Реферат на тему Надежность программного обеспечения

Содержание

Введение;

Обоснование проблемы;

Причины сложившейся ситуации;

Вероятностный подход к проблеме надежности;

Компьютерная программа как объект исследования;

Надежность и правильность программы;

Модель последовательности испытаний Бернулли;

Некоторые следствия;

Методы повышения надёжности программного обеспечения;

Заключение;

Библиография.

Введение

Программное обеспечение - согласно ГОСТ 19781-90 - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для их эксплуатации.

Существует и другое, более простое определение, согласно которому программное обеспечение представляет собой совокупность компьютерных инструкций. Оно охватывает программы, подпрограммы (разделы программы) и данные. Таким образом, программное обеспечение указывает компьютеру, что делать, как, когда, в какой последовательности и как часто. Нередко программное обеспечение называют просто программой.

Компьютерные программы состоят из перечней команд, которые заставляют компьютер выполнять нужную работу. Компьютер должен получать исчерпывающие конкретные команды. Часто компьютерные программы имеют вид стенограммы.

Надежность программного обеспечения - способность программного продукта безотказно выполнять определенные функции при заданных условиях в течение заданного периода времени с достаточно большой вероятностью. Степень надежности характеризуется вероятностью работы программного продукта без отказа в течение определенного периода времени.

Так как со стороны клиента наблюдается устойчивый рост требований к таким характеристикам программных систем, как надежность и производительность, роль фазы системного тестирования приобретает критически важную роль для успеха проекта в целом. Хотя перед поставкой разработанной системы клиенту, она и проходит через несколько этапов тестирования согласно требованиям международной системы управления качеством всё равно недочёты в надёжности программного обеспечения возможны.

Надежность программного обеспечения гораздо важнее других его характеристик, например, времени исполнения, и хотя абсолютная надежность современного программного обеспечения, по-видимому, недостижима, до сих пор не существует общепринятой меры надежности компьютерных программ. В данном реферате анализируются причины создавшегося положения, и предлагается подход к решению проблемы.

Обоснование проблемы

Проблема надежности программного обеспечения относится, похоже, к категории вечных Причины сложившейся ситуации

Судя по имеющимся публикациям, вопрос обеспечения надежности программ считается более важным, чем вопрос ее оценки. Ситуация выглядит парадоксальной: совершенно очевидно, что прежде, чем улучшать какую-то характеристику, следует научиться ее измерять, и уж, по крайней мере, необходимо иметь единицу измерения. Основная причина такого положения коренится в том, что источником ненадежности программ служат содержащиеся в них ошибки, и если ошибки отсутствуют, то программа абсолютно надежна. По существу, все меры по обеспечению надежности программ направлены на то, чтобы свести к минимуму (если не исключить вообще) ошибки при разработке и как можно раньше их выявить и устранить после изготовления программы. Следует заметить, что безошибочные программы, конечно же, существуют, однако современные программные системы слишком велики и почти неизбежно содержат ошибки. Хотя это обстоятельство отмечается многими авторами и известно любому программисту-практику, существует, по-видимому, некий психологический барьер, не позволяющий признать факт наличия ошибок в программном обеспечении неизбежной реальностью: поскольку не существует точного критерия, позволяющего определить максимальный размер свободной от ошибок программы, всегда остается надежда, что в данной конкретной программной системе их не осталось.

Имеется еще одно обстоятельство психологического характера. Как известно, вопрос надежности для аппаратуры хорошо разработан. Источником ненадежности аппаратуры служат объективные факторы, неподвластные человеку (скачки напряжения питания, альфа-частицы и т.д.), поэтому человечество давно смирилось с мыслью о том, что абсолютно надежной аппаратуры не бывает и можно говорить лишь о степени надежности, выражаемой в каких-то единицах (например, среднее время между двумя последовательными отказами). Источник же ненадежности программ ошибки, которые делают люди, их создающие и использующие, поэтому кажется, что проблема лишь в том, чтобы заставить (или научить) их работать правильно.

