Test und Verlässlichkeit - SS 20
(G. Kemnitz)
IT-Systeme automatisierten intellektuelle Aufgaben: betriebliche Abläufe Steuerung von Prozessen und Maschinen Entwurfsaufgaben, ... Einsatzvoraussetzung ist eine ausreichende Verlässlichkeit.
Der Schlüssel hierfür sind Kontrollen und das Abstellen der dabei erkannten Mängel auf drei Ebenen:
- während Entwurf und Fertigung (Fehlervermeidung),
- vor dem Einsatz und zur Wartung (Fehlerbeseitigung) und
- im laufenden Betrieb (Fehlertoleranz, Schadensvermeidung).
Eine zentrale Rolle spielen dabei Art und Umfang der durchgeführten Tests und der prüfgerechte Entwurf als Voraussetzung dafür, dass sich ein System ausreichend gründlich testen lässt. Inhalt und Lernziel der Vorlesung sind die Beschreibung von und Maßnahmen zur Sicherung der Verlässlichkeit von Systemen aus Hardware und Software: Überwachung, Tests, Problembeseitigungsiterationen, ... In der Praxis verbergen sich dahinter die mit am teuersten und aufwändigsten Arbeiten der Entwicklung und des Betriebs von IT-Systemen.
Zielgruppe: Master Informatik und Interessenten anderer Studiengänge
Credits: (ECTS): 6
Foliensätze und Audio-Dateien
[F] -- Foliensätze, [H] -- Handouts für den Ausdruck , [A] -- Audio-Dateien zur Vorlesung, [GUF] -- Folien zur großen Übung zum Foliensatz, [GUH] -- Handout zur Großen Übung für den Ausdruck und [GUA] -- Audio-Dateien zur großen Übung.
- [F1] [H1] [A1] [GUF1] [GUH1] [GUA1] Gefährdungen, Gegenmaßnahmen und Kenngrößen
- Einführung
- Verlässlichkeit: Service und Fehlfunktionen, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit.
- Fehlerbehandlung: Kenngrößen, Überwachungsverfahren, Korrekturverfahren.
- Fehlerbeseitigung: Ursachen von Fehlfunktionen, Experimentelle Reparatur, Fehlerdiagnose, Test, Haftfehler, Test und Verlässlichkeit, Reifeprozesse, Modularer Test.
- Fehlervermeidung: Fehleranteil und Ausbeute, Determinismus und Zufall, Projekte und Vorgehensmodelle, Qualität und Kreativität.
- [F2] [H2] [A2] [GUF2] [GUH2] [GUA2] Wahrscheinlichkeiten
- Wahrscheinlichkeit: Definition und Abschätzung, Verkettete Ereignisse, Bedingte Wahrscheinlichkeite, Fehlerbaumanalyse, Markov-Ketten.
- Fehlernachweiswahrscheinlichkeit: Ohne Gedächtnis, Mit Gedächtnis, Fehler und Modellfehler, Isolierter (modularer) Test.
- Fehlerbeseitigungswahrscheinlichkeit: Markov-Ketten, Reparatur oder Ersatz, Ersatziteration, Reparaturiteration, Studienprojekte.
- Fehlerbeseitigungswahrscheinlichkeit in Reifeprozessen.
- [F3] [H3] [A3] [GUF3] [GUH3] [GUA3] Verteilungen
- Grundlagen: Charakteristische Größen, Lineare Transformationen, Verteilung von Zählwerten.
- Näherungen für Zählwertverteilungen: Binomialverteilung, Poisson-Verteilung, Bereichsschätzung für poisson-verteilte Zufallsgrößen, Normalverteilung, Bereichsschätzung für normalverteile Zufallsgrößen, Varianzerhöhung, Bereichsschätzung für Zählwerte.
- Misch- und multimodale Verteilungen.
- Weitere Verteilungen: Pareto-Verteilung, Gamma-Verteilung, Exponentialverteilung.
- [F4] [H4] [A4] [GUF4] [GUH4] [GUA4] Fehleranzahl, Fehlfunktionsrate und Ausfallverhalten eingesetzter IT-Systeme
- Nachweislänge: Wiederholung Zufallstest, Verteilung, Schätzen der FFR-Dichte.
