Файл: Общие принципы программной инженерии: эффективность, повторное использование, надежность, стойкость к ошибкам.pdf

Введение

Программная инженерия (промышленное программирование) обычно ассоциируется с разработкой больших и сложных программ коллективами разработчиков. Становление и развитие этой области деятельности было вызвано рядом проблем, связанных с высокой стоимостью программного обеспечения, сложностью его создания, необходимостью управления и прогнозирования процессов разработки.

В конце 60-х – начале 70-х годов прошлого века произошло событие, которое вошло в историю как первый кризис программирования. Событие состояло в том, что стоимость программного обеспечения стала приближаться к стоимости аппаратуры («железа»), а динамика роста этих стоимостей позволяла прогнозировать, что к середине 90-годов все человечество будет заниматься разработкой программ для компьютеров. Тогда и заговорили о программной инженерии (или технологии промышленного программирования, как это называлось в России) как о некоторой дисциплине, целью которой является сокращение стоимости программ.

Программная инженерия — это инженерная дисциплина, которая связана со всеми аспектами производства ПО от начальных стадий создания спецификации до поддержки системы после сдачи в эксплуатацию. В этом определении есть две ключевые фразы: · Инженерная дисциплина · Все аспекты производства ПО Инженерная дисциплина. Инженеры – это те специалисты, которые выполняют практическую работу и добиваются практических результатов. Ученый может сказать: проблема неразрешима в рамках существующих теорий и это будет научный результат, достойный опубликования и защиты диссертации. Для решения задачи инженеры применяют теории, методы и средства, пригодные для решения данной задачи, но они применяют их выборочно и всегда пытаются найти решения, даже в тех случаях, когда теорий или методов, соответствующих данной задаче, еще не существует. В этом случае инженер ищет метод или средство для решения задачи, применяет его и несет ответственность за результат – ведь метод или средство еще не проверены. Набор таких инженерных методов или способов, теоретически возможно не обоснованных, но получивших неоднократное подтверждение на практике, играет большую практическую роль.

 Основу инженерных методов в программировании составляет повышение качества, для достижения которого сформировались методы определения требований к качеству, подходы к выбору и усовершенствованию моделей метрического анализа показателей качества

---

Стандарты программной инженерии

Как отмечалось, по происхождению программные продукты бывают двух типов: заказные (под заказ конкретного потребителя) и коробочные (для массовой продажи на рынке). Для заключения контракта заказчик должен быть уверен, что разработчик справится и не завалит проект. В мировой практике промышленного производства гарантией успеха являются стандарты на производство продуктов и услуг и сертификация производителей на соответствие этим стандартам. Процесс стандартизации и сертификации давно вошел и в программную инженерию, где он составляет основу промышленного производства программных продуктов. При изготовлении коробочных продуктов стандартизация имеет не меньшее значение, т.к. она обеспечивает качество продуктов и продвижение их на рынок.

Какие бывают стандарты.

Среди всего многообразия стандартов принято выделять следующие основные типы стандартов:

Корпоративные стандарты разрабатываются крупными фирмами (корпорациями) с целью повышения качества своей продукции. Такие стандарты разрабатываются на основе собственного опыта и с учетом требований мировых стандартов. Корпоративные стандарты не сертифицируются, но являются обязательными для применения внутри корпорации. В условиях рыночной конкуренции могут иметь закрытый характер.

Отраслевые стандарты действуют в пределах организаций некоторой отрасли (министерства). Например, СНИП – строительные нормы и правила. Разрабатываются с учетом требований мирового опыта и специфики отрасли. Являются, как правило, обязательными для отрасли. Подлежат сертификации.

Государственные стандарты (ГОСТы) принимаются государственными органами, в некоторых случаях имеют силу закона. Разрабатываются с учетом мирового опыта или на основе отраслевых стандартов. Могут иметь как рекомендательный, так и обязательный характер (стандарты безопасности). Для сертификации создаются государственные или лицензированные органы сертификации.

Международные стандарты. Разрабатываются, как правило, специальными международными организациями на основе мирового опыта и лучших корпоративных стандартов. Имеют сугубо рекомендательный характер. Право сертификации получают организации (государственные и частные), прошедшие лицензирование в международных организациях.

Кто разрабатывает стандарты программной инженерии.

Основными разработчиками международных стандартов являются следующие организации:

---

ISO - International Organization for Standardization – Международная организация по стандартизации. Наиболее представительная и влиятельная организация, разрабатывающая стандарты почти во всех областях деятельности, в том числе и в IT.

ACM - Association for Computing Machinery –Ассоциация по вычислительной технике. Всемирная научная и образовательная организация в области вычислительной технике. Известна также и разработкой образовательных стандартов.

SEI - Software Engineering Institute - Институт Программной Инженерии. Исследования в области программной инженерии с упором на разработку методов оценки и повышения качества ПО. Стандарты по качеству ПО и зрелости организаций, разрабатывающих ПО.

PMI - Project Management Institute - Международный Институт Проектного Менеджмента (Управления Проектами). Некоммерческая организация, целью которой является продвижение, пропаганда, развитие проектного менеджмента в разных странах. PMI разрабатывает стандарты проектного менеджмента, занимается повышением квалификации специалистов.

IEEE - Институт инженеров по электронике. Поддержка научных и практических разработок в области электроники и вычислительной техники. Большие вложения в разработку стандартов в этой области.

Главная составляющая качества - надежность, которой уделяется большое внимание в области надежности технических средств и тех критических систем (реального времени, радарные системы, системы безопасности и др.), для которых надежность - главная целевая функция оценки их реализации. Как следствие, в проблематике надежности разработано более сотни математических моделей надежности, являющихся функциями от ошибок, оставшихся в ПС, от интенсивности отказов или частоты появления дефектов в ПС. На их основе производится оценка надежности программной системы.

Характеристика показателей качества

1.Функциональность - совокупность свойств, определяющих способность ПО выполнять перечень функций в заданной среде и в соответствии с требованиями к обработке и общесистемным средствам. Под функцией понимается некоторая упорядоченная последовательность действий для удовлетворения потребительских свойств. Функции бывают целевые (основные) и вспомогательные.

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.

---

2.Надежность - совокупность атрибутов, которые определяют способность ПО преобразовывать исходные данные в результаты при условиях, зависящих от периода времени жизни (износ и его старение не учитываются). Снижение надежности ПО происходит из-за ошибок в требованиях, проектировании и выполнении. Отказы и ошибки в программах появляются на заданном промежутке времени.

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, 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.

Удобство применения характеризуется множеством атрибутов, которые показывают на необходимые и пригодные условия использования (диалоговое или не диалоговое) ПО заданным кругом пользователей для получения соответствующих результатов. В стандарте удобство применения определено как специфическое множество атрибутов программного продукта, характеризующих его эргономичность.

К под характеристиками 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;

---