Цели и виды сертификационных испытаний ПС

Для подтверждения качества, надёжности и безопасности применения ПС следует проводить сертификацию. Проводится аттестованными, проблемно-ориентированными испытательными лабораториями. Цели: защита интересов пользователей на основе контроля качества ПО, повышение конкурентоспособности и сферы использования продукта. Виды: обязательная (для ПС выполняющих особо ответственные функции), добровольная. Решение о выдаче сертификата основывается на оценке соответствия международным и национальным стандартам на тестирование, на создание компонент, стандартам на документацию, нормативным документам. Протокол испытаний содержит: служебную (номер, дата, реквизиты), исходную (кратко о объекте), выходную (кратко о испытаниях), итоговую (кратко о результатах, выводы) информацию и сведения о нормативных документах.

 

Характеристика факторов, определяющих надёжность ПС

Надёжность ПС характеризуется отсутствием ошибок, устойчивостью к ошибкам, перезапускаемостью.

 

 

Средства обеспечения надёжности ПС

Избыточность: временная – использование части рабочего времени для контроля (авторизация, разграничение прав доступа), информационная – хранение дополнительной информации (резервное копирование, контрольные суммы), программная избыточность (реализация одноимённых функций в разных модулях, алгоритмы пересчётов, протоколирование).

 

Основные параметры и стороны надёжности ИС

Стороны: безотказность (работоспособность в течение некоторого времени), ремонтопригодность, долговечность (сохранение работоспособности до предельного состояния), сохраняемость (работоспособность после хранения, транспортировки), работоспособность (выполнение заданных функций), живучесть (работоспособность в неблагоприятных условиях), отказоустойчивость (продолжение работы после сбоя), конфигурация (элементы и их взаимодействие), реконфигурация (изменения состава элементов или их взаимодействия с целью исключения отказавших).

 

Типы ошибок в ПС

Ошибки вычислений (некорректная запись математических выражений, неверное преобразование типов), логические ошибки (искажение алгоритма решения), ошибки ввода-вывода (неверное управление в-в, неверное формирование записей), ошибки манипулирования данными (неверное определение числа элементов, неверные начальные значения), ошибки совместимости (отсутствие совместимости ПО с ОС).

 

Надёжность ПС и языки программирования

Характеристики языка программирования существенно влияют на ошибки в ПО. Чем выше уровень абстракции языка, тем сложнее допустить критическую ошибку.

 

Экспоненциальная математическая модель распределения ошибок в ПО

Математические модели нужны для оценки надёжности, числа оставшихся ошибок, времени тестирования.

n0 = N e ^ (-K*t), где n0 - число оставшихся первичных ошибок, N – начальное число первичных ошибок, K - коэффициент изменения скорости проявления ошибок при переходе от тестовых данных к рабочим, t - время тестирования. N = n / (1 - e ^ (-K * t)), где n - количество выявленных ошибок.

 

Простая интуитивная модель надёжности ПО

ПО тестируется двумя группами с независимыми наборами тестов. Группа один выявила N1 ошибок, вторая выявила N2 ошибок, из них N12 совпадают. Тогда предполагают что общее число ошибок – N = N1 * N2 / N12.

 

Основные характеристики надёжности РЭС

Вероятность безотказной работы, P(t) – вероятность, что в за время наработки t не возникнет отказа.

Вероятность отказа, Q(t) = 1 - P(t) – вероятность, что за время наработки t возникнет отказ.

Интенсивность отказов, la(t), P = e ^ -la*t – среднее число отказов в единицу времени.

 

Функция надёжности аппаратных средств ИС

В случае когда интенсивность отказов не изменяется со временем, то вероятность безотказной работы распределяется по экспоненциальному закону т.е. P(t) убывает со временем по экспоненте. График описывающие распределение P(t) от времени называют функцией надёжности. Она позволяет определить с какой вероятностью система будет безотказно работать в течение времени t – P = e ^ -la*t

 

Средняя наработки РЭС до отказа и её связь с другими характеристиками надёжности

Средняя наработки до отказа, t0 – среднее значение времени наработки системы до первого отказа. Используется для определения сроков ремонта или замены элементов.

t0 = 1 / la; P = e ^ (t / t0)

 

Достоверность функционирования и функциональная надёжность ИС

Достоверность функционирования – это свойство производить безошибочно преобразование, хранение и передачу информации. Измеряется вероятностью искажения либо потерей информации на знак. Пример: вероятность ошибки при передаче по линиям связи составляет 10^-5 на один знак.

