К сокращению каких ошибок приводит использование компьютерных программ

Содержание:

Введение

Программное обеспечение, согласно ГОСТ 19781-90, – совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для их эксплуатации.

Существует и другое, более простое определение, согласно которому программное обеспечение представляет собой совокупность компьютерных инструкций. Оно охватывает программы, подпрограммы (разделы программы) и данные. Таким образом, программное обеспечение указывает компьютеру, что делать, как, когда, в какой последовательности и как часто. Нередко программное обеспечение называют просто программой.

Проблема надежности программного обеспечения относится, похоже, к категории «вечных». В посвященной ей монографии Г.Майерса, выпущенной в 1980 году (американское издание — в 1976), отмечается, что, хотя этот вопрос рассматривался еще на заре применения вычислительных машин, в 1952 году, он не потерял актуальности до настоящего времени. Отношение к проблеме довольно выразительно сформулировано в книге Р.Гласса: «Надежность программного обеспечения — беспризорное дитя вычислительной техники». Следует далее отметить, что сама проблема надежности программного обеспечения имеет, по крайней мере, два аспекта: обеспечение и оценка (измерение) надежности. Практически вся имеющаяся литература на эту тему, включая упомянутые выше монографии, посвящена первому аспекту, а вопрос оценки надежности компьютерных программ оказывается еще более «беспризорным». Вместе с тем очевидно, что надежность программы гораздо важнее таких традиционных ее характеристик, как время исполнения или требуемый объем оперативной памяти, однако никакой общепринятой количественной меры надежности программ до сих пор не существует.

Для обеспечения надежности программ предложено множество подходов, включая организационные методы разработки, различные технологии и технологические программные средства, что требует, очевидно, привлечения значительных ресурсов. Однако отсутствие общепризнанных критериев надежности не позволяет ответить на вопрос, насколько надежнее становится программное обеспечение при соблюдении данных процедур и технологий и в какой степени оправданы расходы. Получается, что таким образом, приоритет задачи оценки надежности должен быть выше приоритета задачи ее обеспечения, чего на самом деле не наблюдается.

Цель данной работы – рассмотреть классификацию ошибок программного обеспечения для обеспечения его надежности.

Надежность программного обеспечения

Показатели качества программного обеспечения

Оценка качества программного обеспечения могут проводиться с двух позиций: с позиции положительной эффективности и непосредственной адекватности их характеристик назначению, целям создания и применения, а также с негативной позиции, возможного при этом ущерба – риска от пользования ПС или системы. Показатели качества преимущественно отражают положительный эффект от применения программного обеспечения и основная задача разработчиков проекта состоит в обеспечении высоких значений качества. Риски характеризуют возможные негативные последствия проявившихся в ходе эксплуатации ошибок или ущерб для пользователя при применении и функционировании программного обеспечения.

Согласно ГОСТ 9126[2], качество программного обеспечения – это весь объем признаков и характеристик программного обеспечения, который относится к ее способности удовлетворять установленным или предполагаемым потребностям.

Качество программного обеспечения оценивается следующими характеристиками:

• Функциональные возможности (Functionality). Набор атрибутов, относящихся к сути набора функций и их конкретным свойствам. Функциями являются те, которые реализуют установленные или предполагаемые потребности.
• Надежность (Reliability). Набор атрибутов относящихся к способности программного обеспечения сохранять свой уровень качества функционирования при установленных условиях за установленный период времени.
• Практичность (Usability). Набор атрибутов, относящихся к объему работ, требуемых для использования и индивидуальной оценки такого использования определенным и предполагаемым кругом пользователей.
• Эффективность (Efficiencies). Набор атрибутов, относящихся к соотношению между уровнем качества функционирования программного обеспечения и объемом используемых ресурсов при установленных условиях.
• Сопровождаемость (Maintainability). Набор атрибутов, относящихся к объему работ, требуемых для проведения конкретных изменений (модификаций).
• Мобильность (Portability). Набор атрибутов, относящихся к способности программного обеспечения быть перенесенным из одного окружения в другое.

В общем случае под ошибкой подразумевается неправильность, погрешность или неумышленное искажение объекта или процесса, что может быть причиной ущерба – риска при функционировании или применении программы. При этом предполагается, что известно правильное, эталонное состояние объекта или процесса по отношению к которому может быть определено наличие отклонения. Исходным эталоном для любого программного обеспечения являются спецификации требований заказчика или потенциального пользователя, предъявляемых к программам и ожидаемый пользователем или заказчиком эффект от использования программного обеспечения. Важной особенностью при этом является отсутствие полностью определенной программы – эталона, которой должны соответствовать текст и результаты функционирования разрабатываемой программы. Поэтому определить качество программного обеспечения и наличие ошибок в нем путем сравнения разрабатываемой программы с эталонной программой невозможно.

Риски проявляются как негативные последствия проявления ошибок в программном обеспечении в ходе его пользования и функционирования, которые могут нанести ущерб системе, в которой используется это программное обеспечение, внешней среде или пользователям этой системы в результате отклонения характеристик программного обеспечения заданных или ожидаемых пользователем или заказчиком.

Исходя из определения ошибки в программном обеспечении, приведенном выше, можно сделать вывод, что ошибки, возникающие в ходе использования программного обеспечения, могут изменять некоторые или все показатели качества. В работе рассматриваются ошибки, изменения которых влияют на надежность использования программного обеспечения.

По правилу, установленному в [2], надежность – свойство объекта осуществлять заданные функции, храня во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующим заданным режимам и условиям использования, ремонта, технического обслуживания, хранения, транспортирования.

Рис. 1. Надежность по ГОСТ 27.002 – 89

При этом надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от функции объекта и условий его использования может включать безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость или некоторые сочетания данных свойств (рис. 1). Так как программное обеспечение в процессе эксплуатации не изнашивается, его поломка и ремонт в общепринятом смысле не делается, то надежность программного обеспечения имеет смысл характеризовать только с точки зрения безотказности его функционирования и возможности исправления функционирования после отказов по вызванных проявлениями ошибок.

В [3] надежность программного обеспечения предлагается характеризовать с помощью следующих характеристик (рис. 2): стабильность, устойчивость и восстанавливаемость.

Рис. 2. Надежность программного обеспечения

В этом случае стабильность и устойчивость характеризуют безотказность программного обеспечения, а восстанавливаемость – возможность восстановления функционирования программного обеспечения после его отказа. Для количественной оценки надежности программного обеспечения необходимо определить показатели надежности для каждого свойства и методику их определения (оценки).

Для оценки стабильности программного обеспечения возможно использование показателей характеризующих безотказность технических устройств [2] (рис. 3).

Рис. 3. Показатели безотказности

В большинстве случаев поток программных ошибок может быть описан негомогенным процессом Пуассона [4]. Это означает, что программные ошибки происходят в статистически независимые моменты времени, наработки подчиняются экспоненциальному распределению, а интенсивность проявления ошибок изменяется во времени. Обычно используют убывающую интенсивность проявления ошибок. Это означает, что ошибки, как только они выявлены, эффективно устраняются без введения новых ошибок. Главная цель анализа надежности программного обеспечения заключается в том, чтобы определить форму функции интенсивности проявления ошибок и оценить ее параметры по наблюдаемым данным. Как только функция интенсивности проявления ошибок определена, могут быть найдены такие показатели надежности как:

• общее количество ошибок;
• количество остающихся ошибок;
• время до проявления следующей ошибки;
• вероятность безошибочной работы;
• интенсивность проявления ошибок;
• остаточное время испытаний (до принятия решения);
• максимальное количество ошибок (относительно срока службы).

