Динамические модели надежности программного обеспечения

Реферат по дисциплине: «Методология и качество сертификации программного обеспечения» на тему: «Динамические  модели надежности программного обеспечения»

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Метрология и качество сертификации программного обеспечения»

Тема:

«Динамические модели надежности программного обеспечения»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:______________________

Проверил:______________________

 

 

 

 

 

 

 

2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. Понятие модели надежности программного обеспечения
2. Динамические модели надежности программного обеспечения
1. Модель Шика-Волвертона
2. Модель Муса
3. Модель Шумана
4. Модель La Padula
5. Модель Джелинского-Моранда

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Повсеместное применение компьютерных технологий привело не только к увеличению численности программного обеспечения, но и вызвало стремительный рост требований к этим программным продуктам. От их корректного выполнения, порой, зависит не только пользователь, но и целые отрасли коммерческого  и государственного правления. Поэтому, такой показатель как надежность программного обеспечения является одним из самых контролируемых и анализируемых.

Надежность программного обеспечения – представляет из себя способность внедренного программного обеспечения в течении заданного времени выполнять свои предназначенные функции без сбоев и ошибок.

Этот показатель определяется вероятностью безотказной работы программного обеспечения  за заданный период времени.

Сама по себе надежность включает несколько основных составляющих, применяемых к функционалу программного обеспечения. Из них можно выделить

- безотказность – здесь имеется  в виду возможность выполнения  возложенных на программу функций  на время эксплуатации;

- работоспособность – рассматривается  корректность и адекватность работы программного обеспечения на заданный период времени.

- безопасность – учитывается  влияние программного обеспечения  на человека и окружающую среду;

- защищенность – способность  программы противостоять умышленным нарушениям целостности данных при сетевых взломах или атаках.  
Таким образом, надежность представляет из себя совокупность требований, предъявляемых к программному обеспечению, с целью улучшения, как качества работы, так и уровня самого программного обеспечения.

Темой данного реферата является именно определение надежности программного обеспечения с применением моделей  надежности.

Кроме того, тематика реферата подразумевает  знакомство с особенностями динамических моделей  надежности программного обеспечения, специфики их расчета. Помимо теоритических  основ, нужно привести расчетные  данные в виде формул и их объяснения, для того, чтобы полностью разобраться  в построении той или иной модели. Сравнение моделей между собой  позволит выбрать оптимальный вариант  для исследования и постановки оценки программному обеспечению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие модели надежности программного обеспечения

Само по себе понятие модели надежности программного обеспечения в большей  системе можно отнести к математической модели, основанной на анализе и  оценки взаимодействия надежности программного обеспечения и некоторых других параметров.  Их значения могут быть определенными, заданными в начале проектирования или полученными в результате опытной эксплуатации с анализом возможностей функций программного обеспечения.

Определение понятия надежности так  же может быть применен к математической зависимости, возникающей между  заданными значениями, которые возможно и оказывают влияние на результат  анализа надежности, но косвенно, не в явном виде.

Примером подобного определения  может быть поведение части структуры программного обеспечения при заданных подмножествах набора входных параметров, которые предназначены для воздействия, управления и контроля  этой структуры. Это оказывает существенное влияние на надежность, но сам результат анализа и его оценка могут быть расценены в не зависимости от этой оценки надежности. Другим таким параметром является частота ошибок, которая позволяет оценить именно качество систем реального времени, функционирующих в непрерывном режиме, и в то же время получать только косвенную информацию относительно надежности программного обеспечения (например, в предположении экспоненциального распределения времени между отказами).

Одним из видов модели надежности программного обеспечения, которая  заслуживает особого внимания, является так называемая феноменологическая или эмпирическая модель. При разработке моделей такого типа предполагается, что связь между надежностью и другими параметрами является статической. С помощью подобного подхода пытаются количественно оценить те характеристики программного обеспечения, которые свидетельствуют либо о высокой, либо о низкой его надежности. Так, например, параметр сложность программы характеризует степень уменьшения уровня ее надежности, поскольку усложнение программы всегда приводит к нежелательным последствиям, в том числе к неизбежным ошибкам программистов при составлении программ и трудности их обнаружения и устранения. Иначе говоря, при разработке феноменологической модели надежности программного обеспечения стремятся иметь дело с такими параметрами, соответствующее изменение значений которых должно приводить к повышению надежности программного обеспечения.

Модели надежности программного обеспечения  можно представить в виде классификации  или подразделения на две основные группы – это аналитические и  эмпирические модели.

Аналитические модели дают возможность  рассчитать количественные показатели надежности, основ полагаясь на данных об отклике программного обеспечения в процессе тестирования (исследующие и анализирующие модели). Эмпирические модели базируются на анализе структурных особенностей программ. Они рассматривают воздействие показателей надежности от числа межмодульных связей, количества циклов в модулях, отношения количества прямолинейных участков программы к количеству точек ветвления и т.д. Часто эмпирические модели не дают конечных результатов показателей надежности, однако они включены в классификационную схему, так как развитие этих моделей позволяет выявлять взаимосвязь между сложностью ПС и его надежностью. Эти модели можно использовать на этапе проектирования ПС, когда осуществлена разбивка на модули и известна его структура.

