Дәріс 4. Бағдарлама кешендерінің сенімділік теориясының негізгі ұғымдары. Бағдарламалық қамтамасыз етудің істен шығу түрлері өнімнің сенімділік қасиеттері сенімділік теориясымен зерттеледі, бұл сенімділіктің әртүрлі көрсеткіштерін болжау, бағалау және оңтайландыру мәселелерін шешуге бағытталған белгілі бір идеялар, математикалық модельдер мен әдістер жүйесі. Техникалық жүйелердің сенімділігі негізінен екі фактормен анықталады: компоненттердің сенімділігі және жобалау немесе өндіру кезінде жіберілген дизайндағы ақаулар. Компоненттердің салыстырмалы түрде төмен физикалық сенімділігі, олардың бұзылу, қартаю немесе жұмыс кезінде сенімділіктің төмендеуі бұл фактор көптеген аппараттық кешендер үшін басым болатындығына әкелді. Бұған көптеген техникалық жүйелердің төмен күрделілігі де ықпал етті, соның салдарынан жобалау ақаулары салыстырмалы түрде сирек көрінді және компоненттердің физикалық ақауларымен жабылды. Күрделі бағдарламалық кешендердің (ДК) сенімділігі сол факторлармен анықталады, алайда ақаулар мен дизайн қателері басым, өйткені бағдарламаларды магниттік медиада физикалық сақтау өте жоғары сенімділікпен сипатталады. Қатаң бекітілген бастапқы деректер мен мүлдем сенімді аппаратурасы бар кез келген күрделілік пен мақсаттағы бағдарлама бір мәнді белгіленген маршрут бойынша орындалады және шығуда қатаң белгіленген нәтиже береді. Алайда, бастапқы деректер мен өңдеу кезінде жинақталған ақпараттың кездейсоқ өзгеруі, сондай-ақ бағдарламадағы көптеген шартты ауысулар әр күрделі компьютерді орындаудың көптеген бағыттарын жасайды. Көздері ненадежности болып табылады тексерілмеген үйлесімі бастапқы деректер, олардың жұмыс істейтін ДК береді теріс нәтижелері немесе істен шығуы. Нәтижесінде бағдарламалар кешені функционалдық жарамдылық және жұмысқа қабілеттілік талаптарына сәйкес келмейді. Бағдарламалық өнімдерге сенімділік ұғымдарын қолданған кезде осы объектілердің tra-дан ерекшеліктері мен айырмашылықтарын ескеру қажет. сенімділік теориясы бастапқыда дамыған оптикалық техникалық жүйелер: - сенімділік теориясының ұғымдары мен әдістері барлық бағдарламалар үшін қолданыла бермейді-оларды нақты уақытта жұмыс істейтін және сыртқы ортамен тікелей әрекеттесетін бағдарламалық кешендерге ғана қолдануға болады; - бағдарламалық жасақтама компоненттерінің сапасын әзірлеу және бағалау кезінде, егер олар Ақпаратты өңдеу кезінде нақты уақыт мәндерін пайдаланбаса және сыртқы ортамен тікелей әрекеттеспесе, жұмыс істеу сенімділігі туралы ұғымдар қолданылмайды; - бағдарламалардың сенімділігін анықтайтын басым факторлар-бұл дизайн мен әзірлеудегі ақаулар мен қателер, ал сыртқы әсер ету кезінде бағдарламалық компоненттердің физикалық бұзылуы екінші реттік маңызға ие; - бағдарламалық жасақтама компоненттерінің салыстырмалы түрде сирек бұзылуы және оларды физикалық ауыстыру қажеттілігі бағдарламалардың істен шығуы мен істен шығуы ұғымдарының түбегейлі өзгеруіне және оларды ақпараттық жүйенің жұмыс істеуі үшін рұқсат етілген уақытқа қатысты қалпына келтіру ұзақтығына бөлуге әкеледі; - бағдарламалық кешендердің сенімділігін арттыру үшін бағдарламалық кешендерге уақытша, бағдарламалық және ақпараттық резервті енгізу арқылы қалпына келтіру ұзақтығын автоматты түрде азайту және сәтсіздіктерді қысқа мерзімді сәтсіздіктерге айналдыру әдістері ерекше маңызды; - ақаулар мен қателіктердің орны, уақыты мен ықтималдығын болжау мүмкін еместігі, сондай-ақ оларды нақты пайдалану кезінде өте сенімді бағдарламалық өнімдерді сирек табу құрамдас бөліктердің сенімділігінің тұрақты, өлшенетін мәндеріне бағытталған күрделі жүйелердің сенімділік көрсеткіштерін априорлық есептеудің дәстүрлі әдістерін тиімді пайдалануға мүмкіндік бермейді; - құрамдас бөліктерге физикалық әсер ету арқылы жүйелердің сенімділігін жедел сынаудың дәстүрлі әдістері бағдарламалық өнімдерге қолданылмайды және оларды қоршаған ортаның ақпараттық ағындарының жедел әсер ету әдістерімен алмастыру керек. Осы ерекшеліктерді ескере отырып, күрделі жүйелердің сенімділік теориясының негізгі ұғымдарын өмірлік циклге қолдану және бағдарламалық кешендердің сапасын бағалау бұл теорияны ерекше бағытта - бағдарламалық кешендердің сенімділігіне бейімдеуге және дамытуға мүмкіндік береді [1, 3, 12]. Бағдарламалық кешендердің (Software Reliability) сенімділік теориясын зерттеу пәні-нақты уақыт режимінде ақпаратты өңдеудің күрделі бағдарламаларының жұмыс қабілеттілігі. Күрделі бағдарламалық өнімдердің сенімділігі теориясы мен талдауының міндеттеріне мыналар жатады: - бағдарламалық өнімдердің сенімділік көрсеткіштерін зерттеу және қолдану кезінде қолданылатын негізгі ұғымдарды тұжырымдау; - күрделі бағдарламалық кешендердің сенімділік сипаттамаларын анықтайтын негізгі факторларды анықтау және зерттеу; - әр түрлі типтегі және мақсаттағы бағдарламалар кешені үшін сенімділік критерийлерін таңдау және негіздеу; - ақаулар мен қателерді, жөндеу және сүйемелдеу кезінде олардың өзгеру динамикасын, сондай-ақ бағдарламалық өнімдердің сенімділік көрсеткіштеріне әсерін зерттеу; - күрделі ДК құрылымдық құрылысының әдістерін зерттеу және әзірлеу, олардың қажетті сенімділігін қамтамасыз ету; - әртүрлі артықтық пен кедергіден қорғау түрлерін пайдалану арқылы бағдарламаларды, есептеу процесі мен деректерді бұрмалаудан бақылау және қорғау әдістері мен құралдарын зерттеу; - бағдарламалар кешендерінің өмірлік циклінде олардың функционалдық мақсатын, күрделілігін, құрылымдық құрылысын және әзірлеу технологиясын ескере отырып, сенімділік сипаттамаларын анықтау және болжау әдістері мен құралдарын әзірлеу. Осы мәселелерді шешу нәтижелері сенімділік көрсеткіштері бар заманауи күрделі бағдарламалық өнімдерді құруға негіз болып табылады. Пп сенімділігін эксперименттік және теориялық зерттеулердің нәтижелерін қолдану және біріктіру осы саладағы теория мен әдістердің негізін қалауға мүмкіндік берді. ДК өмірлік циклінде бағдарламалық компоненттер мен кешендердің сапа және сенімділік көрсеткіштерінің мәндерін берілген сенімділік көрсеткіштерін кепілдікпен қамтамасыз ету үшін талдау және болжау ұсынылады. Нақты жобаларда бағдарламаларды зерттеу және олардың сенімділігін қамтамасыз ету бойынша жұмыстарды арнайы жоспармен бірыңғай басшылықпен жеке топқа бөлген жөн. Сенімділік теориясы объектінің немесе жүйенің екі мүмкін күйі туралы түсінікке негізделген: жұмыс істейтін және жұмыс істемейтін. Техникалық