Технология программирования. Лекции

· формат doc

· размер 1.22 МБ

· добавлен 16 марта 2010 г.

Надежное программное средство как продукт технологии программирования. Исторический и социальный контекст программирования. Источники ошибок в программных средствах. Общие принципы разработки программных средств. Внешнее описание программного средства. Методы спецификации семантики функций. Архитектура программного средства. Разработка структуры программы и модульное программирование. Разработка программного модуля. Доказательство свойств програм...

Можно отметить в этой области важные работы Липаева В.В., Костогрызова А.И. и др. Благодаря усилиям этих людей и ими коллективов возглавляемых, создана стройная теория оценки качества информационных систем, развернуты и успешно действуют сертификационные лаборатории. Также коллективом авторов — Косогрызовым А.И., Безкоровайным М.М., Львовым В.М. создан инструментально-моделирующий комплекс оценки качества функционирования информационных систем (КОК), уникальный программный продукт, не имеющий аналогов как за рубежом, так и в нашей стране.

Однако ограничения на использования всех видов ресурсов обусловило появление, развитие и применение методов, стандартов и средств автоматизации промышленной программной инженерии, обеспечивающих создание сложных ИС и программных средств с заданными высокими показателями качества при реальных ограничениях на использование ресурсов разработки.

В связи с этим стратегической задачей в жизненном цикле (ЖЦ) современных информационных систем стало обеспечение требуемого качества программных средств и баз данных^[2].

При обеспечение качества современных информационных систем (ИС) применяются модели, позволяющие оценивать и оптимизировать процессы сбора, хранения и обработки информации. Как правило, сегодня для каждой ИС разрабатываются свои модели, учитывающие целевое назначение и специфику функционирования системы. Существует множество аналитических моделей, позволяющих оценивать отдельные характеристики систем^[3].

Разработанный комплекс моделей положен в основу методической базы сертификационных испытаний ИС^[4] и реализован в испытательной лаборатории автоматизированных информационных систем и программного обеспечения (аттестат аккредитации № POCC.RU.0001.22 СП17).

Повышение эффективности функционирования учреждений невозможно без внедрения современных методов управления, базирующихся на автоматизированных информационных системах. Поскольку программное обеспечение по самой своей природе ненадежно, его тестирование и сопровождение требует постоянных существенных расходов.

Надежность программного обеспечения хорошо обозначена в классической работе Г. Майерса («Надежность программного обеспечения»)^[5]: Несмотря на давность данной работы, более полного пособия по рассматриваемому вопросу авторам не удалось найти:

• — 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 течение определенного периода времени, рассчитанного с учетом стоимости для пользователя каждого отказа.

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.

Методы проектирования надежного программного обеспечения можно разбить на следующие группы^[6]:

• — предупреждение ошибок, методы позволяющие минимизировать или исключить появление ошибки;
• — обнаружение ошибок, методы направленные на разработку дополнительных функций программного обеспечения, помогающих выявить ошибки;
• — устойчивость к ошибкам, дополнительные функции программного обеспечения, предназначенные для исправления ошибок и их последствий и обеспечивающие функционирование системы при наличии ошибок.

Важным этапом жизненного цикла программного обеспечения, определяющим качество и надежность системы, является тестирование. Тестирование — процесс выполнения программ с намерением найти ошибки.

Обычно принято различать:

• — автономное тестирование, контроль отдельного программного модуля отдельно от других модулей системы;
• — тестирование сопряжений, контроль сопряжений (связей) между частями системы (модулями, компонентами, подсистемами);
• — тестирование функций, контроль выполнения системой автоматизируемых функций;
• — комплексное тестирование, проверка соответствия системы требованиям пользователей;
• — тестирование полноты и корректности документации, выполнение программы в строгом соответствии с инструкциями;
• — тестирование конфигураций, проверка каждого конкретного варианта поставки (установки) системы.

Испытанным средством обеспечения высокой эффективности и качества программных средств являются стандарты, разработанные при участии ведущих компаний отрасли^[7]. Стандарты должны устанавливать требования к основным свойствам объекта стандартизации, которые могут быть объективно проверены.

Метод стандартизации — это способ отбора важнейших показателей, определяющих качественные и количественные характеристики объектов, а также процедуры выбора оптимальных значений этих показателей и приведения их в обязательную форму, удобную для использования.