Аналитические модели так же можно  разделить на две основные группы, представителями которой считаются  динамические и статические модели.

В динамических моделях надежности программного обеспечения поведение программного обеспечения (появление ошибок, сбое, отказов) рассматривается во времени. В статических моделях появление отказов не связывают со временем, а учитывают только зависимость количества ошибок от числа тестовых прогонов (по области ошибок) или зависимость количества ошибок от характеристики входных данных (по области данных).

Для использования динамических моделей  необходимо иметь данные о появлении  отказов во времени. Если фиксируются  интервалы каждого отказа, то получается непрерывная картина появления  отказов во времени (группа динамических моделей с непрерывным временем). Может фиксироваться только число  отказов за произвольный интервал времени. В этом случае поведение ПС может  быть представлено только в дискретных точках (группа динамических моделей  с дискретным временем). Рассмотрим основные предпосылки, ограничения  и математический аппарат моделей, представляющих каждую группу, выделенную по схеме.

В современных условиях, условиях жесткой конкуренции, очень важно  гарантировать высокое качество процесса конструирования ПО. Такую гарантию дает сертификат качества процесса, подтверждающий его соответствие принятым международным стандартам. Каждый такой стандарт фиксирует свою модель обеспечения качества. Наиболее авторитетны модели стандартов ISO 9001:2000, ISO/IЕС 15504 и модель зрелости процесса конструирования ПО  - СММ.  Института программной инженерии при американском университете Карнеги-Меллон.

Модель стандарта ISO 9001:2000 ориентирована на процессы разработки из любых областей человеческой деятельности. Стандарт ISO/IEC 15504 специализируется на процессах программной разработки и отличается более высоким уровнем детализации. Достаточно сказать, что объем этого стандарта превышает 500 страниц. Значительная часть идей  ISO/IEC 15504 взята из модели СММ.

Базовым понятием модели СММ считается  зрелость компании. Незрелой называют компанию, где процесс конструирования ПО и принимаемые решения зависят только от таланта конкретных разработчиков. Как следствие, здесь высока вероятность превышения бюджета или срыва сроков окончания проекта.

Напротив, в зрелой компании работают ясные процедуры управления проектами  и построения программных продуктов. По мере необходимости эти процедуры  уточняются и развиваются. Оценки длительности и затрат разработки точны, основываются на накопленном опыте. Кроме того, в компании имеются и действуют  корпоративные стандарты на процессы взаимодействия с заказчиком, процессы анализа, проектирования, программирования, тестирования и внедрения программных  продуктов. Все это создает среду, обеспечивающую качественную разработку программного обеспечения.

 

2. Динамические модели надежности программного обеспечения

 

Аналитическое моделирование надежности программного средства включает четыре шага:

• определение предположений, связанных с процедурой тестирования программного средства;
• разработку или выбор аналитической модели, базирующейся на предположениях о процедуре тестирования;

• выбор параметров моделей с  использованием полученных данных; 
          • применение модели расчета количественных показателей надежности.

Аналитические модели представлены двумя  группами: динамические и статические  модели надежности. Наиболее известными динамическими моделями являются модели Шумана, La Padula, Джелин-ского-Моранды, Шика-Волвертона, Муса.

В динамических моделях надежности программного средства поведение программы (появление отказов) рассматривается во времени. Для использования динамических моделей необходимо иметь данные о появлении отказов во времени.

 

1. Динамическая модель Шика-Волвертона

Модификация модели Джелинского-Моранды для случая возникновения на рассматриваемом интервале более одной ошибки предложена Волвертоном и Шиком. При этом считается, что исправление ошибок производится лишь после истечения интервала времени, на котором они возникли. В основе модели Шика - Волвертона лежит предположение, «согласно которому частота ошибок пропорциональна не только количеству ошибок в программах, но и времени тестирования, т.е. вероятность обнаружения ошибок с течением времени возрастает. Частота ошибок (интенсивность обнаружения ошибок) предполагается постоянной в течение интервала времени ti и пропорциональна числу ошибок, оставшихся в программе по истечении (i-1)-го интервала; но она пропорциональна также и суммарному времени, уже затраченному на тестирование (включая среднее время выполнения программы в текущем интервале).

В данной модели наблюдаемым событием является число ошибок, обнаруживаемых в заданном временном интервале, а не время ожидания каждой ошибки, как это было для модели Джелинского - Моранды. В связи с этим модель относят к группе дискретных динамических моделей.

Модификация модели Джелинского-Моранды для случая возникновения в рассматриваемом интервале более одной ошибки предложена Волвертоном и Шиком. При этом считается, что исправление ошибок производится лишь по истечении интервала времени, в котором они возникли. В основе модели Шика—Волвертона лежит предположение, согласно которому частота ошибок пропорциональна не только количеству ошибок в программах, но и времени тестирования, т. е. вероятность обнаружения ошибок с течением времени возрастает. Частота ошибок (интенсивность обнаружения ошибок) λ_i предполагается постоянной в течение интервала времени t_i и пропорциональна числу ошибок, оставшихся в программе по истечении (i - 1)-го интервала. Но она также пропорциональна и суммарному времени, уже затраченному на тестирование (включая среднее время выполнения программы в текущем интервале):