Функциональная надежность – вероятность того, что система будет выполнять свои функции в течение заданного времени при наличии дополнительных схем контроля (например, кор. кодов).

 

Надёжность сложных ИС при последовательном соединении элементов

Сложные ИС состоят из простых элементов. Последовательное соединение – отказ любого элемента приводит к отказу системы. Надёжность системы ниже чем у составных элементов.

P (t) = П Pi(t); Q(t) = 1 - П Pi(t) = 1 - П (1 - Qi(t)); la(t) = E lai(t)

 

Надёжность сложных ИС при параллельном соединении элементов

Параллельное соединение – отказ системы в случае отказа всех элементов. Надёжность системы выше.

Q(t) = П Qi(t); P(t) = 1 - П Qi(t) = 1 - П (1 - Pi(t)) = 1 - П (1 - e ^ (lai(t) * t))

 

Статистические методы исследования надёжности. Закон Пуассона

Отказы принадлежат к случайным событиям. Поэтому надёжность можно исследовать используя статистические методы. Закон Пуассона показывает вероятность, что в системе с интенсивностью отказов la за время t произойдёт n отказов: Pn(t) = (la*t)^n * e ^(-la*t) / n!. Частный случай, n = 0 –вероятность безотказной работы, P0(t) = e ^ (-la*t).

 

Статистические методы исследования надёжности. Распределение Вейбулла

Распределение случайной величины предложенное шведским учёным Вейбуллом показывает вероятность безотказной работы за время t: P(t) = e^(-la0*t^a), где la0, a – параметры закона.

la = la0^a * t^(a - 1); если a = 1, то совпадает с экспоненциальным распределением, a < 1 – la монотонно убывающая функция, a > 1 – la монотонно возрастающая функция. Для электронных устройств a = 0.5, для механических – 1.5.

 

Обеспечение отказоустойчивости ИС

Отказоустойчивость ИС обеспечивается введением избыточности: параметрическая (облегчение режимов работы элементов), временная (дополнительное время для решения задачи для возможности повторных вычислений в случае ошибки), алгоритмическая (использование алгоритмов дающих удовлетворительные результаты в случае ошибки), структурная (наличие резервных элементов).

 

Способы и средства нейтрализации ошибок и отказов в ИС

Повторение вычислений (устранение ошибок вызванных сбоем; затраты времени); маскирование ошибочных действий (избыточная информация скрывает действия ошибок; корректирующие коды, схемы с голосованием); реконфигурация системы (изменение состава элементов и способа их взаимодействия; статическая – отключение отказавших компонент, динамическая – замена элементов в работающей системе).

 

Способы восстановления отказоустойчивой ИС

Восстановление происходит на аппаратном и программном уровнях. Аппаратный: автоматическое восстановление (реконфигурация с помощью запасных блоков), ремонт. Программный: повторение операции, возвращение к контрольной точке (промежуточные результаты + состояние системы), повторное выполнение программы (если ошибка в большей части системы, невозможна полное восстановление).

 

Испытания ИС на надёжность

Испытание на надёжность – определение показателей надёжности на основании наблюдения за объектом в предписанных условиях. Методики таких испытаний определяются в ГОСТ. При испытаниях требуется исключить анормальные результаты. Если измерение сомнительно, то может быть исключено из генеральной совокупности на основании значения коэффициента k = (Xk - Xсреднее) / среднеквадратичное отклонение. Есть специальная таблица задающая верхнюю границу для k на основании общего числа испытаний. СКО = Корень(E(xi - xср)^2 / (N - 1)). Также могут проводится ускоренные испытания: сочетание теоретических расчётов с подтверждением ограниченным объемом испытаний.