием специализированных стендов тестирования программного обеспечения, базирующегося на идентичных электрооборудованию информационно-диагностической системы комплекса электрооборудования системы управления и защиты атомных электростанций аппаратных средствах.
Данная область также содержит большое поле для проведения исследований по причине необходимости выполнения следующих задач, непосредственно связанных с вопросами тестирования и верификации программного обеспечения и функций системы: проведение системного анализа задач по верификации программного обеспечения информационно-диагностической системы комплекса электрооборудования и защиты (ИДС КЭ СУЗ) АЭС, разработка основных критериев верификации операционной системы и прикладного программного обеспечения с открытыми исходными текстами, использование новых функций в области подтверждения отказоустойчивости совместной работы оборудования и программного обеспечения, важного для безопасности АЭС, исследование отказоустойчивой работы программных средств ИДС на основе предложенных методик, включающих в себя набор задач по верификации, в том числе с использованием созданного стенда тестирования программного обеспечения, проведение процесса верификации программного обеспечения, выполненного на базе открытых исходных текстов, на основе созданных методик автоматических (с использованием специализированных программных средств) и ручных способов аудита.
Достоверность предложенных методик предлагается подтвердить тестированием системного и прикладного программного обеспечения в (СПО и ППО) форсированном режиме на специализированном стенде НПП ВНИИЭМ. Задачей стенда тестирования надежности ставится получение необходимого объема статистических данных для анализа.
Большое внимание в исследовании процесса верификации системного и прикладного программного обеспечения (СПО и ППО) информационно-диагностической системы комплекса электрооборудования и защиты (КЭ СУЗ) АЭС необходимо уделить и подходу к реализации самого процесса верификации программ и функций системы. В соответствии с рекомендациями МЭК 60 880 и 60 880−2, крайне важным для оценки итоговой работы по верификации является следование принципу разделение группы программистов создающих программный код и группы программистов, осуществляющей его верификацию, включая различное административное подчинение, инструкции по работе, программно-аппаратные средства реализации своих функций.
4.8. Выводы по результатам тестирования.
Таким образом, было установлено:
1. ПО ПТК ИДС работающее под управлением ОС «Linem» соответствуют требованиям ТЗ в объеме, указанном в «Программе и методике квалификационных испытаний СПО на стенде оценки надежности программного обеспечения ПТК ИДС» при функционировании в течение 3000 часов.
2. ИДС способна функционировать длительное время без сбоев системных служб, потерь IP и IPX-пакетов при нормальных входных воздействиях. За 3000 часов максимально допустимое время прохождения тестовых пакетов из 150.000 было превышено лишь для 3 пакетов, что подтверждает высокую надежность сети (процент пакетов с превышенными задержками — 0,2%),.
3. Измеренная загрузка процессора составила менее 10%, что свидетельствует о наличии у технических средств программно-аппаратного комплекса большого запаса по производительности.
4. Проведенные в течение 3000 часов испытания функции зеркалирования показали надежность пакета создания резервных копий служебных файлов, что подтверждается сравнением контрольных сумм файлов-оригиналов и файлов-копий.
5. Драйверы и контроллеры цифрового ввода-вывода обеспечивают прием-передачу информации без искажений при работе с частотой переключения до 10 мс.
4.9 Детализированное описание порядка проведения испытаний ППО.
С целью испытаний прикладного ПО ПТК ИДС (ПО «Шлюз») в режиме нормальных информационных потоков (см. приложение «Программа и методика квалификационных испытаний СПО „Linem“ на стенде по оценке надежности программного обеспечения») с помощью тестовых программных модулей (имитаторов диагностических данных) формировались пакеты протокола IPX с контролем результатов передачи и обработки пакетов в окне видео кадра ПО «Шлюз». В процессе испытаний осуществлялась проверка ПО («Шлюз» и «CDE») на соответствие требованиям, в частности контролировалась загрузка центрального процессора, объем занимаемой оперативной памяти в режиме нормальной работы, в режиме нормального и аварийного завершения. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице.
2, а детализированное описание процесса запуска тестового зонда в приложении № 7.
Заключение
.
В результате проведенной работы можно сформулировать следующие выводы:
1. Обобщены и систематизированы технические требования к программному обеспечению ПТК ИДС на базе ОС «Linem» .
2. Разработаны методики верификации системного и прикладного программного обеспечения с применением автоматических методов аудита исходных текстов и тестирования на наработку на отказ и наличие ошибок.
3. Создан специализированный стенд тестирования системного и прикладного программного обеспечения для ИДС КЭ СУЗ.
4. Разработаны программы-зонды, осуществляющие контроль работы системного и прикладного программного обеспечения.
5. С применением предложенных методик аудита исходных текстов и тестирования на разработанном стенде исследованы процессы верификации и проведена верификация системных и прикладных библиотек программного обеспечения ОС «Linem» для ИДС КЭ СУЗ для ряда энергоблоков АЭС.
6. Разработаны и внедрены экспериментальные методы исследования процесса верификации программного обеспечения ИДС КЭ СУЗ с использованием специализированного стенда тестирования программного обеспечения, которые позволяют получить требуемый уровень отказоустойчивости работы программного обеспечения ИДС КЭ СУЗ.