При этом следует различать понятия ошибка и отказ. Применительно к надежности программного обеспечения ошибка это погрешность или искажение кода программы, неумышленно внесенные в нее в процессе разработки, которые в ходе функционирования этой программы могут вызвать отказ или снижение эффективности функционирования. Под отказом в общем случае понимают событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта [2]. Состояние объекта, при котором значения всех параметров характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно – технической и (или) конструкторской (проектной) документации – называется работоспособным. При этом критерии отказов, как признаки или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния программного обеспечения, должны определяться исходя из его предназначения в нормативно – технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

В общем случае отказ программного обеспечения можно определить как:

• прекращение функционирования программы (искажения нормального хода ее выполнения, зацикливание) на время превышающее заданный порог;
• прекращение функционирования программы (искажения нормального хода ее выполнения, зацикливание) на время не превышающее заданный порог, но с потерей всех или части обрабатываемых данных;
• прекращение функционирования программы (искажения нормального хода ее выполнения, зацикливание) потребовавшее перезагрузки ЭВМ, на которой функционирует программное обеспечение.

При этом исходя из [2], все отказы в программном обеспечении следует трактовать как сбои (самоустраняющиеся отказы или однократные отказы, устраняемые незначительным вмешательством оператора), поскольку восстановление работоспособного состояния программного обеспечения может произойти без вмешательства оператора (перезагрузка ЭВМ не требуется), либо при участии оператора или эксплуатирующего персонала (перезагрузка ЭВМ необходима).

Приведенные выше критерии отказов приводят к необходимости анализа временных характеристик функционирования программы и динамических характеристик потребителей данных, полученных в ходе функционирования программного обеспечения. Временная зона перерыва нормальной выдачи информации и потери работоспособности, которую следует рассматривать как зону сбоя (отказа), тем шире, чем более инертный объект находится под воздействием данных, полученным в ходе работы программы. Пороговое время восстановления работоспособного состояния системы, при превышении которого следует соответствующему потребителю (абоненту).

Для любого потребителя данных существует допустимое время отсутствия данных от программы, при котором его характеристики находятся в допустимых пределах. Исходя из этого времени, можно установить границы временной зоны, которая разделяет работоспособное и неработоспособное состояние программного обеспечения и позволяет использовать данные критерии отказов.

Из приведенного выше определения программной ошибки с точки зрения надежности, можно сделать вывод о том, что ошибки, при их проявлении, не всегда вызывают отказ программного обеспечения и каждую ошибку можно характеризовать условной вероятностью возникновения отказа при проявлении этой ошибки. Следует также отметить, что само по себе наличие ошибки в исходном коде не определяет надежность программы до тех пор, пока не произойдет проявления этой ошибки, поэтому пользоваться для оценки надежности программного обеспечения только показателями характеризующие общее количество ошибок в программе, количество оставшихся ошибок и максимального количества ошибок нельзя.

В [5] стабильность предлагается оценивать вероятностью безотказной работы, которая оценивается исходя из модели относительной частоты, при этом применение ее ограничено периодом эксплуатации программного обеспечения, что не всегда приемлемо, поскольку надежность объекта, как правило, необходимо оценивать не только в процессе его эксплуатации, но и до начала эксплуатации этого объекта. Ограничение модели относительной частоты вызвано тем, что в этой модели не учитываются процессы тестирования и отладки, а конкретно то, что при возникновении отказа программного обеспечения, ошибка, вызвавшая этот отказ, исправляется.

Наиболее приемлемыми показателями характеризующими стабильность (безотказность) программного обеспечения представляются показатели сходные с показателями безотказности технических систем: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, и среднее время наработки на отказ. Эти показатели взаимосвязаны и, зная один из них, можно определить другие [2]. При определении этих показателей в большинстве случаев можно исходить из модели надежности, предполагающей, что интенсивность проявления ошибок убывает по мере исправления этих ошибок, время между проявлениями ошибок распределено экспоненциально, а интенсивность проявления ошибок постоянна между двумя соседними проявлениями ошибок. Применение такой модели надежности программного обеспечения позволит оценить надежность программного обеспечения во время тестирования и отладки.

Устойчивость, как свойство или совокупность свойств программного обеспечения, характеризующие его возможность поддерживать приемлемый уровень функционирования при проявлениях ошибок в нем, можно оценивать условной вероятностью безотказной работы при проявлении ошибки. Согласно [5] устойчивость оценивается с помощью трех метрик, включающих двадцать оценочных элементов (рис. 4). Результаты оценки каждой метрики определяются результатами оценки определяющих ее оценочных элементов, а результат оценки устойчивости определяются результатами соответствующих ему метрик. Программное обеспечение по каждому из оценочных элементов оценивается группой экспертов – специалистов, компетентных в решении данной задачи, на базе их опыта и интуиции. Для оценочных элементов принимается единая шкала оценки от 0 до 1.

Недостатком такого подхода является одинаковая оценка устойчивости для всех возможных ошибок. Поскольку вероятность возникновения отказа при проявлении разных ошибок может быть разной, возникает необходимость разделения ошибок на несколько категорий. Признаком, по которому в этом случае можно относить ошибки к той или иной категории, можно считать тяжесть ошибки. Под тяжестью ошибки в этом случае следует понимать количественную или качественную оценку вероятного ущерба при проявлении этой ошибки [6], а если говорить о надежности, то оценку вероятности возникновения отказа при проявлении ошибки. При этом категорией тяжести последствий ошибки будет являться классификационная группа ошибок по тяжести их последствий, характеризуемая определенным сочетанием качественных и/или количественных учитываемых составляющих ожидаемого (вероятного) отказа или нанесенного отказом ущерба.

Рис. 4. Метрики и оценочные элементы устойчивости программного обеспечения по ГОСТ 28195 – 89

В качестве показателя степени тяжести ошибки, позволяющего дать количественную оценку тяжести проявления последствий ошибки целесообразно использовать условную вероятность отказа и его возможных последствий при проявлении ошибок разных категорий. Для программного обеспечения, создаваемого для систем управления, потеря работоспособности которых может повлечь за собой катастрофические последствия, возможные категории тяжести ошибок приведены в таблице 1.

Таблица 1. Категории тяжести ошибки в программном обеспечении, нарушение работоспособности которого могут привести к катастрофическим последствиям

Для программного обеспечения общего применения или программного обеспечения систем, нарушение работоспособности которых не представляет угрозы жизни людей и не приводит к разрушению самой системы, возможные категории тяжести приведены в таблице 2.

Таблица 2. Категории тяжести ошибки в программном обеспечении, нарушение работоспособности которого не приводят к катастрофическим последствиям

Оценку степени тяжести ошибки как условной вероятности возникновения отказа (последствий этого отказа), можно производить согласно [5], используя метрики и оценочные элементы, характеризующие устойчивость программного обеспечения. При этом оценка производится для каждой ошибки в отдельности, а не для всего программного обеспечения. Далее исходя из проведенных оценок возможно определение устойчивости программного обеспечения к проявлениям ошибок каждой из категорий.