Третья причина состоит в том, что проблему выбора единицы измерения надежности компьютерной программы невозможно решить в рамках промышленного подхода, который в настоящее время занимает в программировании все более доминирующее положение. Наиболее характерный пример - использование, по аналогии с аппаратурой, в качестве меры надежности программы среднего времени между двумя последовательными ошибочными срабатываниями. Рассуждения в обоснование аналогий такого рода В.Турский ([3)) довольно резко охарактеризовал как наукообразные; сама же характеристика плохо отражает суть дела и не получила широкого признания.

Метод аналогий, конечно, универсален, однако не следует забывать, что любая аналогия имеет границы применимости. В данном случае, поскольку речь идет о фундаментальном понятии (единице измерения), следует не просто переносить характеристики надежности аппаратуры на программы, а воспользоваться более фундаментальными аналогиями.

part_3> Вероятностный подход к проблеме надежности

Прежде всего полезно напомнить, откуда берутся характеристики надежности аппаратуры. Надежность, в конечном счете, - понятие статистическое, т.е. предполагается наличие некоторого (достаточно большого) количества одинаковых образцов, испытаний и т.д. Существенно также, что имеется элемент случайности. Изучению случайных явлений посвящен специальный раздел математики: теория вероятностей. Основное понятие этой теории - пространство элементарных событий (выборочное пространство, пространство исходов), на котором задается некоторая (вероятностная) мера. Случайная величина, согласно теории, есть функция, заданная на пространстве элементарных событий. Наконец, в качестве меры надежности используются некоторые характеристики случайной величины (как правило, математическое ожидание).

Таким образом, последовательный вероятностный подход при изучении надежности состоит в анализе исследуемого объекта (самолета, системы охраны, компьютерной программы и т.д.), построении, исходя из физических соображений о его природе, пространств элементарных событий, введении на них вероятностной меры и рассмотрении случайных величин.

К сожалению, первый этап исследований - анализ объекта и построение пространств элементарных событий - обычно опускают и сразу переходят к рассмотрению случайных величин, упуская из вида, что случайная величина есть на самом деле функция, заданная на пространстве элементарных событий.

"part_> Компьютерная программа как объект исследования

Прежде чем говорить о надежности объекта, следует уточнить, что подразумевается под объектом. Как известно, компьютерная программа имеет несколько разных форм (или представлений): внешние спецификации, исходный текст, исполняемый код и т.д. Общепринятая точка зрения состоит в том, что программа представляет собой объект, инвариантный относительно форм его представления. Согласно этой точке зрения, внешние спецификации, исходные тексты на языках разных уровней, а также исполняемые коды для разных процессоров есть разные формы представления одной и той же программы. Указанная точка зрения полезна при разработке программного обеспечения, поскольку позволяет выявить наиболее существенные для приложения свойства программы, общие для всех ее представлений, однако она малопродуктивна, если речь идет, например, о такой количественной характеристике, как время исполнения: ясно, что указанная характеристика относится лишь к одной из форм представления - исполняемомому коду и, кроме того, зависит не только от программы, но и от типа процессора.

На интуитивном уровне понятие надежности программы отражает тот факт, что она не всегда может давать правильный результат. Это означает, что надежность программы является характеристикой ее исполняемого кода. Исполняемый код соотносится с исходным текстом так же, как, например, электродвигатель и его чертежи: можно говорить о надежности изготовленного изделия, но бессмысленно говорить о надежности описания, чертежа, текста. Две функционально идентичные программы, написанные на разных языках, или подготовленные для разных типов машин, или для одной и той же машины, но с использованием разных компиляторов, с точки зрения надежности следует считать разными.

"part_> Надежность и правильность программы

Программа считается правильной, если она не содержит ошибок. Такая программа не дает неверных результатов, т.е. она абсолютно надежна. Этот факт породил ложное представление о том, что число ошибок в программе можно считать наиболее естественной мерой надежности ([1)). Было выполнено довольно много работ, в которых предлагались различные методы оценки числа оставшихся в программе ошибок по результатам ее тестирования, в том числе метод "засорения" известными ошибками, однако, как показывают приводимые ниже соображения, количество ошибок в программе не имеет никакого отношения к ее надежности:

1. Число ошибок в программе - величина "ненаблюдаемая", наблюдаются не сами ошибки, а результат их проявления.

2. Неверное срабатывание программы может быть следствием не одной, а сразу нескольких ошибок.

3. Ошибки могут компенсировать друг друга, так что после исправления какой-то одной ошибки программа может начать "работать хуже".

