Липаев В.В. Программная инженерия

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

условиях использования. Внешне доступность может оцениваться относи­ тельным временем, в течение которого ПС находится в работоспособном состоянии, в пропорции к общему времени применения. Следовательно, доступность — комбинация завершенности (от которой зависит частота отказов), устойчивости к ошибкам и восстанавливаемости, которые в со­ вокупности обусловливают длительность простоя для восстановления после каждого отказа, а также длительность наработки на отказ. Обобщение характеристик отказов и восстановления производится в критерии коэф­ фициент готовности. Этот показатель отражает вероятность иметь вос­ станавливаемые программы и данные в работоспособном состоянии в про­ извольный момент времени.

Нижняя граница шкалы атрибутов наделсности в таблице 11.2 отра­ жена значениями, при которых резко уменьшается функциональная при­ годность и использование данного типа ПС становится неудобным, опас­ ным или нерентабельным. Примером таких наихудших, предельных вели­ чин для многих классов ПС могут быть наработка на отказ менее десяти часов, коэффициент готовности ниже 0,9 и время восстановления более десяти минут. С другой стороны, наилучшие значения этих атрибутов практически ограничены теми ресурсами, которые могут быть выделены для их достижения при разработке и эксплуатации. Вычислительные и программные ресурсы объектной ЭВМ на непосредственное обеспечение надежности функционирования ПС обычно находятся в диапазоне от 10% до 90%, причем последние значения соответствуют критическим, особо высоконадежным системам. Даже для таких критических программных средств редко наработка на отказ превышает несколько тысяч часов, коэф­ фициент готовности не выше 0,999, а время восстановления при отказах не меньше нескольких секунд.

Эффективность: в стандарте ISO 9126 отражены две субхарактерис­ тики качества — временная эффективность и используемость ресурсов ЭВМ, которые рекомендуется описывать в основном количественными атрибутами, характеризующими динамику функционирования компонен­ тов ПС. В этой стандартизированной характеристике отражается только

частная конструктивная эффективность использования ресурсов ЭВМ, которую не следует смешивать с системной эффективностью функцио­ нальной пригодности ПС при применении в конкретной системе.

310

11.3. Конструктивные характеристики качества сложных программных средств

Основные требования к атрибутам характеристики временная эф­ фективность использования вычислительных ресурсов системы сосре­ доточены на наиболее критичных показателях производительности и дли­ тельности решения функциональных задач. В отличие от объемов памяти, временные характеристики труднее устанавливать и измерять, и их огра­ ниченность сильнее влияет на функциональную пригодность ПС. Обычно для оперативной работы пользователей важно иметь малое время отклика из ЭВМ после получения типового задания и начала решения требуемой функциональной задачи. Требуемая пропускная способность решения функ­ циональных задач зависит от их содержания и числа действующих пользо­ вателей. Используемость ресурсов памяти и производительности вычис­ лительных средств могут устанавливаться исходя, с одной стороны, из экономической целесообразности применения наиболее дешевой, с мини­ мальными ресурсами ЭВМ, загрузка которой будет в среднем не ниже 0,5. С другой стороны, высокая загрузка (выше 0,9) может приводить к неже­ лательной задержке или даже потере заданий при случайном, кратковре­ менном повышении их интенсивностей, что может негативно отражаться на функциональной пригодности.

Временная эффективность: свойства ПС, характеризующие требуе­ мые времена отклика и обработки заданий, а также производительность решения задач с учетом количества используемых вычислительных ресур­ сов в установленных условиях. Эти ресурсы могут включать другие про­ граммные продукты, аппаратные средства, средства телекоммуникации и т.п. Временная эффективность ПС определяется длительностью выпол­ нения заданных функций и ожидания результатов в средних и/или наи­ худших случаях, с учетом приоритетов задач. Она зависит от скорости обработки данных, влияющей непосредственно на интервал времени за­ вершения конкретного вычислительного процесса, и от пропускной спо­ собности — производительности, т.е. от числа заданий, которое можно реализовать на данной ЭВМ в заданном интервале времени (см. табл. 11.2). Эти показатели качества тесно связаны с дисциплиной диспетчери­ зации и временем реакции (отклика) ПС на задания при решении различ­ ных функциональных задач. Величина этого времени зависит от длитель­ ности решения совокупности задач центральным процессором ЭВМ, от затрат времени на обмен с внешней памятью, на ввод и вывод данных и от

311

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

длительности ожидания в очереди до начала решения задачи. Эта субха­ рактеристика тесно связана с длительностью обработки типового задания, а также с интервалом времени решения типовых или наиболее часто вызы­ ваемых функциональных задач данным ПС. Пропускная способность ком­ плекса программ на конкретной ЭВМ отражается числом сообщений или заданий на решение определенных задач, обрабатываемых в единицу вре­ мени, зависящую от характеристик внешней среды.

Используемость ресурсов: степень загрузки доступных вычислитель­ ных ресурсов в течение заданного времени при выполнении функций ПС в установленных условиях. Ресурсная экономичность отражается занятос­ тью ресурсов центрального процессора, оперативной, внешней и вирту­ альной памяти, каналов ввода-вывода, терминалов и каналов сетей связи. Эта величина определяется структурой и функциями ПС, а также архитек­ турными особенностями и доступными ресурсами ЭВМ. В зависимости от конкретных особенностей ПС и ЭВМ при выборе атрибутов может доми­ нировать либо величина абсолютной занятости ресурсов различных ви­ дов, либо относительная величина использования ресурсов каждого вида при нормальном функционировании ПС. Ресурсная экономия влияет не только на стоимость решения функциональных задач, но зачастую, осо­ бенно для встраиваемых ЭВМ, определяет принципиальную возможность полноценного функционирования конкретного ПС в условиях реально ог­ раниченных вычислительных ресурсов. Несмотря на быстрый рост дос­ тупных ресурсов памяти и производительности ЭВМ, часто потребности в них для решения конкретных задач ПС обгоняют их техническое увеличе­ ние, и задача оценки и эффективного использования вычислительных ре­ сурсов остается актуальной.

Качественным анализом с учетом влияния на функциональную при­ годность можно определить предельные значения для основных атрибу­ тов конструктивной характеристики — эффективность. Используемость вычислительных ресурсов памяти и производительности ЭВМ для каждой из функциональных задач или прикладных программ может составлять несколько процентов. Однако для всего комплекса программ стабильное использование ресурсов ЭВМ ниже 50—70% нерентабельно и позволяет, в принципе, перейти на более дешевую ЭВМ с меньшими ресурсами. В то же время использование ресурсов более чем на 95% может приводить к

312

11.3. Конструктивные характеристики качества сложных программных средств

значительным задержкам или отказам при решении низкоприоритетных задач. При нестационарных потоках заданий на решение основных, функ­ циональных задач ПС необходимы некоторые резервы памяти и произво­ дительности ЭВМ, что определяет рациональные значения используемос­ ти ресурсов до 80—90% от максимальных значений. Атрибут временной эффективности — время отклика на задание пользователя непосредствен­ но зависит от решаемых функциональных задач и в общем случае может устанавливаться в диапазоне от 0,1 секунды до нескольких десятков се­ кунд. Эти значения зависят от динамических характеристик объектов внеш­ ней среды, для которых решаются функциональные задачи ПС. В админи­ стративных системах может быть допустимо среднее время отклика в не­ сколько секунд, а для оперативного управления динамическими объектами (самолетами, ракетами) оно сокращается до десятых и сотых долей секунды.