Восстанавливаемость программного обеспечения, как свойство или совокупность свойств характеризующих способность программного обеспечения восстановления своего уровня пригодности и восстановления данных, непосредственно поврежденных вследствии проявлении ошибки (отказа), характеризуется полнотой и длительностью восстановления функционирования программ в процессе перезапуска или перезагрузки ЭВМ. В [5] восстанавливаемость предлагается оценивать по среднему времени восстановления. При этом следует учитывать, что время восстановления функционирования программного обеспечения складывается не только из времени потребного для перезагрузки ЭВМ и загрузки самого программного обеспечения, но и из времени необходимого для восстановления данных и это время в ряде случаев может значительно превышать время перезагрузки.

Показатели надежности программного обеспечения в значительной степени адекватны аналогичным характеристикам, принятых для других технических систем. Наиболее широко используется показатель наработки на отказ. Наработка на отказ – это отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течении этой наработки. Для программного обеспечения использование данного показателя затруднено, в силу особенностей тестирования и отладки программного обеспечения (ошибка вызвавшая отказ, как правило, исправляется и больше не повторяется). Поэтому целесообразно использовать показатель средней наработки до отказа – математического ожидания времени функционирования программного обеспечения до отказа. При использовании модели надежности программного обеспечения предполагающей экспоненциальное распределение времени между отказами, среднее время наработки до отказа равно величине обратной интенсивности отказов. Интенсивность отказов можно оценить исходя из оценок стабильности и устойчивости программного обеспечения. Обобщение характеристик отказов и восстановлений производится в показателе коэффициент готовности [2]. Коэффициент готовности программного обеспечения это вероятность того, что программное обеспечение окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени. Значение коэффициента готовности соответствует доле времени полезной работы программного обеспечения на достаточно большом интервале времени, содержащем отказы и восстановления.

Источники ошибок программного обеспечения

Источниками ошибок в программном обеспечении являются специалисты – конкретные люди с их индивидуальными особенностями, квалификацией, талантом и опытом. Вследствие этого плотность потоков ошибок и размеры необходимых корректировок в модулях и компонентах при разработке и сопровождении программного обеспечения могут различаться в десятки раз. Однако в крупных комплексах программ статистика и распределение ошибок и типов выполняемых изменений, необходимых для их исправления, для коллективов разных специалистов нивелируются и проявляются общие закономерности, которые могут использоваться как ориентиры при выявлении ошибок и их систематизации. Этому могут помогать оценки типовых ошибок, модификаций и корректировок путем их накопления и обобщения по опыту создания определенных классов программного обеспечения.

Основными причинами ошибок программного обеспечения являются:

• Большая сложность программного обеспечения, например, по сравнению с аппаратурой ЭВМ.
• Неправильный перевод информации из одного представления в другое на макро и микро уровнях. На макро уровне, уровне проекта, осуществляется передача и преобразование различных видов информации между организациями, подразделениями и конкретными исполнителями на всех этапах жизненного цикла ПО. На микро уровне, уровне исполнителя, производится преобразование информации по схеме: получить информацию, запомнить, выбрать из памяти, воспроизвести информацию.

Источниками ошибок программного обеспечения являются:

Внутренние: ошибки проектирования, ошибки алгоритмизации, ошибки программирования, недостаточное качество средств защиты, ошибки в документации.

Внешние: ошибки пользователей, сбои и отказы аппаратуры ЭВМ, искажение информации в каналах связи, изменения конфигурации системы.

• Признаками выявления ошибок являются:
• Преждевременное окончание программы.
• Увеличение времени выполнения программы.
• Нарушение последовательности вызова отдельных подпрограмм.

Ошибки выхода информации, поступающей от внешних источников, между входной информацией возникает не соответствие из-за: искажение данных на первичных носителях, сбои и отказы в аппаратуре, шумы и сбои в каналах связи, ошибки в документации.

Ошибки, скрытые в самой программе: ошибка вычислений, ошибка ввода-вывода, логические ошибки, ошибка манипулирования данными, ошибка совместимости, ошибка сопряжения.

Искажения входной информации, подлежащей обработке: искажения данных на первичных носителях информации; сбои и отказы в аппаратуре ввода данных с первичных носителей информации; шумы и сбои в каналах связи при передачи сообщений по линиям связи; сбои и отказы в аппаратуре передачи или приема информации; потери или искажения сообщений в буферных накопителях вычислительных систем; ошибки в документировании; используемой для подготовки ввода данных; ошибки пользователей при подготовки исходной информации.

Неверные действия пользователя:

• Неправильная интерпретация сообщений.
• Неправильные действия пользователя в процессе диалога с программным обеспечением.
• Неверные действия пользователя или по-другому, их можно назвать ошибками пользователя, которые возникают вследствие некачественной программной документации: неверные описания возможности программ; неверные описания режимов работы; неверные описания форматов входной и выходной информации; неверные описания диагностических сообщений.

Неисправности аппаратуры установки: приводят к нарушениям нормального хода вычислительного процесса; приводят к искажениям данных и текстов программ в основной и внешней памяти.

Итак, при рассмотрении основных причин возникновения отказа и сбоев программного обеспечения можно сказать, что эти знания позволяют своевременно принимать необходимые меры по недопущению отказов и сбоев программного обеспечения.

Виды ошибок программного обеспечения

Характеристика основных видов ошибок программного обеспечения

Рассмотрим классификацию ошибок по месту их возникновения, которая рассмотрена в книге С. Канера «Тестирование программного обеспечения». Фундаментальные концепции менеджмента бизнес-приложений. Главным критерием программы должно быть ее качество, которое трактуется как отсутствие в ней недостатков, а также сбоев и явных ошибок. Недостатки программы зависят от субъективной оценкой ее качества потенциальным пользователем. При этом авторы скептически относятся к спецификации и утверждают, что даже при ее наличии, выявленные на конечном этапе недостатки говорят о ее низком качестве. При таком подходе преодоление недостатков программы, особенно на заключительном этапе проектирования, может приводить к снижению надежности. Очевидно, что для разработки ответственного и безопасного программного обеспечения (ПО) такой подход не годится, однако проблемы наличия ошибок в спецификациях, субъективного оценивания пользователем качества программы существуют и не могут быть проигнорированы. Должна быть разработана система некоторых ограничений, которая бы учитывала эти факторы при разработке и сертификации такого рода ПО. Для обычных программ все проблемы, связанные с субъективным оцениванием их качества и наличием ошибок, скорее всего неизбежны.

В краткой классификации выделяются следующие ошибки.

• ошибки пользовательского интерфейса.
• ошибки вычислений.
• ошибки управления потоком.
• ошибки передачи или интерпретации данных.
• перегрузки.
• контроль версий.
• ошибка выявлена и забыта.
• ошибки тестирования.

1. Ошибки пользовательского интерфейса.

