Понятие надежности программ. Виды отказов в вычислительных системах. Количественные показатели надежности программ. Функции службы обеспечения качества

Взято из электронных версий лекции Смирновой Н.Н.

Надежность программ

Это комплексное свойство из двух составляющих:

· безошибочность (correctness) – соответствие спецификации

· устойчивость (robustness), или отказоустойчивость (fault-tolerance) – способность продолжать нормальное функционирование после отказов программ или аппаратуры

Улучшение первого качества достигается хорошей технологией, предупреждающей ошибки (fault-avoidance). Однако 100% отсутствие ошибок недостижимо. Устойчивость должна быть относительно любых видов отказов (см. классификацию отказов ниже). Для ее поддержания создаются специальные программно-аппаратные средства.

Понятие отказа в технике

Отказ (failure) – по ГОСТу - нарушение работоспособности изделия и его соответствия требованиям технической документации. Применительно к программам (стандарт IEEE /ANSI): отказ – это неспособность функциональной единицы системы, зависящей от программы, выполнять требуемую функцию в заданных пределах.

Классификация причин отказов вообще и в HW / SW в частности:

A. Физические дефекты

A1. Внутренние (старение, износ)

A2. Внешние воздействия (радиация, высокая температура, …)

B. Ошибки людей

B1. Ошибки эксплуатации или взаимодействия

B2. Проектные ошибки

Состоянию отказа обычно предшествует промежуточное – неисправное – состояние (см. рис 12-1). Время нахождения системы в неисправном, но работоспособном состоянии называется латентным (скрытым) периодом отказа.

Рис. 12-1. Диаграмма состояний и переходов при отказе

Повреждение (fault) - неисправность уже появилась, но еще не проявилась вовне. Например, из-за отказа ячейки памяти исказилось ее содержимое, но оно еще не прочитано и не повлияло на вычислительный процесс. Отказ компонента - это повреждение системы. Поскольку системы имеют иерархическую структуру, каскад переключений повреждение – отказ обычно содержит несколько ступеней. Например, повреждение транзистора приведет к отказу логического элемента, только когда тот будет срабатывать, и это будет означать повреждение, например, процессора, которое приведет к его отказу в момент записи результата в память, что будет означать повреждение вычислительного устройства, которое проявится в виде отказа только когда этот результат будет выведен на внешнее устройство. Такой же каскадный процесс - при проявлении ошибки в иерархически организованной программе.

Восстановление (recovery) - этовозврат в исправное состояние путем:

а) ручного ремонта, замены, исправления

б) автоматически - задействованием резервов

в) самопроизвольно (обычно быстро)

В случае в) отказ называется сбоем. Т.е., сбой - это кратковременный самовосстанав-ливающийся отказ. Остальные отказы называются устойчивыми (по умолчанию просто отказ – это устойчивый отказ). В электронной аппаратуре сбои происходят на порядок чаще устойчивых. Их причины - флюктуации питания, ситуации "гонок" сигналов, альфа-частицы и др. В программах аналогично сбоям ведут себя время-зависимые ошибки - их называют "мерцающими" (blinking bugs). (Вопрос 2).

Типичный пример восстановления - с помощью резервной (backup) копии данных. Если выполнить восстановление в латентном периоде отказа, то он никогда не проявится вовне - в этом состоит идеальная отказоустойчивость.