Характеристики качества баз данных

Современные базы данных являются одними из массовых специфических объектов в сфере информатизации, для которых в ряде областей

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

необходимо особенно высокое качество и его квалифицированное системное проектирование. Базу данных можно рассматривать как два компонента:

— программные средства системы управления базой данных (СУБД), независимые от сферы их применения, структуры и смыслового содержания накапливаемых и обрабатываемых данных;

— информацию базы данных (ИБД), доступную для накопления, упорядочивания, обработки и использования в конкретной проблемно-ориентированной сфере применения.

При этом одна и та же система управления базой данных (СУБД) может обрабатывать различные по структуре, составу и содержанию данные, а одни и те же данные могут управляться программными средствами различных СУБД. Хотя эти компоненты тесно взаимодействуют при реализации конкретной прикладной БД, первоначально при проектировании они создаются или выбираются практически независимо и могут рассматриваться в их ЖЦ как два объекта, которые различаются:

— номенклатурой и содержанием показателей качества, определяющих их назначение, функции и потребительские свойства;

— технологией и средствами автоматизации разработки и обеспечения всего ЖЦ каждого объекта;

— категориями специалистов, обеспечивающих: создание, эксплуатацию или применение компонентов БД;

— комплектами эксплуатационной и технологической документации, поддерживающими жизненный цикл объектов.

Первым компонентом для системного анализа и требований к качеству является комплекс программ СУБД. Практически весь набор характеристик и атрибутов качества ПС, изложенный в стандарте ISO 9126, в той или иной степени может использоваться при формировании требований к качеству СУБД. Во всех случаях важнейшими характеристиками качества СУБД являются требования к функциональной пригодности для процессов формирования и изменения информационного наполнения БД администраторами, а также доступа к данным и представления результатов пользователям БД. Ниже за основу принята номенклатура и содержание стандартизированных характеристик сложных комплексов программ, которые адаптируются применительно к понятиям и особенностям компо-

11.4. Характеристики качества баз данных

нентов баз данных. В зависимости от конкретной проблемно-ориентированной области применения СУБД приоритет при системном анализе требований к качеству может отдаваться различным конструктивным характеристикам: либо надежности и защищенности применения (финансовая сфера), либо удобству использования малоквалифицированными пользователями (социальная сфера), либо эффективности использования ресурсов (сфера материально-технического снабжения). Однако практически во всех случаях сохраняется некоторая роль ряда других конструктивных показателей качества.

Вторым компонентом БД является собственно накапливаемая и обрабатываемая информация. В системах баз данных доминирующее значение приобретают сами данные, их хранение и обработка. Ниже сделан акцент на системный анализ требований и составляющих характеристик качества этого объекта — на информацию баз данных (ИБД) с предположением, что средства СУБД способны их обеспечить. Для оценивания качества информации БД может сохраняться общий, методический подход к выделению адекватной номенклатуры стандартизированных в ISO 9126 базовых характеристик и субхарактеристик качества ПС. Выделяемые показатели качества должны иметь практический интерес для пользователей БД и быть упорядочены в соответствии с приоритетами практического применения. Кроме того, каждый выделяемый показатель качества ИБД должен быть пригоден для достаточно достоверного оценивания или измерения, а также для сравнения с требуемым значением при испытаниях заказчиком.

При проектировании каждой БД в контракте, техническом задании и в спецификации должны селектироваться и формализоваться представительный набор функциональных требований к качеству ИБД, адекватный ее назначению и области применения, а также требованиям заказчика и потенциальных пользователей. Так же как для ПС, характеристики качества ИБД можно разделить на функциональные и конструктивные. Их номенклатура, содержание и субхарактеристики ниже базируются на описаниях, рекомендуемых стандартом ISO 9126. Они представляются достаточно универсальными и применимыми для систематизации характеристик качества информации баз данных. Однако номенклатура показателей качества не всегда может ограничиваться только характеристиками

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

информации в БД, а должна включать ряд уточнений, отражающих комплексную эффективность и функциональную пригодность совместного применения СУБД и ИБД пользователями в реальных условиях.