құжаттамада белгіленген параметрлермен берілген функцияларды орындай алатын объектінің жағдайы тиімді деп аталады. Жұмыс барысында объектінің жұмыс күйінен жұмыс істемейтін күйге және керісінше ауысуы мүмкін. Бас тарту және қалпына келтіру оқиғалары осы ауысулармен байланысты. Жүйенің жұмыс істеу дәрежесін айқындау оның сипаттамаларының техникалық құжаттама талаптарына сәйкестігін белгілеуге қабілетті құралдардың болуын болжайды. Ол үшін жүйенің жұмысын бақылау және диагностикалау әдістері мен құралдары қолданылуы керек. Тексерулердің тереңдігі мен толықтығы, бақылау операцияларын автоматтандыру дәрежесі, олардың ұзақтығы мен тәртібі - жүйенің жұмысына және оны бағалаудың сенімділігіне әсер етеді. Диагностикалық бақылау әдістері мен құралдары жүйенің жұмыс қабілеттілігін анықтауға, сәтсіздіктерді оқшаулауға, олардың сипаттамалары мен себептерін анықтауға және жүйенің жұмысын сипаттайтын мәліметтерді жинақтау, жалпылау және талдау үшін өнімділікті тез қалпына келтіруге арналған. Жүйе жағдайының диагнозы әдетте тест және функционалды болып бөлінеді. Тест диагнозы кезінде жүйенің белгілі бір компоненттерінің жұмысын тексеруге мүмкіндік беретін арнайы дайындалған бастапқы мәліметтер мен анықтамалық нәтижелер қолданылады. Функционалды диагноз оны тікелей мақсатына пайдалану кезінде жүйеге кіретін нақты бастапқы мәліметтер негізінде ұйымдастырылады. Техникалық диагностиканың негізгі міндеттері: - жүйенің жарамдылығын және оның жай-күйі мен функцияларының техникалық құжаттамаға толық сәйкестігін бақылау; - жүйенің жұмыс қабілеттілігін және техникалық құжаттамамен берілген сипаттамалармен кез келген уақытта берілген жұмыс режимінде барлық функцияларды орындау мүмкіндігін тексеру; - жүйеде іркілістер, істен шығулар мен ақаулықтардың көздері мен нәтижелерін іздеу, анықтау және оқшаулау. Сенімді бағдарлама-ең алдымен, нақты уақыт режимінде жұмыс істеу процесінде сәтсіздікке ұшыраудың төмен ықтималдығын қамтамасыз етуі керек. Бағдарламалардың, деректердің немесе есептеу процесінің бұрмалануына жылдам әрекет ету және сәтсіздік пен сәтсіздік арасындағы шекті деңгейден аз уақыт ішінде жұмысты қалпына келтіру бағдарламалардың жоғары сенімділігін қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда дұрыс емес бағдарламалар мүлдем сенімді жұмыс істей алады. Нақты жағдайларда әртүрлі себептер бойынша бастапқы деректер сынақтар кезінде тексерілмеген, сондай-ақ спецификация мен техникалық тапсырма талаптарында берілмеген іркілістерді тудыратын мәндер саласына түсуі мүмкін. Егер мұндай жағдайларда тез қалпына келтіру орын алса, сәтсіздік тіркелмейді, онда мұндай оқиғалар сенімділіктің негізгі көрсеткіштеріне әсер етпейді істен шығу және дайындық коэффициенті. Демек, бағдарламалардың жұмысының сенімділігі уақыт өте келе көрінетін динамикалық ұғым болып табылады және бағдарламалардың дұрыстығы тұжырымдамасынан айтарлықтай ерекшеленеді. Сенімділік көрсеткіштері бойынша Бағдарламалардың сапасын бағалау кезінде ҚБ немесе олардың ірі компоненттерінің жұмыс қабілеттілігін жоғалтуға әкелетін бағдарламаларды орындау арқылы динамикалық тестілеу процесінде тек осындай бұрмаланулар тіркеледі. Жабдықтың істен шығуы кезінде