Критерии качества програмного обеспечения

Федеральное агентство по образованию  Российской Федерации 

ГОУ ВПО

«Челябинский государственный педагогический университет» 

КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ И МЕТОДИКИ ПРЕПОДАВАНИЯ ИНФОРМАТИКИ 
 

КРИТЕРИИ  КАЧЕСТВА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 

Квалификационная  работа 
 

Челябинск

2009

СОДЕРЖАНИЕ 
 

Введение 

Когда вы можете измерить, то о чем вы говорите, и выразить это в числах, вы знаете кое-что об этом; но если вы не можете измерить это и выразить в числах, ваше знание скудно и неудовлетворительно.

Лорд  Кельвин 

     Требования  к качеству программных средств  всё время повышаются. Процессы разработки, приобретения и внедрения сложных систем, к которым относятся в частности программные комплексы, должны находится под жестким управленческим контролем. В настоящее время практически во всех организациях обеспечивается контроль важнейших характеристик, связанных с производством и использованием программных продуктов, таких как время, финансовые средства, ресурсы и т.п. Однако в большинстве случаев вне пределов сферы контроля оказывается наиболее важная характеристика программных продуктов, ради которой, собственно и осуществляются затраты времени, финансовых средств и ресурсов - это качество продукта, поскольку «невозможно контролировать то, что нельзя измерить» (“You cannot control what you cannot measure”).

     Одним из подходов для оценки программных средств является оценка соответствующих атрибутов качества, определённых в серии международных стандартов ГОСТ Р ИСО МЭК 9126 «Информационная технология – Оценка программной продукции».

     Стандарты определяют базовую терминологию и  общий подход к проблеме оценки качества программных средств (характеристики качества, метрики для их измерения, методологию оценки), что позволяет уменьшить неопределённость при совместной работе нескольких организаций (заказчики разработки, разработчики, независимые оценщики). Применение международных стандартов ИСО МЭК в свою очередь удобно тем, что используемые подходы могут быть использованы при работе с зарубежными партнёрами.

      Отсутствие  возможности установки полного  контроля вызывает рост количества необоснованных решений, увеличивает финансовые и проектные риски, связанные с разработкой и внедрением систем.

      Однако  в настоящее время уже существуют организации, в которых накоплен достаточно большой опыт использования  метрик в управлении качеством разрабатываемых  и внедряемых программных продуктов. Использование апробированных подходов в управлении качеством разработки и внедрения крупных программных систем значительно повышает предсказуемость проектов, снижает финансовые и ресурсные издержки.

      Среди используемых метрик качества программного обеспечения есть универсальные метрики, которые применимы практически ко всем видам программного обеспечения. В то же время большая часть наиболее важных метрик в успешных проектах разрабатывается индивидуально на основе особенностей проекта и характеристик предметной области.

    Объект исследования – методы определения качества ПО.

    Предмет исследования – изучение технологий определения качества в школе.

    Задачи исследования:

• рассмотреть основополагающие принципы качества;
• рассмотреть методы качества;
• выявить особенности работы методов;
• разработать учебную программу для элективного курса по теме: «Критерии качества программного обеспечения»
• создать программную поддержку курса, а именно практически реализовать критерии качества в Delphi.

    Гипотеза исследования – изучение критериев качества программного обеспечения будет способствовать повышению общего уровня подготовки по информатике, стимулировать интерес к предмету. 

ГЛАВА 1. Качество программного обеспечения 

1.1 Понятие качества

      Что такое качество и почему оно должно быть столь глубоко представлено? На протяжении многих лет отдельные авторы и целые организации определяли термин “качество” по-разному. Фил Кросби (Phil Crosby) в 1979 году дал определение качеству как “соответствие пользовательским требованиям” (предполагает, что требования должны быть настолько четко определены, что они не могут быть поняты и интерпретированы некорректно.). Уотс Хемпфри (Watts Hamphrey) описывает качество как “достижение отличного уровня пригодности к использованию” (принимает во внимание требования и ожидания конечных пользователей продукта, которые ожидают, что продукт или предоставляемый сервис будет удобным для их нужд). Компания IBM, в свою очередь, ввела в оборот фразу “качество, управляемое рыночными потребностями” (“market-driven quality”). Критерий Бэлдриджа (Baldrige) для организационного качества использует похожую фразу - “качество, задаваемое потребителем” (“customer-driven quality”), рассматривая удовлетворение потребителя в качестве главного соображения в отношении качества. Чаще, понятие качества используется в соответствии с определением системы менеджмента качества ИСО 9001 как “степень соответствия присущих характеристик требованиям”.

