34. Оценка качественных и количественных характеристик информационных систем. Модели оценки характеристик надежности программного и информационного обеспечения. Основные понятия, показатели и методы обеспечения надежности информационных систем.

Качество информационной системы - это совокупность свойств системы, обусловливающих возможность ее использования для удовлетворения определенных в соответствии с ее назначением потребностей. Количественные характеристики этих свойств определяются показателями. Основными показателями качества информационных систем являются надежность, достоверность, безопасность. Надежность — свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения. Достоверность функционирования - свойство системы, обусловливающее безошибочность производимых ею преобразований информации. Безопасность информационной системы - свойство, заключающееся в способности системы обеспечить конфиденциальность и целостность информации, то есть защиту информации от несанкционированного доступа с целью ее раскрытия, изменения или разрушения. Надежность - комплексное свойство системы; оно включает в себя более простые свойства, такие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и т. д. Безотказность — свойство системы сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки (наработка — продолжительность или объем работы системы). Ремонтопригодность — свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Долговечность — свойство системы сохранять при установленной системе технического обслуживания и ремонта работоспособное состояние до наступления предельного состояния, то есть такого момента, когда дальнейшее использование системы по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Одним из основных понятий теории надежности является отказ. Отказом называют полную или частичную потерю работоспособности системы или ее элемента.

Все системы в теории надежности классифицируются по ряду признаков. Важными классификационными группами являются: восстанавливаемые; невосстанавливаемые; обслуживаемые; необслуживаемые системы. Восстанавливаемой называется такая системы, работоспособность которой в случае возникновения отказа подлежит восстановлению. Невосстанавливаемая система - такая система, работоспособность которой в случае отказа восстановлению не подлежит. Обслуживаемая система - система, для которой предусматривается проведение регулярного технического обслуживания. Необслуживаемая система - система, для которой не предусматривается проведение регулярного технического обслуживания.

Основные показатели надежности Показатель надежности - это количественная характеристика одного или нескольких свойств, определяющих надежность системы. В основе большинства показателей надежности лежат оценки наработки системы, то есть продолжительности или объема работы, выполненной системой. Показатель надежности, относящийся к одному из свойств надежности, называется единичным. Комплексный показатель надежности характеризует несколько свойств, определяющих надежность системы. Единичные показатели надежности. К единичным показателям надежности в соответствии с ГОСТ 27.002-80 относятся показатели безотказности, показатели ремонтопригодности и показатели долговечности.

Показатели безотказности

1. Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы не возникнет.
2. Вероятность отказа — обратная величина, вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ системы возникнет.
3. Средняя наработка до отказа — математическое ожидание наработки системы до первого отказа (существенно для невосстанавливаемых систем).
4. Средняя наработка на отказ (То, MTBF — Main Time Between Failures) — отношение наработки восстанавливаемой системы к математическому ожиданию числа ее отказов в пределах этой наработки (имеет смысл только для восстанавливаемых систем).
5. Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемой системы, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.
6. Параметр потока отказов (X(t)) - отношение среднего числа отказов для восстанавливаемой системы за произвольно малую ее наработку к значению этой наработки.

Показатели ремонтопригодности

1. Вероятность восстановления работоспособного состояния - вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния не превысит заданного.
2. Среднее время восстановления работоспособного состояния (Tв) - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния системы.

Показатели долговечности

1. Средний ресурс - математическое ожидание наработки системы от начала ее эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
2. Срок службы (Tcc) - календарная продолжительность от начала эксплуатации системы или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
3. Комплексные показатели надежности.

Обеспечение надежности функционирования ИС. Информационная система — это сложная человеко-машинная система, включающая в свой состав эргатические звенья, технические средства и программное обеспечение. Все методы обеспечения надежности и достоверности ИС можно отнести к двум классам. Один включает в себя методы, обеспечивающие безошибочность (безотказность, бессбойность) функциональных технических, эрга-тических и программных звеньев ИС, то есть, в конечном счете, повышающие их надежность. Другой — методы, обеспечивающие обнаружение и исправление ошибок, возникающих в информации, то есть методы контроля достоверности информации и ее коррекции, косвенно также повышающие функциональную надежность системы.

 Виды обеспечения надежности: экономическое; временное; организационное; структурное; технологическое; эксплуатационное; социальное; эргатическое; алгоритмическое; синтаксическое; семантическое.

Обеспечение можно определить как совокупность факторов (элементов, методов, приемов, процедур, ресурсов и т. п.), способствующих достижению поставленной цели. Экономическое и временное обеспечения, обусловливаемые необходимостью соответственно материальных и временных затрат, используются для реализации процедур обеспечения достоверности. Организационное, эксплуатационное, техническое, социальное и эргатическое обеспечения применяются преимущественно для повышения надежности систем, а структурное и алгоритмическое обеспечения - для обоих классов методов.

Практическая реализация надежных информационных систем. Обеспечение надежности технических компонентов информационных систем чаще всего реализуется аппаратным и программным способами. В первом случае ИС использует аппаратную избыточность: все операции выполняются параллельно на одинаковых компонентах системы, а результаты их работы затем сравниваются, что позволяет выявить ошибки; в случае выхода из строя какого-либо компонента его резервные аналоги продолжают работу без остановки, а отказавший компонент заменяется на работоспособный. Программный способ предусматривает: последовательное во времени выполнение одних и тех же информационных процессов и дублирование данных; автоматическое восстановление отказавших операционных систем, приложений и искаженных данных.

Для обеспечения надежности технических средств чаще всего производится: резервирование (дублирование) технических средств (компьютеров и их компонентов, сегментов сетей и т. д.); использование стандартных протоколов работы устройств ИС; применение специализированных технических средств защиты информации. Для обеспечения надежности функционирования программного комплекса ИС требуется: тщательное тестирование программ, опытное исполнение программы с целью обнаружения в ней ошибок (обязательное условие эффективного тестирования - по крайней мере один раз выполнить все разветвления программы в каждом из возможных направлений); использование стандартных протоколов, интерфейсов, библиотек процедур, лицензионных программных продуктов; использование структурных методов для обеспечения надежной работы программных комплексов (иерархическое построение программ, разбиение программ на сравнительно независимые модули и т. д.); изоляция параллельно работающих процессов, в результате чего ошибки в работе одной программы не влияют на работу операционной системы и других программ.

В качестве наиболее эффективных мер комплексного обеспечения надежности ИС можно назвать кластеризацию компьютеров и использование отказоустойчивых компьютеров.