Качество и надежность программного обеспечения

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Качество и надежность программного обеспечения Для подготовки дипломированных специалистов по направлению: 654600 “ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 -“Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”

Санкт - Петербург 2001

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе д.т.н., проф. Ушаков В.Н. “____”____________ 2001 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Качество и надежность программного обеспечения Для подготовки дипломированных специалистов по направлению: 654600 “ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 -“Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем” Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ Курс –5 Семестр – 10 Лекции

45 ч.

Экзамен

Лабораторные занятия

15 ч.

Зачет

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

10 семестр 10 семестр

60 ч. 70 ч. 130 ч.

2001

2

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ “____”_______________2001 г., протокол №______. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Организация ЭВМ и систем 2) Программирование и основы алгоритмизации Рабочая программа одобрена методической комиссией технологий и информатики “____”_____________2001г.

факультета

компьютерных

3

Цель и задачи дисциплины: Качество и надежность программного обеспечения (ПО) – дисциплина, изучающая проблемы выбора и оценивания характеристик качества ПО на этапах от разработки спецификаций до завершения отладки и тестирования программного продукта. В курсе рассматриваются критерии, характеристики и метрики качества ПО; особый упор делается на характеристики корректности, надежности и сложности программ. Изучаются формальные модели и методы оценивания как статических, так и динамических характеристик качества ПО, позволяющие на различных стадиях разработки выявлять просчеты и дефекты программного изделия. Рассматриваются инструментальные средства поддержки и автоматизации анализа качества ПО. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения курса студенты должны: 1. ЗНАТЬ основные положения метрологии программных продуктов, принципы построения, проектирования и использования средств для измерений характеристик и параметров программ, программных систем и комплексов; 2. УМЕТЬ оценивать качество и эффективность ПО при решении задач разработки, проверки корректности, тестирования, выбора и усовершенствования программ в различных предметных областях; 3. ИМЕТЬ представление об основных направлениях развития метрологии ПО и проблемах разработки программных средств для автоматизации оценивания качества программ.

Содержание рабочей программы Тема 1. Назначение курса. Основные понятия и термины метрологии ПО. Стандарты в области качества ПО. Цели и задачи курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана. Причины возрастания роли качества ПО. Основные понятия и ключевые слова: сложность проектирования ПО, трудоемкость, вычислительная сложность, производительность, эффективность, качество, метрика, измерительный монитор. Отечественные ГОСТы и международные стандарты по проблемам качества ПО. Рекомендуемая литература по курсу и ее характеристика. Тема 2. Понятие качества программного продукта (ПП). Показатели и характеристики качества ПП. Результаты разработки программного обеспечения: спецификация, проект, код, документация, тестовые наборы. Показатели, характеризующие качество разработки ПП. Характеристики качества собственно ПП: Корректность, Надежность, Сложность, Эффективность, Удобство использования, Сопровождаемость, Мобильность.

4

Тема 3. Критерии качества разработки и использования ПП. Виды метрики качества ПП. Проблемы управления качеством. Этапы цикла жизни ПП. Статический и динамический анализ качества ПП. Критерии качества технологий проектирования ПО и критерии качества собственно ПП. Функциональные и конструктивные критерии качества ПП. Виды метрик для оценки качества ПП: номинальные, порядковые, ранжирующие. Организация сбора метрик качества ПП. Управление качеством ПП по результатам обработки метрик. Тема 4. Интегральные метрики оценки сложности ПП Концептуальные модели и метрики сложности ПП. Подход Холстеда, основанный на измеряемых свойствах программы. Интегральные метрики длины и объема программы. Метрики информационного уровня программы и уровня языка программирования. Интеллектуальное содержание программы. Метрики работы и времени программирования. Метрики ожидаемого числа ошибок в программе. Устранение несовершенств программы по метрикам Холстеда. Тема 5. Измерительные методы анализа качества программ. Аппаратные мониторы. Сущность измерительных методов определения характеристик ПО. Трассирующий и выборочный способы регистрации параметров исследуемых программ. Виды измеряемых характеристик программ. Трассировочные записи, временные и частотные профили. Требования к измерительным мониторам. Классификация измерительных мониторов по способу реализации и режимам функционирования. Структура и типы аппаратных измерительных мониторов (АИМ). АИМ с фиксированной и изменяемой программой. Гибридные (программно-аппаратные) мониторы. Проблемы планирования измерительных экспериментов и интерпретации результатов при использовании АИМ. Тема 6. Программные измерительные мониторы. Принцип действия программных измерительных мониторов (ПИМ). Классификация ПИМ. Обобщенная структура ПИМ. Организации функциональной и системной частей. Способы трассирования исходных и загрузочных программных модулей. Типовые ПИМ для контроля работоспособности и оценивания производительности программ. Достоинства и недостатки ПИМ. Тема 7. Примеры серийных и уникальных ПИМ. ПИМ "TurboProfiler" как серийный монитор ПК Intel 80X86 для ОС MSDOS. Назначение и возможности. Организация измерений. ПИМ Vtune как серийный монитор для ПК Intel80X86 под ОС WINDOWS. Назначение и возможности. Организация измерений. Достоинства и недостатки. ПИМ "Sampler" - монитор уникального типа для ПК Intel 80X86. Схема и методика измерений. Временная диаграмма снятия отсчета. Способ коррекции измерений.

5

Тема 8. Оценки корректности программ. Понятие корректности программ. Методы проверки корректности. Особенности корректности текстов программ, программных модулей и корректности данных. Основные задачи анализа корректности программ. Валидация и верификация ПП. Доказательство корректности программ. Правила индуктивного вывода и аксиоматические методы Хоара. Особенности методов тестирования, влияющих на корректность программ. Тема 9. Модели описания структур программ. Оценка трудоемкости разработки ПП по метрикам структурной сложности. Графовые модели структур потока управления и потока данных программы. Понятие максимально связного графа и цикломатического числа. Метрики структурной сложности программ. Маршруты выполнения программ и их сложность. Критерии выбора маршрутов. Общая характеристика. Критерии выбора маршрутов по принципу минимального покрытия, на основе цикломатического числа и полного состава базовых структур графа управления программы. Влияние структурной сложности на трудоемкость тестирования программы. Тема 10. Отладчики и методы отладки ПП Назначение, функции и архитектура Отладчика. Аппаратная и системная поддержка отладочного режима.· Контрольные точки и выполнение программ в пошаговом режиме. Наблюдение данных и контекста программы. Многопоточная (multithreaded) отладка. Отладка приложений графического интерфейса пользователя. Тема 11. Тестирование программных продуктов. Цели, методы и критерии тестирования. Понятие теста. Основные принципы тестирования. Критерии завершения тестирования. Объекты тестирования. Категории тестов. для различных объектов тестирования. Тестирование на основе потока управления. Критерии покрытия решений, покрытия условий и комбинаторного покрытия условий. Функциональное тестирование. Метод эквивалентного разбиения. Анализ граничных значений. Тестирование программ при отладке. Тестирование программ при сопровождении. Тема 12. Оценки надежности программ. Основные понятия надежности: отказ, сбой, ошибки и восстановление применительно к программным средствам. Количественные оценки (показатели) надежности. Математические модели надежности программ. Классификация и общая характеристика. Модели надежности программ на основе временной структуры появления ошибок (функции риска). Моделей надежности программ на основе "посева" и разметки ошибок и на основе использования структуры входных данных. Методы повышения надежности программ. Виды избыточности и особенности их применения. Методы испытания программ на надежность. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Перспективы развития методов и систем автоматизации измерения характеристик программ.

