Методологические основы

Оценивание ресурсной эффективности состоит в измерении коли­чественных субхарактеристик и их атрибутов: временной эффективности и используемости ресурсов ЭВМ комплексом программ (см. таблицу 11.2). При этом предполагается, что в контракте, техническом задании и специ­фикации требований зафиксированы и утверждены требуемые значения атрибутов и их приоритетов. В стандарте ISO 9126:2 эту характеристику качества ПС рекомендуется отражать десятком атрибутов, каждый из ко­торых оценивать для средних и наихудших сценариев функционирования комплекса программ. В таблице 11.3 сохранены только три атрибута, важ­нейшие для функциональной пригодности, которые наиболее доступны количественным измерениям. Оценивание этих атрибутов может прово­диться при функционировании готового программного продукта или рас­

• 
  четными методами, при разработке для сопоставления с заданными требо­ваниями и оценки степени соответствия этим требованиям.
  
• 
  Для измерения атрибутов временной эффективности необходимы ин­струментальные средства, встроенные в операционную систему или в со­ответствующее ПС. Эти средства должны в динамике реального функцио­нирования программ регистрировать: загрузку вычислительной системы; значения интенсивности потоков данных от внешних абонентов; длитель­ность исполнения заданий; характеристики функционирования устройств ввода/вывода; время ожидания результатов (отклика) на задания пользова­телей; заполнение памяти обмена с внешними абонентами в различных режимах применения комплекса программ. Значения этих характеристик зависят не только от свойств и функций ПС, но также от особенностей архитектуры и операционной системы ЭВМ. Регулярная регистрация и обобщение таких данных позволяют выявлять ситуации, негативно влия­ющие на функциональную пригодность, надежность и другие конструк­тивные характеристики качества ПС.
  
• 
  Потребность в ресурсах памяти и производительности ЭВМ в про­цессе решения задач может значительно изменяться в зависимости от их свойств, а также от потока, состава и объема исходных данных. Степень использования памяти и производительности ЭВМ в некоторых пределах не влияет на качество решения функциональных задач комплексом про­грамм. При излишне высокой интенсивности поступления исходных дан­ных может нарушаться временной баланс между длительностью реше­ния полной совокупности задач ПС в реальном масштабе времени и про­изводительностью ЭВМ при решении этих задач — нагрузочное тестирование. Также возможно нарушение баланса между имеющейся в ЭВМ памятью и памятью, необходимой для хранения всей поступившей и обрабатываемой информации. Для выявления подобных ситуаций и опре­деления характеристик ПС в условиях недостаточности ресурсов ЭВМ проводятся испытания при высокой, но допустимой интенсивности по­ступления исходных данных.
  
• 
  Наиболее сложным является оценивание эффективности исполь­зования ресурсов производительности ЭВМ в реальном времени. При этом должна быть определена зависимость качества решения задач от интенсивности поступающей информации различных типов. Основная за­дача испытаний состоит в определении вероятностей, с которыми будет нарушаться соответствие между потребностями в производительности для решения всей требуемой совокупности задач и реальными возможностями ЭВМ и других компонентов информационной системы. Если эта вероят­ность невелика и можно считать допустимым эпизодическое снижение качества за счет получающихся задержек и пропусков в обработке сооб­щений или заданий, то делается вывод о соответствии производительнос­ти ЭВМ функциям данного ПС.
  
• 
  Для оценивания использования ресурсов производительности долж­ны быть измерены:
  

• 
  реальные значения интенсивностей поступающих исходных дан­ных и заданий на вызов функциональных программ, а также распределе­ния вероятностей этих интенсивностей для различных источников и типов заданий;
  
• 
  длительности автономного решения отдельно каждой из функ­циональных задач, обрабатывающей исходные данные или включаемой внешними заданиями, а также периодически;
  
• 
  загрузка ЭВМ в нормальном режиме поступления сообщений и заданий, а также вероятность перегрузки заданиями различных типов и распределения длительностей перегрузки в реальных условиях;
  
• 
  влияние пропуска в обработке заданий или сообщений каждого типа и снижения темпа решения определенных задач на функциональную пригодность и другие характеристики качества ПС.
  

