Качество и характеристики программного обеспечения

Рассматривая, оценивая и анализируя программные системы и отдельные программы, останавливаются на показателях качества программ и их основных характеристиках. Качество ПО – это совокупность свойств, определяющих полезность изделия (программы) для пользователей в соответствии с функциональным назначением и предъявленными требованиями. Характеристика качества программы – понятие, которое отражает отдельные факторы, влияющие на качество программ и поддающиеся измерению [].

Критерий качества – численный показатель, характеризующий степень, в которой программе присуще оцениваемое свойство. Критерии качества могут включать множество различных характеристик: экономичность, документированность, гибкость, модульность, надежность, обоснованность, тестируемость, ясность, точность, модифицируемость, эффективность, легкость сопровождения и т.д.

Для измерения характеристик и критериев качества используют метрики. Метрика качества программ – это система измерений качества программ. Эти измерения могут проводиться на уровне критериев качества программ или на уровне отдельных характеристик качества. В первом случае система измерений позволяет непосредственно сравнивать программы по качеству, при этом сами измерения не могут быть проведены без субъективных оценок свойств программ. Во втором случае измерения характеристик можно выполнить объективно и достоверно, но оценка качества ПО в целом будет связана с субъективной интерпретацией получаемых оценок.

Каждая ПС должна выполнять определенные функции, т.е. делать то, что задумано. Хорошая ПС должно обладать еще целым рядом свойств, позволяющим успешно ее использовать в течение длительного периода, т.е. обладать определенным качеством. Качество (quality) ПС – это совокупность его характеристик, которые влияют на его способность удовлетворять заданные потребности пользователей]. Это не означает, что разные ПС должны обладать одной и той же совокупностью таких свойств в их наивысшей степени. Повышение качества ПС по одному из таких свойств часто может быть достигнуто лишь ценой изменения стоимости, сроков завершения разработки и снижения качества этой ПС по другим его свойствам. Качество ПС является удовлетворительным, когда она обладает указанными свойствами в такой степени, чтобы гарантировать успешное ее применение.

Совокупность свойств ПС, которая образует удовлетворительное для пользователя качество ПС, зависит от условий и характера эксплуатации этой ПС, т.е. от позиции, с которой должно рассматриваться качество этой ПС. Поэтому при описании качества ПС, прежде всего, должны быть фиксированы критерии отбора требуемых свойств ПС. В настоящее время критериями качества ПС (criteria of software quality) принято считать:

1. функциональность – способность ПС выполнять набор функций, удовлетворяющих заданным или подразумеваемым потребностям пользователей. Набор указанных функций определяется во внешнем описании ПС;
2. надежность – устойчивость, точность выполнения предписанных функций обработки, возможность диагностики возникающих ошибок. Надежность (reliability) ПС – это ее способность безотказно выполнять определенные функции при заданных условиях в течение заданного периода времени с достаточно большой вероятностью. При этом под отказом в ПС понимают проявление в ней ошибки. Таким образом, надежная ПС не исключает наличия в ней ошибок – важно лишь, чтобы эти ошибки при практическом применении этого ПС в заданных условиях проявлялись достаточно редко. Убедиться, что ПС обладает таким свойством, можно при ее испытании путем тестирования, а также при практическом применении;
3. легкость применения — это характеристики ПС, которые позволяют минимизировать усилия пользователя по подготовке исходных данных, применению ПС и оценке полученных результатов, а также вызывать положительные эмоции определенного или подразумеваемого пользователя. Сюда следует также отнести дружественный интерфейс, контекстно-зависимую подсказку, хорошую документацию;
4. эффективность – это отношение уровня услуг, предоставляемых ПС пользователю при заданных условиях, к объему используемых ресурсов;
5. сопровождаемость, модифицируемость – это характеристики ПС, которые позволяют минимизировать усилия по внесению изменений для устранения в ней ошибок и по ее модификации в соответствии с изменяющимися потребностями пользователей, переходу на новые версии и т.п.;
6. мобильность (многоплатформенность) – независимость от технического комплекса вычислительных средств, операционной системы, сетевых возможностей, специфики предметной области задачи и т. д.;
7. коммуникативность – степень возможной интеграции с другими программами, обеспечение обмена данными между программами.