6

Перечень лабораторных работ № 1

Наименование работы

Номер темы 4

Расчет характеристик качества разработки программ по метрикам Холстеда Измерение и настройка характеристик динамической сложности программ с помощью стандартного профилировщика TurboProfiler Измерение и настройка характеристик динамической сложности программ с помощью профилировщика Vtune Поиск «узких мест» и улучшение характеристик динамической сложности Программ с помощью уникального профилировщика Sampler. Разработка графовых моделей программ. Выделение маршрутов и оценка структурной сложности программных модулей. Изучение режимов отладки при наблюдение данных и контекста программы и отладке приложений графического интерфейса пользователя. Выбор тестов и проведение тестирования ПП на основе методов структурного и функционального тестирования Оценка параметров надежности программ по временным моделям обнаружения ошибок

2 3 4 5 6 7 8

7,8 7,8 7,8 9 10 11 12

Распределение учебных часов по темам и видам занятий № те мы 1 2 3 4 5

Объем учебных часов

Название разделов и тем

Лек

Назначение курса. Основные понятия и термины. Стандарты в области качества ПО. Понятие качества программного продукта. Показатели и характеристики качества ПП. Критерии качества ПП. Виды метрик качества. Проблемы управления качеством ПП. Интегральные метрики оценки сложности ПП

2

2

2

2

2 6

Лаб. Раб.

2

Ауд. занят

Сам. Раб.

Всего

Сем.

2

10

2

4

10

2

2

4

10

8

8

16

10

4

4

6

10

10

6

Измерительные методы анализа программ. Аппаратные мониторы. Программные измерительные мониторы.

2

2

4

6

10

7

Примеры серийных и уникальных ПИМ.

4

9

10

19

10

8

Оценка корректности программ.

4

4

8

12

10

9

4

4

6

10

10

10

Модели структур программ. Оценка трудоемкости ПП по метрикам структурной сложности. Отладчики и методы отладки ПП.

2

2

4

6

10

10

11

Тестирование программных продуктов.

6

4

10

10

20

10

12

Оценка надежности программ.

6

2

8

8

16

10

Заключение.

1

1

10

ИТОГО:

45

5

1 15

60

70

130

7

ЛИТЕРАТУРА Основная

№

Название, библиографическое описание

1

Изосимов А.В., Рыжко А.Л. Метрическая оценка качества программ.- М., МАИ, 1989.

2

Иыуду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем. Учебное пособие для ВУЗов.- М.: Высшая школа, 1989.

3

Кузовлев В.И.,Шкатов П.Н. Разработка САПР: в 10 кн. Кн.8: Математические методы анализа производительности и надежности САПР, М.: Высшая школа, 1990.

Л

10

10

10

Лр

К-во экз. в библ. (на каф.)

Гриф

10

Уч 0, ф2

ГК СССР по нар.обр.

10

Уч 0, ф2

ГК СССР по нар.обр.

10

Уч 11, ф2

ГК СССР по нар.обр.

Дополнительная

№ 1

Название, библиографическое описание

2

Липаев В.В. Качество программного обеспечения. - М.: Финансы и статистика, 1983. Холстед М.Х. Начала науки о программах. - М.: Финансы и статистика,1981.

3

Майерс Г. Искусство тестирования программ.- М.: Финансы и статистика,1982.

4

Боэм Б. и др. Характеристики качества программного обеспечения. Пер. с англ. Е.К.Масловского. - М.: Мир, 1981. Назаров С.В.,Барсуков А.Г. Измерительные средства и оптимизация вычислительных систем.- М.:Радио и связь, 1990.- 248с. Коган Б.И. Экспериментальные исследования программ.- М.: Наука, 1988.- 184с.

5 6

К-во экз. в библ. 16 17 48 0 0 0

8

Автор к.т.н., доцент

Кирьянчиков В.А.

Рецензент к.т.н., доцент

Казак А.Ф.

Зав. кафедрой МОЭВМ д.т.н., профессор

Лисс А.Р.

Декан факультета КТИ д.т.н., профессор

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав.отделом учебной литературы Председатель методической комиссии факультета КТИ к.т.н., доцент Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Смирнова О.Н.

Чугунов Л.А. Марасина Л.А.

9