Основой регламентирования показателей качества программных средств ранее являлся международный стандарт ISO 9126:1991 (ГОСТ Р ИСО / МЭК 9126-93) «Информационная технология. Оценка программного продукта. Характеристики качества и руководство по их применению».

Исходными данными и высшим приоритетом при выборе показателей качества в большинстве случаев являются назначение, функции и функциональная пригодность соответствующего программного средства. Достаточно полное и корректное описание этих свойств должно служить базой для определения значений большинства остальных характеристик и атрибутов качества. Процессы выбора и установления метрик и шкал для описания характеристик качества программных средств можно разделить на два этапа:

• — выбор и обоснование набора исходных данных, отражающих общие особенности и этапы жизненного цикла проекта программного средства и его потребителей, каждый из которых влияет на определенные характеристики качества комплекса программ;
• — выбор, установление и утверждение конкретных метрик и шкал измерения характеристик и атрибутов качества проекта для их последующей оценки и сопоставления с требованиями спецификаций в процессе квалификационных испытаний или сертификации на определенных этапах жизненного цикла программного средства.

На первом этапе необходимо выделить и ранжировать по приоритетам потребителей, которым необходимы определенные показатели качества проекта программного средства с учетом их специализации и профессиональных интересов. Подготовка исходных данных завершается выделением номенклатуры базовых, приоритетных показателей качества, определяющих функциональную пригодность программного средства для определенных потребителей.

На втором этапе, после фиксирования исходных данных, определяются характеристики для конкретного потребителя.

Выбранные значения характеристик качества и их атрибутов должны быть предварительно проверены разработчиками на их реализуемость с учетом доступных ресурсов конкретного проекта и при необходимости откорректированы.

Методологию и стандартизацию оценки характеристик качества готовых программных средств и их компонентов (программного продукта) на различных этапах жизненного цикла определяет международный стандарт ISO 14598, состоящий из шести частей.

Рекомендуется следующая общая схема процессов оценки характеристик качества программ:

• — установка исходных требований для оценки — определение целей испытаний, идентификация типа метрик программного средства;
• — выделение адекватных показателей и требуемых значений атрибутов качества;
• — отбор метрик качества, выделение критериев для проведения экспертиз и измерений;
• — планирование и проектирование процессов оценки характеристик и атрибутов качества в жизненном цикле программного средства;
• — выполнение измерений для оценки, сравнение результатов с критериями и требованиями, обобщение и оценка результатов.

Комплексное решение задач обеспечения качества программных средств предполагает разработку и внедрение той или иной системы управления качеством. В мировой практике наибольшее распространение получила система, основанная на международных стандартах серии ISO 9000, включающей десяток с лишним документов, в том числе стандарт, регламентирующий обеспечение качества ПО (ISO 9000/3). Эти стандарты должны служить руководством для ведущих специалистов компаний, разрабатывающих ПО на заказ.

Существуют достаточно точные определения характеристик качества (ISO 9126-1)^[8]:

Функциональная возможность — способность программного средства обеспечивать решение задач, удовлетворяющих сформулированные потребности заказчиков и пользователей при применении комплекса программ в заданных условиях.

Функциональная пригодность — набор и описания субхарактеристики и ее атрибутов, определяющие назначение, номенклатуру, основные, необходимые и достаточные функции программного средства, соответствующие техническому заданию и спецификациям требований заказчика или потенциального пользователя.

Правильность (корректность) — способность программного средства обеспечивать правильные или приемлемые для пользователя результаты и внешние эффекты.

Способность к взаимодействию — свойство программных средств и их компонентов взаимодействовать с одной или большим числом компонентов внутренней и внешней среды.

Защищенность — способность компонентов программного средства защищать программы и информацию от любых негативных воздействий.

Надежность — обеспечение комплексом программ достаточно низкой вероятности отказа в процессе функционирования программного средства в реальном времени.

Эффективность — свойства программного средства, обеспечивающие требуемую производительность решения функциональных задач, с учетом количества используемых вычислительных ресурсов в установленных условиях.

Практичность (применимость) — свойства программного средства, обусловливающие сложность его понимания, изучения и использования, а также привлекательность для квалифицированных пользователей при применении в указанных условиях.

Сопровождаемость — приспособленность программного средства к модификации и изменению конфигурации и функций.

Мобильность — подготовленность программного средства к переносу из одной аппаратно-операционной среды в другую.