Многие из них субъективны, т.к. часто они являются скорее неудобствами, чем «чистыми» логическими ошибками. Однако они могут провоцировать ошибки пользователя программы или же замедлять время его работы до неприемлемой величины. В результате чего мы будем иметь ошибки информационной системы (ИС) в целом. Основным источником таких ошибок является сложный компромисс между функциональностью программы и простотой обучения и работы пользователя с этой программой. Проблему надо начинать решать при проектировании системы на уровне ее декомпозиции на отдельные модули, исходя из того, что вряд ли удастся спроектировать простой и удобный пользовательский интерфейс для модуля, перегруженного различными функциями. Кроме того, необходимо учитывать рекомендации по проектированию пользовательских интерфейсов. На этапе тестирования ПО полезно предусмотреть встроенные средства тестирования, которые бы запоминали последовательности действий пользователя, время совершения отдельных операций, расстояния перемещения курсора мыши. Кроме этого возможно применение гораздо более сложных средств психо-физического тестирования на этапе тестирования интерфейса пользователя, которые позволят оценить скорость реакции пользователя, частоту этих реакций, утомляемость и т.п. Необходимо отметить, что такие ошибки очень критичны с точки зрения коммерческого успеха разрабатываемого ПО, т.к. они будут в первую очередь оцениваться потенциальным заказчиком.

2.Ошибки вычислений.

Выделяют следующие причины возникновения таких ошибок:

• неверная логика (может быть следствием, как ошибок проектирования, так и кодирования);
• неправильно выполняются арифметические операции (как правило — это ошибки кодирования);
• неточные вычисления (могут быть следствием, как ошибок проектирования, так и кодирования). Очень сложная тема, надо выработать свое отношение к ней с точки зрения разработки безопасного ПО.

Выделяются подпункты: устаревшие константы; ошибки вычислений; неверно расставленные скобки; неправильный порядок операторов; неверно работает базовая функция; переполнение и потеря значащих разрядов; ошибки отсечения и округления; путаница с представлением данных; неправильное преобразование данных из одного формата в другой; неверная формула; неправильное приближение.

3.Ошибки управления потоком.

В этот раздел относится все то, что связано с последовательностью и обстоятельствами выполнения операторов программы.

Выделяются подпункты:

• очевидно неверное поведение программы;
• переход по GOTO;
• логика, основанная на определении вызывающей подпрограммы;
• использование таблиц переходов;
• выполнение данных (вместо команд). Ситуация возможна из-за ошибок работы с указателями, отсутствия проверок границ массивов, ошибок перехода, вызванных, например, ошибкой в таблице адресов перехода, ошибок сегментирования памяти.

4.Ошибки обработки или интерпретации данных.

Выделяются подпункты:

• проблемы при передаче данных между подпрограммами (сюда включены несколько видов ошибок: параметры указаны не в том порядке или пропущены, несоответствие типов данных, псевдонимы и различная интерпретация содержимого одной и той же области памяти, неправильная интерпретация данных, неадекватная информация об ошибке, перед аварийным выходом из подпрограммы не восстановлено правильное состояние данных, устаревшие копии данных, связанные переменные не синхронизированы, локальная установка глобальных данных (имеется в виду путаница локальных и глобальных переменных), глобальное использование локальных переменных, неверная маска битового поля, неверное значение из таблицы);
• границы расположения данных (сюда включены несколько видов ошибок: не обозначен конец нуль-терминированной строки, неожиданный конец строки, запись/чтение за границами структуры данных или ее элемента, чтение за пределами буфера сообщения, чтение за пределами буфера сообщения, дополнение переменных до полного слова, переполнение и выход за нижнюю границу стека данных, затирание кода или данных другого процесса);
• проблемы с обменом сообщений (сюда включены несколько видов ошибок: отправка сообщения не тому процессу или не в тот порт, ошибка распознавания полученного сообщения, недостающие или несинхронизированные сообщения, сообщение передано только N процессам из N+1, порча данных, хранящихся на внешнем устройстве, потеря изменений, не сохранены введенные данные, объем данных слишком велик для процесса-получателя, неудачная попытка отмены записи данных).

5.Повышенные нагрузки.

При повышенных нагрузках или нехватке ресурсов могут возникнуть дополнительные ошибки. Выделяются подпункты: требуемый ресурс недоступен; не освобожден ресурс; нет сигнала об освобождении устройства; старый файл не удален с накопителя; системе не возвращена неиспользуемая память; лишние затраты компьютерного времени; нет свободного блока памяти достаточного размера; недостаточный размер буфера ввода или очереди; не очищен элемент очереди, буфера или стека; потерянные сообщения; снижение производительности; повышение вероятности ситуационных гонок; при повышенной нагрузке объем необязательных данных не сокращается; не распознается сокращенный вывод другого процесса при повышенной загрузке; не приостанавливаются задания с низким приоритетом.

7.Ошибки тестирования.

Являются ошибками сотрудников группы тестирования, а не программы. Выделяются подпункты:

• пропущенные ошибки в программе;
• не замечена проблема (отмечаются следующие причины этого: тестировщик не знает, каким должен быть правильный результат, ошибка затерялась в большом объеме выходных данных, тестировщик не ожидал такого результата теста, тестировщик устал и невнимателен, ему скучно, механизм выполнения теста настолько сложен, что тестировщик уделяет ему больше внимания, чем результатам);
• пропуск ошибок на экране;
• не документирована проблема (отмечаются следующие причины этого: тестировщик неаккуратно ведет записи, тестировщик не уверен в том, что данные действия программы являются ошибочными, ошибка показалась слишком незначительной, тестировщик считает, что ошибку не будет исправлена, тестировщика просили не документировать больше подобные ошибки).

8.Ошибка выявлена и забыта.

Описываются ошибки использования результатов тестирования. По-моему, раздел следует объединить с предыдущим. Выделяются подпункты: не составлен итоговый отчет; серьезная проблема не документирована повторно; не проверено исправление; перед выпуском продукта не проанализирован список нерешенных проблем.

Необходимо заметить, что изложенные в 2-х последних разделах ошибки тестирования требуют для устранения средств автоматизации тестирования и составления отчетов. В идеальном случае, эти средства должны быть проинтегрированы со средствами и технологиями проектирования ПО. Они должны стать важными инструментальными средствами создания высококачественного ПО. При разработке средств автоматизированного тестирования следует избегать ошибок, которые присущи любому ПО, поэтому нужно потребовать, чтобы такие средства обладали более высокими характеристиками надежности, чем проверяемое с их помощью ПО.

Меры по повышению надежности программного обеспечения

Лучшим и самым оптимальным способом (если не брать во внимание научно-технический прогресс и постоянное развитие IT-технологий, которые способствуют повышению качества характеристик программ) повышения надёжности программного обеспечения является строжайший контроль продукции на выходе с предприятия.

В последние годы сформировалась комплексная система управления качеством продукции TQM (Totaly Quality Management), которая концептуально близка к предшествующей более общей системе на основе стандартов ИСО серии 9000. Система ориентирована на удовлетворение требований потребителя, на постоянное улучшение процессов производства или проектирования, на управление процессами со стороны руководства предприятия на основе фактического состояния проекта. Основные достижения TQM состоят в углублении и дифференциации требований потребителей по реализации процессов, их взаимодействию и обеспечению качества продукции. Системный подход поддержан рядом специализированных инструментальных средств, ориентированных на управление производством продукции. Поэтому эта система пока не находит применения в области обеспечения качества жизненного цикла программных средств.

Применение этого комплекса может служить основой для систем обеспечения качества программных средств, однако требуется корректировка, адаптация или исключение некоторых положений стандартов применительно к принципиальным особенностям технологий и характеристик этого вида продукции. Кроме того, при реализации систем качества необходимо привлечение ряда стандартов, формально не относящихся к этой серии и регламентирующих показатели качества, жизненный цикл, верификацию и тестирование, испытания, документирование и другие особенности комплексов программ.