Во многих случаях функциональность и надежность являются обязательными критериями качества ПС, причем обеспечение надежности красной нитью проходит по всем этапам и процессам разработки ПС. Остальные критерии используются в зависимости от потребностей пользователей в соответствии с требованиями к ПС.

К основным характеристикам программ и программных систем относится сложность программной системы. При оценке сложности программ, как правило, выделяют три основные группы метрик []:

1. метрики размера программ;
2. метрики сложности потока управления программ;
3. метрики сложности потока данных программ.

Оценки первой группы наиболее просты и, очевидно, поэтому получили широкое распространение. Традиционной характеристикой размера программ является количество строк исходного текста. Под строкой понимается любой оператор программы, поскольку именно оператор, а не отдельно взятая строка является тем интеллектуальным "квантом" программы, опираясь на который можно строить метрики сложности ее создания.

Непосредственное измерение размера программы, несмотря на свою простоту, дает хорошие результаты. Конечно, оценка размера программы недостаточна для принятия решения о ее сложности, но вполне применима для классификации программ, существенно различающихся объемами. При уменьшении различий в объеме программ на первый план выдвигаются оценки других факторов, оказывающих влияние на сложность. Таким образом, оценка размера программы есть оценка по номинальной шкале, на основе которой определяются только категории программ без уточнения оценки для каждой категории.

К группе оценок размера программ можно отнести также и метрику Холстеда. Основу метрики Холстеда составляют четыре измеряемых характеристики программы:

– число уникальных операторов программы, включая символыразделители, имена процедур и знаки операций (словарь операторов);

– число уникальных операндов программы (словарь операндов); N1 – общее число операторов в программе;

– общее число операндов в программе.

Опираясь на эти характеристики, получаемые непосредственно при анализе исходных текстов программ, М. Холстед вводит следующие оценки:

словарь программы ,

длину программы

(1)

объем программы

(2)

Под битом подразумевается логическая единица информации – символ, оператор, операнд.

Далее М. Холстед вводит – теоретический словарь программы, т.е. словарный запас, необходимый для написания программы, с учетом того, что необходимая функция уже реализована в данном языке и, следовательно, программа сводится к вызову этой функции. Используя , Холстед вводит оценку :

(3)

с помощью которой описывается потенциальный объем программы, который соответствует максимально компактному тексту программы, реализующей данный алгоритм.

Вторая наиболее представительная группа оценок сложности программ – метрики сложности потока управления программ. Как правило, с помощью этих оценок оперируют либо плотностью управляющих переходов внутри программ, либо взаимосвязями этих переходов. И в том, и в другом случае стало традиционным представление программ в виде управляющего ориентированного графа , где – вершины, соответствующие операторам, а – дуги, соответствующие переходам.

Впервые графическое представление программ было предложено Маккейбом. Основной метрикой сложности он предлагает считать цикломатическую сложность графа программы, или, как ее еще называют, цикломатическое число Маккейба, характеризующее трудоемкость тестирования программы.

Для вычисления цикломатического числа Маккейба применяется формула

где – число дуг ориентированного графа ;

– число вершин;

– число компонентов связности графа.

Число компонентов связности графа можно рассматривать как количество дуг, которые необходимо добавить для преобразования графа в сильно связный. Cильно связным называется граф, любые две вершины которого взаимно достижимы. Для графов корректных программ, т. е. графов, не имеющих недостижимых от точки входа участков и "висячих" точек входа и выхода, сильно связный граф, как правило, получается путем замыкания дугой вершины, обозначающей конец программы, на вершину, обозначающую точку входа в эту программу.

Одной из наиболее простых, но, как показывает практика, достаточно эффективных оценок сложности программ является метрика Т. Джилба, в которой логическая сложность программы определяется как насыщенность программы выражениями типа IF-THEN-ELSE. При этом вводятся две характеристики: – абсолютная сложность программы, характеризующаяся количеством операторов условия; – относительная сложность программы, характеризующаяся насыщенностью программы операторами условия, т. е. определяется как отношение к общему числу операторов.

