PDF de programación - Evaluación y Análisis de la Calidad en los Sistemas en Internet

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados

del IPN

Departamento de Computación

Evaluación y Análisis de la Calidad en los

Sistemas en Internet

Tesis Doctoral

Leticia Dávila Nicanor

Supervisada por: Dr. Pedro Mejía Álvarez

Junio 2008

Agradecimientos

A mis padres, mis hermanos y a mi hijo les dedico este trabajo que he podido sacar adelante

gracias a su apoyo y cariño incondicional que siempre me han brindado y gracias a los cuales he

llegado hasta este punto.

A mi asesor le agradezco el apoyo que siempre me dio en todos los sentidos, su guía fue deter-

minante abriendo mi camino hacia senderos de luz y conocimiento para culminar este trabajo con

entereza.

A Dios por haber iluminado mi camino y mi estancia cuando me trajo hasta el Cinvestav donde

he conocido personas muy valiosas en todos los sentidos que me han ayudado a superarme profe-

sional y personalmente.

M. en C. Leticia Dávila Nicanor.

Abstract

Software reliability is a necessity for any organization that develops and maintains software

systems. During the development process, the test phase is the phase that occupies a greater period

of time for its execution. Normally this phase can use from 40 to 60development process and in

spite of occupying this great amount of time, usually never produces fault free systems.

So far in the area of Software Reliability hundred of models have been proposed and used to

estimate the reliability and the probability of failure in the system components. However the vast

majority of these are not applicable in real operational contexts. Some of those, who currently have

demonstrated their applicability, still present problems such as, difficulties in obtaining inputs, slow

in its execution, require an extensive mathematical knowledge for its solution, and in general present

great difficulties to locate faults and their causes, which greatly complicates their interface with the

testing phase.

The contribution of this work focuses on the development of processes and methodologies for

the evaluation and analysis of reliability in software systems for the Internet. In this thesis work,

we use formal techniques such as statistical modeling and graphs for the analysis and evaluation of

reliability. One of the most important objectives of our work is that the proposed methodologies

and processes can serve as a model in the checking and verification of quality for organizations that

develop software products under a reliable approach. One of our main objectives in developing the

model was its applicability in real operational contexts.

The methodologies we have developed are applicable in practice through the use of a CASE tool

we developed, and its results were compared with other current reliability modeling proposals with

satisfactory results.

Resumen

La Confiabilidad del software es una necesidad para cualquier organización que desarrolla siste-

mas de software. Durante el proceso de desarrollo, la fase de pruebas es la fase que ocupa un mayor

periodo de tiempo para su ejecución. Normalmente esta fase puede durar del 40 al 60 % del tiempo

total empleado para el proceso del desarrollo y a pesar de ocupar esta gran cantidad de tiempo,

normalmente los sistemas numnca estan libres de fallos.

Hasta ahora en el área de la Confiabilidad del Software se han propuesto más de un ciento

de modelos que estiman el nivel de la Confiabilidad y que determinan la probabilidad de fallo en

los componentes del sistema. Sin embargo la gran mayoría de estos no son aplicables en contextos

operativos reales. Algunos de los que actualmente si han demostrado su aplicabilidad presentan

dificultades tales como, entradas difíciles de obtener, lentas en su ejecucion, requiere de un cono-

cimiento matemático extenso para su solución y en general con una gran dificultad para localizar

fallos y sus causas, lo cual complica mucho su interfaz con la etapa de pruebas.

La contribución del presente trabajo se enfoca en el desarrollo de procesos y metodologías para

la evaluación y el análisis de la Confiabilidad en productos de software para Internet. En este

trabajo, se emplean técnicas formales como la modelación estadística y la técnica de grafos en el

análisis de fallos para la evaluación de la Confiabilidad. Uno de los objetivos más importantes de

nuestro trabajo es que las metodologías y procesos propuestos puedan servir como modelo en la

validación y verificación de la calidad para las organizaciones que desarrollan productos de software

bajo un enfoque confiable. Uno de nuestros principales objetivos en el desarrollo de los modelos fue

su aplicabilidad real en contextos operativos.

Las metodologias desarrolladas las hemos llevado a la práctica mediante herramientas y sus re-

sultados los comparamos con otras propuestas actuales de modelación de la confiabilidad obteniendo

resultados satisfactorios.

Índice general

Índice general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Índice de figuras
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi
Índice de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii

iii

1. Introducción

1.1. Objetivos generales y específicos de la tesis

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.

Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3. Organización del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Desarrollo de Productos de Software Confiables

2.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.

Ingeniería de la Confiabilidad del Software (ICS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1. Determinación de los perfiles operacionales

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2. Planeación de pruebas en base a los perfiles operacionales . . . . . . . . . . .

2.3. Proceso de Medición de Productos de Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4. Métricas de Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.1. Características de las métricas de software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2. Tipos de métricas de software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.3. Métricas de producto final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.4. Métricas de Complejidad del Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5. Técnicas de análisis para la Confiabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6. Aspectos de Calidad en los Sistemas en Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Metodología para la evaluación de la Confiabilidad

3.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

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5

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7

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ii

3.2. Trabajo Relacionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3. Establecimiento de la Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1. Proceso de Evaluación y Modelación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4. Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4.1. Planteamiento del Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4.2. Fase 1: Determinación del comportamiento ideal de la Confiabilidad . . . . .

3.4.3. Fase 2:Evaluación de la confiabilidad en el sistema real . . . . . . . . . . . . .

3.5. Automatización del Proceso de Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6. Conclusiones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Escenarios de Riesgo

4.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3. Trabajo relacionado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4. Modelo de Evaluación de la Confiabilidad mediante Escenarios de Riesgo . . . . . .

4.4.1. Grafo de Dependencia Funcionales (GDF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.2. Proceso para diseñar Escenarios de Riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5. Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.1. Descripción del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.2. Determinación del Grafo de Dependencias Funcionales (GDF).

. . . . . . . .

4.5.3. Determinación de la probabilidad de ocurrencia.

. . . . . . . . . . . . . . . .

4.5.4. Estimación de la Complejidad Ciclomática de las Relaciones Funcionales. . .

4.5.5. Determinar los Escenarios de Riesgo en el sistema de software . . . . . . . . .

4.5.6. Automatización de las pruebas.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.6. Conclusiones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Estudio comparativo.

5.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3. Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4. Diseño de la Cadena de Markov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.1. Estimación de las probabilidades de entrada de la cadena de Markov . . . .

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33

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84

85

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5.4.2. Generación de las secuencias de la cadena de Markov.

. . . . . . . . . . . . .

5.5. Análisis de los estados estables.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .