Введение к работе
Актуальность работы
С появлением ЭВМ третьего поколения и вычислительных систем на первый план стали выдвигаться проблемы обеспечения надежности программного обеспечении (ПО). К этим проблемам относятся: оценка надежности; определение факторов, влияющих на достижение заданного уровни надежности; совершенствование методов повышения надежности в процессе проектировании и в процессе эксплуатации разработанного программного обеспечения.
Важность повышения надежности программного обеспечения обусловлена тем, что оно выполняет основные функции системного управления обработкой данных, и его отказы в работе могут оказать существенное влияние на функционирование систем обработки данных и управления в целом.
Программное обеспечение, являясь неотъемлемой составляющей коммерческих и специальных систем управления и обработки информации, проникает во многие области современной жизни, но, несмотря на столь широкое распространение, программное обеспечение едва когда-либо было "совершенно". По самым разным причинам чрезвычайно трудно создать безупречный программный продукт. Только наиболее тривиальные программные решения могут быть выполнены без ошибок. Поскольку компьютеры применяются для решения все более сложных задач, возникающих в современных системах управления, то растет вероятность возникновения логических ошибок, присутствующих в программном обеспечении.
На сегодняшний день разработаны различные методы проектирования отказоустойчивого программного обеспечения информационно-управляющих систем (ИУС). Среди таких методов можно выделить метод мультиверсионного проектирования, который состоит в том, что в создаваемое программное обеспечение вводится избыточность в виде нескольких модулей, которые дублируют друг друга по своему назначению. Мультиверсионность исполнения таких модулей позволяет повысить надежность ПО, несмотря на скрытые ошибки отдельных модулей. Одним из самых важных свойств мультиверсионного программного обеспечения является то, что сбой в работе системы может произойти только в случае отказа всех мультиверсионных модулей в системе.
Однако, учитывая сложность мультиверсионных систем обработки информации, уникальность каждой конкретной системы и множество параметров системы, которые могут изменяться во времени, прогнозировать время завершения задачи, а также надежность системы, достаточно сложно, а в некоторых случаях просто невозможно. Это обстоятельство представляется научной проблемой, выражающейся в необходимости поиска новых подходов к анализу вероятностно-временных
характеристик работы программного обеспечения, построенного на основе мультиверсионной архитектуры.
Объектом исследования является программное обеспечение информационно-управляющих систем, построенное с использованием мультиверсионной архитектуры.
Предметом исследования являются вероятностно-временные характеристики функционирования мультиверсионного программного обеспечения.
Целью исследования является повышение эффективности анализа
вероятностно-временных характеристик функционирования
мультиверсионных программных архитектур информационно-
управляющих систем.
Задачи исследования:
Проанализировать существующие методы оценки вероятностно-временных характеристик функционирования программного обеспечения информационно-управляющих систем.
Разработать методику ГЕРТ-сетевого описания программного обеспечения, построенного на базе мультиверсионной архитектуры, с целью реализации анализа вероятностно-временных характеристик.
Разработать алгоритм преобразования ГЕРТ-сети к эквивалентному виду с учетом особенностей функционирования и реализации мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.
Реализовать различные способы применения методологии мультиверсий в виде базовых ГЕРТ-сетевых моделей.
Разработать инструментальные средства для системы программной поддержки ГЕРТ-анализа вероятностно-временных характеристик функционирования программного обеспечения, построенного с использованием мультиверсионной архитектуры.
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теория стохастических сетей, методология мультиверсионного проектирования программных систем.
Новые научные результаты, полученные лично автором
Впервые разработана методика ГЕРТ-сетевого описания программного обеспечения, построенного на основе мультиверсионной архитектуры.
Разработан алгоритм преобразования ГЕРТ-сети к эквивалентному виду, который, в отличие от ранее известных, позволяет рассчитать параметры ГЕРТ-сетевой модели, описывающей мультиверсионные архитектуры программного обеспечения информационно-управляющих систем.
3. Впервые предложены базовые модели ГЕРТ-сетей, соответствующие различным способам реализации методологии мультиверсий для обеспечения отказоустойчивости программных средств.
Научная новизна результатов работы
Предложенная методика позволяет описать программное обеспечение, построенное на базе мультиверсионной архитектуры, в виде ГЕРТ-сети, чтобы учесть особенности вероятностного функционирования и реализации мультиверсионных программных средств, обеспечивая как гибкость, так и универсальность данной методики.
Впервые в рамках алгоритма преобразования ГЕРТ-сети, предложенного в работе, реализован новый способ представления мультиверсионных участков сети путем использования для таких участков эквивалентных преобразований. Это обеспечивает для полученной эквивалентной ГЕРТ-сети возможность применения математического аппарата классических ГЕРТ-сетей.
Различные способы применения методологии мультиверсий впервые были реализованы в виде базовых моделей ГЕРТ-сетей, которые, в свою очередь, позволяют описать существующее мультиверсионное программное обеспечение в виде стохастической ГЕРТ-сети.
Значение для теории. Предложенный подход позволяет проводить вероятностно-временной анализ работы сложного программного обеспечения, построенного на базе мультиверсионной архитектуры.
Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для развития методов и алгоритмов анализа вероятностно-временных характеристик мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.
Значение для практики. Предложенные в работе процедуры анализа вероятностно-временных характеристик мультиверсионного программного обеспечения, реализованные в виде инструментальных средств поддержки расчетов, позволяют:
получить вероятностно-временные характеристики работы программного обеспечения при различных способах реализации методологии мультиверсий;
принимать решения о составе и структуре мультиверсионных программных модулей, основываясь на заданных показателях времени работы и вероятности успешного завершения.
Достоверность полученных результатов подтверждается тестированием и оценкой результатов разработанной ГЕРТ-системы анализа вероятностно-временных характеристик мультиверсионного ПО, а также согласованностью расчетных и экспериментальных данных,
полученных с помощью имитационной модели среды исполнения мультиверсионных программных модулей.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли всестороннюю апробацию на всероссийских и международных научных и научно-технических конференциях. В том числе, на 48-й и 49-й научно-технических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Красноярского государственного технического университета (2006-2007 гг.), международной научной конференции «Инновационные технологии в высшем и профессиональном образовании» (2008 г., Коста дель Азаар, Испания), всероссийской заочной электронной конференции Российской академии естествознания «Технические средства обеспечения информационных процессов» (2009 г.), а также на международной научной конференции «Новые технологии, инновации, изобретения» (2009 г., Анталия, Турция).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 3 статьи в журналах из Перечня ВАК РФ. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы общим объемом 125 с. и приложения объемом 30 с. Список использованной литературы содержит 102 наименования.