Активные методы повышения надежности ПС совершенствуются за счет развития средств автоматизации тестирования программ. Сложность ПС и высокие требования по их надежности требуют выработки принципов структурного построения сложных программных средств, обеспечивающих гибкость модификации ПС и эффективность их отладки. К таким принципам в работе относят:

• модульность и строгую иерархию в структурном построении программ;
• унификацию правил проектирования, структурного построения и взаимодействия компонент ПС;
• унификацию правил организации межмодульного интерфейса;
• поэтапный контроль полноты и качества решения функциональных задач.

Заключение

Несмотря на очевидную актуальность, вопрос надежности программного обеспечения не привлекает должного внимания. Вместе с тем, даже поверхностный анализ проблемы с теоретико-вероятностной точки зрения позволяет выявить некоторые закономерности.

В заключение можно подвести итог:

• В программном обеспечении имеется ошибка, если оно не выполняет того, что пользователю разумно от него ожидать;
• Отказ программного обеспечения — это появление в нем ошибки;
• Надежность программного обеспечения — есть вероятность его работы без отказов в течении определенного периода времени, рассчитанного с учетом стоимости для пользователя каждого отказа.

Из данных определений можно сделать важные выводы:

• Надежность программного обеспечения является не только внутренним свойством программы;
• Надежность программного обеспечения — это функция как самого ПО, так и ожиданий (действий) его пользователей.

Основными причинами ошибок программного обеспечения являются:

• большая сложность ПО, например, по сравнению с аппаратурой ЭВМ;
• неправильный перевод информации из одного представления в другое.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 27.002 – 89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. // М.: Издательство стандартов, 1990.
2. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126 – 93. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению. // М.: Издательство стандартов, 1994.
3. ГОСТ 51901.5 – 2005. Менеджмент риска. Руководство по применению методов анализа надежности. // М.: Издательство стандартов, 2007.
4. ГОСТ 28195 – 89. Оценка качества программных средств. Общие положения. // М.: Издательство стандартов, 1989.
5. ГОСТ 27.310 – 95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. // М.: Издательство стандартов, 1995.
6. ГОСТ 51901.12 – 2007. Менеджмент риска. Метод анализа видов и последствий отказов. // М.: Издательство стандартов, 2007.
7. Братчиков И.Л. «Синтаксис языков программирования» Наука, М.:Инси, 2005. — 344 с.
8. Дейкстра Э. Заметки по структурному программированию.- М.:Дрофа, 2006, — 455 с.
9. Ершов А.П. Введение в теоретическое программирование.- М.:РОСТО, 2008, — 288 с.
10. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ, т.1. М.: 2006, 735 с.
11. Коган Д.И., Бабкина Т.С. «Основы теории конечных автоматов и регулярных языков. Учебное пособие» Издательство ННГУ, 2002. — 97 с.
12. Липаев В. В. / Программная инженерия. Методологические основы. // М.: ТЕИС, 2006.
13. Майерс Г. Надежность программного обеспечения.- М.:Дрофа, 2008, — 360 с.
14. Рудаков А. В. Технология разработки программных продуктов. М.:Издательский центр «Академия», 2006. — 306 с.
15. Тыугу, Э.Х. Концептуальное программирование. — М.: Наука, 2001, — 256 с.
16. Хьюз Дж., Мичтом Дж. Структурный подход к программированию.-М.:Мир, 2000, — 278 с.

Ошибки в программировании – дело обычное, хоть и неприятное. В данной статье будет рассказано о том, какими бывают ошибки (баги), а также что собой представляют исключения.

Определение

Ошибка в программировании (или так называемый баг) – это ситуация у разработчиков, при которой определенный код вследствие обработки выдает неверный результат. Причин данному явлению множество: неисправность компилятора, сбои интерфейса, неточности и нарушения в программном коде.

Баги обнаруживаются чаще всего в момент отладки или бета-тестирования. Реже – после итогового релиза готовой программы. Вот несколько вариантов багов:

1. Появляется сообщение об ошибке, но приложение продолжает функционировать.
2. ПО вылетает или зависает. Никаких предупреждений или предпосылок этому не было. Процедура осуществляется неожиданно для пользователя. Возможен вариант, при котором контент перезапускается самостоятельно и непредсказуемо.
3. Одно из событий, описанных ранее, сопровождается отправкой отчетов разработчикам.

Ошибки в программах могут привести соответствующее приложение в негодность, а также к непредсказуемым алгоритмам функционирования. Желательно обнаруживать баги на этапе ранней разработки или тестирования. Лишь в этом случае программист сможет оперативно и относительно недорого внести необходимые изменения в код для отладки ПО.

История происхождения термина

Баг – слово, которое используется разработчиками в качестве сленга. Оно произошло от слова «bug» – «жук». Точно неизвестно, откуда в программировании и IT возник соответствующий термин. Существуют две теории:

1. 9 сентября 1945 года ученые из Гарварда тестировали очередную вычислительную машину. Она называлась Mark II Aiken Relay Calculator. Устройство начало работать с ошибками. Когда его разобрали, то ученые заметили мотылька, застрявшего между реле. Тогда некая Грейс Хоппер назвала произошедший сбой упомянутым термином.
2. Слово «баг» появилось задолго до появления Mark II. Термин использовался Томасом Эдисоном и указывал на мелкие недочеты и трудности. Во время Второй Мировой войны «bugs» называли проблемы с радарной электроникой.

Второй вариант кажется более реалистичным. Это факт, который подтвержден документально. Со временем научились различать различные типы багов в IT. Далее они будут рассмотрены более подробно.

Как классифицируют

Ошибки работы программ разделяются по разным факторам. Классификация у рядовых пользователей и разработчиков различается. То, что для первых – «просто программа вылетела» или «глючит», для вторых – огромная головная боль. Но существует и общепринятая классификация ошибок. Пример – по критичности:

1. Серьезные неполадки. Это нарушения работоспособности приложения, которые могут приводить к непредвиденным крупным изменениям.
2. Незначительные ошибки в программах. Чаще всего не оказывают серьезного воздействия на функциональность ПО.
3. Showstopper. Критические проблемы в приложении или аппаратном обеспечении. Приводят к выходу программы из строя почти всегда. Для примера можно взять любое клиент-серверное приложение, в котором не получается авторизоваться через логин и пароль.

Последний вариант требует особого внимания со стороны программистов. Их стараются обнаружить и устранить в первую очередь. Критические ошибки могут отложить релиз исходной программы на неопределенный срок.

Также существуют различные виды сбоев в плане частоты проявления: постоянные и «разовые». Вторые встречаются редко, чаще – при определенных настройках и действиях со стороны пользователя. Первые появляются независимо от используемой платформы и выполненных клиентом манипуляций.

Иногда может получиться так, что ошибка возникает только на устройстве конкретного пользователя. В данном случае устранение неполадки требует индивидуального подхода. Иногда – полной замены компьютера. Связано это с тем, что никто не будет редактировать исходный код, когда он «глючит» только у одного пользователя.

Виды

Существуют различные типы ошибок в программах в зависимости от типовых условий использования приложений. Пример – сбои, которые возникают при возрастании нагрузки на оперативную память или центральный процессор устройства. Есть баги граничных условий, сбоя идентификаторов, несовместимости с архитектурой процессора (наиболее распространенная проблема на мобильных устройствах).