Функциональная пригодность ИБД может представлять сложную проблему для определения соответствия требований реальным значениям необходимых атрибутов качества, особенно для больших распределенных БД при использовании разнообразной и сложной информации об анализируемых объектах. Мерой качества функциональной пригодности может быть степень покрытия целей, назначения и функций БД, доступной пользователям информацией. Так же как для ПС, для баз данных в составе функциональной пригодности целесообразно использовать группу субхарактеристик, определяющих функциональные и структурные требования к базам данных. Дополнительно функциональная пригодность многих ИБД может отражаться:

— полнотой накопленных описаний объектов — относительным числом объектов или документов, имеющихся в БД, к общему числу объектов по данной тематике или по отношению к числу объектов в аналогичных БД того же назначения;

— идентичностью данных — относительным числом описаний объектов, не содержащих дефекты и ошибки, к общему числу документов об объектах в ИБД;

— актуальностью данных — относительным числом устаревших данных об объектах в ИБД к общему числу накопленных и обрабатываемых данных.

К конструктивным характеристикам качества информации БД в целом можно отнести, с некоторым уточнением понятий, субхарактеристик и атрибутов, практически все стандартизированные показатели качества ПС, которые представлены в ISO 9126. Требования к информации баз данных также должны содержать обеспечение ее надежности, эффективности использования ресурсов ЭВМ, практичности — применимости, сопровождаемое™ и мобильности. Содержание и атрибуты этих конструктивных характеристик в данном случае несколько отличаются от применяемых для программ, однако их сущность, как базовых понятий и характеристик качества объектов, целесообразно использовать при проектировании для систематизации и регламентированного формирования требований к этим

11.4. Характеристики качества баз данных

компонентам систем. Меры и шкалы для оценивания конструктивных характеристик, в значительной степени могут применяться те же, что при анализе качества программных средств.

Корректность или достоверность данных — это степень соответствия информации об объектах в БД, реальным объектам вне ЭВМ в данный момент времени, определяющаяся изменениями самих объектов, некорректностями записей о их состоянии или некорректностями расчетов их характеристик. При системном проектировании выбор и установление требований к корректности данных в БД можно оценивать по степени покрытия накопленными, актуальными и достоверными данными состояния и изменения внешних объектов, которые они отражают (см. табл. 11.1). Кроме того, к корректности БД можно отнести некоторые объемно-временные характеристики сохраняемых и обрабатываемых данных:

— объем базы данных — относительное число записей описаний объектов или документов в базе данных, доступных для хранения и обработки, по сравнению с полным числом реальных объектов во внешней среде;

— оперативность — степень соответствия динамики изменения описаний данных в процессе сбора и обработки, состояниям реальных объектов, или величина допустимого запаздывания между появлением или изменением характеристик реального объекта, относительно его отражения в базе данных;

— глубина ретроспективы — максимальный интервал времени от даты выпуска и/или записи в базу данных самого раннего документа до настоящего времени;

— динамичность — относительное число изменяемых описаний объектов к общему числу записей в БД за некоторый интервал времени, определяемый периодичностью издания версий БД.

Защищенность информации БД реализуется в основном программными средствами СУБД, однако в сочетании с поддерживающими их средствами организации и защиты данных. Цели, назначение и функции защиты тесно связаны с особенностями функциональной пригодности каждой ИБД. При проектировании свойства защищать информацию баз данных от негативных воздействий описываются обычно составом и номенклатурой методов и средств, используемых для защиты от внешних и внутренних угроз.

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

Надежность информации баз данных может основываться на применении понятий и методов теории надежности, которая позволяет получить ряд четких, измеряемых интегральных показателей их качества. Надежная ИБД, прежде всего, должна обеспечивать достаточно низкую вероятность потери работоспособности — отказа, в процессе ее функционирования в реальном времени. Быстрое реагирование на потерю или искажение данных и восстановление их достоверности и работоспособности за время меньшее, чем порог между сбоем и отказом, обеспечивают высокую надежность БД. Если в этих ситуациях происходит достаточно быстрое восстановление, такое, что не фиксируется отказ, то такие события не влияют на основные показатели надежности — наработку на отказ и коэффициент готовности ИБД. Непредсказуемость вида, места и времени проявления дефектов ИБД в процессе эксплуатации приводит к необходимости создания специальных, дополнительных систем оперативной защиты от непредумышленных, случайных искажений данных. Надежность должна повышаться за счет средств обеспечения помехоустойчивости, оперативного контроля и восстановления ИБД.