• 
  Перечисленные задачи могут быть решены экспериментально в про­цессе тестирования завершенной разработкой системы, однако при этом велик риск, что производительность ЭВМ окажется недостаточной для решения заданной совокупности задач в реальном времени, что отразится на качестве использования ПС. Кроме того, не всегда условия испытаний или опытной эксплуатации системы соответствуют режимам массового ее применения. Поэтому при оценивании требуется принимать специальные меры для создания реальных, а также контролируемых, наиболее тяжелых по загрузке условий функционирования ПС и внешней среды. Такие кри­тические ситуации могут быть в значительной степени предотвращены в процессе разработки ПС путем расчета длительностей исполнения моду­лей по тексту программ, и объединения этих характеристик в соответ­ствии со структурой программных компонентов и всего комплекса про­грамм.
  
• 
  Для корректного оценивания предельной пропускной способности системы с данным ПС необходимо измерять следующие характеристики функциональных групп программ:
  

• 
  экстремальные значения длительностей их исполнения и маршру­ты, на которых эти значения достигаются;
  
• 
  среднее значение длительности исполнения каждой функцио­нальной группы программ на всем возможном множестве маршрутов ПС и его дисперсию;
  
• 
  распределение вероятностей и значений длительности исполнения функциональных групп программ.
  

• 
  В общем случае для оценивания длительностей исполнения и опреде­ления качества функционирования программ в зависимости от загрузки необходимо задавать вероятность каждой комбинации тестовых данных и измерять соответствующую ей длительность. После упорядочения значе­ний длительностей можно получить распределение вероятностей в зави­симости от длительностей исполнения. Однако для сложных групп про­грамм весьма трудно определить вероятность каждой комбинации исход­ных данных. Поэтому на практике в ряде случаев ограничиваются некоторыми средними или наиболее вероятными значениями тестовых данных, а также одним или несколькими сочетаниями исходных данных, при которых ожидаются предельные значения потоков заданий и дли­тельностей исполнения программ, способные негативно отразиться на ка­честве функционирования ПС.
  
• 
  Влияние таких ситуаций перегрузки ЭВМ по производительности может быть ослаблено путем применения приоритетных дисциплин опе­ративной диспетчеризации исполнения заданий на решение функциональ­ных задач. В зависимости от характеристик потоков заданий и предпола­гаемых длительностей их реализации могут распределяться приоритеты на их решения и тем самым повышаться эффективность использования ограниченной производительности вычислительной системы для опреде­ленного комплекса программ. Быстрый рост количества решаемых задач, их сложности и требуемой производительности вычислительных средств стимулировал поиск путей удовлетворения потребностей заказчиков в ре­сурсах для решения таких задач. Значительное внимание было уделено анализу эффективности дисциплин диспетчеризации с относитель­ными и абсолютными приоритетами. Эти дисциплины активно приме­нялись при организации вычислений в специализированных, объектных ЭВМ реального времени. Они позволяли повышать эквивалентную произ­водительность ЭВМ на 10—20% по сравнению с бесприоритетными дис­циплинами диспетчеризации. Показано, что во многих случаях целесооб­разно применять при диспетчеризации функциональных задач не более 10—15 уровней приоритета, при загрузке ЭВМ на 80—95% и при значи­тельном различии длительностей и коэффициентов важности (10—100) приоритетных задач. Для практического использования характеристик и методов расчета рационального распределения производительности ВС созданы методики и типовые модели, позволяющие анализировать и оптимизировать диспетчеризацию в конкретных системах. При огра­ничениях ресурсов вследствие требований минимизации весов и габари­тов специализированных, объектных ЭВМ в авиационных, ракетных и космических системах их экономное использование остается актуаль­ным. Кроме того, в некоторых случаях полезно выделение высоких при­оритетов для особо важных или коротких задач, например, для обмена с внешними абонентами.
  