4. Надежность характеризует частоту проявления ошибок, но не их количество; в то же время хорошо известно, что ошибки проявляются с разной частотой: некоторые ошибки остаются невыявленными после многих месяцев и даже лет эксплуатации, но, с другой стороны, нетрудно привести примеры, когда одна единственная ошибка приводит к неверному срабатыванию программы при любых исходных данных, т.е. к нулевой надежности.

Следует также отметить, что если число ошибок рассматривать как меру надежности, то в терминологии теории вероятностей это число есть случайная величина, однако самый главный вопрос - на каком пространстве элементарных событий она задана - нигде не затрагивался.

Наконец, важно подчеркнуть, что, с точки зрения надежности, в результате исправления ошибки или любой другой коррекции получается новая программа с другим, чем до коррекции, показателем надежности.

Таким образом, число ошибок в программе характеризует скорее не программу, а ее изготовителей и используемый инструментарий.

"part_>

Модель последовательности испытаний Бернулли

Рассмотрим для простоты класс программ, имеющих единственный вход и выход, т.е. не содержащих бесконечных циклов. Фазу выполнения программы от начала до завершения будем называть запуском. Все возможные результаты запуска разобьем на два класса: правильные и неправильные (ошибочные). Будем считать, что любой результат всегда можно отнести к одному из этих классов. (Ясно, что по этому вопросу возможны разногласия между изготовителями программы и пользователями, однако будем предполагать, что имеется какой-то общий критерий, например, "клиент всегда прав".) Рассмотрим классическую вероятностную модель последовательности испытаний Бернулли. Пространство элементарных событий в этой модели содержит 2n точек, где n - число испытаний (в данном случае под испытанием подразумевается запуск программы). Каждый запуск программы имеет два исхода: правильный и неправильный. Обозначим вероятность неправильного исхода р, а вероятность правильного - (1-p). Вероятность того, что из n запусков К приведут к неправильному результату, выражается хорошо известной формулой биномиального распределения ([4)).

B(р,n,k) = C(n,k) * pk * (1-р)(n-k) , (1)

где С(n,k) - число сочетаний. Вероятность р априори неизвестна, но по результатам запусков известны n и k. Величина В как функция р имеет максимум при

р = k/n. (2)

В качестве меры надежности программы можно принять величину

R = 1 - k/n = (n-k)/n, (3)

значения которой (от 0 до 1) согласуются с общепринятым смыслом термина надежность: например, если все запуски окончились с ошибочным результатом (k = n), то надежность - нулевая.

Наиболее существенное предположение в данной модели состоит в том, что запуски программы считаются независимыми. Это означает, что результаты предыдущих запусков не дают никакой информации о результатах следующего. Ясно, что это предположение на практике выполняется не всегда: например, повторный запуск с теми же входными данными даст, очевидно, тот же самый результат.

Следует отметить, что изготовитель программы и ее пользователь располагают разной информацией о ней. Например, изготовителю заведомо известна логика программы, так что по результатам запуска с некоторыми исходными данными он иногда может точно предсказать результаты запусков с другими исходными данными (на этом, в конечном счете, основана любая методика тестирования), и в этом смысле предположение о независимости испытаний не выполняется. Однако пользователя редко интересует устройство программы, для него важно лишь одно: выполняет ли она требуемые функции, поэтому у пользователя нет оснований считать запуски зависимыми. Если же имеется желание использовать информацию об устройстве программы при оценке ее надежности, то следует придумать какую-то более сложную вероятностную модель, которая бы ее учитывала.

"part_> Некоторые следствия

Формула (3) позволяет оценить надежность программы по результатам ее запусков. Следует особо остановиться на двух предельных случаях: k = n (нулевая надежность) и k = 0 (абсолютная надежность). В обоих случаях результаты не следует интерпретировать буквально: нет никаких гарантий того, что очередной запуск приведет к тому же реультату, что и предыдущие. Однако с точки зрения пользователя эти случаи совершенно разные. Если нулевая надежность свидетельствует о том, что программа явно непригодна для эксплуатации, то показатель абсолютной надежности не должен вводить в заблуждение: такой вывод нельзя делать по результатам даже очень большого числа запусков. Следует подчеркнуть, что для оценки надежности в этом случае необходимо рассмотреть другие вероятностные модели.