Стандартом ISO 9126 рекомендуется анализировать и учитывать надежность комплексов программ четырьмя субхарактеристиками, которые могут быть применены также для формирования требований к характеристикам качества информации БД. Завершенность — свойство ИБД, состоящее в способности не попадать в состояния отказов вследствие потерь, искажений, ошибок и дефектов в данных. Устойчивость к дефектам и ошибкам — свойство ИБД автоматически поддерживать заданный уровень качества данных в случаях проявления дефектов и ошибок или нарушения установленного интерфейса по данным с внешней средой. Для этого в ИБД рекомендуется вводить оперативное обнаружение дефектов и ошибок информации, их идентификацию и автоматическое восстановление (рестарт) нормального функционирования ИБД.

Восстанавливаемость — свойство ИБД в случае отказа возобновлять требуемый уровень качества информации, а также корректировать поврежденные данные. Для этого необходимы вычислительные ресурсы и время на выявление неработоспособного состояния, диагностику причин отказа, а также на реализацию процессов восстановления. Доступность или готовность — свойство ИБД быть в состоянии полностью выпол-

11.4. Характеристики качества баз данных

нять требуемую функцию в данный момент времени при заданных условиях использования информации базы данных. Обобщение характеристик отказов и восстановления производится в критерии коэффициент готовности ИБД. Этот показатель отражает вероятность иметь восстанавливаемые данные в работоспособном состоянии в произвольный момент времени.

Эффективность использования ресурсов ЭВМ при анализе реального функционирования БД отражается временными характеристиками взаимодействия конечных пользователей и администраторов ИБД в процессе эксплуатации базы данных по прямому назначению. Временная эффективность БД определяется длительностью выполнения заданных функций и ожидания результатов от ИБД в средних и/или наихудших случаях, с учетом приоритетов задач. Она зависит от объема, структуры и скорости обработки данных, влияющих непосредственно на интервал времени завершения конкретного вычислительного процесса, и от пропускной способности — производительности, т.е. от числа заданий, которое можно реализовать на данной ЭВМ в заданном интервале времени (см. табл. 11.2).

Используемость ресурсов или ресурсная экономичность в стандартах отражается занятостью ресурсов центрального процессора, оперативной, внешней и виртуальной памяти, каналов ввода-вывода, терминалов и каналов сетей связи. Эта величина определяется структурой, функциями и объемом ИБД, а также архитектурными особенностями и доступными ресурсами ЭВМ. В зависимости от конкретных задач и особенностей ИБД и ЭВМ при проектировании и выборе атрибутов качества ИБД может доминировать либо абсолютная величина занятости ресурсов различных видов, либо относительная величина использования ресурсов каждого вида при нормальном функционировании ИБД.

Практичность — применимость — зачастую значительно определяет функциональную пригодность и полезность применения ИБД для квалифицированных пользователей. В число пользователей могут быть включены администраторы, конечные и косвенные пользователи, которые находятся под влиянием или зависят от качества информации БД. В эту группу показателей качества входят субхарактеристики и атрибуты, с различных сторон отражающие функциональную понятность, удобство освоения, системную эффективность и простоту использования данных. Некоторые субхарактеристики можно оценивать экономическими показателя-

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

ми — затратами труда и времени специалистов на реализацию некоторых функций взаимодействия с данными (см. табл. 11.3).

Понятность зависит от качества документации и субъективных впечатлений потенциальных пользователей от функций и характеристик ИБД. В проекте ее можно представить качественно четкостью функциональной концепции, широтой демонстрационных возможностей, полнотой, комплектностью и наглядностью представления в эксплуатационной документации возможных функций и особенностей реализации данных в БД. Она должна обеспечиваться корректностью и полнотой описания исходной и результирующей информации, а также всех деталей применения ИБД для пользователей.