• 
  По результатам испытаний могут быть решены перечисленные зада­чи оценивания ресурсной эффективности ПС, что позволяет анали­зировать факторы, определяющие необходимую пропускную способность ЭВМ, и разрабатывать меры для приведения ее в соответствие с потребнос­тями. Если предварительно в процессе проектирования производительность ЭВМ не оценивалась или определялась слишком грубо, то велик риск, что доработки будут большими или может понадобиться заменить ЭВМ на более быстродействующую. Это обусловлено, как правило, «оптимизмом» разработчиков, что приводит к занижению интуитивных оценок длитель­ностей решения задач и возможных предельных интенсивностей потоков информации. Длительная регистрация и накопление значений ресурсной эффективности способствуют выявлению ситуаций, при которых проявля­ются некоторые дефекты функциональной пригодности в ПС.
  
• 
  Достоверность оценивания пропускной способности ЭВМ с конкрет­ным ПС зависит от корректности моделирования потоков внешних сооб­щений, а также от используемых распределений длительности исполнения программ. Для оценивания ресурсной эффективности при подготовке тех­нического задания и спецификаций требований на ПС следует согласовы­вать с заказчиком модель и характеристики внешней среды, в которой будет применяться комплекс программ, а также динамики приема и пере­дачи данных (см. п. 14.3). Эти условия следует детализировать до уровня, позволяющего однозначно определять требуемые значения интенсивности решения задач'.
  

• 
  в среднем, нормальном режиме работы ПС с наибольшим каче­ством функциональной пригодности;
  
• 
  в режиме предельной загрузки, реализующемся с определенной вероятностью и с допустимым снижением функциональной пригодности и некоторых конструктивных характеристик качества;
  
• 
  в режиме кратковременной, аварийной перегрузки, способной кри­тически отражаться на функциональной пригодности, надежности и безо­пасности применения ПС.
  

• 
  Для определения использования комплексами программ временных ресурсов ЭВМ полезно применять рекомендации стандарта ISO 14756 — Измерение и оценивание производительности программных средств ком­пьютерных вычислительных систем. Стандарт ориентирован на оценива­ние: прикладных программных средств, операционных систем и вычисли­тельных комплексов, включающих все аппаратные и программные сред­ства. Основные рекомендации сосредоточены в двух крупных разделах и четырех нормативных приложениях. Раздел 2 содержит общее описание методов измерений, а раздел 3 — детальные процедуры измерений и оце­нивания производительности ПС в составе информационной системы. Опи­сание метода измерения производительности начинается с эмуляции — имитации пользователей и потоков данных из внешней среды: их случай­ных характеристик и процессов; функционирования терминалов; установ­ления параметров рабочих нагрузок пользователей и вычислительных средств. Процедуры измерений должны содержать рекомендации по:
  

• 
  формированию тестов;
  
• 
  распределению их по временным фазам;
  
• 
  определению и регистрации результатов тестирования;
  
• 
  контролю корректности эмуляции внешней среды;
  
• 
  статистической обработке измерений.
  

• 
  Оценивание величины производительности рекомендуется для опре­деления загрузки операторов-пользователей, пропускной способности ПС по числу задач в единицу времени, временной шкалы событий обработки заданий и данных. Эти результаты предлагается сравнивать с требования­
  
• 
  ми заказчика и пользователей для оценивания рабочих нагрузок и доста­точности производительности ПС в конкретной внешней среде. Деталь­ные процедуры измерений и оценивания распределены по шести подраз­делам: исходные требования; процессы измерений; результирующие дан­ные; проверка корректности результатов; расчеты производительности; оценивание достоверности измерений производительности. Стандарт ре­комендуется для использования: испытателями; разработчиками и покупа­телями ПС; а также системными интеграторами сложных вычислительных систем.
  