      Понятие “качество”, на самом деле, не столь  очевидно и просто, как это может показаться на первый взгляд. Для любого инженерного продукта существует множество интерпретаций качества, в зависимости от конкретной “системы координат”. Множество этих точек зрения необходимо обсудить и определить на этапе выработки требований к программному продукту. Характеристики качества могут требоваться в той или иной степени, могут отсутствовать или могут задавать определенные требования, все это может быть результатом определенного компромисса, что вполне перекликается с пониманием “приемлемого качества”, как менее жесткой точки зрения на обеспечение качества, как достижение совершенства.

      Сейчас  существует несколько определений  качества, которые в целом совместимы друг с другом. Приведем наиболее распространенные:

      Определение ISO: Качество - это полнота свойств и характеристик продукта, процесса или услуги, которые обеспечивают способность удовлетворять заявленным или подразумеваемым потребностям.

      Определение IEEE: Качество программного обеспечения - это степень, в которой оно обладает требуемой комбинацией свойств.

      Качество  ПО - это относительное понятие, которое  имеет смысл только при учете  реальных условий его применения, поэтому требования, предъявляемые  к качеству, ставятся в соответствии с условиями и конкретной областью их применения. Оно характеризуется тремя аспектами: качество программного продукта, качество процессов ЖЦ и качество сопровождения или внедрения (рис 1).

Рис. 1. Основные аспекты качества ПО

      Аспект, связанный с процессами ЖЦ, определяет степень формализации, достоверности самих процессов ЖЦ разработки ПО, а также верификацию и валидацию промежуточных результатов на этих процессах. Поиск и устранение ошибок в готовом ПО проводится методами тестирования, которые снижают количество ошибок и повышают качество этого продукта.

      Качество  продукта достигается процедурами  контроля промежуточных продуктов  на процессах ЖЦ, проверкой их на достижение необходимого качества, а  также методами сопровождения продукта. Эффект от внедрения ПС в значительной степени зависит от знаний обслуживающего персонала функций продукта и правил их выполнения.

1.2 Стандарт ГОСТ Р ИСО МЭК 9126

      ИСО 9126 это международный стандарт, определяющий оценочные характеристики качества программного обеспечения (далее ПО). [16-19]

      Стандарт  разделяется на 4 части, описывающие  следующие вопросы:

         Часть 1: Модель качества;

         Часть 2: Внешние метрики качества;

         Часть 3: Внутренние метрики качества;

         Часть 4: Метрики качества в использовании.

      В первой части стандарта ISO 9126-1 приводится схема взаимосвязи частей стандарта ISO 9126 и частей стандарта  ISO 14598, а также область применения, нормативные ссылки, термины и определения. Определяется модель характеристик качества ПС и ее связи с жизненным циклом. Модель детализируется в последующих частях стандарта. [16]

      Вторая  и третья части стандарта ISO 9126:2,3 посвящены формализации соответственно внешних и внутренних метрик характеристик  качества сложных ПС. Взаимосвязь  метрик качества в этих частях стандарта  отражена одинаковыми моделями, аналогичными модели первой части стандарта. Показано, что внутреннее и внешнее качества относятся непосредственно к самому программному продукту, а метрики качества в использовании проявляются в эффекте от его применения и зависят от внешней среды. Изложены содержание и общие рекомендации по использованию соответствующих метрик и взаимосвязей между типами метрик. [17, 18]

      Четвертая часть стандарта ISO 9126-4 предназначена  для покупателей, поставщиков, разработчиков, сопровождающих, пользователей и  менеджеров качества ПС. В ней повторена концепция трех типов метрик, а также аннотированы рекомендуемые виды измерений характеристик ПС: прямые, непрямые и индикаторы свойств (категорийные). Рассмотрена модель качества в использовании. Отмечаются необходимость идентификации назначения и специфики потребителей программного продукта, особенности выбора целей оценивания качества для различных сфер и этапов применения ПС. Обосновываются и комментируются выделенные показатели сферы (контекста) использования ПС и группы выбранных метрик для пользователей. В отличие от характеристик, описанных в предыдущих частях стандарта, в этой части для качества в использовании рекомендуется четыре: эффективность; продуктивность; удовлетворение требований и защищенность. [19]

1.2.1 Модель характеристик качества

      Модель  качества, установленная в первой части стандарта ИСО 9162-1, предлагает использовать для описания внутреннего и внешнего качества ПО многоуровневую модель. На верхнем уровне выделено 6 основных характеристик качества ПО. Каждая характеристика описывается при помощи нескольких входящих в нее атрибутов. Атрибут - это сущность, которая может быть проверена или измерена в программном продукте. Для каждого атрибута определяется набор метрик, позволяющих его оценить. Множество характеристик и атрибутов качества согласно ИСО 9126 показано на рис 2. [5]

Рис. 2. Характеристики и атрибуты качества ПО по ИСО 9126

     Модель характеристик качества программного обеспечения состоит из нескольких видов атрибутов качества:

• внутренние атрибуты качества (требования к качеству кода и внутренней архитектуре);
• внешние атрибуты качества (требования к функциональным возможностям и т.д.);
• атрибуты «качества в использовании» (данные атрибуты качества относятся не только к программному средству, а ко всей информационной системе, они характеризуют эффект для пользователя от использования ПС в разных контекстах использования); [17]

      Для всех этих аспектов качества введены метрики, позволяющие оценить их. Кроме того, для создания добротного ПО существует качество технологических процессов его разработки. Взаимоотношения между этими аспектами качества по схеме, принятой ИСО 9126 (рис. 3).

Рис. 3. Основные аспекты качества ПО по ИСО 9126

      Требования  пользователя к качеству в спецификациях  должны в процессе верификации преобразовываться  в требования к внешнему качеству, а затем в требования к внутреннему качеству. Процессы реализации требований к внутреннему качеству должны обеспечивать внешнее качество, а последнее - воплощаться в качество для пользователей (рис. 4).

      Модель  качества ПО имеет следующие четыре уровня представления:

      Первый  уровень соответствует определению характеристик (показателей) качества ПО, каждая из которых отражает отдельную точку зрения пользователя на качество. Согласно стандарту в модель качества входит шесть характеристик или шесть показателей качества:

• функциональность (functionality);
• надежность (realibility);
• удобство (usability);
• эффективность (efficiency);
• сопровождаемость (maitainnability);
• переносимость (portability).

      Второму уровню соответствуют атрибуты для каждой характеристики качества, которые детализируют разные аспекты конкретной характеристики. Набор атрибутов характеристик качества используется при оценке качества.

      Третий  уровень предназначен для измерения качества с помощью метрик, каждая из них согласно стандарту определяется как комбинация метода измерения атрибута и шкалы измерения значений атрибутов. Для оценки атрибутов качества на этапах ЖЦ (при просмотре документации, программ и результатов тестирования программ) используются метрики с заданным оценочным весом для нивелирования результатов метрического анализа совокупных атрибутов конкретного показателя и качества в целом. Атрибут качества определяется с помощью одной или нескольких методик оценки на этапах ЖЦ и на завершающем этапе разработки ПО.

      Четвертый уровень - это оценочный элемент метрики (вес), который используется для оценки количественного или качественного значения отдельного атрибута показателя ПО. В зависимости от назначения, особенностей и условий сопровождения ПО выбираются наиболее важные характеристики качества и их атрибуты (рис. 5). [1, 2, 4]

      Выбранные атрибуты и их приоритеты отражаются в требованиях на разработку систем либо используется соответствующие приоритеты эталона класса ПО, к которому это ПО относится.