Разработчики выделяют следующие типы ошибок по уровню сложности:

1. «Борбаг» – «стабильная» неполадка. Она легко обнаруживается на этапе разработки и компилирования. Иногда – во время тестирования наработкой исходной программы.
2. «Гейзенбаг» – баги с поддержкой изменения свойств, включая зависимость от среды, в которой было запущено приложение. Сюда относят периодические неполадки в программах. Они могут исчезать на некоторое время, но через какой-то промежуток вновь дают о себе знать.
3. «Мандельбаг» – непредвиденные ошибки. Обладают энтропийным поведением. Предсказать, к чему они приведут, практически невозможно.
4. «Шрединбаг» – критические неполадки. Приводят к тому, что злоумышленники могут взломать программу. Данный тип ошибок обнаружить достаточно трудно, потому что они никак себя не проявляют.

Также есть классификация «по критичности». Тут всего два варианта – warning («варнинги») и критические весомые сбои. Первые сопровождаются характерными сообщениями и отчетами для разработчиков. Они не представляют серьезной опасности для работоспособности приложения. При компилировании такие сбои легко исправляются. В отдельных случаях компилятор справляется с этой задачей самостоятельно. А вот критические весомые сбои говорят сами за себя. Они приводят к серьезным нарушениям ПО. Исправляются обычно путем проработки логики и значительных изменений программного кода.

Типы багов

Ошибки в программах бывают:

• логическими;
• синтаксическими;
• взаимодействия;
• компиляционные;
• ресурсные;
• арифметические;
• среды выполнения.

Это – основная классификация сбоев в приложениях и операционных системах. Логические, синтаксические и «среды выполнения» встречаются в разработке чаще остальных. На них будет сделан основной акцент.

Ошибки синтаксиса

Синтаксические баги распространены среди новичков. Они относятся к категории «самых безобидных». С данной категорией ошибок способны справиться компиляторы тех или иных языков. Соответствующие инструменты показывают, где допущена неточность. Остается лишь понять, как исправить ее.

Синтаксические ошибки – ошибки синтаксиса, правил языка. Вот пример в Паскале:

Код написан неверно. Согласно действующим синтаксическим нормам, в Pascal в первой строчке нужно в конце поставить точку с запятой.

Логические

Тут стоит выделить обычные и арифметические типы. Вторые возникают, когда программе при работе необходимо вычислить много переменных, но на каком-то этапе расчетов возникают неполадки или нечто непредвиденное. Пример – получение в результатах «бесконечности».

Логические сбои обычного типа – самые сложные и неприятные. Их тяжелее всего обнаружить и исправить. С точки зрения языка программа может быть написана идеально, но работать неправильно. Подобное явление – следствие логической ошибки. Компиляторы их не обнаруживают.

Выше – пример логической ошибки в программе. Тут:

1. Происходит сравнение значения i с 15.
2. На экран выводится сообщение, если I = 15.
3. В заданном цикле i не будет равно 15. Связано это с диапазоном значений – от 1 до 10.

Может показаться, что ошибка безобидная. В приведенном примере так и есть, но в более крупных программах такое явление приводит к серьезным последствиям.

Время выполнения

Run-time сбои – это ошибка времени выполнения программы. Встречается даже когда исходный код лишен логических и синтаксических ошибок. Связаны такие неполадки с ходом выполнения программного продукта. Пример – в процессе функционирования ПО был удален файл, считываемый программой. Если игнорировать подобные неполадки, можно столкнуться с аварийным завершением работы контента.

Самый распространенный пример в данной категории – это неожиданное деление на ноль. Предложенный фрагмент кода с точки зрения синтаксиса и логики написан грамотно. Но, если клиент наберет 0, произойдет сбой системы.

Компиляционный тип

Встречается при разработке на языках высокого уровня. Во время преобразований в машинный тип «что-то идет не так». Причиной служат синтаксические ошибки или сбои непосредственно в компиляторе.

Наличие подобных неполадок делает бета-тестирование невозможным. Компиляционные ошибки устраняются при разработке-отладке.

Ресурсные

Ресурсный тип ошибок – это сбои вроде «переполнение буфера» или «нехватка памяти». Тесно связаны с «железом» устройства. Могут быть вызваны действиями пользователя. Пример – запуск «свежих» игр на стареньких компьютерах.

Исправить ситуацию помогают основательные работы над исходным кодом. А именно – полное переписывание программы или «проблемного» фрагмента.

Взаимодействие

Подразумевается взаимодействие с аппаратным или программным окружением. Пример – ошибка при использовании веб-протоколов. Это приведет к тому, что облачный сервис не будет нормально функционировать. При постоянном возникновении соответствующей неполадки остается один путь – полностью переписывать «проблемный» участок кода, ответственный за соответствующий баг.

Исключения и как избежать багов

Исключение – событие, при возникновении которых начинается «неправильное» поведение программы. Механизм, необходимый для стабилизации обработки неполадок независимо от типа ПО, платформ и иных условий. Помогают разрабатывать единые концепции ответа на баги со стороны операционной системы или контента.

Исключения бывают:

1. Программными. Они генерируются приложением или ОС.
2. Аппаратными. Создаются процессором. Пример – обращение к невыделенной памяти.

Исключения нужны для охвата критических багов. Избежать неполадок помогут отладчики на этапе разработки. А еще – своевременное поэтапное тестирование программы.

P. S. Большой выбор курсов по тестированию есть и в Otus. Присутствуют варианты как для продвинутых, так и для начинающих пользователей.

10.1. Общие
особенности дефектов, ошибок и рисков
в сложных программных средствах

10.2. Причины
и свойства дефектов, ошибок и модификаций
в сложных программных средствах

10.3. Риски
в жизненном цикле сложных программных
средств

10.4. Риски
при формировании требований к
характеристикам сложных программных
средств

Статистика
ошибок и дефектов в комплексах программ
и их характеристики
в
конкретных типах проектов ПС могут
служить ориентирами
для
разработчиков при распределении ресурсов
в жизненном цикле ПС
и предохранять их от излишнего оптимизма
при оценке достигнутого качества
программных продуктов. Источниками
ошибок в ПС являются специалисты
— конкретные люди с их индивидуальными
особенностями, квалификацией, талантом
и опытом. При этом можно выделить
предсказуемые
модификации, расширения и совершенствования
ПС и
изменения,
обусловленные
выявлением случайных, непредсказуемых
дефектов и ошибок.
Вследствие
этого плотность потоков и размеры
необходимых корректировок
в модулях и компонентах при разработке
и сопровождении ПС могут
различаться в десяток раз. Однако в
крупных комплексах программ статистика
и распределение типов выполняемых
изменений для коллективов разных
специалистов нивелируются и проявляются
достаточно общие закономерности, которые
могут использоваться как ориентиры при
их выявлении и систематизации. Этому
могут помогать оценки типовых дефектов,
модификаций и корректировок путем их
накопления и обобщения по опыту создания
определенных классов ПС в конкретных
предприятиях.

К
понятию
«риски» относятся
негативные события и их величины,
отражающие потери, убытки или ущерб от
процессов или продуктов, вызванные
дефектами при
проектировании требований, недостатками
обоснования проектов ПС, а также при
последующих этапах разработки, реализации
и всего жизненного цикла комплексов
программ. В ЖЦ ПС не всегда
удается достигнуть требуемого
положительного эффекта и может проявляться
некоторый ущерб — риск в создаваемых
проектах, программных
продуктах и их характеристиках. Риски
проявляются, как негатив-ные
последствия дефектов функционирования
и применения ПС, которые
способны нанести ущерб системе, внешней
среде или пользователю в результате
отклонения характеристик объектов или
процессов от заданных требованиями
заказчика, согласованными с разработчиками.

