Ващенко Г.В., Добронец Б.С. Надежность информационных систем. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Г. В. Ващенко, Б. С. Добронец

НАДЕЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Лабораторный практикум

Красноярск 2008

УДК 002.6:519.718

ББК

Г. В. Ващенко, Б. С. Добронец Надежность информационных систем:

Лабораторный практикум, 2008. — 104 с.

В практикуме представлены лабораторные работы по основным разде-

лам теории надежности и ее приложений к информационным системам. Наи-

более важные моменты иллюстрируются с помощью рисунков, таблиц и при-

меров. Пособие написано в соответствии с требованиями образовательных

стандартов, предъявляемых к дисциплине “Надежность информационных си-

стем”. Рекомендуется для студентов изучающих информационные системы и

может быть полезно студентам других технических специальностей.

°Г. В. Ващенко, Б. С. Добронец

Содержание

1. Создание проекта надежной ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Проектирование надежного ПО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. Устойчивость к ошибкам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4. Проектирование модулей . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5. Разработка тестов для терминальных модулей . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6. Восходящее тестирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7. Нисходящее тестирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8. Надежные вычисления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

9. Надежность при передаче данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

10. Надежность при хранении данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

11. Проверка на надежность ИС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

12. Моделирование надежности компьютерных сетей . . . . . . . . . . . . . 99

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Лабораторная работа № 1.

Создание проекта надежной ИС

Цель работы: Закрепление знаний по теме “Надежное программное обес-

печение”

Самостоятельная работа студента под контролем преподавателя: При

выполнении лабораторной работы, студент, опираясь на теоретический мате-

риал и “Рекомендации по выполнению лабораторных работ по дисциплине

“Надёжность информационных систем”, необходимо написать проект ИС, об-

ладающей свойствами надежности. Для этого используется проектирование

сверху вниз. Студентам необходимо разбить проект на модули. Каждому мо-

дулю написать входные и выходные параметры. Каждому модулю составля-

ется спецификация.

Последовательность действий: сформулировать требования, далее сфор-

мулировать цели, представить предварительный внешний проект, далее де-

тальный внешний проект, проект архитектуры программы. Затем написать

внешние проекты модулей и проекты логики модулей.

Форма отчетности: проект ИС, состоящей из взаимосвязанных моду-

лей, обладающей свойствами надёжности.

Проектирование надежных информационных систем

Способы обеспечения надежности ИС

Надежность информационной системы (ИС) в может рассматриваться

в совокупности надежности ее аппаратного и программного обеспечения. Под

надежностью ИС понимается свойство системы выполнять возложенные на

нее задачи в определенных условиях эксплуатации. При наступлении отка-

за, который может насупить при сбое в работе аппаратной или программ-

ной составляющей, информационная система не может выполнять все преду-

смотренные документацией задачи, т. е. переходит из исправного состояния в

неисправное. Если при наступлении отказа компьютерная система способна

выполнять заданные функции, сохраняя значения основных характеристик

в пределах, установленных технической документацией, то она находится в

работоспособном состоянии.

С точки зрения обеспечения целостности информации необходимо со-

хранять хотя бы работоспособное состояние ИС. Для решения этой задачи

необходимо обеспечить высокую надежность функционирования алгоритмов,

программ и технических (аппаратных) средств.

Поскольку алгоритмы в ИС реализуются за счет выполнения программ

или аппаратным способом, то надежность алгоритмов отдельно не рассмат-

ривается. В этом случае считается, что надежность ИС обеспечивается на-

дежностью программных и аппаратных средств.

Надежность достигается на этапах:

разработки,

производства,

эксплуатации.

Для программных средств рассматриваются этапы разработки и эксплу-

атации. Этап разработки программных средств является определяющим при

создании надежных информационных систем.

На этом этапе можно выделить основные направления повышения на-

дежности программных средств:

корректная постановка задачи на разработку,

использование прогрессивных технологий программирования,

контроль правильности функционирования.

Корректность постановки задачи достигается в результате совместной

работы специалистов предметной области и высокопрофессиональных прог-

раммистов-алгоритмистов.

В настоящее время для повышения качества программных продуктов

используются современные технологии программирования (например, CASE-

технология). Эти технологии позволяют значительно сократить возможности

внесения субъективных ошибок разработчиков. Они характеризуются высо-

кой автоматизацией процесса программирования, использованием стандарт-

ных программных модулей, тестированием их совместной работы.

Контроль правильности функционирования алгоритмов и программ осу-

ществляется на каждом этапе разработки и завершается комплексным кон-

тролем, охватывающим все решаемые задачи и режимы.

На этапе эксплуатации программные средства дорабатываются, в них

устраняются замеченные ошибки, поддерживается целостность программных

средств и актуальность данных, используемых этими средствами.

Надежность технических средств (ТС) ИС обеспечивается на всех эта-

пах. На этапе разработки выбираются элементная база, технология произ-

водства и структурные решения, обеспечивающие максимально достижимую

надежность ИС в целом.

Велика роль в процессе обеспечения надежности ТС и этапа производ-

ства. Главными условиями выпуска надежной продукции являются высокий

технологический уровень производства и организация эффективного контро-

ля качества выпускаемых ТС.