Простота использования ИБД — возможность удобно и комфортно ее эксплуатировать и управлять данными. Для этого должны быть обеспечены: достаточный объем параметров управления, реализуемых по умолчанию, информативность сообщений пользователям, наглядность и унифицированность управления экраном, а также доступность изменения функций ИБД в соответствии с квалификацией пользователей и минимум операций, необходимых для реализации определенного задания и анализа результатов. Некоторые атрибуты этой субхарактеристики доступны при установлении количественных требований путем указания трудоемкости и длительности соответствующих процессов подготовки и обучения квалифицированных пользователей к эффективной эксплуатации ИБД.

Изучаемостъ может определяться требованиями затрат трудоемкости и длительности подготовки пользователя к полноценной эксплуатации информации БД. Изучаемость ИБД зависит от внутренних свойств и сложности структуры информации БД, а также от субъективных характеристик квалификации конкретных пользователей. Она может также характеризоваться объемом эксплуатационной документации и/или объемом и качеством электронных учебников.

Сопровождаемостъ информации БД в проекте может отражаться удобством и эффективностью исправления, усовершенствования или адаптации структуры и содержания описаний данных в зависимости от изменений во внешней среде применения, а также в требованиях и функциональных спецификациях заказчика. Обобщенно качество сопровождаемо-сти ИБД можно представить потребностью трудовых и временных ресурсов

11.4. Характеристики качества баз данных

для ее обеспечения и для реализации. Возможные затраты экономических, трудовых и временных ресурсов на развитие и совершенствование качества ИБД зависят не только от внутренних свойств данных, но также от запросов и потребностей пользователей на новые функции и от готовности заказчика и разработчика удовлетворить эти потребности. По объему предполагаемых изменений, а также вновь вводимых в очередную версию данных с учетом сложности и новизны их разработки могут быть сформулированы требования на их реализацию.

Совокупность субхарактеристик сопровождаемости ПС, представленная в стандарте ISO 9126, вполне применима для описания требований к этому показателю качества информации БД, в основном теми же организационно-технологическими субхарактеристиками. Анализируемость ИБД зависит от стройности архитектуры, унифицированности интерфейсов, полноты и корректности технологической и эксплуатационной документации на БД. Изменяемость состоит в приспособленности структуры и содержания данных к реализации специфицированных изменений и расширений и к управлению конфигурацией данных. Изменяемость зависит не только от внутренних свойств ИБД, но также от организации и инструментальной оснащенности процессов сопровождения и конфигурационного управления, на которые ориентированы в проекте архитектура, внешние и внутренние интерфейсы данных.

Тестируемость зависит от величины области влияния изменений, которые необходимо тестировать при модификациях структуры и содержания данных в ИБД, от сложности тестов для проверки их характеристик. Ее атрибуты зависят от четкости формализации в системном проекте правил структурного построения компонентов и всего комплекса ИБД, от унификации межмодульных и внешних интерфейсов, от полноты и корректности технологической документации. Субхарактеристики изменяемость и тестируемость данных доступны количественному определению по величине трудоемкости и длительности реализации этих функций при типовых операциях с данными при применении различных методов и средств автоматизации.

Мобильность данных БД, так же как для программ, можно характеризовать в основном длительностью и трудоемкостью их инсталляции, адаптации и замещаемости при переносе ИБД на иные аппаратные и

Лекция 11. Характеристики качества программных средств

операционные платформы. Информация о процессах, происходящих во внешней среде, может иметь большие объем и трудоемкость первичного накопления и актуализации, что определяет необходимость ее тщательного хранения и регламентированного изменения. Так как перенос БД часто обусловлен необходимостью увеличения ресурсов ЭВМ, доступных для решения новых перспективных задач, их проект становится естественным расширением функций ИБД относительно исходной версии проекта. Для оценки качества и определения требований к мобильности ИБД, так же как для ПС, следует решать задачу сравнения достигаемого эффекта и затрат для методов переноса или повторной разработки компонентов и наполнения базы данных в конкретных условиях с учетом всех перечисленных факторов и затрат.