Способы обеспечения качества программных продуктов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение. 

Всем, кто когда-либо работал  с программным обеспечением, приходилось  решать проблемы различной степени  сложности, вызванные сбоями в работе ПО. Производство современного ПО происходит на фоне высоких требований, предъявляемых  к качеству создаваемых программ и значительной сложности выполняемых  ими функций. Для обеспечения  надежности программных продуктов  приходится выявлять ошибки на всех этапах проектирования, начиная с этапа  анализа требований и заканчивая устранением ошибок на стадии сопровождения. И если на этапе анализа требований стремятся исключить логические ошибки той деятельности, под которую  пишется ПО, то на остальных этапах от целого ряда ошибок стремятся избавится  комплексом мер, начиная от декомпозиций и заканчивая “Идеальной” технологией  программирования - технология, которая  по некоторому достаточно неформальному  описанию объекта программирования автоматически генерирует текст  синтаксически и семантически корректной программы.

Способы обеспечения  качества программных продуктов.

Стандартизация.

МС ИСО серии 9000 определяют и регламентируют создание, развитие, применение и сертификацию систем качества любых предприятий, независимо от их назначения. Они содержат и развивают  основное положение, что "поставщик  должен разработать и поддерживать в рабочем состоянии документально  оформленную систему качества как  средство, обеспечивающее соответствие продукции установленным требованиям  заказчика". В них зафиксировано  право заказчика на инспекцию  системы качества предприятия поставщика до заключения контракта на поставку продукции.

В последние годы сформировалась комплексная система управления качеством продукции TQM (Totaly Quality Management). Система ориентирована на удовлетворение требований потребителя, на постоянное улучшение процессов производства или проектирования, на управление процессами со стороны руководства предприятия на основе фактического состояния проекта. Основные достижения TQM состоят в углублении и дифференциации требований потребителей по реализации процессов, их взаимодействию и обеспечению качества продукции. Системный подход поддержан рядом специализированных инструментальных средств, ориентированных на управление производством продукции. Поэтому эта система пока не находит применения в области обеспечения качества жизненного цикла программных средств.

Применение этого комплекса  может служить основой для  систем обеспечения качества программных  средств, однако требуется корректировка, адаптация или исключение некоторых  положений стандартов применительно  к принципиальным особенностям технологий и характеристик этого вида продукции. Кроме того, при реализации систем качества ПС необходимо привлечение  ряда стандартов, формально не относящихся  к этой серии и регламентирующих показатели качества, жизненный цикл, верификацию и тестирование, испытания, документирование и другие особенности  ЖЦ комплексов программ.

В России в области обеспечения  жизненного цикла и качества сложных  комплексов программ существует и применяется  очень небольшая группа устаревших стандартов серий ГОСТ 19.ХХХ и  ГОСТ 34.ХХХ. Предприятия, выполняющие  государственные заказы при создании ПС для внутреннего применения, вынуждены  использовать эти стандарты. Однако в экспортных заказах зарубежные клиенты требуют соответствия технологии проектирования, производства и качества продукции современным международным стандартам. Это противоречие особенно обострилось в государственных заказах Минобороны России, результаты которых одновременно используются и внутри, и вне страны.

По требованиям Минобороны России для применения международных  стандартов в таких заказах их необходимо перевести на русский  язык, адаптировать, юридически утвердить  и издать в качестве ГОСТ Р, на что  требуется несколько лет. Однако при поставках за рубеж многие стандарты допускается практически  применять на языке оригинала  или в виде перевода до утверждения  Госстандартом России, что вполне удовлетворяет зарубежных заказчиков, но не допускается отечественными органами сертификации для продукции внутри страны.

Разработка и сопровождение  сложных ПС на базе современных технологий позволяет предупреждать и устранять  наиболее опасные системные и  алгоритмические ошибки на ранних стадиях  проектирования, а также использовать неоднократно проверенные в других проектах программные и информационные компоненты высокого качества. Для  обнаружения и устранения ошибок проектирования все этапы разработки и сопровождения ПС должны быть поддержаны методами и средствами систематических, автоматизированных верификации, тестирования и испытаний. При разработке ПС целесообразно  применять различные методы, эталоны  и виды тестирования, каждый из которых  ориентирован на обнаружение, локализацию  или диагностику определенных типов  дефектов.