Другая группа метрик сложности программ – метрики сложности потока данных, т. е. использования, конфигурации и размещения данных в программах. Рассмотрим метрику, связывающую сложность программ с обращениями к глобальным переменным.

Пара "модуль, глобальная переменная" обозначается как , где – модуль, имеющий доступ к глобальной переменной . В зависимости от наличия в программе реального обращения к переменной формируются два типа пар "модуль, глобальная переменная": фактические и возможные. Возможное обращение к с помощью p показывает, что область существования включает в себя .

Характеристика говорит о том, сколько раз модули up действительно получали доступ к глобальным переменным, а число – сколько раз они могли бы получить доступ. Отношение числа фактических обращений к возможным определяется как . Эта формула показывает приближенную вероятность ссылки произвольного модуля на произвольную глобальную переменную. Очевидно, чем выше эта вероятность, тем выше вероятность "несанкционированного" изменения какой-либо переменной, что может существенно осложнить работы, связанные с модификацией программы.

Кроме метрик сложности программ, используются метрики стилистики и понятности программ. Наиболее простой метрикой стилистики и понятности программ является оценка уровня комментированности программы :

(4)

где – количество комментариев в программе; – количество строк или операторов исходного текста.

Таким образом, метрика отражает насыщенность программы комментариями. Исходя из практического опыта, принято считать, что , т. е. на каждые десять строк программы должен приходиться минимум один комментарий. Как показывают исследования, комментарии распределяются по тексту программы неравномерно: в начале программы их избыток, а в середине или в конце – недостаток. Причина в том, что в начале программы, как правило, расположены операторы описания идентификаторов, требующие более "плотного" комментирования. Кроме того, в начале программы также расположены "шапки", содержащие общие сведения об исполнителе, характере, функциональном назначении программы и т. п. Такая насыщенность компенсирует недостаток комментариев в теле программы, и поэтому формула (4) недостаточно точно отражает комментированность функциональной части текста программы.

К другим характеристикам программ следует отнести:

• состав функций обработки информации, определенный функциональными требованиями к программной системе;
• объем файлов, используемых программной системой;
• требования к операционной системе и компьютерной технике и др.

Варианты использования и распространения программных продуктов

Все программы по характеру использования и категориям пользователей можно разделить на два класса – утилитарные программы и программные продукты. Первые предназначены для удовлетворения нужд их разработчиков (программы для себя), но не для широкого распространения. Вторые (программные продукты) используются для удовлетворения потребностей пользователей, широкого распространения и продажи.

Существует большое количество различных компаний, занимающиеся разработкой проприетарного программного обеспечения (proprietary software). Этим термином обозначают программное обеспечение, которое имеет собственника, осуществляющего контроль над этим программным обеспечением и определяющего собственные лицензионные соглашения по использованию программного продукта. Наиболее типичными ограничениями проприетарного ПО являются:

1. ограничение на коммерческое использование. Существует большое количество проприетарных программных продуктов, которое можно использовать бесплатно в некоммерческих целях для частных лиц, медицинских и учебных заведений, для некоммерческих организаций и т.д. Такое программное обеспечение очень популярно и широко используется, а за счет своей бесплатности имеет хорошую техническую поддержку со стороны специалистов, у которых отсутствует необходимость дополнительных затрат на обучение;
2. ограничение на распространение. Этот вид ограничений сопровождает обычно крупные программные проекты, когда правообладатель требует оплаты за каждую копию программы. Обычно с таким ограничением применяются программные продукты, ориентированные на узкий "профессиональный" сегмент рынка, или программное обеспечение, требующееся большому числу пользователей. Примером может служить пакет программ Adobe CS3 или операционная система Microsoft Windows XP;
3. ограничение на модификацию. Этот вид ограничения используется только в программных пакетах с закрытыми исходными кодами и может запрещать или ограничивать любую модификацию программного кода, дизассемблирование и декомпиляцию.

