3.6.1. Структура моделі якості
Розгляд базових характеристик моделі якості.
Функціональність – сукупність властивостей, визначальних здатність системи надавати необхідну безліч функцій для вирішення задач відповідно до вимог. В моделі якості ця характеристика задається набором атрибутів q1 = {a11, a12, a13, a14, a15, a16}, семантика і оцінка яких приведена нижче.
a11 : функціональна повнота – властивість компоненту, яка показує ступінь достатності реалізованих в ньому функцій для вирішення задач у відповідності з його призначенням. Даний атрибут можна уявити у вигляді відношення всіх реалізованих функцій F з в компонентній системі (с), до функцій F т, заданих у вимогах (т):
;
a12 : коректність – атрибут, який указує на ступінь відповідності кожної функції F т, заданої у вимозі, і кожної функції F з, реалізованій в компонентній системі. При цьому система володіє властивістю коректності, якщо F т = F з та і часткової коректності, якщо F т F з. Для більшості систем достатньо часткової коректності. Ступінь коректності компоненту можна визначити, як ступінь функціональної коректності за формулою:
= 1– (card ( F т / F з ) /card F т.
a13 : точність – властивість, визначальна отримання системою злагоджених результатів з необхідним ступенем точності. Даний атрибут може оцінюватися відношенням різниці значення функції Fсі (Di) компоненту і значення функції Fті (Di), заданої вимогами на Di вхідному наборі до значення функції відповідно до виразу:
;
a14 : интероперабельність – властивість компоненту системи взаємодіяти з іншими компонентами і операційним середовищем;
a15 : захищеність – атрибут, який показує можливість компоненту (системи) фіксувати дефекти, які є слідством суб'єктивних помилок в його реалізації або викликані програмними або апаратними засобами при виконанні, а також помилок, пов'язаних з даними. Оцінку ступеня захищеності можна привести за допомогою виразу a15 = falz / fal, де falz – кількість дефектів, від яких компонент захищений; fal – загальна кількість дефектів в компонентах або ПС;
a16 : узгодженість – атрибут, який показує ступінь дотримання стандартів, правил і інших угод процесу розробки, і оцінюється експертне. Потім отримані якісні оцінки нівелюються відповідними ваговими коефіцієнтами.
Таким чином, характеристика функціональність q1 обчислюється підсумовуванням її атрибутів з урахуванням метрик і їх вагових коефіцієнтів:
.
Надійність ПС будемо визначати як вірогідність того, що компоненти системи або сама система функціонують безвідмовно протягом фіксованого періоду часу в заданих умовах операційного оточення/середовища. В моделі якості надійність задається на безлічі атрибутів q2 = {a21, a22, a23, a24}, які визначають здатність} системи перетворювати початкові дані в результати при умовах, залежних від періоду часу життя системи (знос і старіння не ураховуються).
Зниження надійності компонентів відбувається через помилки у вимогах, проектуванні і виконанні. Відмови і помилки в програмних компонентах можуть з'являтися на заданому проміжку часу функціонування компоненту/системи [26–30]. Розглянемо властивості кожного атрибута надійності.
a21: безвідмовність – властивість системи, яка визначає функціонування системи без відмов (програмних компонентів або устаткування). Якщо компонент містить дефект, викликаний суб'єктивними помилками при розробці, то в множині D={DeeL} всіх дефектів, можна виділити підмножину ED, для якого результати не відповідають функції Fт, заданій у вимогах на розробку. Вірогідність р безвідмовного виконання компоненту на De, випадково вибраному з D серед рівно імовірних, рівна:
р = 1– (card (E) / card (D)).
Відмова (failure) показує відхилення поведінки системи від того, що наказав і система перестає виконувати функції, що наказали їй. Крім того, поява відмови може бути причиною помилки (fault/ error), викличної його.
Якщо помилка зроблена людиною, то використовується термін mistake. Коли відмінність між fault і failure не є критичною, використовується термін defect, який означає або fault (причина), або failure (дія). Зв'язок між цими поняттями можна уявити так: fault error failure.
Існує велика різноманітність видів відмов ПО, типові з них: раптові, поступові, переміщаються (збої). Причини відмов можуть бути фізичні, структурними, відмови взаємодії і ін. Вони можуть виникати природним шляхом, вноситися людиною або зовнішнім операційним середовищем в період створення або експлуатації системи, а також бути постійними або носити тимчасовий характер.
Напрацювання на відмову як атрибут надійності визначає середній час між появою загроз, що порушують безпеку, і забезпечує важко вимірну оцінку збитку, яка наноситься відповідними загрозами.
Для обчислення середнього часу Т напрацювання на відмову застосовується формула
,
де tiE – інтервал часу безвідмовної роботи компоненту і-го відмови; N – кількість відмов в системі.
a22 : стійкість до помилок – властивість компонентів системи, яка показує на здатність програмної системи виконувати функції при аномальних умовах (збоях апаратури, помилках в даних і інтерфейсах, порушеннях в діях оператора і ін.). Оцінку стійкості можна отримати по формулі
= Nv/N
де Nv – кількість різних типів відмов, для яких передбачені засоби відновлення; N – загальна кількість всіх відмов в системі.
a23 : відновлюваність – властивість системи, яка указує на здатність відновлювати функціонування системи після відмов і відновлювати в ній пошкоджені компоненти чи дані для повторного виконання. Середній час відновлення компоненту можна визначити по формулі
,
де tib – час відновлення працездатності компоненту після і-го відмови; D – кількість дефектів і відмов в системі.
a24: узгодженість – атрибут, який відображає ступінь дотримання стандартів, технології, правил і інших угод на стадіях розробки і тестування системи для пошуку різного роду помилок розробки. Цей атрибут оцінюється експертами, вони фіксують помилки в спеціальних картах і дають експертну оцінку надійності системи.
Деякі типи систем реального часу, безпеки і інші вимагають високої надійності (неприпустимість помилок, точність, достовірність і ін.), яка в значній мірі залежить від кількості помилок, що залишилися і не усунених, в процесі її розробки на етапах життєвого циклу. В ході експлуатації помилки також можуть виявлятися і усуватися. Якщо при їх виправленні не вносяться нові або вноситься їх менше ніж усувається, то в ході експлуатації надійність системи безперервно зростає. Чим інтенсивніше проводиться експлуатація, тим інтенсивніше виявляються помилки і швидше росте надійність. До чинників, що впливають на надійність ПО, відносяться:
– загроза порушення безпеки системи;
– сукупність загроз, що приводять до порушення системи або середовища і ін.
Надійність постійно вивчається і розвивається. Новий її напрям – інженерія надійності ПО (Software reliability engineering – SRE), яка орієнтована на рішення наступних задач [20, 28]:
1) вимірювання надійності, тобто проведення її кількісної оцінки за допомогою прогнозів, збору даних про поведінку системи в процесі експлуатації і сучасних моделей надійності;
2) розробка стратегії, метрик конструювання готових компонентів і компонентної системи в цілому, а також визначення середовища функціонування, що забезпечує надійність роботи системи;
3) застосування сучасних методів інспекції, верифікації, валидації тестуванні ПС в процесі розробки, а також при експлуатації.
Практично оцінка надійності ПО є трудомістким процесом, в ньому важливе місце займає метод визначення стійкості системи до відмов ПО, тобто вірогідність того, що система відновиться мимовільно в деякій крапці після виникнення в ній відмови (fault).
Кількісна оцінка характеристики надійності системи по всіх її розглянутих кількісних атрибутах і відповідних метриках має вигляд
Зручність застосування – ця множина властивостей ПС, які показують на необхідні і придатні умови її використовування (в діалозі або без) довкола користувачів для отримання результатів виконання. Ця характеристика в моделі якості визначається на множині атрибутів, які задовольняють ергономічності, і включають атрибути:
a31 : розумність означає зусилля, затрачуване на розпізнавання логічних концепцій і умов застосування ПС;
a32 : вивченість означає зусилля користувачів при визначенні застосовності ПО за допомогою операційного контролю введення, висновку, діагностики, а також процедур аналізу документації;
a33: оперативність – реакція системи при виконанні операторів і операційного контролю;
a34: узгодженість – відповідність ПС вимогам стандартів, угод, правил, законів і розпоряджень.
Всі атрибути оцінюються експертами, які залежно від їх рівня знань, дають відповідні якісні значення.
Кількісна оцінка даної характеристики залежить від оцінок експертів, кількісного атрибута a33 і має вигляд:
Ефективність – безліч атрибутів – властивостей системи, які показують взаємозв'язок між рівнем її виконання, кількістю використовуваних ресурсів (апаратури, витратних матеріалів і ін.), послуг штатного обслуговуючого персоналу і ін.
До них відносяться:
a41 : реактивність – час відгуку, обробки і виконання функцій компоненту/системи;
a42 : ефективність – кількість використовуваних ресурсів при виконанні функцій ПС і тривалість їх обчислень;
a43 : узгодженість – відповідність даного атрибута заданим стандартам, правилам і розпорядженням.
Кількісна оцінка даної характеристики по всіх розглянутих якісних і кількісно виміряються атрибутах оцінюється експертне і аналітично з урахуванням відповідних метрик і має вигляд
Сопровождаємість – безліч властивостей, які відображають зусилля, затрачувані на проведення модифікацій (коректування, удосконалення і пристосовування) при зміні середовища виконання, вимог або специфікацій. Дана характеристика в моделі якості складається з наступних атрибутів:
a52 : анализовність – необхідні зусилля для діагностики відмов в ПС або ідентифікації частин, які будуть модифікуватися;
a53 : змінність – зусилля, які затрачуються на модифікацію компоненту, видалення помилок або внесення змін, доповнення нових можливостей в систему або середовище функціонування;
a54 : стабільність – ризик проведення модифікації компоненту /системи;
a53 : тестуємість – зусилля при проведенні верифікації в цілях виявлення помилок і невідповідностей вимогам (валидація), а також на необхідність виправлення знайдених помилок і проведення сертифікації системи;
a54 : узгодженість – відповідність даного атрибута певним стандартам, угодам, правилам і розпорядженням.
Кількісна оцінка даної характеристики по всіх її атрибутах, що виміряються експертне і аналітично з урахуванням відповідних метрик, має вигляд
Переносність – множина атрибутів, вказуючих на можливість компонентів системи пристосовуватися до роботи в нових умовах середовища виконання: організаційній, апаратній і програмній. Перенесення компонентів або всієї системи на іншу платформу або середовище пов'язано з сукупністю дій, направлених на забезпечення можливості функціонування в новому середовищі, відмінному від тієї, в якій система створювалося. До атрибутів даної характеристики згідно моделі якості відносяться:
a61 : адаптивна – зусилля, затрачувані на пристосовування системи до різних операційних середовищ. Цей атрибут можна уявити у вигляді a61 = Za / Zd, де Za – витрати на пристосовування до нового операційного середовища; Zd – витрати на розробку нової системи для нового операційного середовища;
a62 : настроюваність визначає необхідні зусилля для запуску або інсталяції програмного продукту в іншому середовищі;
a63 : співіснування – можливість використовування спеціального ПО в середовищі діючої системи;
a64 : змінюваність – можливість взаємодії (інтероперабельності) з іншими програмами при спільній їх роботі і інсталяції або пристосовуванні системи;
a65 : узгодженість – відповідність стандартам або угодам і правилам перенесення програмної системи в інше середовище.
Кількісна оцінка даної характеристики по атрибутах, експертним і аналітичним шляхом, що виміряється, з урахуванням відповідних метрик, має вигляд
Комплексна оцінка. На основі зміряних кількісних характеристик і проведення експертизи якісних показників з визначенням вагових коефіцієнтів, що нівелюють різні показники, обчислюється підсумкова оцінка якості продукту шляхом підсумовування результатів по окремих показниках і порівняння їх з еталонними показниками ПС.
Якщо у вимогах до ПС було встановлено декілька показників, то прорахований кожний показник умножається на відповідний ваговий коефіцієнт, а потім все підсумовується по всіх показниках. В результаті виходить інтегральна оцінка рівня якості ПС.
У формулах оцінювання показників якості окремого компоненту наведені метрики ai А, вагові коефіцієнти wi W для кожного атрибута. Отримані значення qj за допомогою вагових коефіцієнтів wi W приведені до єдиної системи вимірювання. Використовуючи отримані оцінки qj характеристик якості стосовно окремого компоненту (соm), одержуємо інтегральну оцінку якості одного компоненту у вигляді
.
Якщо програмна система містить N-компонентів і для них проведена кількісна оцінка, то маємо остаточну комплексну оцінку якості системи (sys):
.
Таким чином, даний підхід до аналітичної оцінки атрибутів показників якості ПС дозволяє отримати кількісну оцінку якості готового програмного продукту.