Удостоверение достигнутого качества функционирования сложных  критических ПС и процессов их жизненного цикла должно базироваться на сертификатах, выданных аттестованными проблемно-ориентированными испытательными лабораториями. Сертификация систем качества предприятий - разработчиков ПС по МС ИСО серии 9000 - позволяет заказчикам и покупателям выбирать из них  наиболее надежных партнеров для  реализации информационных систем, способных  гарантировать высокое качество поставляемых и используемых комплексов программ. Применение сертифицированных  систем качества предприятий не только гарантирует высокое, устойчивое качество проектирования и обеспечение жизненного цикла ПС, но позволяет во многих случаях не проводить или сокращать  сертификацию конечного продукта. Базой  такой сертификации предприятий, разрабатывающих  программные средства, может служить  комплекс стандартов, нормативных и  инструктивных документов, представленных на схеме.

Необходимость анализа и  развития сертификации программ как  самостоятельной проблемы обусловлена  специфическими стандартами и особенностями  их жизненного цикла. К ним относятся, с одной стороны, объективная  необходимость удостоверения качества и потребительских свойств продукции, активизация деятельности в этом направлении на международном уровне. С другой, отсутствие в государственных  и международных стандартах количественных требований к информационным системам, широкое многообразие классов и  видов программ и баз данных, обусловленное  различными функциями ИС, предопределяет формальные трудности, связанные с  процедурами доказательства соответствия ПС и БД условиям контрактов и требованиям  потребителей. Поэтому основой сертификации должны быть детальные и эффективные  методики испытаний систем качества и конкретных ПС, специально разработанные  тестовые задачи и генераторы для  их формирования, а также квалификация и авторитет испытателей. Для этого заказчики должны выбирать подрядчиков - исполнителей своих проектов, имеющих системы обеспечения качества программных средств для ИС и сертификаты, удостоверяющие реализацию и применение системы качества предприятием-разработчиком.

Обеспечение надежности на этапе кодирования и компиляции программного обеспечения.

Разработка любого программного средства может быть представлена как  процесс, состоящий из ряда последовательных преобразований одного описания решаемой задачи в другое, начиная от постановки задачи и заканчивая программой, реализованной  в кодах конкретной ЭВМ.

Все время существования  программного средства от зарождения идеи по его созданию, до завершения его эксплуатации, обычно определяют как жизненный цикл. Укрупнено  можно выделить пять наиболее важных этапов жизненного цикла программного средства (ЖЦ ПС): спецификацию (10%), проектирование (10%), кодирование (10%), отладку (20%) и сопровождение (50%). В процентах записаны относительные затраты ресурсов на создание ПС.

По затратам времени, человеческих и машинных ресурсов все эти этапы  не одинаковы. Наиболее “дорогими”, в  этом смысле, являются этапы, связанные  с поиском ошибок в программах. Затраты ресурсов на них могут  быть равными, или даже превосходить совокупные затраты ресурсов на остальных  этапах.

Эти затраты быстро увеличиваются  при возрастании требований к  качеству ПС. По оценкам, приведенным  в работе, на долю устранения ошибок и сопровождение ПС приходится почти 75% всех затрат. Следует учитывать, что  значительная часть работ, выполняемых  на этапе сопровождения, связана  с поиском и устранением оставшихся в программе ошибок.

Ретроспектива развития методов  и средств автоматизации программирования в этом отношении говорит сама за себя. В модульном программировании акцент делается на разбиение программы  на модули таким образом, чтобы данные (обрабатываемые модулем) были спрятаны в нем. Эта доктрина, известная  как “принцип ограничения доступа  к данным”, в значительной степени  повысила модифицируемость и эффективность  порождаемого кода.

Эволюция техники модульного программирования привела к появлению  объектно-ориентированного стиля программирования, который во многом унифицировал процесс  создания ПС. К достоинствам этого  метода относится то, что в нем  более полно реализуется технология структурного программирования, облегчается  процесс создания сложных иерархических  систем, появляется удобная возможность  создания пользовательских библиотек  объектов в различных областях применения.

В 80-х годах исследование причин неудач при реализации больших  программных проектов показало, что  число ошибок в спецификациях  на программы значительно превышает  их количество в программных кодах. Так около 56% ошибок допускаются  на этапе формулировки требований к  программе при этом расходуется  в среднем 82% всех усилий, затраченных  коллективом на устранение ошибок проекта. В то время как на этапе кодирования  программ допускается соответственно 7% ошибок и тратится 1% усилий на их ликвидацию. В это время формулируется  тезис о том, что целью программирования является не порождение программы как таковой, а создание технологических условий, когда разрабатываемое программное обеспечение легко адаптируется к новым обстоятельствам и новому пониманию решаемой задачи. Р. Хемминг так формулирует этот тезис: “Здравая вычислительная практика требует постоянного исследования изучаемой задачи не только перед организацией вычислений, но также в процессе его развития и особенно на той стадии, когда полученные числа переводятся обратно и истолковываются на языке первоначальной задачи”.

В настоящее время принципиально  изменилась роль информационных технологий в обществе. С одной стороны, программные  продукты представляют собой достаточно дорогостоящий товар. С другой стороны, ужесточились требования к качеству ПС, поскольку последние широко используются в таких сферах деятельности человека, которые традиционно относят  к группе риска. Это аэрокосмические  технологии, энергетика, связь, бизнес и т.д.

Современные информационные технологии играют исключительно важную роль в интеллектуализации общества, позволяют активизировать и эффективно использовать информационные ресурсы  общества. Это приводит к необходимости  создания эффективных методов достижения заданного качества разрабатываемых  ПС в условиях ограниченности ресурсов, выделяемых на разработку.

Высокое качество ПС достигается  либо методами безошибочного программирования (“пассивными” методами), либо путем  выявления и устранения ошибок (“активными”  методами).

Современные методы безошибочного  программирования основываются на реализации процессов автоматизации всех этапов жизненного цикла ПС от проектирования и кодирования программ до документирования и их сопровождения. К таким средствам  относятся: CASE-средства, объектно-ориенированное программирование, методы логического  программирования. Особое место занимают методы визуального программирования, поскольку приближение формы  представления программы и способов ее кодирования к образному способу  мышления человека в значительной степени  сокращает число ошибок, допускаемых  человеком при разработке программ и повышает надежность программирования.

Активные методы повышения  надежности ПС совершенствуются за счет развития средств автоматизации  тестирования программ. Сложность ПС и высокие требования по их надежности требуют выработки принципов  структурного построения сложных программных  средств, обеспечивающих гибкость модификации  ПС и эффективность их отладки. К  таким принципам в работе относят:

- модульность и строгую  иерархию в структурном построении  программ;

- унификацию правил проектирования, структурного построения и взаимодействия  компонент ПС;

- унификацию правил организации  межмодульного интерфейса;

- поэтапный контроль полноты  и качества решения функциональных  задач.

Тестирование  программного обеспечения.

Многие организации, занимающиеся созданием программного обеспечения, до 50% средств, выделенных на разработку программ, тратят на тестирование, что  составляет миллиарды долларов по всему  миру в целом. И все же, несмотря на громадные капиталовложения, знаний о сути тестирования явно не хватает  и большинство программных продуктов  неприемлемо ненадежно даже после  «основательного тестирования».

О состоянии дел лучше  всего свидетельствует тот факт, что большинство людей, работающих в области обработки данных, даже не может правильно определить слово  «тестирование», и это на самом  деле главная причина неудач.

«Тестирование — процесс, подтверждающий правильность программы  и демонстрирующий, что ошибок в  программе нет.» Основной недостаток подобного определения заключается  в том, что оно совершенно неправильно; фактически это почти определение  антонима слова «тестирование». Человек  с некоторым опытом программирования уже, вероятно, понимает, что невозможно продемонстрировать отсутствие ошибок в программе. Поэтому определение  описывает невыполнимую задачу, а  так как тестирование зачастую все  же выполняется с успехом, по крайней  мере с некоторым успехом, то такое  определение логически некорректно. Правильное определение тестирования таково: Тестирование — процесс  выполнения программы с намерением найти ошибки.