• 
  ЛЕКЦИЯ 15
  
• 
  СОПРОВОЖДЕНИЕ И МОНИТОРИНГ
  ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
  

1. 
   Организация и методы сопровождения
   программных средств
   

• 
  В процессе эксплуатации версий программного продукта у каждого пользователя могут появляться некоторые претензии к функционирова­нию, которые квалифицируются им как ошибки или дефекты эталонной (базовой) или собственной версии. От пользователей или заказчика могут поступать также предложения по внесению изменений в базовую версию для улучшения эксплуатационных характеристик и расширения функцио­нальных возможностей системы и комплекса программ. Аналогичные пред­ложения могут поступать от разработчиков ПС. Для общения с пользова­телями и накопления информации о выявляемых недостатках в тиражируе­мых сложных ПС целесообразно выделение группы специалистов высокой квалификации, овладевших всеми функциями системы и программного продукта.
  
• 
  При организации сопровождения крупных ПС следует учитывать важ­ные психологические факторы, усложняющие привлечение и деятель­ность менеджеров и квалифицированных специалистов в этой области:
  

• 
  эта деятельность требует очень высокой квалификации и больших умственных затрат, связанных, прежде всего, с необходимостью одновре­менного, широкого охвата и анализа множества компонентов ПС и их взаимосвязей, находящихся в различных состояниях завершенности моди­фикаций;
  
• 
  корректируемые компоненты зачастую разрабатывались в прошлом в разное время, различными специалистами, в различном стиле и с неоди­наковой полнотой документирования, что усложняет освоение их содер­жания при внесении изменений и устранении дефектов;
  
• 
  сложная, творческая сторона работ при сопровождении вуалирует­ся тем, что приходится овладевать и анализировать программы, разрабо­танные ранее другими специалистами, которые зачастую, может быть, проще не корректировать, а разработать заново;
  
• 
  комплексы программ, прошедшие широкие испытания и эксплуа­тацию у заказчиков гарантируют достигнутое качество результатов функ­ционирования, и любые в них изменения имеют высокий риск внесения дополнительных ошибок и ухудшения этого качества, что ограничивает возможность коренных модификаций;
  
• 
  выполняемые работы требуют особой, скоординированной тща­тельности корректировок и четкого регламентированного взаимодействия ряда специалистов, различающихся квалификацией и уровнем ответствен­ности;
  
• 
  процессы и результаты сопровождения не отличаются нагляднос­тью и внешним эффектом, проявлением их размера и сложности, вслед­ствие чего непрестижны среди рядовых программистов и недооценивают­ся руководителями проектов.
  

• 
  По мере развития применения сложных программных продуктов ста­ло ясно, что интегральные затраты на их сопровождение и создание новых версий могут значительно превосходить затраты на разработку их первой версии. Опыт последних лет показал, что во многих случаях для сопровождения и мониторинга версий необходимо практически такое же, или даже большее, число специалистов, чем разработало первую версию ПС. При создании сложных ПС перемещение специалистов с разработки новых программных компонентов и ПС на развитие и сопровождение версий имеет систематический характер. Это приводит к тому, что по мере накопления эксплуатируемых ПС и их компонентов все большее число специалистов переходит из области непосредственного программи­рования новых программ в область системного проектирования и созда­ния новых версий ПС на базе повторно используемых компонентов.
  
• 
  Только после завершения создания нескольких версий ПС может пре­кратиться переход дополнительных кадров в сферу сопровождения и уп­равления конфигурацией и установиться стабильное соотношение между числом специалистов, занятых первичной разработкой новых проектов и сопровождением версий ПС. Очень часто разработчики нового ПС не предусматривают этот процесс и требующиеся ресурсы, что значительно снижает эффективность последующего применения созданного программ­ного продукта. По некоторым оценкам, непосредственным программиро­ванием новых компонентов в мире занято около 15—20% специалистов, участвующих в создании программных продуктов.
  
•