Надежность и качество программных средств

Надежность программного обеспечения информационных систем Основными причинами, вызывающими нарушения нормального функционирования программного обеспечения, являются:

• — ошибки, скрытые в самой программе;
• — искажение входной информации;
• — неверные действия пользователя;
• — неисправность аппаратных средств ИС, на которой реализуется вычислительный процесс.

Ошибки, скрытые в программе. При разработке сложного программного обеспечения возможно возникновение ошибок, которые не всегда удается обнаружить и ликвидировать в процессе отладки. В силу этого в программах остается некоторое количество скрытых ошибок. Они являются причиной неверного функционирования этих программ. Среди ошибок подобного рода можно выделить следующие характерные группы.

Ошибки вычислений. Ошибки этой группы связаны с некорректной записью или программированием математических выражений, а также неверное преобразование типов переменных. Вследствие этого получаются неправильные результаты.

Логические ошибки. Эта группа ошибок является причиной искажения алгоритма решения задачи. К ошибкам подобного рода можно отнести неверную передачу управления, неверное задание диапазона изменения параметра цикла, неверное условие и другие ошибки.

Ошибки ввода-вывода. Эти ошибки связаны с неправильным управлением ввода-вывода, формированием выходных записей, определением размера записей и другими неправильно свершенными действиями.

Ошибки манипулирования данными. К числу таких ошибок относятся: неверное определение числа элементов данных; неверные начальные значения, присвоенные данным; неверное указание длины операнда или имени переменной и другие ошибки.

Ошибки совместимости связаны с отсутствием совместимости разрабатываемого или применяемого ПО с операционной системой или другими прикладными программами.

Ошибки сопряжений. Группа этих ошибок вызывает неверное взаимодействие ПО с другими программами или подпрограммами, с системными программами, устройствами ЭВМ или входными данными.

Искажение входной информации. Указанная причина вызывает нарушение функционирования ПО, когда входные данные не попадают в допустимую область значения переменных. В этом случае возникает несоответствие между исходной информацией и возможностями программы.

Неверные действия пользователя связаны с неправильной интерпретацией сообщений, с неправильными действиями пользователя при работе в диалоговом режиме. Часто эти ошибки являются следствием некачественной программной документацией.

Неисправность аппаратных средств ИС. Эти неисправности оказывают определенное влияние на характеристики надежности ПО. Появление отказов или сбои в работе аппаратуры приводят к нарушению хода обработки информации и, как следствие, могут искажать как исходные данные, так и саму программу.

Следствием появления ошибок в программе является ее отказ. Последствия отказов ПО можно разделить на:

• — полное прекращение выполнения функций программы;
• — кратковременное нарушение хода обработки информации в ИС.

Степень серьезности последствий отказов ПО оценивается соотношением между временем восстановления программы после отказа и динамическими характеристиками объектов, использующих результаты работы этой программы.

Аварийное завершение работы прикладного ПО легко идентифицируется, так как операционная система выдает сообщения, содержащие аварийный код. Характерными причинами появления аварийного завершения являются ошибки при выполнении макрокоманды, неверное использование методов доступа, нарушение защиты памяти, нехватка ресурсов памяти, неверное использование макрокоманды, возникновение программных прерываний, для которых не указан обработчик, и другие причины.

Основные показатели надежности программного обеспечения Если рассматривать отказавшее ПО без учета его восстановления, а также случайный характер отказов в программах, то основные показатели надежности в этом случае не отличаются от тех, которые были рассмотрены в п.п. 2.2. — 2.4. При этом характер изменения этих показателей во времени будет зависеть от модели надежности ПО.

Таким образом, основными показателями надежности ПО являются:

• — вероятность безотказной работы программы p (t), представляющая собой вероятность того, что ошибки программы не проявятся в интервале времени (0,t);
• — вероятность отказа программы q (t) или вероятность события отказа ПО до момента времени t;
• — интенсивность отказов программы l (t) ;
• — средняя наработка программы на отказ T, являющаяся математическим ожиданием временного интервала между последовательными отказами.

При определении характеристик надежности ПО учитывается тот факт, что возникающие при работе программ ошибки устраняются, количество ошибок уменьшается и, следовательно, их интенсивность понижается, а наработка на отказ программы увеличивается. В связи с такими предположениями рассматривается несколько моделей надежности ПО: модель с дискретно-понижающей частотой появления ошибок, модель с дискретным увеличением наработки на отказ или ошибку ПО, экспоненциальная модель надежности ПО.

Критерии надежности программных комплексов При разработке технических требований на надёжность программных комплексов следует принимать во внимание следующие критерии:

корректность программного обеспечения — число серьёзных ошибок в индивидуальном программном пакете и время, необходимое для их исправления;

обслуживаемость системы — влияние ошибок программного комплекса на обслуживаемость системы;

безотказность системы — частота системных (или подсистемных) отказов, вызываемых ошибками программного обеспечения.

С учётом сложившейся реальности при выборе критериев оценки надёжности необходимо принимать во внимание следующие.

Новое программное обеспечение может требовать в первое время менее жёстких критериев и большего времени для его совершенствования.

На короткое время, после выпуска новой версии программного обеспечения, также могут потребоваться менее строгие критерии его качества.

Разбросы, вызываемые различием в условиях применения и использования.

Эффективность работ по исправлению ошибок программного обеспечения, проводимых пользователем, зависит от воспроизводимости ошибок, что, в свою очередь, зависит от информации, поступающей от пользователя.

Возможны и другие требования, которые следует принять во внимание, например, связанные с быстродействием и производительностью. Может случиться, что подобные критерии достигаются только за счёт большого числа остающихся некорректностей или низкой безотказности и обслуживаемости системы.