Из формулы (3) следует, что оценка надежности программы растет с увеличением числа ее запусков по гиперболическому закону. Это подтверждает интуитивно ясное соображение о том, что программа тем надежнее, чем больше опыт ее эксплуатации, который зависит как от интенсивности использования программы, так и от тиража компьютера, на котором она запускается. Таким образом, надежность программ для персональных компьютеров типа IBM РС, общий тираж которых составляет в настоящее время около 100 миллионов, на несколько порядков выше аналогичных программ для специализированных процессоров (если, конечно, такие программы действительно существуют и эксплуатируются).

Стало классическим утверждение, что ошибка в программе обходится тем дороже, чем позже она обнаружена. На самом же деле дорого обходится не ошибка, а опыт эксплуатации программы (т.е. общее количество ее запусков), независимо от того, проявились ошибки или нет. Перед пользователем программы, в которо проявились ошибки, возникает дилемма: продолжать ее эксплуатировать или установить модифицированную версию (разумеется, речь не идет о тех случаях, когда последствия ошибок могут быть катастрофическими). Следует еще раз подчеркнуть, что если программа подвергалась модификациям (в частности, в ней исправлялись ошибки), то при оценке надежности следует учитывать только запуски, выполненные с момента последней модификации: в результате модификации получается новая программа, с другим (возможно, худшим) показателем надежности, и вся прежняя статистика должна быть аннулирована. Этим частично объясняется тот факт, что пользователи порой предпочитают обновленным версиям программ старые, проверенные, эксплуатировавшиеся длительное время, даже если в них обнаружены погрешности: опыт эксплуатации стоит очень дорого, и даже если в программе выявлены ошибки, гораздо дешевле внести исправления и дополнения в инструкции к программе (если это, конечно, возможно), чем пожертвовать накопленным опытом.

Стремление разработчиков создавать бинарно - совместимые семейства микропроцессоров находит дополнительное объяснение с позиций надежности программного обеспечения: если бы это удалось в полной мере, то опыт эксплуатации программ не приходилось бы аннулировать при переходе на новый тип процессора, что способствовало бы существенному повышению надежности использующихся программ.

Интересно сравнить характеристики надежности аппаратуры и компьютерной программы. Как известно, надежность физического устройства меняется со временем: в начале эксплуатации она растет (присходит "приработка" изделия), затем некоторое время остается постоянной и, наконец, начинает уменьшаться (эффект износа или "старения"). Говоря о надежности аппаратуры, имеют в виду именно среднюю фазу, на которой надежность постоянна. Всеми отмечается тот факт, что компьютерная программа не изнашивается, так что последней фазы для нее не существует, однако важно подчеркнуть, что первая фаза ("приработки" программы) тоже отсутствует: коррекция программы (независимо от причин, по которым она выполнялась) аналогична внесению изменений в конструкцию физического устройства, в результате чего получается новое устройство, с другим показателем надежности.

Методы повышения надёжности программного обеспечения

Лучшим и самым оптимальным способом (если не брать во внимание научно-технический прогресс и постоянное развитие IT-технологий, которые способствуют повышению качества характеристик программ) повышения надёжности программного обеспечения является строжайший контроль продукции на выходе с предприятия.

В последние годы сформировалась комплексная система управления качеством продукции TQM (Totaly Quality Management), которая концептуально близка к предшествующей более общей системе на основе стандартов ИСО серии 9000. Система ориентирована на удовлетворение требований потребителя, на постоянное улучшение процессов производства или проектирования, на управление процессами со стороны руководства предприятия на основе фактического состояния проекта. Основные достижения TQM состоят в углублении и дифференциации требований потребителей по реализации процессов, их взаимодействию и обеспечению качества продукции. Системный подход поддержан рядом специализированных инструментальных средств, ориентированных на управление производством продукции. Поэтому эта система пока не находит применения в области обеспечения качества жизненного цикла программных средств.

Применение этого комплекса может служить основой для систем обеспечения качества программных средств, однако требуется корректировка, адаптация или исключение некоторых положений стандартов применительно к принципиальным особенностям технологий и характеристик этого вида продукции. Кроме того, при реализации систем качества необходимо привлечение ряда стандартов, формально не относящихся к этой серии и регламентирующих показатели качества, жизненный цикл, верификацию и тестирование, испытания, документирование и другие особенности комплексов программ.

