Характеристики качества баз данных

Характеристики  качества баз данных 

Современные базы данных (БД)  являются одними из массовых специфических объектов в сфере информатизации, для которых в ряде областей необходимо особенно высокое качество и его квалифицированное системное проектирование. Естественно возникают вопросы, что означает качество таких объектов, какие требования  следует  предъявлять к  их качеству,  какими характеристиками нужно описывать качество, как их задавать и оценивать? 

1 Системный анализ и требования к качеству 

     Базу  данных можно рассматривать как два компонента: систему программ управления данными и совокупность данных, упорядоченных по некоторым правилам. Поэтому при анализе качества базу данных целесообразно делить на 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 комплексном анализе качества баз  данных не всегда удается четко разделить  требования и значения характеристик качества для каждого из этих объектов.

     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 жизненном цикле (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. 

      2 Компоненты системного анализа 

     2.1 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. Особенности состоят в адаптации и изменении акцентов при выборе и упорядочении этих показателей. Во  всех  случаях важнейшими характеристиками  качества  СУБД  являются  требования функциональной пригодности для процессов формирования и изменения информационного наполнения БД администраторами, а также доступа к данным  и представления результатов пользователям БД.

     Качество  интерфейса специалистов  с БД, обеспечиваемого  средствами СУБД, определяется, в значительной  степени, субъективно, однако  имеется ряд  характеристик,  которые можно оценивать достаточно корректно.

     Различия  требований к характеристикам качества  привели к созданию весьма широкого спектра локальных, специализированных и распределенных СУБД. Значения ряда показателей качества ПС, составляющих СУБД, существенно зависят от  характеристик и организации информации в БД. Специализированные СУБД характеризуются относительно узкой сферой применения и более четким выделением группы требований к приоритетным

показателям качества.

     В универсальных СУБД спектр характеристик  качества шире, что позволяет  соответственно расширять сферу применения конкретного типа СУБД.

     Однако  и  для них существуют  области  приоритетного, или наиболее эффективного использования.

     За  основу принята номенклатура и содержание стандартизированных

характеристик  сложных  комплексов  программ,  которые адаптируются применительно к понятиям и особенностям компонентов баз данных.

     В зависимости от  конкретной  проблемно-ориентированной области применения СУБД  приоритет  при системном  анализе требований 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.  Для  каждого  из  них  необходимо анализировать и определять его приоритет для конкретной сферы применения, меры  и шкалы необходимых и допустимых характеристик качества. 

     2.2 Вторым компонентом для системного анализа и требований к качеству 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 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. Однако  их содержание для применения к качеству ИБД при проектировании требуется уточнить и пояснить.

     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.

     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 базируются на описаниях, рекомендуемых стандартом ISO 9126. Они представляются достаточно универсальными и применимыми для систематизации характеристик качества информации баз данных. Тем самым может  быть заложена  основа для  стандартизированного формирования требований к качеству  баз данных. Однако номенклатура  показателей  качества  не  всегда  может ограничиваться только  характеристиками информации в БД, а должна включать ряд уточнений, отражающих комплексную эффективность и функциональную пригодность совместного применения СУБД и ИБД пользователями в реальных условиях. 
 

3 Конструктивные характеристики качества информации БД 

     К  конструктивным характеристикам  качества информации БД  в целом можно отнести, с некоторой корректировкой  и уточнением понятий, субхарактеристик и атрибутов, практически все стандартизированные показатели качества ПС, которые представлены в ISO 9126.

     Требования  к информации баз данных должны содержать особенности обеспечения ее  надежности, эффективности использования ресурсов ЭВМ, практичности, применимости, сопровождаемости, мобильности. Содержание и атрибуты конструктивных характеристик в данном  случае несколько отличаются от применяемых для программ, однако их целесообразно использовать для систематизации и регламентированного формирования требований при проектировании компонент информационных систем.

     Меры  и шкалы для оценивания конструктивных характеристик могут

применяться те же, что при анализе качества программных средств.

     Надежность информации баз данных может основываться на применении при системном  проектировании 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. Они могут  быть обусловлены неполным тестовым покрытием при испытаниях компонентов и ИБД в целом, а  также недостаточной  завершенностью их тестирования и защищенностью от искажений.

     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. Относительная доля вычислительных ресурсов, используемых непосредственно для быстрой ликвидации последствий отказов  и оперативного восстановления данных (рестарт), определяет значение устойчивости и снижается при повышении надежности 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. Основными показателями процесса восстановления  данных являются  его длительность  и вероятностные характеристики ИБД  в  процессе ручного или автоматического их перезапуска -  рестарта.

     Доступность или готовность - свойство ИБД быть в состоянии полностью выполнять  требуемую  функцию в данный момент времени при заданных условиях использования информации базы  данных.  Обобщением  характеристик  отказов  и восстановления производится в критерии коэффициент готовности ИБД.  Этот  показатель  отражает  вероятность  иметь восстанавливаемые данные в работоспособном состоянии в произвольный момент времени. Нижние границы шкал атрибутов надежности могут быть отражены значениями, при которых использование конкретной ИБД становится неудобным, опасным или нерентабельным.

     Эффективность использования ресурсов ЭВМ при системном

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.