Три группы конструктивных характеристик качества ПС— прак­ тичность, сопровождаемость и мобильность трудно измерять количествен­ но, и они доступны в основном качественным оценкам их свойств. В

некоторых проектах для субхарактеристик сопровождаемости и мобиль­ ности при системном проектировании могут доминировать технико-эко­ номические меры трудоемкости (человеко-часы) и длительности (часы) для процедур, обеспечивающих реализацию атрибутов этих субхарактери­ стик. Однако для ряда атрибутов в этой группе характеристик приходится применять порядковые меры экспертных балльных шкал с небольшим числом (2—4) градаций. В таблице 11.3 представлены примеры возмоэн:- ных мер и шкал измерения основных субхарактеристик и их атрибутов качества. Они могут служить ориентирами при выборе и установлении требуемых значений этих показателей качества в спецификациях ПС.

Таблица 11.3 Основные качественные характеристики программных средств

и их атрибуты

313

Практичность — применимость: свойства ПС, отражающие слож­ ность его понимания, изучения и использования, а также привлекатель­ ность для квалифицированных пользователей при применении в указан­ ных условиях. Требования к практичности и ее субхарактеристикам — понятности и простоте использования зависят от назначения и функций ПС и могут формализоваться заказчиками набором свойств, необходимых

314

11.3. Конструктивные характеристики качества сложных программных средств

ДЛЯ обеспечения удобной и комфортной эксплуатации программ. Количе­ ственно простоту использования можно характеризовать требованиями допустимой средней длительности ввода типовых заданий и времени от­ клика на них. Требования к продолжительности изучения ПС, достаточ­ ной для эффективной эксплуатации системы квалифицированными специ­ алистами, могут составлять часы или недели. Для обеспечения полноцен­ ного изучения процессов применения ПС этими специалистами необходима эксплуатационная документация, объем которой существенно зависит от назначения и функций ПС и может быть задан на основе анализа преце­ дентов подобных успешных проектов. Для некоторых проектов ПС, под­ лежащих широкому тиражированию, могут быть желательны адекватные по содержанию электронные учебники, требования к объему и функциям которых также целесообразно оценивать по прецедентам. Следует учиты­ вать, что малый объем эксплуатационной документации может снизить качество и полноту использования функций сложного ПС, а очень боль­ шой объем — также может ухудшить эксплуатацию из-за трудности выде­ ления из множества второстепенных деталей и освоения наиболее суще­ ственных свойств и особенностей применения ПС.

В число пользователей могут быть включены администраторы, опе­ раторы, конечные и косвенные пользователи, которые находятся под влия­ нием или зависят от качества функционирования ПС. В практичности сле­ дует учитывать все разнообразие характеристик внешней среды пользова­ телей, на которые может влиять ПС, включая требующуюся подготовку к использованию и оценке результатов функционирования программ. Приме­ нимость (практичность) использования — понятие достаточно субъектив­ ное и трудно формализуемое, однако в итоге зачастую значительно опре­ деляющее функциональную пригодность и полезность применения ПС.

Понятность: свойства ПС, обеспечивающие пользователю понима­ ние, является ли программа пригодной для его целей и как ее можно использовать для конкретных задач и условий применения. Понятность зависит от качества документации и субъективных впечатлений от функ­ ций и характеристик ПС. Ее можно описать качественно четкостью функ­ циональной концепции, широтой демонстрационных возможностей, пол­ нотой, комплектностью и наглядностью представления в эксплуатацион­ ной документации возможных функций и особенностей их реализации.

315

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

Она должна обеспечиваться корректностью и полнотой описания исход­ ной и результирующей информации, а также всех деталей функций ПС для пользователей.

Простота использования: возможность пользователю удобно и ком­ фортно эксплуатировать и управлять ПС. Аспекты изменяемости, адапти­ руемости и легкости инсталляции могут быть предпосылками для просто­ ты использования и выбора конкретного ПС. Она соответствует управляе­ мости, устойчивости к ошибкам и согласованности с ожиданиями и навыками пользователей. Эта субхарактеристика должна учитывать физи­ ческие и психологические особенности пользователей и отражать уровень контролируемости и комфортности условий эксплуатации ПС, возмож­ ность предотвращения ошибок пользователей. Должны обеспечиваться простота управления функциями ПС и достаточный объем параметров управления, реализуемых по умолчанию, информативность сообщений пользователю, наглядность и унифицированность управления экраном, а также доступность изменения функций в соответствии с квалификацией пользователя и минимум операций, необходимых для запуска определен­ ного задания и анализа результатов. Кроме того, удобство использования характеризуется рядом динамических параметров: временем ввода и от­ клика на задание, длительностью решения типовых задач, временем на регистрацию результатов, которые перекрываются с атрибутами субха­ рактеристики временная эффективность.

