Введение к работе
Актуальность темы. В связи с широким применением вычислительной ехники важное значение приобрели проблемы качества программного обеспе-ения (ПО). Одной из основных составляющих качества ПО является его на-ежность, которая изучается специальной научной дисциплиной — теорией на-ежности программного обеспечения.
За три десятилетия, прошедшие со времени поя&тения первых публика-ий по теории надежности ПО, различные аспекты общей проблемы надежно-ти программного обеспечения были подвергнуты глубокому анализу как оте-ественньши, так и зарубежными исследователями, что нашло отражение в иогочисленных публикациях по данной тематике, по различным аспектам гой проблемы было защищено значительное количество диссертаций, благо-аря чему были заложены научные основы теории надежности программного беспечения. Вместе с тем на пути развития теоретических исследований в об-асти надежности ПО выявились трудности принципиального характера. Так, ыло установлено, что проблема тестирования ПО в любой математической по-гановке является алгоритмической неразрешимой, если рассматриваются про-звольные программы. По этой причине единственно возможным направлени-м для получения конструктивных положительных результатов в области тео-ии надежности ПО является выделение таких четко определенных классов рограмм и систем программного обеспечения, для которых — именно в силу х специфических особенностей — оказывается возможной разработка и тео-етическое обоснование достаточно эффективных алгоритмов тестирования.
В настоящей диссертационной работе изучается один достаточно распро-граненный класс систем программного обеспечения — программное обеспе-гние функционального типа (ПФТ). Виду отсутствия устоявшейся терминоло-т в теории надежности ПО и для справочных целей приведем определение ІФТ, принятое в данной диссертации.
К ПФТ относятся программы (комплексы программ), которые можно оха-зктеризовать следующим образом:
1) процесс функционирования ПФТ может быть представлен статическим
ориентированным графом, в котором вершины соответствуют линейным участ кам программы (программам), а дуги — возможным передачам управления м жду линейными участками программы (программами);
2) каждый линейный участок программы (каждая программа), входящие
состав ПФТ, реализуют определенную статическую функциональную зависі
мость между множеством входных значений и множеством выходных значени
данного линейного участка программы (данной программы); время не вході
явным образом в спецификации ПФТ;
-
ПФТ не содержит каких-либо автоматических средств динамическс коррекции невыявленных на этапе отладки ошибок в программах;
-
накопление ошибок округления не составляет серьезной проблемы ПФТ (например, все арифметические операции выполняются с заведомо дост точным по точности запасом значащих цифр либо являются целочисленными)
Существует весьма много систем программного обеспечения, удовлств ряющих перечисленным требованиям, например, к ПФТ относится большинс во пакетов прикладных программ (ППП), в том числе ППП экономического финансового анализа (все вычисления осуществляются с достаточным запасе значащих цифр), ППП для решения тех или иных оптимизационных задач ди кретной математики (все вычисления осуществляются над целочисленными и ременными) и другие.
Различные аспекты программного обеспечения функционального ти исследовались в целом ряде диссертаций (Брябрин В.М., Демин А.Ю., Ж Ю.Е. и др.), в монографиях Борисова Ю.А., Горбунова-Посадова М.М., Матр сова М.М. и др. Теоретическим и практическим проблемам тестирования щ цедурного ПФТ посвящены диссертации Борзова Ю.В., Саркисяна А.А., Ш марова В.А. и др., монографии докторов технических наук Юсупова P.M., Г лонникова Р.И., Карповского Е.Я. и др. Проблемы тестирования объект! ориентированного ПФТ исследовались в диссертации Пинаева В.В.
В настоящей диссертации приведено новое решение указанной актую ной научной задачи. Характерной особенностью представленной диссертаї онной работы является использование вероятностных методов для тсстиро:
ия и оценки надежности программного обеспечения, попытка тщательного со-іасования теоретического материала, разработанного автором, с опубликован-ыми результатами экспериментальных и статистических исследований других второв в области надежности программного обеспечения, а также увязка мате-иалов, представленных в настоящей работе, с ранее защищенными иссертационными работами по данной тематике в стране и за рубежом (в вязи с этим следует отметить, что вероятностные методы для целей естирования и оценки надежности различных классов программного беспечения применялись и исследовались в диссертациях Сердюкова В.В., арана B.C., Ханбекяна А.Г. и др.).
Целью диссертационной работы является разработка и теоретическое боснование методов тестирования и расчета показателей тестированное отельных программ и систем программного обеспечения функционального типа.
Методы исследования. Рассмотренные в диссертации задачи решаются а основе использования математического аппарата и методов теории алгорит-юв, теории графов, комбинаторики, теории вероятностей.
Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель структурного тестирования программ функционального типа;
математическая модель для аналитического расчета показателей тестированное систем программного обеспечения функционального типа;
имитационная модель для экспериментальной оценки эффективности структурно-ориентированного критерия тестирования программ функционального типа;
математическая модель для выбора оптимальных требований к показателям тестированности систем программного обеспечения функционального типа.