Активные методы повышения надежности ПС совершенствуются за счет развития средств автоматизации тестирования программ. Сложность ПС и высокие требования по их надежности требуют выработки принципов структурного построения сложных программных средств, обеспечивающих гибкость модификации ПС и эффективность их отладки. К таким принципам в работе относят:

- модульность и строгую иерархию в структурном построении программ;

- унификацию правил проектирования, структурного построения и взаимодействия компонент ПС;

- унификацию правил организации межмодульного интерфейса;

- поэтапный контроль полноты и качества решения функциональных задач.


"part_> Заключение

Несмотря на очевидную актуальность, вопрос надежности программного обеспечения не привлекает должного внимания. Вместе с тем, даже поверхностный анализ проблемы с теоретико-вероятностной точки зрения позволяет выявить некоторые закономерности.

В заключение можно подвести итог:

1. В соответствии с классической работой Г. Майерса:

В программном обеспечении имеется ошибка, если оно не выполняет того, что пользователю разумно от него ожидать;

Отказ программного обеспечения - это появление в нем ошибки;

Надежность программного обеспечения - есть вероятность его работы без отказов в течении определенного периода времени, рассчитанного с учетом стоимости для пользователя каждого отказа.

2. Из данных определений можно сделать важные выводы:

Надежность программного обеспечения является не только внутренним свойством программы;

Надежность программного обеспечения - это функция как самого ПО, так и ожиданий (действий) его пользователей.

3. Основными причинами ошибок программного обеспечения являются:

Большая сложность ПО, например, по сравнению с аппаратурой ЭВМ;

Неправильный перевод информации из одного представления в другое.

"part_> Библиография

Похожие рефераты:

Курсовая работа на тему Настольные системы управления базами данных (СУБД) Курсовая работа на тему Научно-методическая деятельность преподавателей Курсовая работа на тему Необходимость проведения маркетинговых исследований в сфере образования Курсовая работа на тему Облік зареєстрованих автомобілів в ДАІ Курсовая работа на тему Обработка динамических структур Учебное пособие: Объектно-ориентированная среда программирования "Object Pascal" в профильном курсе информатики Учебное пособие: Операционные системы "тонких" клиентов Курсовая работа на тему Операційна система Linux Контрольная работа на тему Основные возможности Microsoft Оffice Outlook Курсовая работа на тему Основы криптологии Отчет по практике: Основы программирования в среде Delphi Контрольная работа на тему Отчеты Microsoft Office Access Курсовая работа на тему Оформление служебных документов Реферат на тему Плоттеры нового поколения Курсовая работа на тему Построение компоненты в Builder C++ Курсовая работа на тему Потоковое видео и открытые системы Курсовая работа на тему Предметная область "тестирование" Реферат на тему Применение компьютерных технологий при проектировании нефтеперерабатывающего завода Контрольная работа на тему Проведение АВС анализа в среде MS EXCEL Курсовая работа на тему Проектування каталогу мобільних телефонів у Access Курсовая работа на тему Проектування офісу САПР-одяг Курсовая работа на тему Разработка автоматизированной системы управления "Трехмерная печать" Контрольная работа на тему Разработка информационной системы "Производство продукции/услуг" Курсовая работа на тему Разработка мультимедийного сайта Курсовая работа на тему Разработка приложения средствами VBA Курсовая работа на тему Разработка программного обеспечения виртуальной библиотеки Курсовая работа на тему Разработка программы сжатия и восстановления файлов с помощью фиксированного блочного кода постоянного смещения Курсовая работа на тему Разработка специализированного процессора для исполнения элементарных функций Курсовая работа на тему Разработка устройства "Светодиодный пробник p-n переходов" Курсовая работа на тему Решение проблемы топологии и установки устройств физического уровня Курсовая работа на тему Решение транспортной задачи Лабораторная работа на тему Решение уравнений, неравенств и их систем Курсовая работа на тему Розвиток сучасних структур програмного забезпечення Реферат на тему Середовище навчання Moodle. Його переваги та недоліки Курсовая работа на тему Система баз данных MS SQL Server 2000 Реферат на тему Система непрерывной подачи чернил Курсовая работа на тему Система съема данных с оптопар Доклад: Сканеры и принтеры, сфера их применения Курсовая работа на тему Современные информационные системы управления государством Реферат на тему Современный уровень развития переносной флэш-памяти и USB-брелков Курсовая работа на тему Создание базы данных "Аттестация сотрудников" Контрольная работа на тему Создание презентации Курсовая работа на тему Спортивная программа и организация базы данных Курсовая работа на тему Суперэлементное моделирование пространственной системы "плита грунтовое основание" Курсовая работа на тему Сутність та принципи роботи ЕОМ Курсовая работа на тему Сучасне інтерактивне спілкування Реферат на тему Сучасний стан інформаційної безпеки. Проблеми захисту комп'ютерної інформації Реферат на тему Сучасні антивірусні програми та принцип їх роботи Реферат на тему Сучасні комп'ютерні технології Курсовая работа на тему Сучасні операційні системи, архітектура, відмінні характеристики, функціональність, виробництво і перспективи розвитку Реферат на тему Сучасні програмні продукти для управління маркетинговою діяльністю Контрольная работа на тему Сучасні системи автоматизованого проектування графічних проектів Реферат на тему Сущность алгоритмов Контрольная работа на тему Сущность защиты информации Реферат на тему Сущность искусственного интеллекта Курсовая работа на тему Схема електрична принципова модуля на базі 8-розрядного мікропроцесора Контрольная работа на тему Схема контроллера Реферат на тему Схема радиомодема Реферат на тему Схемы шифрования AES, RC4, RC5, RC6, Twofish, Mars Курсовая работа на тему Счетчик обратного отсчета Курсовая работа на тему Технологии компьютерных игр Реферат на тему Функции и возможности текстового редактора Дипломная работа на тему Функціонування системи інформаційного обслуговування користувачів бібліотек у сучасних умовах Реферат на тему Характеристика качества ПО "практичность" Курсовая работа на тему Цвет и графика на ЭВМ Реферат на тему Что такое компьютерная сеть. Виды сетей Контрольная работа на тему Экономические информационные системы Дипломная работа на тему Электронная почта Курсовая работа на тему Язык программирования высокого уровня С++ Курсовая работа на тему Языки программирования Контрольная работа на тему Установка и настройка программного обеспечения локальной сети Курсовая работа на тему Датчики скорости коррозии как элементы АСУ общей системы мониторинга Курсовая работа на тему Динамическое формирование и преобразование списков и структур Шпаргалка: Дискретная техника Реферат на тему Устройство персонального компьютера Курсовая работа на тему Устройство управления системой измерения веса Контрольная работа на тему Утилиты, буфер обмена, автоформат MS Excel Доклад: Файловая система для операционной системы Windows Лабораторная работа на тему Дослідження файлової структури Курсовая работа на тему Економічні задачі лінійного програмування і методи їх вирішення Курсовая работа на тему Емпіричне дослідження програмного забезпечення Курсовая работа на тему Автоматизация системы управления холодильной установкой Курсовая работа на тему Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах Реферат на тему Автомобильная электроника Курсовая работа на тему Анализ доходов отдела фирмы, занимающейся розничной торговлей офисной мебелью Курсовая работа на тему База данных "Магазин по продаже дисков" Курсовая работа на тему Безпровідна мережа Wi-Fi, її будування Контрольная работа на тему Компьютерная графика Реферат на тему Компьютерная графика Контрольная работа на тему Компьютерная графика Реферат на тему Компьютерная графика и решаемые ею задачи Курсовая работа на тему Компьютерная лингвистика Дипломная работа на тему Компьютерная модель СГ в координатах d, q, 0 в режиме ХХ Курсовая работа на тему Назначение и возможности 3d's МАХ 9.0 Реферат на тему Назначение и основные функции электронных таблиц Лабораторная работа на тему Настройка ОС Windows Контрольная работа на тему Методы информационных технологий в делопроизводстве Учебное пособие: Методы исследования операций Курсовая работа на тему Применение пакетов прикладных программ в экономике Контрольная работа на тему Применение программы Ехсеl для определения заработка водителей такси