Удельный вес этапа эксплуатации ТС в решении проблемы обеспечения

надежности КС в последние годы значительно снизился. Для определенных

видов вычислительной техники, таких как персональные ЭВМ, уровень тре-

бований к процессу технической эксплуатации снизился практически до уров-

ня эксплуатации бытовых приборов. Особенностью нынешнего этапа эксплу-

атации средств вычислительной техники является сближение эксплуатации

технических и программных средств (особенно средств общего программного

обеспечения). Тем не менее роль этапа эксплуатации ТС остается достаточ-

но значимой в решении задачи обеспечения надежности КС и прежде всего

надежности сложных компьютерных систем.

Отказоустойчивые ИС

Отказоустойчивость — это свойство ИС сохранять работоспособность

при отказах отдельных устройств, блоков, схем.

Известны три основных подхода к созданию отказоустойчивых систем:

простое резервирование,

помехоустойчивое кодирование информации,

создание адаптивных систем.

При разработке предварительного проекта ИС необходимо указать ос-

новные модули и информационные потоки. Указать основные мероприятия

по повышению надежности ИС.

Задания

Разработать предварительные проекты ИС.

Бухгалтерский учет

Это классическая область применения информационных технологий и

наиболее часто реализуемая на сегодняшний день задача. Такое положение

вполне объяснимо. Во-первых, ошибка бухгалтера может стоить очень до-

рого, поэтому очевидна выгода использования возможностей автоматизации

бухгалтерии. Во-вторых, задача бухгалтерского учета довольно легко фор-

мализуется, так что разработка систем автоматизации бухгалтерского учета

не представляет технически сложной проблемы.

Тем не менее разработка систем автоматизации бухгалтерского учета яв-

ляется весьма трудоемкой. Это связано с тем, что к системам бухгалтерского

учета предъявляются повышенные требования в отношении надежности и

максимальной простоты и удобства в эксплуатации.

Управление финансовыми потоками

Внедрение информационных технологий в управление финансовыми по-

токами также обусловлено критичностью этой области управления предпри-

ятия к ошибкам. Неправильно построив систему расчетов с поставщиками и

потребителями, можно спровоцировать кризис наличности даже при нала-

женной сети закупки, сбыта и хорошем маркетинге. И наоборот, точно про-

считанные и жестко контролируемые условия финансовых расчетов могут

существенно увеличить оборотные средства фирмы.

Управление складом, ассортиментом, закупками

Далее, можно автоматизировать процесс анализа движения товара, тем

самым отследив и зафиксировав те двадцать процентов ассортимента, ко-

торые приносят восемьдесят процентов прибыли. Это же позволит ответить

на главный вопрос — как получать максимальную прибыль при постоянной

нехватке средств?

“Заморозить” оборотные средства в чрезмерном складском запасе — са-

мый простой способ сделать любое предприятие, производственное или тор-

говое, потенциальным инвалидом. Можно просмотреть перспективный товар,

вовремя не вложив в него деньги.

Управление производственным процессом

Управление производственным процессом представляет собой очень тру-

доемкую задачу. Основными механизмами здесь являются планирование и

оптимальное управление производственным процессом.

Автоматизированное решение подобной задачи дает возможность гра-

мотно планировать, учитывать затраты, проводить техническую подготовку

производства, оперативно управлять процессом выпуска продукции в соот-

ветствии с производственной программой и технологией.

Очевидно, что чем крупнее производство, тем большее число бизнес-

процессов участвует в создании прибыли, а значит, использование инфор-

мационных систем жизненно необходимо.

Управление маркетингом

Управление маркетингом подразумевает сбор и анализ данных о фирмах-

конкурентах, их продукции и ценовой политике, а также моделирование па-

раметров внешнего окружения для определения оптимального уровня цен,

прогнозирования прибыли и планирования рекламных кампаний. Решение

большинства этих задач могут быть формализованы и представлены в виде

информационной системы, позволяющей существенно повысить эффектив-

ность управления маркетингом.

Документооборот

Документооборот является очень важным процессом деятельности любо-

го предприятия. Хорошо отлаженная система учетного документооборота от-

ражает реально происходящую на предприятии текущую производственную

деятельность и дает управленцам возможность воздействовать на нее. По-

этому автоматизация документооборота позволяет повысить эффективность

управления.

Оперативное управление предприятием

Информационная система, решающая задачи оперативного управления

предприятием, строится на основе базы данных, в которой фиксируется вся

возможная информация о предприятии. Такая информационная система яв-

ляется инструментом для управления бизнесом и обычно называется корпо-

ративной информационной системой.

Информационная система оперативного управления включает в себя мас-

су программных решений автоматизации бизнес-процессов, имеющих место

на конкретном предприятии. Одно из наиболее важных требований, предъ-

являемых к таким информационным системам, — гибкость, способность к

адаптации и дальнейшему развитию.