Рис. 5. Модель характеристик качества

1.2.2 Характеристики и атрибуты качества

      Характеристики  качества программного обеспечения – набор свойств (атрибутов) программного продукции, по которым ее качество описывается и оценивается. Характеристики качества программного обеспечения могут быть уточнены на множестве уровней комплексных показателей (подхарактеристик).

• Функциональность (functionality) – Способность ПО в определенных условиях решать задачи, нужные пользователям. Определяет, что именно делает ПО, какие задачи оно решает.
• Функциональная пригодность (suitability). - Способность решать нужный набор задач.
• Точность (accuracy). - Способность выдавать нужные результаты.
• Способность к взаимодействию (interoperability). - Способность взаимодействовать с нужным набором других систем.
• Соответствие стандартам и правилам (compliance). - Соответствие ПО имеющимся индустриальным стандартам, нормативным и законодательным актам, другим регулирующим нормам.
• Защищенность (security). - Способность предотвращать неавторизированный, т.е. без указания лица, пытающегося его осуществить, и неразрешенный доступ к данным и программам.
• Надежность (reliability). - Способность ПО поддерживать определенную работоспособность в заданных условиях.

• Зрелость, завершенность (maturity). - Величина, обратная частоте отказов ПО. Обычно измеряется средним временем работы без сбоев и величиной, обратной вероятности возникновения отказа за данный период времени.
• Устойчивость к отказам (fault tolerance). - Способность поддерживать заданный уровень работоспособности при отказах и нарушениях правил взаимодействия с окружением.
• Способность к восстановлению (recoverability). - Способность восстанавливать определенный уровень работоспособности и целостность данных после отказа, необходимые для этого время и ресурсы.
• Соответствие стандартам надежности (reliability compliance). - Этот атрибут добавлен в 2001 году.

• Удобство применения (usability) или практичность. - Способность ПО быть удобным в обучении и использовании, а также привлекательным для пользователей.

• Понятность (understandability). - Показатель, обратный к усилиям, которые затрачиваются пользователями на восприятие основных понятий ПО и осознание их применимости для решения своих задач.
• Удобство обучения (learn ability). - Показатель, обратный усилиям, затрачиваемым пользователями на обучение работе с ПО.
• Удобство работы (operability). - Показатель, обратный усилиям, предпринимаемым пользователями для решения своих задач с помощью ПО.
• Привлекательность (attractiveness). - Способность ПО быть привлекательным для пользователей. Этот атрибут добавлен в 2001 году.
• Соответствие стандартам удобства использования (usability compliance). - Этот атрибут добавлен в 2001 году.

• Производительность (efficiency) или эффективность. - Способность ПО при заданных условиях обеспечивать необходимую работоспособность по отношению к выделяемым для этого ресурсам. Можно определить ее и как отношение получаемых с помощью ПО результатов к затрачиваемым на это ресурсам всех типов.

• Временная эффективность (time behavior). - Способность ПО выдавать ожидаемые результаты, а также обеспечивать передачу необходимого объема данных за отведенное время.
• Эффективность использования ресурсов (resource utilization). - Способность решать нужные задачи с использованием определенных объемов ресурсов определенных видов. Имеются в виду такие ресурсы, как оперативная и долговременная память, сетевые соединения, устройства ввода и вывода и пр.
• Соответствие стандартам производительности (efficiency compliance). - Этот атрибут добавлен в 2001 году.
• Удобство сопровождения (maintainability). - Удобство проведения всех видов деятельности, связанных с сопровождение программ.
• Анализируемость (analyzability) или удобство проведения анализа. - Удобство проведения анализа ошибок, дефектов и недостатков, а также удобство анализа необходимости изменений и их возможных последствий.
• Удобство внесения изменений (changeability). - Показатель, обратный трудозатратам на выполнение необходимых изменений.
• Стабильность (stability). - Показатель, обратный риску возникновения неожиданных эффектов при внесении необходимых изменений.
• Удобство проверки (testability). - Показатель, обратный трудозатратам на проведение тестирования и других видов проверки того, что внесенные изменения привели к нужным результатам.
• Соответствие стандартам удобства сопровождения (maintainability compliance). - Этот атрибут добавлен в 2001 году.
• Переносимость (portability). - Способность ПО сохранять работоспособность при переносе из одного окружения в другое, включая организационные, аппаратные и программные аспекты окружения.
• Адаптируемость (adaptability). - Способность ПО приспосабливаться различным окружениям без проведения для этого действий, помимо заранее предусмотренных.
• Удобство установки (install ability). - Способность ПО быть установленным или развернутым в определенном окружении.
• Способность к сосуществованию (coexistence). - Способность ПО сосуществовать с другими программами в общем окружении, деля с ними ресурсы.
• Удобство замены (replace ability) другого ПО данным. - Возможность применения данного ПО вместо других программных систем для решения тех же задач в определенном окружении.
• Соответствие стандартам переносимости (portability compliance). - Этот атрибут добавлен в 2001 году.