бағдарламалардың жұмысының бұзылуының негізгі себебі әрдайым өңделетін нақты бастапқы деректер мен осы өңдеуді жүзеге асыратын бағдарлама арасындағы қақтығыс болып табылады. ҚБ жұмысына күйін келтіру және тестілеу кезінде қолданылған нақты бастапқы деректермен кепілдік беруге болады. Нақты бастапқы деректер берілген техникалық тапсырмадан және қолдану кезінде пайдаланылған бағдарламалардан ерекшеленетін мәндерге ие болуы мүмкін. Осындай бастапқы деректермен бағдарламалардың жұмысын алдын-ала болжау қиын және сәтсіздіктермен аяқталатын әртүрлі ауытқулар болуы мүмкін. Пайдалану процесінде ҚБ ақауларының пайда болу түрінің, орны мен уақытының болжанбауы есептеу процесінің, бағдарламалар мен деректердің қасақана, кездейсоқ бұрмалануынан жедел қорғаудың арнайы, қосымша жүйелерін құру қажеттілігіне әкеледі. Жедел қорғау жүйелері ақаулардың пайда болуының жағымсыз салдарының таралуын анықтауға және бұғаттауға және олардың бастапқы көздерін жойғанға дейін ҚБжұмысының сенімділігіне әсерін азайтуға арналған. Ол үшін ТТ-ға жұмыс істеудегі ақауларды жедел анықтауды, оларды сәйкестендіруді және ТТ-ның қалыпты жұмыс істеуін автоматты түрде қалпына келтіруді (рестарт) жүзеге асыратын уақытша, бағдарламалық және ақпараттық артықтық енгізілуі тиіс. ҚБ сенімділігі шуылға қарсы тұрақтылықты қамтамасыз ету, жедел бақылау және бағдарламалар мен дерекқорлардың жұмысын қалпына келтіру арқылы артуы керек. Мұндай қорғаудың тиімділігі қолданылатын әдістерге, оларды қолдануға және оларды жүзеге асыру үшін бөлінген есептеу ресурстарына байланысты. Физикалық бұзылу болмаған кезде бағдарламалардағы сәтсіздіктер мен сәтсіздіктерді жіктеудің негізгі қағидасы бағдарламалардың, деректердің немесе өнімділіктің бұзылуы ретінде тіркелген есептеу процесінің кез-келген бұрмалануынан кейін қалпына келтіру ұзақтығының уақытша көрсеткіші бойынша бөлу болып табылады. Берілген шектен кіші қалпына келтіру ұзақтығы кезінде бағдарламалар жұмыс істеген кезде ақаулар мен аномалияларды іркілістерге жатқызу керек, ал ұзақтығы бойынша шекті мәннен асатын қалпына келтіру кезінде орын алған бұрмалау істен шығуға сәйкес келеді. Бағдарламалық жасақтаманың сәтсіздіктері мен сәтсіздіктерін қалпына келтіру ұзақтығына қарай жіктеу зерттелетін ҚБ өңделген деректерді тұтынушы болып табылатын абоненттердің динамикалық сипаттамаларын, сондай-ақ бағдарламалардың жұмыс істеуінің уақытша сипаттамаларын талдау қажеттілігіне әкеледі. Ақпаратты қалыпты берудің уақытша үзіліс аймағы және жұмыс қабілеттілігін жоғалту, оны сәтсіздік аймағы ретінде қарастыру керек, неғұрлым кең болса, инертті объект осы ҚБ дайындаған хабарламалардың әсерінен болады. Жүйенің жұмыс қабілеттілігін қалпына келтірудің шекті уақыты, егер ол асып кетсе, сәтсіздікті тіркеу керек, тиісті абонентке ақпарат дайындау үшін мәселелерді шешу кезеңіне жақын. Есептерді шешудің және олардың нәтижелерін тұтынушыға берудің қалыпты қарқыны кезінде, оның сипаттамалары PP есептейтін траекториядан ауытқуы рұқсат етілген шектерде болады. Кез-келген ақпарат тұтынушысы үшін рұқсат етілген уақыт, ҚБдан мәліметтердің болмауы бар, онда оның сипаттамалары инерция бойынша өзгеріп, бағдарламалармен есептелуі керек мәннен шекті ауытқуға жетеді. Осы ауытқуға сәйкес келетін тұтынушыға ақпарат берудің уақытша үзіліс аймағы сәтсіздіктер мен сәтсіздіктер аймақтарын бөлетін жұмыс қабілеттілігінің бұзылуының рұқсат етілген ұзақтығының шекарасын белгілеуге мүмкіндік береді. Ақпаратты тұтынушы неғұрлым инерциялық болса, оның жұмыс істеу нәтижелері мен бас тартуға сәйкес келетін өнімділіктің бұзылуының апатты салдарларынсыз ҚБ әсерінің болмауы соғұрлым ұзақ болуы мүмкін. Бұл ҚБ үзілісінен кейін нәтижелердің рұқсат етілген ауытқуы, негізінен, ақпарат көздері мен тұтынушылардың динамикалық сипаттамаларына байланысты. Осылайша, жүйелік талдау нәтижесінде жүйелік объектілердің динамикалық сипаттамаларын шекті мәннің мәнін анықтай отырып, тұтынушыға деректерді беру болмаған кезде, бағдарламаларды физикалық бұзбай сәтсіздік пен сәтсіздік оқиғаларын бөлетін ҚБ жұмыс істеу уақытының аралығын анықтауға болады. ҚБ жұмысының сенімділігі тұрақтылықпен немесе сәтсіздіктерден немесе сәтсіздіктерден кейін жұмыс күйін қалпына келтірумен және қалпына келтірумен сипатталады. Өз кезегінде тұрақтылық жойылмаған ақаулар мен қателер деңгейіне жәнеҚБ олардың көріністеріне жауап беру қабілетіне байланысты, бұл сенімділік көрсеткіштеріне әсер етпейді. Соңғысы сыртқы ортадан келетін деректерді және ҚБ жұмыс істеуінің ауытқуларын анықтау құралдарын бақылаудың тиімділігімен анықталады. Қалпына келтіру - қайта іске қосу процесінде бағдарламалардың жұмысын қалпына келтірудің толықтығы мен ұзақтығымен сипатталады. Қайта іске қосу компьютерлік ресурстар мен уақытты қажет ететін ҚБ-ның қалыпты жұмысын қалпына келтіруді қамтамасыз етуі керек. Сондықтан сәтсіздіктерден кейін қалпына келтірудің толықтығы мен ұзақтығы ҚБсапасы мен сенімділігін және оны мақсатына сай пайдалану мүмкіндігін көрсетеді. PP сенімділік көрсеткіштері басқа техникалық жүйелер үшін қабылданған ұқсас сипаттамаларға айтарлықтай сәйкес келеді. Ең көп қолданылатын критерий-сәтсіздіктің ұзақтығы. Бұл шаманы анықтау үшін жүйелі сәтсіздіктер немесе олардан кейінгі жүйенің қалыпты жұмысының басталуы арасындағы жүйенің жұмыс уақыты өлшенеді. Бұл шаманың ықтималды сипаттамалары сенімділік критерийлерінің түрлері ретінде бірнеше формада қолданылады. Қалпына келтірілетін жүйелердің сенімділік критерийі бірнеше рет істен шығу және қалпына келтіру мүмкіндігін ескереді. Көбінесе күрделі компьютерлер болып табылатын мұндай жүйелердің сенімділігін бағалау үшін, істен шығудың ықтималды сипаттамасынан басқа, қалпына келтіру процесінде сәтсіздікке ұшырағаннан кейін жұмыс сипаттамалары маңызды рөл атқарады. Бағдарламалық жасақтаманың істен шығуының негізгі себептері Негізгі себептері тудыратын қалыпты жұмыс істеуінің бұзылу БОЙЫНША, болып табылады: -бағдарламаның өзінде жасырылған қателер; -кіріс ақпаратын бұрмалау; -Пайдаланушының әрекеті дұрыс емес; -есептеу процесі жүзеге асырылатын АЖ аппараттық құралдарының ақаулығы. Бағдарламада жасырылған қателер. Күрделі бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу кезінде жөндеу процесінде әрдайым Анықталмайтын және жойылмайтын қателер пайда болуы мүмкін. Осыған байланысты бағдарламаларда кейбір жасырын қателер қалады. Олар осы бағдарламалардың дұрыс жұмыс істемеуінің себебі болып табылады. Осындай қателіктердің арасында келесі сипаттамалық топтарды бөлуге болады. Есептеу қателері. Бұл топтың қателіктері математикалық өрнектерді қате жазумен немесе бағдарламалаумен, сондай-ақ айнымалы типтердің дұрыс емес түрленуімен байланысты. Нәтижесінде дұрыс емес нәтижелер алынады. Логикалық қателер. Бұл қателер тобы мәселені шешу алгоритмін бұрмалаудың себебі болып табылады. Мұндай қателіктерге менеджменттің дұрыс берілмеуі, цикл параметрінің өзгеру ауқымын дұрыс тапсырмау, дұрыс емес жағдай және басқа қателер жатады. Енгізу-шығару қателері. Бұл қателер енгізу-шығаруды дұрыс емес басқарумен, Шығыс жазбаларын қалыптастырумен, жазбалардың көлемін анықтаумен және басқа да дұрыс орындалмаған әрекеттермен байланысты. Деректерді басқару қателері. Мұндай қателіктерге мыналар жатады: деректер элементтерінің санын дұрыс анықтамау; деректерге берілген бастапқы мәндер дұрыс емес; операндтың ұзындығын немесе айнымалы атауын дұрыс көрсетпеу және басқа қателер. Үйлесімділік қателері әзірленген немесе қолданылатын бағдарламалық жасақтаманың амалдық жүйемен немесе басқа қолданбалы бағдарламалармен үйлесімділігінің болмауына байланысты. Конъюгация қателері. Осы қателер тобы бағдарламалық жасақтаманың басқа бағдарламалармен немесе кіші бағдарламалармен, жүйелік бағдарламалармен, компьютерлік құрылғылармен немесе кірістермен дұрыс емес әрекеттесуін тудырады. Кіріс ақпаратын бұрмалау. Көрсетілген себеп кіріс деректері айнымалылар мәнінің рұқсат етілген аймағына түспеген кезде БҚ-ның жұмыс істеуінің бұзылуын туындатады. Бұл жағдайда бастапқы ақпарат пен бағдарламаның мүмкіндіктері арасында сәйкессіздік бар. Пайдаланушының дұрыс емес әрекеттері хабарламалардың дұрыс түсіндірілмеуімен, диалог режимінде жұмыс істеген кезде пайдаланушының дұрыс емес әрекеттерімен байланысты. Көбінесе бұл қателер сапасыз бағдарламалық құжаттаманың салдары болып табылады. АЖ аппараттық құралдарының ақаулығы. Бұл ақаулар бағдарламалық жасақтаманың сенімділік сипаттамаларына белгілі бір әсер етеді. Жабдықтың істен шығуы немесе істен шығуы ақпаратты өңдеу процесінің бұзылуына әкеледі және нәтижесінде бастапқы деректерді де, бағдарламаның өзін де бұрмалауы мүмкін. Бағдарламада қателіктердің пайда болуының салдары оның бас тартуы болып табылады. Бағдарламалық жасақтаманың істен шығу салдарын бөлуге болады: - бағдарлама функцияларын орындауды толық тоқтату; - АЖ-да ақпаратты өңдеу барысының қысқа мерзімді бұзылуы. Бағдарламалық жасақтаманың істен шығуы салдарының ауырлығы бағдарламаның істен шыққаннан кейінгі қалпына келтіру уақыты мен осы бағдарламаның нәтижелерін пайдаланатын объектілердің динамикалық сипаттамалары арасындағы арақатынаспен бағаланады. Қолданбалы БҚ жұмысының авариялық аяқталуы оңай анықталады, өйткені Операциялық жүйе авариялық коды бар хабарламаларды береді. Төтенше жағдайдың аяқталуының тән себептері-макро команданы орындау кезіндегі қателіктер, қол жеткізу әдістерін дұрыс пайдаланбау, жадты қорғаудың бұзылуы, жад ресурстарының жетіспеушілігі, макро команданы дұрыс пайдаланбау, өңдегіш көрсетілмеген бағдарламалық үзілістердің пайда болуы және басқа себептер.