Оценки
качества программных средств могут
проводиться с двух позиций: с позиции
положительной эффективности
и непосредственной адекватности
их характеристик назначению, целям
создания и применения,
а также с негативной
позиции возможного
при этом ущерба — риска от
использования ПС или системы. Показатели
качества преимущественно
отражают положительный эффект от
применения системы или ПС и основная
задача разработчиков проекта состоит
в обеспечении высоких значений
качества. Риски характеризуют возможные
негативные
последствия дефектов или
ущерб пользователей при применении и
функционировании ПС и системы, и задача
разработчиков сводится к сокращению
дефектов и ликвидации рисков. Поэтому
методы и системы управления качеством
в жизненном цикле ПС близки к методам
анализа и управления рисками
проектов комплексов программ, они должны
их дополнять и совместно
способствовать совершенствованию
программных продуктов и систем на их
основе.

Характеристики
дефектов и рисков непосредственно
связаны с достигаемой
корректностью, безопасностью и надежностью
функционирования
программ и помогают:

• оценивать
  реальное состояние проекта и планировать
  необходимую трудоемкость и длительность
  для его положительного завершения;

• выбирать
  методы и средства автоматизации
  тестирования и отладки программ,
  адекватные текущему состоянию разработки
  и сопровождения
  ПС, наиболее эффективные для устранения
  определенных видов дефектов и рисков;

• рассчитывать
  необходимую эффективность контрмер и
  дополнительных
  средств оперативной защиты от
  потенциальных дефектов и невыявленных
  ошибок;

— оценивать
требующиеся ресурсы ЭВМ по расширению
памяти и производительности, с учетом
затрат на реализацию контрмер при
модификации и устранении ошибок и
рисков.

Понятие
ошибки в программе —
в
общем случае под ошибкой подразумевается
неправильность,
погрешность или неумышленное искажение
объекта или процесса, что может быть
причиной
ущерба —риска
при
функционировании
и применении программы. При этом
предполагается, что
известно
правильное, эталонное состояние объекта
или процесса, по
отношению к которому может быть определено
наличие отклонения — ошибки
или дефекта. Исходным эталоном для
любого ПС являются спецификация
требований заказчика или потенциального
пользователя, предъявляемых
к программам. Подобные документы
устанавливают состав, содержание
и значения результатов, которые должен
получать пользователь при
определенных условиях и исходных данных.
Любое отклонение результатов
функционирования программы от
предъявляемых к ней требований и
сформированных по ним эталонов-тестов,
следует квалифицировать как ошибку
—
дефект
в программе,
наносящий
некоторый ущерб. Различия между ожидаемыми
и полученными результатами функционирования
программ могут быть следствием ошибок
не только в созданных программах, но и
ошибок в первичных требованиях
спецификаций, явившихся
базой при создании эталонов-тестов. Тем
самым проявляется объективная
реальность, заключающаяся в невозможности
абсолютной корректности и полноты
исходных спецификаций и эталонов для
сложных проектов
ПС.

На
практике в процессе ЖЦ ПС исходные
требования поэтапно уточняются,
модифицируются, расширяются и
детализируются по согласованию
между заказчиком и разработчиком. Базой
таких уточнений являются неформализованные
представления и знания специалистов-заказчиков
и
разработчиков, а также результаты
промежуточных этапов проектирования.
Однако установить некорректность таких
эталонов еще труднее, чем обнаружить
дефекты в сопровождаемых программах,
так как принципиально отсутствуют
формализованные данные, которые можно
использовать как исходные. В процессе
декомпозиции и верификации исходной
спецификации
требований на ПС возможно появление
ошибок в спецификациях
на группы программ и на отдельные модули.
Это способствует расширению спектра
возможных дефектов и вызывает необходимость
со-

здания
гаммы методов и средств тестирования
для выявления некорректностей в
спецификациях на компоненты разных
уровней.

Важной
особенностью процесса выявления ошибок
в программах является отсутствие
полностью определенной программы-эталона,
которой
должны соответствовать текст и результаты
функционирования разрабатываемой
программы. Поэтому установить наличие
и локализовать дефект непосредственным
сравнением с программой без ошибок в
большинстве
случаев невозможно. При отладке и
тестировании обычно сначала обнаруживаются
вторичные
ошибки
ириски,
т.е.
последствия и результаты
проявления некоторых внутренних дефектов
или некорректностей программ
(рис. 10.1). Эти внутренние дефекты
следует
квалифицировать как первичные
ошибки
или причины обнаруженных аномалий
результатов. Последующая
локализация и корректировка таких
первичных ошибок должна
приводить к устранению ошибок,
первоначально обнаруживаемых в
результатах функционирования программ.

Потери
эффективности и риски программ за счет
неполной корректности в первом приближении
можно считать прямо пропорциональными
(с
коэффициентом) вторичным ошибкам в
выходных результатах. Типичным является
случай, когда одинаковые по величине и
виду вторичные ошибки
в различных результирующих данных
существенно различаются по своему
воздействию на общую эффективность и
риски применения комплекса программ.
Это влияние вторичных ошибок, в лучшем
случае, можно
оценить методами экспертного анализа
при условии предварительной, четкой
классификации видов возможных первичных
ошибок в программах
и выходных величин. Таким образом, оценка
последствий, отражающихся
на вторичных ошибках и функционировании
программ, может, в
принципе,
производиться по
значениям ущерба —
риска
вследствие неустраненных их причин —
первичных
ошибок в программе. Вторичные
ошибки являются определяющими для
эффективности функционирования
программ, однако не каждая первичная
ошибка вносит заметный вклад в выходные
результаты. Вследствие этого ряд
первичных ошибок может
оставаться необнаруженным и, по существу,
не влияет на функциональные
характеристики ПС.

Появление
ошибок в программах, естественно,
предшествует их обнаружению и устранению
на основе вторичных проявлений. Наибольшее
число
первичных ошибок вносится на этапах
системного анализа и разработки
модификаций программ. При этом на долю
системного анализа приходятся наиболее
сложные для обнаружения и устранения
дефекты. На последующих этапах разработки
изменений ПС ошибки вносятся и устраняются
в программах в процессе их корректировки
по результатам тестирования. Общие
тенденции состоят в быстром росте затрат
на выполнение каждого изменения на
последовательных этапах процессов
модификации
программ.

При
системном анализе модификаций
интенсивность обнаружения ошибок
относительно невелика, и ее трудно
выделить из процесса проектирования
ПС. Интенсивность проявления и обнаружения
вторичных ошибок
наиболее велика на этапе активного
тестирования и автономной отладки
программных компонентов. Затем она
снижается приблизительно экспоненциально.
Различия интенсивностей устранения
первичных ошибок, на основе их вторичных
проявлений, и
внесения первичных ошибок

при
корректировках программ определяют
скорость достижения заданного качества
версий ПС. Уровень серьезности последствий
ошибок варьирует
от классов проектов и от предприятия,
но, в общем, можно разделить ошибки
на три уровня.

