Основы теории надежности информационных систем

Основы теории надежности информационных систем

Предисловие

Интенсивное развитие информационных систем ставит первостепенным вопрос обеспечения надежности их функционирования. Актуальность данного вопроса подтверждается увеличивающимся количеством сбоев (нередко приводящих к человеческим жертвам и техногенным катастрофам) в работе различных информационных систем: от банкоматов (часто не работающих при сильных морозах) до информационных систем электроснабжения крупными городами и регионами, обеспечения функционированием аэропортов, космических систем, информационных систем военного назначения и т.д. 

При исследовании надежности информационных систем (ИС) целесообразно выделить три блока: 1) аппаратную часть информационных систем, 2) программную часть информационных систем, и 3) блок «человеко-машинного  взаимодействия» (комплекс «ЧТС», «СЧТС»).

Блок  «человеко-машинного взаимодействия»  актуален, поскольку с усложнением  ИС человек-оператор ставится во всё  более жесткие условия в смысле контроля и управления информационными  системами, при этом из-за ограниченных возможностей человека-оператора всё  больше функций вынужденно отдаётся информационной системе.

Таким образом, рассмотрение вопроса надежности информационных систем необходимо проводить комплексно в трех направлениях: надежность аппаратной части ИС, надежность программной  части ИС,  надежность «человеко-машинного  взаимодействия». Настоящее пособие  построено именно таким образом.

Цель, преследуемая данным учебным  пособием, состоит в следующем. При подготовке специалистов и бакалавров направления «Информационные системы и технологии» (профиля «информационные системы в образовании») вопросы надежности информационных систем освещаются в рамках ряда дисциплин, таких как «Инструментальные средства информационных систем», «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий». Однако в настоящее время отсутствует методическое пособие, которое бы в достаточном объёме и с единых позиций описывало бы понятия надежности информационных систем в комплексе - как в аппаратном, так и программном аспектах. Такое совместное рассмотрение представляется актуальным, и в отечественной учебной литературе представлено впервые.

Таким образом, в задачи данного учебного пособия входит логическая увязка теоретических и практических аспектов вопросов надежности в едином комплексе аппаратных и программных средств, включая «человеко-машинное взаимодействие» - при создании, тестировании и эксплуатации информационных систем.

Пособие снабжено списком литературы, состоящим  из двух частей – основной и дополнительной.

Учебное пособие снабжено вопросами для  самоконтроля и задачами, помогающими  освоить достаточно непростой материал. Для некоторых задач (отмеченных символом *) в приложении имеются  решения.

Как работать с пособием. Поскольку в пособии имеются подробно разобранные примеры решения типовых задач, они могут непосредственно быть использованы как для дипломного (курсового) проектирования, так и при создании профессиональных информационных и автоматизированных систем обработки информации, включая Интернет-сайты. С целью облегчения использования математического аппарата в приложении приведены краткие сведения из теории вероятностей. Основную литературу из приводимого списка необходимо использовать для базовой проработки материала курса. В данной литературе можно найти приведенные формулы, понять, как они выведены, изучить доказательства теорем и т.п. Литературу из дополнительного списка необходимо использовать для углубленного освоения материала и изучения истории вопроса. Интернет-источники обеспечивают учащихся постоянно обновляемой информацией (актуальные статьи, обзоры и пр.), что поможет быть в курсе современных тенденций и развития мысли. Для ознакомления с отечественной и иностранной терминологией по теории и практике надежности следует использовать алфавитный справочник на русском и английском языках (приведено в приложении).

Пособие рассчитано на студентов, обучающихся  по направлениям 230400 «Информационные  системы и технологии», 230100 «Информатика и вычислительная техника» (специальность 230102 «Автоматизированные системы  обработки информации и управления»), 220400 «Управление в технических  системах», а также 231000.62 «Программная инженерия», 230100 «Информатика и вычислительная техника» (специальность 230102 «Автоматизированные  системы обработки информации и  управления»), 230400 «Информационные  системы и технологии», 220400 «Управление  в технических системах».

Пособие предназначено для получения  теоретических и практических навыков  при изучении дисциплин: «Проектирование  информационных систем», «Надежность, эргономика и качество АСОИиУ», «Человеко-машинное взаимодействие», «Проектирование программного обеспечения АСОИиУ», «Базы данных». Также может быть использовано при изучении дисциплин: «Управление данными», «Технологии обработки информации», «Инструментальные средства информационных систем», «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий».

Пособие является самодостаточным. Тем не менее, изучению материала пособия должно предшествовать знание теории вероятностей и математической статистики, хорошие  знания математического анализа, желательно изучение дисциплины «Электротехника  и электроника».

Пособие подготовлено на основании курсов, читаемых авторами (как целиком, так  и отдельными темами) более 10 лет  с 2011 года в ряде столичных государственных  университетов. Некоторые из теоретических и практических разработок авторов нашли отражение в электронном учебном издании (Романова Т.Н., Храпченко М.В. Виды тестирования для обеспечения надежности программных средств. Учебное пособие по дисциплине «Тестирование и отладка программного обеспечения», электронное учебное издание 2012 г. МГТУ им. Н.Э. Баумана), приведённом в списке литературы.

Авторы  не считают необходимым включение  в пособие вопросов, связанных  с применением помехоустойчивого кодирования при передаче данных в информационных системах, поскольку, во-первых, указанные вопросы стоят несколько особняком от предмета пособия, во-вторых, объем указанных вопросов слишком велик и рассматривается в отдельных курсах, например, «Теория информации», «Теория информационных процессов и систем», «Сети ЭВМ и телекоммуникации», «Инфокоммуникационные системы и сети» и др.

Пособие может быть с успехом использовано аспирантами, специалистами в областях проектирования информационных систем, автоматизированной обработки информации и управления и человеко-машинного  взаимодействия, а также лицами, занимающимися самообразованием.

Пособие не свободно от недостатков. Все замечания  и предложения авторы примут с  искренней признательностью.

Введение

В настоящее  время имеет место переход  от индустриального к постиндустриальному - информационному - обществу. Следовательно, именно на системы обработки информации направлено повышенное внимание всех сторон общественного производства – администрации, проектировщиков, разработчиков, изготовителей, потребителей, спонсоров и т.п.

Качество  промышленной продукции (в том числе  АСУ) является одной из важнейших  её характеристик. Требования к качеству регламентируются международными стандартами, тем не менее, промышленно развитые страны задолго до появления международных  стандартов имели свои внутренние стандарты. В СССР были приняты государственные  стандарты (не утерявшие актуальности и на сегодняшний день), содержащие основные требования к качеству.

Фундаментальным комплексным свойством, входящим в  понятие «качество», является надежность. Понятия надежности распространяются на любые технические объекты (включая  их подсистемы) и программные (программно-аппаратные) средства, причем надежность изделия  закладывается на этапах его проектирования, производства и ремонта, а определяется (выявляется реальный уровень надежности) на этапах испытаний и эксплуатации.

Рассмотрение  в комплексе аппаратных и программных  средств требует определения их специфики. Известно, что теория надежности разрабатывалась первоначально для технических средств, поэтому существуют особенности её применения к программным средствам. Так, отсутствует понятие «старение программного обеспечения». Кроме того, очевидно, что понятия и методы теории надежности применимы только к программным средствам, функционирующим в реальном времени и непосредственно взаимодействующим с внешней средой.

В отношении  программного обеспечения очень  важным является, например, понимание  принципов работы СУБД. Так, использование  индексирования полей при использовании  оператора LEFT JOIN значительно повышает быстродействие работы запросов. Следовательно, в задачу тестировщиков входит проверка качества реализации базы данных.

В отношении  оборудования тестирование носит характер констатации факта: достаточно ли его  характеристик для требуемого быстродействия.