Простоту использования комплексов программ административных информационных систем в значительной степени характеризует коррект­ ность и адекватность описаний интерактивных директив управления, объем и время ввода заданий и время ожидания пользователями результатов при их исполнении. Простота использования может обобщенно оцениваться качественно шкалами с двумя-четырьмя категориями. Такой же метод наи­ более адекватен для оценивания комфортности эксплуатации и простоты управления функциями ПС. Однако некоторые атрибуты этой субхаракте­ ристики доступны для более полной количественной оценки путем изме­ рения трудоемкости и длительности соответствующих процессов подго­ товки и обучения квалифицированных пользователей к полноценной и эффективной эксплуатации ПС.

Изучаемость: свойства ПС, обеспечивающие удобное освоение его применения достаточно квалифицированными пользователями. Она мо-

316

11.3. Конструктивные характеристики качества сложных программных средств

жет определяться трудоемкостью и длительностью подготовки пользова­ теля к полноценной эксплуатации ПС. Атрибуты изучаемости зависят от возможности предварительного обучения и от совершенствования знаний в процессе эксплуатации, от возможностей оперативной помощи и под­ сказки при использовании ПС, а также от полноты, доступности и удоб­ ства использования руководств и инструкций по эксплуатации. Качество изучаемости ПС зависит от внутренних свойств и сложности комплекса программ, а также от субъективных характеристик квалификации конк­ ретных пользователей.

На значения изучаемости существенно влияют демонстрационные воз­ можности справочных средств обучения, качество и объем эксплуатацион­ ной документации, а также электронных учебников, которые можно оце­ нивать соответственно по числу сопровождающих страниц документов или занятых учебниками килобайтов памяти на ЭВМ. Изучаемость можно отражать трудоемкостью и продолжительностью изучения пользователя­ ми соответствующей квалификации, методов и инструкций применения ПС для полноценной эксплуатации. Эти атрибуты может характеризовать трудоемкость от единиц до сотен человеко-часов и продолжительность от единиц до тысяч часов, необходимых для освоения квалифицированного применения особенно сложных комплексов программ.

Оценки практичности зависят не только от собственных характери­ стик ПС, но также от организации и адекватности документации процес­ сов их эксплуатации. При этом предполагается, что в контракте, техничес­ ком задании или спецификации зафиксированы и утверждены требования к основным параметрам и качеству организационных методов и средств поддержки использования ПС. Эти требования могут влиять на функцио­ нальную пригодность и успех внедрения комплекса программ у пользова­ телей, а также значительно различаться в зависимости от функционально­ го назначения и сферы применения ПС. По порядковой шкале — «отлично, хорошо, удовлетворительно или неудовлетворительно» можно оценивать понятность: четкость концепции ПС, его демонстрационные возможности, наглядность и полноту документации, а также частично простоту исполь­ зования: комфортность эксплуатации и простоту управления функциями.

Сопровождаемость: приспособленность ПС к модификации и изме­ нению конфигурации. Модификации могут включать исправления, усовер-

317

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

шенствования или адаптацию ПС к изменениям во внешней среде приме­ нения, а также в требованиях и функциональных спецификациях заказчи­ ка (см. лекцию 15). Простота и трудоемкость модификаций определяется внутренними метриками качества комплекса программ, которые отража­ ются на внешнем качестве и качестве в использовании, а также на сложно­ сти управления конфигурациями версий ПС (см. лекцию 16).