      Перечисленные атрибуты относятся к внутреннему  и внешнему качеству ПО согласно ИСО 9126. Для описания качества ПО при использовании стандарт ИСО 9126-4 предлагает другой, более узкий набор характеристик.

• Эффективность (effectiveness). - Способность ПО предоставлять пользователям возможность решать их задачи с необходимой точностью при использовании в заданном контексте.
• Продуктивность (productivity). - Способность ПО предоставлять пользователям определенные результаты в рамках ожидаемых затрат ресурсов.
• Безопасность (safety). - Способность ПО обеспечивать необходимо низкий уровень риска нанесения ущерба жизни и здоровью людей, бизнесу, собственности или окружающей среде.
• Удовлетворение пользователей (satisfaction). - Способность ПО приносить удовлетворение пользователям при использовании в заданном контексте.

      Помимо  перечисленных характеристик и  атрибутов качества, стандарт ИСО 9126:2001 определяет наборы метрик для оценки каждого атрибута. Приведем следующие примеры таких метрик.

• Полнота реализации функций - процент реализованных функций по отношению к перечисленным в требованиях. Используется для измерения функциональной пригодности.
• Корректность реализации функций - правильность их реализации по отношению к требованиям. Используется для измерения функциональной пригодности.
• Отношение числа обнаруженных дефектов к прогнозируемому. Используется для определения зрелости.
• Отношение числа проведенных тестов к общему их числу. Используется для определения зрелости.
• Отношение числа доступных проектных документов к указанному в их списке. Используется для измерения удобства проведения анализа.
• Наглядность и полнота документации. Используется для оценки понятности.

     Перечисленные характеристики и атрибуты качества ПО позволяют систематически описывать  требования к нему, определяя, какие  свойства ПО по данной характеристике хотят видеть заинтересованные стороны. Таким образом, требования должны определять следующее.

• Что ПО должно делать, например:

• позволять клиенту оформить заказы и обеспечить их доставку;
• обеспечивать контроль качества строительства и отслеживать проблемные места;
• поддерживать нужные характеристики автоматизированного процесса производства, предотвращая аварии и оптимальным образом используя имеющиеся ресурсы.

• Насколько оно должно быть надежно, например:

• работать 7 дней в неделю и 24 часа в сутки;
• допускается неработоспособность в течение не более 3 часов в год;
• никакие введенные пользователями данные при отказе не должны теряться.

• Насколько им должно быть удобно пользоваться, например:

• покупатель должен, зная название товара и имея средние навыки работы в Интернет, находить нужный ему товар за не более чем 2 минуты;
• инженер по специальности "строительство мостов" должен в течение одного дня уметь разобраться в 80% функций системы.

• Насколько оно должно быть эффективно, например:

• поддерживать обслуживание до 10000 запросов в секунду;
• время отклика на запрос при максимальной загрузке не должно превышать 3 с;
• время реакции на изменение параметров процесса производства не должно превышать 0.1 с;
• на обработку одного запроса не должно тратиться более 1 MB оперативной памяти.

• Насколько удобно должно быть его сопровождение, например:

• добавление в систему нового вида запросов не должно требовать более 3 человеко-дней;
• добавление поддержки нового этапа процесса производства не должно стоить более $20000.

• Насколько оно должно быть переносимо, например: