Оценка надежности комплексов аппаратно-программных средств с учетом характеристик программного и информационного обеспечения

Постановка задачи

При оценке надежности комплексов аппаратно-программных средств (КАПС) исходят из того, что надежность «мягкого оборудования» (математического, программного и информационного обеспечения) не является самостоятельным свойством, так как может проявиться только в процессе его функционирования в составе КАПС. Поэтому правильным является подход, при котором надежность «мягкого оборудования» оценивается по степени влияния на комплексные показатели надежности системы, имеющей в своем составе техническое (ТО), математическое (МО), программное (ПО) и информационное (ИО) обеспечение. Это важно еще и потому, что отказы технического (ТК) и программного (ПК) комплексов являются, вообще говоря, взаимозависимыми событиями. Взаимозависимость может возникать по многим причинам, в том числе из-за влияния режимов применения, влияния отказов друг на друга.

Вместе с тем с целью декомпозиции задачи возможно получение отдельных оценок показателей надежности для ТК и ПК с последующим их объединением по схеме независимых событий. Игнорирование взаимозависимости отказов приводит к оценке снизу для показателей надежности КАПС. И это надо иметь в виду, чтобы контролировать уровень возникающей при этом методической погрешности. Как объект анализа и как часть КАПС программное обеспечение имеет следующие особенности:

ПО не подвержено износу, и в нем практически отсутствуют ошибки производства;

если обнаруженные в процессе отладки и опытной эксплуатации дефекты устраняются, а новые не вносятся, то интенсивность отказов ПК уменьшается, то есть он является «молодеющей» системой;

надежность программ в значительной степени зависит от используемой входной информации, так как от значения входного набора зависит траектория исполнения программы; если при этом ИО само содержит дефекты, то программа выдаст неправильный результат даже при отсутствии программных ошибок;

если при возникновении ошибок дефекты не диагностировать и не устранять, то ошибки ПО будут носить систематический характер;

надежность ПО зависит от области применения; при расширении или изменении области применения показатели надежности могут существенно изменяться без изменения самого ПО.

Исходная информация о надежности технических устройств − структурных элементов системы − может быть получена путем обработки статистических данных о результатах эксплуатации некоторого количества однотипных образцов таких устройств. Возможности использования такого пути для программного изделия ограничены, так как копии программного изделия идентичны и вместе с тиражированием изделия тиражируются и дефекты − проектные ошибки. Вместе с тем есть другая возможность использования предыдущего опыта. Характеристики числа допущенных проектных ошибок являются довольно устойчивым показателем качества работы сложившегося коллектива программистов и используемых ими средств САПР ПО. Если регистрировать сведения о проектных ошибках во всех ранее разработанных проектах, то после соответствующей обработки можно получить заслуживающие доверия исходные данные для оценки надежности ПО в новом проекте. Если же такие данные отсутствуют, то используют более общие сведения о процессе проектирования ПО или данные о результатах отладки ПО разрабатываемого проекта. Чтобы по этим данным оценить показатели надежности, разрабатывают соответствующие модели надежности в зависимости от этапа жизненного цикла программы.

На ранних стадиях проектирования используют описание алгоритмов по входам и выходам (описание «черного ящика») или структуру алгоритма как совокупность структурных элементов и описание каждого структурного элемента по входам и выходам (описание «белого ящика»). Когда разработаны тексты программ, можно использовать параметры программ: словарь языка программирования, количество операций, операндов, используемых подпрограмм, локальных меток и пр.

В процессе отладки и эксплуатации, когда появляются статистические данные об обнаруженных дефектах, исходное число дефектов как одну из важных характеристик качества программирования можно оценить с помощью методов математической статистики.

Далее в данной главе модели надежности и методы оценки показателей надежности ПК разделены на две группы:

модели и методы проектной оценки надежности, основанные на исходных данных, которые можно получить до начала отладки и эксплуатации программ;

модели и методы статистической оценки надежности, основанные на результатах отладки и опытной или нормальной эксплуатации ПК.