Требования к сопровождаемости количественно можно установить для субхарактеристик изменяемости и тестируемости экономическими ка­ тегориями допустимой трудоемкости и длительности реализации этих за­ дач при некоторых условиях. Обобщенно это отражается на длительности и трудоемкости подготовки и реализации типовых изменений, обуслов­ ленных необходимостью устранения дефектов и усовершенствованиями функций ПС. Для подготовки и выполнения каждого изменения (без учета затрат времени на обнаружение и локализацию дефекта) нужно устанав­ ливать допустимую среднюю продолжительность и суммарную трудоем­ кость работ специалистов при их реализации.

Анализируемость: подготовленность ПС к диагностике его дефектов или причин отказов, а также к идентификации и выделению его компонен­ тов для модификации и исправления. Эта субхарактеристика зависит от стройности архитектуры, унифицированности интерфейсов, полноты и кор­ ректности технологической и эксплуатационной документации на ПС (см. табл. 11.3). На анализируемость влияет качество средств контроля и мони­ торинга изменений функциональных характеристик, а также дефектов и корректировок программ и данных.

Изменяемость: приспособленность ПС к простой реализации специ­ фицированных изменений и к управлению конфигурацией. Реализация модификаций включает проектирование, кодирование и документирова­ ние изменений. Для этого требуются определенная трудоемкость и время, связанные с исправлением дефектов и/или модернизацией функций, а так­ же с изменением процессов эксплуатации. При выборе атрибутов этой субхарактеристики следует учитывать влияние структуры, интерфейсов и технических особенностей ПС. Изменяемость зависит не только от внут­ ренних свойств ПС, но также от организации и инструментальной осна­ щенности процессов сопровождения и конфигурационного управления, на которые ориентированы архитектура, внешние и внутренние интерфейсы программ.

318

11.3. Конструктивные характеристики качества сложных программных средств

Тестируемость: свойство ПС, обеспечивающее простоту проверки качества изменений и приемки модифицированных компонентов программ. Эта субхарактеристика зависит от величины области влияния изменений, которые необходимо тестировать при модификациях программ и данных, от сложности тестов для проверки их характеристик. Ее атрибуты зависят от четкости правил структурного построения компонентов и всего комп­ лекса программ, от унификации межмодульных и внешних интерфейсов, от полноты и корректности технологической документации. В этой субха­ рактеристике учитываются в основном техническая и организационная составляющие процесса тестирования модификаций и не входит функцио­ нальная часть их подготовки. Обобщенно ее можно оценивать затратами труда и времени на тестирование некоторых средних по объему и сложно­ сти модификаций программ.

Субхарактеристики анализируемость и стабильность в составе сопровоэкдаемости качественно характеризуются атрибутами, близкими к ат­ рибутам практичности: стройностью архитектуры комплекса программ, унифицированностью интерфейсов, полнотой и корректностью докумен­ тации. Для этих субхарактеристик может применяться простейшая поряд­ ковая шкала. Субхарактеристики изменяемость и тестируемость доступны количественным оценкам по величине трудоемкости и длительности реа­ лизации этих функций при типовых операциях с применением различных методов и средств автоматизации. Подготовка и каждое тестирование про­ граммы в зависимости от сложности изменения с учетом его проверки и корректировки документации может требовать трудоемкости от одного до нескольких сотен человеко-часов и времени до тысячи часов при выпуске новой версии сложного комплекса программ.

Мобильность: подготовленность ПС к переносу из одной аппаратнооперационной среды в другую (см. лекцию 15). Переносимость программ и данных на различные аппаратные и операционные платформы является важным показателем функциональной пригодности для многих современ­ ных ПС. Установление требований к мобильности ПС может быть сведено к формализации трудоемкости и длительности процессов: адаптации к новым характеристикам пользователей и внешней среды, инсталляции вер­ сий ПС в среде пользователей и замены крупных компонентов версий ПС по требованиям заказчиков или конкретных пользователей.

319