Предоставление информации о фирме

Активное развитие сети Интернет привело к необходимости создания

корпоративных серверов для предоставления различного рода информации

о предприятии. Практически каждое уважающее себя предприятие сейчас

имеет свой WEB-сервер. WEB-сервер предприятия решает ряд задач, из ко-

торых можно выделить две основные:

О создание имиджа предприятия;

О максимальная разгрузка справочной службы компании путем предо-

ставления потенциальным и уже существующим абонентам возможности по-

лучения необходимой информации о фирме, предлагаемых товарах, услугах

и ценах.

Лабораторная работа № 2.

Проектирование надежного программного обеспече-

ния

Цель работы: Закрепление знаний по теме “Надёжное программное обес-

печение. Основные показатели. Проектирование” и приобретение практиче-

ских навыков, необходимых при разработке программного обеспечения, учи-

тывающего требования надёжности.

Самостоятельная работа студента под контролем преподавателя:

При выполнении лабораторной работы, студенту необходимо спроекти-

ровать программное обеспечение, обладающее следующими свойствами: пре-

дупреждения ошибок, обнаружения ошибок, исправления ошибок и обеспе-

чения устойчивости к ошибкам. Для предупреждения ошибок в ПО, при

проектировании необходимо представить ПО как объединение подпрограмм.

Для обнаружения ошибок в каждой подпрограмме необходимо предусмотреть

средства обнаружения ошибок. Для этих целей все входные данные необхо-

димо проверять на наличие ошибок. Далее необходимо проверять на инфор-

мацию на наличие сбоев. После того как ошибка обнаружена, либо она сама,

либо ее последствия должны быть исправлены программным обеспечением.

Форма отчетности: проект программы, содержащей средства обнару-

жения, предупреждения и устранения ошибок.

Основные принципы проектирования надежного ПО

Разработка программы включает задачи двух типов: проектирование и

тестирование. Мы будем использовать термин “проектирование” в смысле:

“придание формы в соответствии с планом”. Это определение охватывает раз-

личные виды деятельности по созданию программного обеспечения, начиная

с определения требований и целей и заканчивая написанием текста програм-

мы, но подразумевает, конечно, наличие различных стадий проектирования.

Фразы “разработка программного обеспечения”, “конструирование программ-

ного обеспечения” и “производство программного обеспечения” обозначают

весь цикл его создания. В этой главе рассматриваются некоторые принципы,

общие для всех стадий проектирования.

Все принципы и методы обеспечения надежности в соответствии с их

целью можно разбить на четыре группы: предупреждение ошибок, обнару-

жение ошибок, исправление ошибок и обеспечение устойчивости к ошиб-

кам. К первой группе относятся принципы и методы, позволяющие миними-

зировать или вообще исключить ошибки. Методы второй группы сосредото-

чивают внимание на функциях самого программного обеспечения, помогаю-

щих выявлять ошибки. К третьей группе относятся функции программного

обеспечения, предназначенные для исправления ошибок или их последствий.

Устойчивость к ошибкам — это мера способности системы программного обес-

печения продолжать функционирование при наличии ошибок.

Предупреждение ошибок

К этой группе относятся принципы и методы, цель которых — не допу-

стить появления ошибок в готовой программе. Большинство методов концен-

трируется на отдельных процессах перевода и направлено на предупреждение

ошибок в этих процессах. Их можно разбить на следующие категории:

1. Методы, позволяющие справиться со сложностью, свести ее к мини-

муму, так как это главная причина ошибок перевода.

2. Методы достижения большей точности при переводе.

3. Методы улучшения обмена информацией.

4. Методы немедленного обнаружения и устранения ошибок. Эти методы

направлены на обнаружение ошибок на каждом шаге перевода, а не во время

тестирования программы после ее написания.

Очевидно, что предупреждение ошибок — оптимальный путь к дости-

жению надежности программного обеспечения. Лучший способ обеспечить

надежность — не допустить возникновения ошибок. Гарантировать отсут-

ствие ошибок, однако, невозможно. Другие три группы методов опираются

на предположение, что ошибки все-таки будут.

Обнаружение ошибок

Если предположить, что в программном обеспечении какие-то ошибки

все же будут, то лучшая (после предупреждения ошибок) стратегия — вклю-

чить средства обнаружения ошибок в само программное обеспечение.

Большинство методов направлено по возможности на незамедлитель-

ное обнаружение сбоев. Немедленное обнаружение имеет два преимущества:

можно минимизировать как влияние ошибки, так и последующие затрудне-

ния для человека, которому придется извлекать информацию об этой ошибке,

находить ее место и исправлять.

Исправление ошибок

Следующий шаг — методы исправления ошибок; после того как ошибка

обнаружена, либо она сама, либо ее последствия должны быть исправлены

программным обеспечением. Исправление ошибок самой системой — плодо-

творный метод проектирования надежных систем аппаратного обеспечения.

Некоторые устройства способны обнаружить неисправные компоненты и пе-

рейти к использованию идентичных запасных. Аналогичные методы непри-

менимы к программному обеспечению вследствие глубоких внутренних раз-

личий между сбоями аппаратуры и ошибками в программах. Если некоторый

программный модуль содержит ошибку, идентичные “запасные” модули так-

же будут содержать ту же ошибку.