CC BY
0
УДК 004.052.32
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕТОДОМ МУЛЬТИВЕРСИОННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
О.Д. Стрелавина, Д. Л. Никифоров* Научный руководитель - В. А. Терсков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-шаИ: nikiforov-danil1997@yandex.ru
На основе модели оценки надежности программного обеспечения проведено исследование зависимости надежности программного компонента от количества его версий.
Ключевые слова: мультиверсионное программирование, мультиверсионность, надежность программного обеспечения, модель надежности.
INCREASING SOFTWARE RELIABILITY THROUGH MULTIVERSION
PROGRAMMING
O. D. Strelavina, D. L. Nikiforov* Scientific supervisor - V. A. Terskov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *Е-mail: nikiforov-danil1997@yandex.ru
Article describes how software component reliability depends on the number of its versions. Research is based on the software reliability model.
Keywords: multiversion programming, N-version programming, software reliability, reliability model.
Одной из наиболее перспективных и положительно зарекомендовавших себя методологий обеспечения высокой надёжности программного обеспечения является введение программной избыточности. Простое дублирование компонентов, как при аппаратном резервировании, недопустимо, так как в отличие от аппаратуры, программные ошибки имеют внутреннюю природу и при дублировании не исчезнут.
Надёжность всей системы может быть достигнута введением программной избыточности в отдельные компоненты её архитектуры. Создание функционально-эквивалентных, но, тем не менее, разных модулей может быть достигнуто при разработке версий одного модуля разными специалистами или применением разных языков программирования. Программную избыточность используют для разработки компонентов, к которым происходит наиболее частое обращение, или результаты работы которых участвуют в критически важных циклах управления [1].
В компонент программной архитектуры, функционирование которого особо критично по надёжности, может быть введена программная избыточность методом N-версионного программирования. Очевидно, что надёжность компонентов с программной избыточностью прямо пропорциональна глубине избыточности (или количеству различных его версий) и надёжности среды исполнения версий (алгоритма голосования или приемочного теста).
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
Надёжность мультиверсионного компонента i на уровне у, построенного из K версий методом мультиверсионного программирования для любого к равна [2]:
ъ=р (1-п (1 - рк)
V к=1 У
где ^ - вероятность безотказной работы алгоритма голосования, - вероятность безотказной работы версии
На основе данной модели было разработано программное обеспечение, позволяющее производить оценку надежности мультиверсионного компонента. Результаты исследования представлены в таблице 1. Первый ряд таблицы указывает на изначальную надежность компонента. Первая колонка отражает количество версий программного компонента.
Результаты исследования компонента
Таблица 1
0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
1 0.5500 0.65000 0.7500000 0.85000000 0.9500000000000
2 0.7975 0.87750 0.9375000 0.97750000 0.9975000000000
3 0.9089 0.95713 0.9843750 0.99662500 0.9998750000000
4 0.9590 0.98499 0.9960938 0.99949375 0.9999937500000
5 0.9815 0.99475 0.9990234 0.99992406 0.9999996875000
О надежности всей системы в целом могут говорить такие показатели как среднее время простоя Гй и среднее время до сбоя МИТ [3]. По перечисленным выше показателям определяется коэффициент готовности системы 5.
М Ып
+ 2 2
(п=1)&(пФу) п=1
(
(
М Му
т = 22{рих *[((+ТС+ ТЕУ)
у=1 I=1
( + ТСпп + ТЕпп) + 2 (( х ( + ТСЫ + ТЕш))
1еО„ш
*2[р4 х[(ТЛ + Щ + ТЕк) +
ру х
У У
кеД,
М Ып
( Л
+ 2 2ру х (ТАпп + ТСпп + ТЕпп) + 2 ( х(ТАп + ТСп + ТЕЫ))
(п=1)&(пФу) п=1 у
МТТр = 22{риу х(1 - Щ )х[шу. +
у=1 I =1 Ып ( (
2 2(1 -ру)х гипп +2((1 -Р1п:)хЩп)
М
=1)&(пФ у )п=1 V
( (
ЛЛ
кеД
2 (1 - ру
1еД М N
УУ
Тищ +
2 2((1 -ру)х(Типп +
(п=1 )&( пФ у) п=1
-2((1 - Рьппп )х Тиы)))))]}
„ _ MTTF
S —-
MTTF+т
где М- количество архитектурных уровней; N. - количество компонентов на уровне /; - множество индексов компонентов, зависимых от компонента / на уровне /; множество индексов компонентов, от которых зависит компонент / на уровне /; Р^ - событие сбоя, возникшего в компоненте / на уровне /; РЩ 1 - вероятность, того что компонент / на уровне / будет использоваться; ОТ^ - вероятность, того, что в компоненте / на уровне / возникнет сбой; - вероятность того, что в компоненте / на уровне / сбой не появится; -
условная вероятность того, что в компоненте m на уровне п возникнет сбой, если возникнет сбой в компоненте / на уровне /; ГЛ^ - относительное время доступа к компоненту / на уровне /; относительное время анализа сбоя в компоненте / на уровне /; Уй1^ -
относительное время устранения сбоя в компоненте / на уровне /; - относительное время использования компонента / на уровне /; - глубина программной избыточности компонента / на уровне /; - множество версий компонента /, на уровне /; - среднее время выполнения модуля i на уровне у.
На основе данной модели с помощью созданного программного обеспечения было проведено исследование зависимости надежности системы от количества версий данного компонента. Исследованная программная система состоит из 11 компонентов с надежностью равной единице и одного компонента, изначальная надежность которого равна 0,65. Данные представлены в таблице 2, Первая колонка показывает количество версий, а первый ряд данных - показатели надежности системы до введения мультиверсионности.
Таблица 2
Результаты исследования системы_
Среднее время простоя Среднее время до сбоя Коэффициент готовности
1 29677 184836 0.65000
2 10450 197628 0.87750
3 3724 202105 0.95713
4 1370 203672 0.98499
5 546 204221 0.99475
Библиографические ссылки
1. Тынченко В.В., Царев Р.Ю. К вопросу оценки надежности программного обеспечения с многоуровневой архитектурой // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2 (часть 1)
2. Новой А.В. Система анализа архитектурной надежности программного обеспечения.: дис. канд. техн. наук: Красноярск, 2011 - 131 с.
3. Русаков М.А. Многоэтапный анализ архитектурной надежности в сложных информационно-управляющих системах: дис. канд. техн. наук: Красноярск, 2005 - 168 с.
© Стрелавина О. Д., Никифоров Д. Л., 2021