В настоящее время существуют и другие варианты легального распространения программных продуктов, которые появились с развитием Интернета:

1. freeware – бесплатные, свободно распространяемые программы. Очень много серьезных компаний писали, пишут и будут писать freeware-программы. Дело в том, что freeware – прекрасный инструмент в продвижении новых технологий и продуктов. Например, всем известна программа общения ICQ. Это популярный бесплатный продукт, который имеет очень сильные позиции в сравнении с платными программами. Некоторые shareware-программы становятся бесплатными. Всем известный мультимедиа-проигрыватель Winamp первоначально был shareware-программой стоимостью в $10. Однако, после того как сайт winamp.com стал привлекать большое количество посетителей, разработчики, получая солидные доходы от рекламы, решили сделать свой продукт бесплатным, еще надежнее увеличив рост его популярности и своих доходов;
2. shareware – условно-бесплатные программы. Употребляется и еще одно наименование этого типа ПО – "пробное" (trial). Основное достоинство shareware – "попробуй, прежде чем купить" (try before you buy). Пользователю предоставляется продукт с некоторыми ограничениями, "на пробу", пока он его не приобретет. Ограничения могут быть функциональными и/или временными (чаще всего программа работает 30 дней или определенное количество запусков). Если пользовать решает, что это программа ему нужна, он должен зарегистрироваться, заплатив автору определенную сумму, в противном же случае обязан прекратить использование программы и удалить ее со своего компьютера;
3. public domain software – очень похожие на freeware программы. Распространяются бесплатно. Однако, в отличие от freeware, где автор программы имеет все права на программу, в случае с public domain у него эти права отсутствуют. Программа распространяется вместе с исходным кодом, и автор отказывается от своих прав. Главной идеей было развитие программы в дальнейшем. Однако в силу того, что программа была "ничья", кто угодно мог слегка модифицировать код, откомпилировать и распространять ее как платную. По этой причине таких программ в настоящее время просто не найти;
4. open source. Представляет собой развитие концепции public domain software, в которой учтены ошибки этого варианта. Программа, как и раньше, распространяется на бесплатной основе вместе с исходным кодом. Однако автор уже не отказывается от своих прав. Существует система требований к лицензии на программный продукт, который называется The Open Source Definition (OSD), которая представлена на сайте. К программе обязательно должен быть приложен исходный код. Модифицированное ПО должно распространяться на тех же условиях, что и исходный продукт. Автор исходного продукта даже имеет право требовать, чтобы исходный код его программы распространялся без изменений, но в комплекте с соответствующими модифицирующими исправлениями.

Существуют и другие, можно сказать, экзотические варианты распространения программ. Например:

1. adware. К этой категории относятся программы, которые во время своей работы демонстрируют пользователю рекламу, обычно графические баннеры размером 468x60 точек. Adware сочетает в себе freeware и shareware. С одной стороны, пользователь не обязан оплачивать программу и может ею пользоваться сколь угодно долго; с другой – у него есть стимул оплатить программу, ведь в этом случае он избавится от баннера, который так долго его нервирует. Наибольшее развитие этот тип получил в программах, которые работают в Интернете, ведь именно оттуда скачивается новая реклама. Например: браузеры, download-менеджеры и программы дозвона;
2. donationware. Такое ПО также распространяются бесплатно, однако разработчик программы в лицензионном соглашении указывает, что если пользователю программа нравится, то он может (а не обязан) выслать денежное вознаграждение. К сожалению, как показывает практика, пользователи очень вяло реагируют на такие просьбы и очень редко высылают деньги.

Ряд производителей использует OEM-программы (Original Equipment Manu-facturer), т.е. встроенные программы, устанавливаемые на компьютеры или поставляемые вместе с компьютером.

Программный продукт должен быть соответствующим образом подготовлен к эксплуатации (отлажен), иметь необходимую техническую документацию, предоставлять сервис и гарантию надежной работы программы, иметь товарный знак изготовителя, а также код государственной регистрации.

2. Лекция: Классификация программного обеспечения:
Под программным обеспечением понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.