Задача обеспечения и удостоверения качества сложных ПС сводится к проверкам^[9]:

• — технологий и процессов проектирования и разработки информационных систем и программных средств;
• — конечного продукта — программных средств, созданных на базе таких технологий.

В ФНС РФ качество разработки прикладного ПО обеспечивается^[10]:

• — проведением Исполнителем предварительного тестирования прикладного программного обеспечения. Результаты тестовых испытаний разработчика оформляются соответствующим протоколом. В протоколе указывается на чьих программно-технических средствах проводилось тестирование, в какие сроки, дается общая характеристика программно-технической среды, в соответствии с методикой проверки указываются режимы, по которым проводилось тестирование. В случае отклонений от требований ТЗ указывается конкретная причина этих отклонений. По результатам тестирования дается общая оценка проведенных работ и заключение «замечания и ошибки отсутствуют».
• — проведением комплексного тестирования прикладного ПО на программно-технических средствах базовых структурных подразделений. По результатам тестирования оформляется «Протокол о проведении комплексного тестирования программных средств» либо «Акт о прекращении процесса тестирования программных средств»;
• — проведением опытной эксплуатации прикладного программного обеспечения на объектах Генерального Заказчика.

 

 

В ряде журнальных публикаций, учебников и стандартов большое внимание уделяется современным проблемам и процессам обеспечения качества технической продукции, технологий и услуг. Однако практически отсутствует учебная литература, систематически и достаточно полно отражающая особенности и методы обеспечения качества информационных систем (ИС) и их основной, интеллектуальной части — программных средств (ПС). В учебных программах вузов страны отсутствуют полноценные курсы, посвященные качеству программных средств.

 

 

Стандарты и методы оценки качества информационных систем Основные положения стандартов серии ИСО 9000 Стандарты ISO. Организация международных стандартов ISO была создана в 1947 г., в настоящее время ее членами являются около 100 стран. Выполнение технической работы в ISO возложено на более чем 2700 технических комитетов, в состав которых входят представители правительственных, промышленных и научно-исследовательских кругов (около 500 организаций). Стандарты ISO очень популярны в Европе. Сегодня стандартами охвачены многие технологические отрасли — от программирования и телекоммуникаций до банковской и финансовой сфер. Создание стандартов проводится в соответствии с тремя принципами: • они являются результатом консенсуса всех заинтересованных сторон-производителей: поставщиков, потребителей, профессиональных разработчиков, правительственных и исследовательских организаций; • стандарты имеют действительно мировое распространение и удовлетворяют как производителей, так и потребителей; • появление новых стандартов диктуется в основном требованиями свободного рынка. Обычно инициаторами разработки стандарта являются производители, далее соответствующая рабочая группа определяет техническую область, на которую предполагаемый стандарт будет распространяться. На следующем этапе идет выработка технических спецификаций, первая версия стандарта утверждается (за стандарт должно проголосовать 75 % кворума) и публикуется. С этого момента стандарт становится официальным (ISO International Standard). По мере совершенствования технологий, появления новых материалов, методов обработки, повышения требований к качеству и надежности изделий возникает необходимость в пересмотре стандартов. В ISO существует правило: все стандарты должны пересматриваться не реже 1 раза в 5 лет. Сегодня ISO принадлежит более 9300 различных стандартов, описание которых занимает около 180 тыс. страниц текста на английском языке. ISOplus выполняет роль экспертной системы по поддержке стандартов. Однако качество конечного продукта, требования рынка и технологический уровень самих производственных процессов оказываются вне интересов ISO. Международные стандарты серии ИСО 9000 предназначены для создания общей основы стандартов на системы качества. Под системой качества понимается, согласно ИСО 8402, совокупность организационной структуры, методик, процессов и ресурсов, необходимых для осуществления общего руководства качеством продукции, производимой организацией. Стандарты серии ИСО 9000 устанавливают, какие именно элементы должны быть включены в систему качества, тогда как организация сама должна реализовать их с учетом конкретных целей, продукции и процессов, а также специфических методов, используемых данной организацией. Кроме того, руководящие положения и требования стандартов серии ИСО 9000 выражены в терминах целей системы качества, которые должны быть достигнуты, и не предписывают способы достижения этих целей, оставляя право выбора этих способов руководству организации. Стандарты данной серии отличают требования к системам качества от требований заказчика к продукции. В настоящее время серия содержит все международные стандарты с номерами от 9000 до 9004 (включая все части ИСО 9000 и ИСО 9004), от 10001 до 10020 (включая все части), а также ИСО 8402. В табл. 2.1 приведены названия и содержание основных стандартов, составляющих данную серию. ИСО 9000-1 идентифицирует четыре общие категории продукции, охватывающие все виды продукции, поставляемые любой организацией: • технические средства; • программное обеспечение; • обработанные материалы; • услуги. Целью руководящих положений и требований международных стандартов серии ИСО 9000 является удовлетворение требований с позиции следующих четырех аспектов, являющихся ключевыми для качества продукции: • качество благодаря определению потребностей заказчиков в продукции (связано с определением и модернизацией продукции с целью ее соответствия требованиям и возможностям рынка);   Таблица 2.1. Содержание стандартов серии ИСО 9000 Обозначение Наименование Содержание ИСО 9000-1—94 Стандарты в области административного управления качеством и обеспечения качества Часть 1. Руководящие положения по выбору к применению ИСО 9000-2—93 Часть 2. Общие руководящие положения по применению ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003 ИСО 9000-3—91 Часть 3. Руководящие положения по применению ИСО 9001 при разработке, поставке и техническом обслуживании ПО ИСО 9000-4—93 Часть 4. Руководящие положения по административному управлению программой общей надежности ИСО 9001—94 Системы качества Модель для обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании ИСО 9002—94 Модель для обеспечения качества при производстве, монтаже и обслуживании ИСО 9003—94 Модель для обеспечения качества при контроле готовой продукции и заключительных испытаниях ИСО 9004-1—94 Административное управление качеством и элементы системы качества Часть 1. Руководящие положения ИСО 9004-2—91 Часть 2. Руководящие положения по услугам ИСО 9004-3—93 Часть 3. Руководящие положения по обработанным материалам ИСО 9004-4—93 Часть 4. Руководящие положения по повышению качества ИСО 10011-1—90 Системы качества. Руководящие положения по проверкам Часть 1. Проверки ИСО 10011-2—91 Часть 2. Критерии квалификации экспертов-аудиторов систем качества ИСО 10011-3—91 Часть 3. Административное управление программами проверок ИСО 10012-1—92 Обеспечение качества измерительного оборудования. Требования Часть 1. Системы метрологического обеспечения измерительного оборудования • качество благодаря конструкции (посредством встраивания в продукцию характеристик, способствующих тому, чтобы она отвечала требованиям и возможностям рынка. Это те свойства конструкции, которые влияют на бесперебойность работы изделия в переменных условиях производства и применения); • качество благодаря соответствию конструкции (поддержание постоянного соответствия конструкции, реализации характеристик, заложенных в проект); • качество благодаря техническому обслуживанию (поддержка и сохранение желаемых характеристик). Серия стандартов И СО 9000 обеспечивает общие руководящие положения, касающиеся административного управления, и требования к внешнему обеспечению качества относительно четырех аспектов. При оценке систем качества любой организации стандарт ИСО 9000-1 рекомендует задать три важных вопроса относительно каждого оцениваемого процесса: 1. Определены ли эти процессы и документированы ли их процедуры? 2. Применяются ли эти процессы в полной мере и выполняются ли они согласно документации? 3. Эффективны ли эти процессы в достижении ожидаемых результатов? Результат оценки есть совокупность ответов на эти вопросы, связанные соответственно с подходом, применением и результатом. Оценка системы качества может различаться по охватываемой области и включать различные виды деятельности. Одним из важнейших видов такой деятельности, выполняемой систематически, является оценка статуса и адекватности системы качества, проводимая руководством организации согласно стандартам ИСО 9001, 9002, 9003. Выводы, сделанные в процессе оценки системы качества, должны вести к повышению ее эффективности и экономичности. Источником информации для таких выводов являются также результаты внутренних и внешних проверок системы качества. Внутренние проверки качества, проводимые самой организацией (первая сторона), обеспечивают информацию для эффективного анализа со стороны руководства и корректирующих, предупреждающих и усовершенствующих действий. Внешние проверки, проводимые заказчиками продукции (второй стороной) и независимыми органами (третьей стороной) обеспечивают, соответственно, доверие заказчика к поставщику и получение сертификата, обеспечив тем самым доверие к целому ряду потенциальных потребителей продукции организации. Необходимо также обратить внимание на то, в каких ситуациях могут применяться стандарты серии ИСО 9000 и способ использования данной серии поставщиком. Международные стандарты серии ИСО 9000 предназначены для применения в следующих ситуациях: • как руководящие положения по административному управлению качеством. Система качества в этой ситуации должна повысить свою собственную эффективность, чтобы выполнить требования к качеству продукции экономичным и оптимальным способом; • в условиях заключения контракта между первой и второй стороной. В данной ситуации потребитель требует, чтобы определенные элементы и процессы системы качества стали частью системы качества поставщика, указывая при этом конкретную модель обеспечения качества; • при утверждении или регистрации второй стороной. Это та ситуация, в которой система качества оценивается заказчиком. Поставщик может получить официальное признание соответствия его продукции стандарту; • при сертификации или регистрации третьей стороной. В этой ситуации систему качества оценивает орган по сертификации, и организация соглашается поддерживать такую систему качества для всех потребителей своей продукции. В стандартах серии ИСО 9000 уделяется значительное внимание подготовке и использованию документации, как виду деятельности, добавляющему стоимость. Соответствующая документация играет значительную роль в следующих видах деятельности по обеспечению качества: • достижении требуемого качества продукции; • оценке систем качества; • повышении качества; • сохранении достигнутого уровня качества.

Серия стандартов И СО 9000 обеспечивает общие руководящие положения, касающиеся административного управления, и требования к внешнему обеспечению качества относительно четырех аспектов.

При оценке систем качества любой организации стандарт ИСО 9000-1 рекомендует задать три важных вопроса относительно каждого оцениваемого процесса:

• 1. Определены ли эти процессы и документированы ли их процедуры?
• 2. Применяются ли эти процессы в полной мере и выполняются ли они согласно документации?
• 3. Эффективны ли эти процессы в достижении ожидаемых результатов?

Результат оценки есть совокупность ответов на эти вопросы, связанные соответственно с подходом, применением и результатом. Оценка системы качества может различаться по охватываемой области и включать различные виды деятельности.

Одним из важнейших видов такой деятельности, выполняемой систематически, является оценка статуса и адекватности системы качества, проводимая руководством организации согласно стандартам ИСО 9001, 9002, 9003. Выводы, сделанные в процессе оценки системы качества, должны вести к повышению ее эффективности и экономичности. Источником информации для таких выводов являются также результаты внутренних и внешних проверок системы качества.

Внутренние проверки качества, проводимые самой организацией (первая сторона), обеспечивают информацию для эффективного анализа со стороны руководства и корректирующих, предупреждающих и усовершенствующих действий.

Внешние проверки, проводимые заказчиками продукции (второй стороной) и независимыми органами (третьей стороной) обеспечивают, соответственно, доверие заказчика к поставщику и получение сертификата, обеспечив тем самым доверие к целому ряду потенциальных потребителей продукции организации.

Необходимо также обратить внимание на то, в каких ситуациях могут применяться стандарты серии ИСО 9000 и способ использования данной серии поставщиком.

Международные стандарты серии ИСО 9000 предназначены для применения в следующих ситуациях:

• • как руководящие положения по административному управлению качеством. Система качества в этой ситуации должна повысить свою собственную эффективность, чтобы выполнить требования к качеству продукции экономичным и оптимальным способом;
• • в условиях заключения контракта между первой и второй стороной. В данной ситуации потребитель требует, чтобы определенные элементы и процессы системы качества стали частью системы качества поставщика, указывая при этом конкретную модель обеспечения качества;
• • при утверждении или регистрации второй стороной. Это та ситуация, в которой система качества оценивается заказчиком. Поставщик может получить официальное признание соответствия его продукции стандарту;
• • при сертификации или регистрации третьей стороной. В этой ситуации систему качества оценивает орган по сертификации, и организация соглашается поддерживать такую систему качества для всех потребителей своей продукции.

В стандартах серии ИСО 9000 уделяется значительное внимание подготовке и использованию документации, как виду деятельности, добавляющему стоимость. Соответствующая документация играет значительную роль в следующих видах деятельности по обеспечению качества:

• • достижении требуемого качества продукции;
• • оценке систем качества;
• • повышении качества;
• • сохранении достигнутого уровня качества.