- Fehleranzahl: Nach dem Entstehungsprozess, In eingesetzten Systemen.
- FF-Rate im Einsatz: FFR-Dichte je Fehler, FF-Rate vorhandener Fehler, Gesamt-FF-Rate durch Fehler.
- Schaden durch Fehlfunktionen.
- Ausfälle: Kenngrößen, Hauptnutzungsphase, Redundanz, Wartung.
- [F5] [H5] [A5] [GUF5] [GUH5] Überwachung und Fehlertoleranz
- Informationsredundanz: Fehlererkennende Codes, Linear rückgekoppelte Schieberegister, Prüfkennzeichen, Fehlerkorrigierende Codes, Hamming-Codes, Burst-Korrektur.
- Formatüberwachung: Zeitüberwachung, Protokolle, Invarianten und Wertebereiche, Syntax.
- Überwachung auf Richtigkeit.
- [F6] [H6] Hardware-Test und Selbsttest
- Schaltungsstruktur und Test, Gatterschaltungen, Mixed-Signal, Rechnerstrukturen, Baugruppen, Testbus.
- Fehlermodellierung: Transistor- und Verbindungsfehler, Haftfehler, Fehlerüberdeckung fehlerorientierte Testauswahl, Fehlerüberdeckung Zufallstest, Verzögerungsfehler, IDDQ-Test.
- Testberechnung: Fehlersimulation, D-Algorithmus, Implikationstest, Suchraumstrukturierung, Komplexe Funktionsbausteine, Sequentielle Schaltungen.
- Selbsttest: Signaturregister, Selbsttest mit LFSR, Fehlerorientierte Wichtung.
- [F7] [H7] Software
- Fehlerentstehung.
- Statische Tests.
- Testauswahl.
Ergebnisse der Hausübungen
| Matr.Nr. | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | A8 | A9 | A10 | LN | BP | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 523473 | - - | - - | 12.5 | 6.5 | 13.5 | - - | - - | - - | - - | - - | nein | - - | |
| 396194 | 10.5 | 17 | - - | 17.5 | 16 | 15 | 14.5 | 16 | 14 | 11 | ja | 1.5 | |
| 495158 | 4 | - - | - - | - - | - - | - - | - - | - - | - - | - - | nein | - - | |
| 464383 | 12.5 | 19 | 18 | 18 | 17.5 | 16.5 | 16 | 16 | 15 | 9 | ja | 2 | |
| 486169 | 5.5 | 8.5 | 14.5 | 4 | 13 | - - | - - | - - | - - | - - | nein | - - | |
| 467276 | 6.5 | 13 | 14 | 13 | 12 | - - | 7.5 | 12.5 | 10 | 4 | ja* | 0 | |
| 493981 | 6 | 10.5 | 15.5 | 9.5 | 15 | 9.5 | 12 | 14.5 | 13 | 8 | ja | 0.5 | |
| 494779 | 7 | 8.5 | 14 | 7.5 | 17 | 13 | 15.5 | 16 | 6 | 9 | ja | 0.5 | |
| 466354 | 12.5 | 16 | 17.5 | - - | 18 | - - | 12.5 | 16 | 16 | 12 | ja | 1 | |
| 443807 | 12 | 16 | 15 | 17.5 | 17.5 | 11 | 14.5 | 16 | 11 | 12 | ja | 1.5 | |
| 478669 | 11.5 | 16 | 18 | 17.5 | 18 | 18 | 14.5 | 16 | 13 | 11 | ja | 2 |
(BP - Bonuspunkte für die Prüfungsklausur, * -- Leistungsnachweisverbuchung nur auf dem Postweg möglich).
Literatur
- G. Kemnitz: Test und Verlässlichkeit von Rechnern. Springer, 2007
- P. Liggesmeyer: Software-Qualität. Spektrum, 2002
- G. Becker: Softwarezuverlässigkeit. deGryter, 1989
- K. Heidtmann. Zuverlässigkeitsbewertung technischer Systeme. Teubner, 1997
- R. Kärger: Diagnose von Computern. Teubner, 1996
- Glerum et al.: Debugging in the (Very) Large: Ten Years of Implementation and Experience.