Научная новизна. Научную новизну представляют следующие результаті диссертационной работы, впервые полученные и опубликованные автором:
доказательство, что задача построения вершинного и путевого покры
тий управляющего графа для всех возможных программ функционального ти-
па, является NP-полной по классу алгоритмической сложности;
доказательство, что вероятностное тестирование ПФТ выполняется і наиболее тяжелом (в среднем) режиме в случае униформного операционноп профиля программы;
модификация известной математической модели ("модели Нельсона" для количественного расчета эффективности структурного тестирования ПФ" в контролируемых условиях; N
математическая модель для расчета верхней оценки интегрального по казателя тестированности систем программного обеспечения функциональнс го типа при известных верхних оценках на значения показателей тестирован ности составляющих программ;
математическая модель для выбора оптимальных требований к колі чественным значениям показателей тестированности ПФТ при его проверке п методу функционального тестирования.
Практическая ценность. Полученные в диссертационной работ результаты позволяют:
научно обоснованно оценивать достигнутый уровень тестированное! для оценки показателей безотказности ПФТ;
осуществлять рациональное планирование материальных затрат и тр довых ресурсов на ряде этапов создания и модификации крупных систем пр> граммного обеспечения;
систематизировать и в ряде случае ускорить процессы отладки и те тирования различных программных продуктов.
Достоверность результатов. Достоверность полученных результаті подтверждается:
материалами опубликованных отчетов о статистических и экспер ментальных исследованиях в области надежности и тестирования ПО, прон денных в нашей стране и за рубежом;
сопоставлением теоретических результатов, полученных автором, опубликованными научными работами, где аналогичные или близкие теорет ческие результаты получены другими методами, с использованием иной ма?
матической техники и идей;
совпадением с удовлетворительной точностью результатов расчетов по предложенной аналитической модели с результатами имитационного моделирования (это традиционный метод проверок математических моделей, принятый в научных публикациях по теории надежности ПО).
Внутреннее единство диссертации и круг рассмотренных в диссерта-ни вопросов. Представленная диссертация представляет собой работу, по-вященную решению одной крупной, замкнутой научной проблемы, вынесений в заглавие диссертации. Все рассмотренные в диссертации задачи являются рганичными, естественно присущими составными частями этой большой и ножной проблемы. Ввиду сложности и многогранности исследуемой научной роблемы не все ее аспекты анализируются и исследуются в настоящей диссер-щии. Так, не рассматриваются вопросы корректности спецификаций ПФТ, потроєння операционных профилей программ, проблемы, связанные с взаимо-ействием тестируемой ПФТ с окружающей программной средой и аппарат-ыми средствами вычислительной техники, вопросы борьбы с сознательными юнамеренными искажениями программ («компьютерные вирусы» и т.п.), про-чемы автоматической коррекции отказов и нарушений нормального функцио-ирования непосредственно во время работы ПФТ (fault-tolerance), проблемы уяснения правильности результатов отработки программы в процессе ее тес-грования («программные оракулы» и т.п.), некоторые другие вопросы. Объяс-яется это тем, что все перечисленные вопросы были предметом специального іссмотрения в ранее защищенных диссертациях в нашей стране и за рубежом, ээтому в приложении приведен список соответствующих диссертационных ібот, а в настоящей диссертации изложены материалы исследований только ж вопросов по теме диссертации, которые до опубликования соответствую-;их работ автора еще не рассматривались в доступной автору научной литера-
фе.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методы научные положения внедрены в РАО «ЕЭС России» (г.Москва); в ЮРГТУ ЙТИ); на одном из крупных промышленных предприятий РФ. В Государст-
венном реестре программ зарегистрирован созданный прототип инструментальной системы тестирования программного обеспечения функциоігальноп: типа на основе использования ряда предложенных в диссертации методов.
Апробация работы. Основные результаты работы и ее отдельные разде лы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции «Программної обеспечение АСУ» (г.Калинин, 1980г.); на Всесоюзной конференции «Синтез тестирование, верификация и отладка программ» (г.Рига, 1981г.); на Всесоюз ной конференции «Проблемы развития и использования ЭВМ общего назначе ния» (пМинск, 1984г.); на семинарах научного совета АН УССР по проблем «Кибернетика» (г.Киев, ин-т кибернетики им. В.М.Глушкова, 1981г., ин-т автс матики, 1983г); на Международной научно-технической конференции «Изме рения, контроль, информатизация» (г.Барнаул, 2000г.); на 2-ой Международно научно-технической конференции «Информационные технологии в моделирс вании и управлении» (Санкт-Петербург, 2000г.); на ежегодных научнс технических конференциях ЮРГТУ в период 1980 -1999 гг.
Публикации. Основные материалы диссертации отражены в 1 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 162 страницы оі новного текста, 5 рисунков, 9 таблиц и состоит из введения, четырех глав, зі ключения, списка использованной литературы и приложения. Список литераг ры содержит 80 наименований. В приложение (в электронном виде на дискете 1/4") вынесен библиографический указатель, который включает свыше трех ті сяч наименований научных работ по проблематике диссертации (в основном J русском языке) и снабжен подробным иерархическим предметным указателе: содержащим более 250 рубрик, отдельно выделен тематический список отеч ственных диссертаций по надежности ПО и смежным вопросам (106 диссерт ций). Представляется, что данный библиографический указатель достаточі полно отражает научные публикации на русском языке по тематике диссерт
гтг.гт* -?о последние 20 ЛЄТ И В СВЯЗИ С ЭТИМ ПМЄЄТ СаМОСТ^ЯТ^ЛЬН^^О ц**"Нл''"тЪ д
специалистов в области надежности программного обеспечения, а также, вс можно, будет полезен историкам науки.