Небольшими
ошибками называют
такие, на которые средний пользователь
не обратит внимания при применении ПС
вследствие отсутствия их проявления
и последствия которых обычно так и не
обнаруживаются. Небольшие ошибки могут
включать орфографические ошибки на
экране, пропущенные разделы в справочнике
и другие мелкие проблемы. Такие ошибки
никогда не помешают выпуску и применению
версии системы и программного
продукта. По десятибалльной шкале рисков
небольшие ошибки находятся в пределах
от 1 до 3-го приоритета (см. ниже).

Умеренными
ошибками называют
те, которые влияют на конечного
пользователя, но имеются слабые
последствия или обходные пути, позволяющие
сохранить достаточную функциональность
ПС. Это такие дефекты,
как неверные ссылки на страницах,
ошибочный текст на экране и даже сбои,
если эти сбои трудно воспроизвести и
они не оказывают влияния на существенное
число пользователей. Некоторые умеренные
ошибки, возможно,
проникают в конечный программный
продукт. Ошибки, которые можно
исправить на этом уровне, следует
исправлять, если на это есть время
и возможность. По десятибалльной шкале
умеренные ошибки находятся
в диапазоне от 4 до 7-го приоритета.

Критические
ошибки останавливают
выпуск версии программного продукта.
Это могут быть ошибки
с высоким влиянием, которые
вызывают сбой
в системе или потерю данных, отражаются
на надежности и безопасности
применения ПС, с которыми никогда не
передается комплекс программ
пользователю. По десятибалльной шкале
— от 8 до 10-го приоритета.

Совокупность
ошибок, дефектов и последствий модификаций
проектов
крупномасштабных комплексов программ
можно упорядочить и условно представить
в виде перевернутой пирамиды в зависимости
от потенциальной
опасности и возможной величины
корректировок их последствий — рис.
10.2. В верхней части перечня расположены
модификации, дефекты
и ошибки, последствия которых обычно
требуют наибольших затрат
ресурсов для реализации изменений, и
они постепенно сокращаются
при снижении по перечню. Такое представление
величины типов корректировок программ
и данных полезно использовать как
ориентир для
учета
необходимых ресурсов при разработке и
сопровождении ПС, однако оно может
содержать значительные отклонения при
упорядочении статистических данных
реальных проектов. Каждому типу
корректировок соответствует
более или менее определенная категория
специалистов, являющихся источником
изменений данного типа (таблица 10.1).
Такую корреляцию
целесообразно рассматривать и учитывать
как общую качественную тенденцию
при анализе и поиске их причин.

Таблица
10.1

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

А программная ошибка это ошибка, недостаток или вина в компьютерная программа или же система что приводит к тому, что он дает неверный или неожиданный результат или ведет себя непреднамеренно. Процесс поиска и исправления ошибок называется «отладка «и часто использует формальные методы или инструменты для выявления ошибок, а с 1950-х годов некоторые компьютерные системы были разработаны, чтобы также предотвращать, обнаруживать или автоматически исправлять различные компьютерные ошибки во время работы.

Большинство ошибок возникает из-за ошибок и ошибок, допущенных в программных дизайн или его исходный код, или в компонентах и операционные системы используется такими программами. Некоторые из них вызваны компиляторы производит неверный код. Программа, содержащая множество ошибок и / или ошибок, серьезно нарушающих ее функциональность, называется багги (неисправен). Ошибки могут вызывать ошибки, которые могут волновые эффекты. Ошибки могут иметь незаметные последствия или приводить к крушение или же заморозить компьютер. Другие ошибки квалифицируются как ошибки безопасности и может, например, включить злоумышленник обойти контроль доступа чтобы получить неавторизованные привилегии.^[1]>

Некоторые программные ошибки связаны с катастрофами. Ошибки в коде, который контролировал Терак-25 радиационная терапия машина несут прямую ответственность за смерть пациентов в 1980-х годах. В 1996 г. Европейское космическое агентство 1 миллиард долларов США прототип Ариана 5 ракету пришлось уничтожить менее чем через минуту после пуска из-за ошибки в программе бортового компьютера наведения. В июне 1994 года Королевские ВВС Чинук вертолет разбился в Малл оф Кинтайр, убив 29. Первоначально это было отклонено как ошибка пилота, но расследование Computer Weekly убедил Дом лордов запрос о том, что это могло быть вызвано ошибкой программного обеспечения в самолете компьютер управления двигателем.^[2]

В 2002 году исследование по заказу США Министерство торговли с Национальный институт стандартов и технологий пришел к выводу, что «программные ошибки или ошибки настолько распространены и настолько пагубны, что обходятся экономике США примерно в 59 миллиардов долларов в год, или примерно 0,6 процента валового внутреннего продукта».^[3]

История

Среднеанглийское слово ошибка является основанием для условий «медвежатник » и «пугало «как термины, используемые для обозначения монстра.^[4]

Термин «ошибка» для описания дефектов был частью инженерного жаргона с 1870-х годов и предшествовал электронным компьютерам и компьютерному программному обеспечению; возможно, изначально он использовался в аппаратной инженерии для описания механических неисправностей. Например, Томас Эдисон написал следующие слова в письме своему сотруднику в 1878 году:^[5]

Так было во всех моих изобретениях. Первый шаг — интуиция, которая приходит с порывом, затем возникают трудности — эта штука выдает, и [это] затем, что «жуки» — как называются такие маленькие ошибки и трудности — проявляют себя и месяцы интенсивного наблюдения, изучения и труд необходим прежде, чем будет окончательно достигнут коммерческий успех или неудача.^[6]

Дефлекторный шар, первая механическая пинбол game, в 1931 году была объявлена ​​»не содержащей ошибок».^[7] Проблемы с военным снаряжением во время Вторая Мировая Война назывались ошибками (или глюки ).^[8] В фильме 1940 года Командование полета, дефект в части радиопеленгатора называется «ошибкой».^{[нужна цитата ]} В книге, опубликованной в 1942 году, Луиза Дикинсон Рич, говоря о мощном резка льда машина, сказал: «Пиление льда было приостановлено до тех пор, пока создатель не сможет вытащить насекомых из своей любимой».^[9]

Айзек Азимов использовал термин «ошибка» для обозначения проблем с роботом в своем рассказе »Поймать этого кролика «, изданная в 1944 году.

Термин «ошибка» был использован в аккаунте компьютерным пионером. Грейс Хоппер, который объявил причину неисправности в одном из первых электромеханических компьютеров.^[10] Типичная версия этой истории:

В 1946 году, когда Хоппер была освобождена от действительной службы, она поступила на Гарвардский факультет в вычислительную лабораторию, где продолжила свою работу над Марк II и Марк III. Операторы связали ошибку Mark II с моль в ловушке реле, придумав термин ошибка. Этот баг был аккуратно удален и записан в журнал. Исходя из первой ошибки, сегодня мы называем ошибки или сбои в программе ошибка.^[11]

Хоппер не нашла ошибки, как она с готовностью признала. Дата в бортовом журнале — 9 сентября 1947 года.^[12][13][14] Операторы, которые его нашли, в том числе Уильям «Билл» Берк, позже Лаборатория морского вооружения, Дальгрен, Вирджиния,^[15] были знакомы с техническим термином и забавно держали насекомое с пометкой «Первый реальный случай обнаружения ошибки». Хоппер любил пересказывать эту историю.^[16] Этот бортовой журнал с прикрепленным к нему мотыльком является частью коллекции Смитсоновского института. Национальный музей американской истории.^[13]

Связанный термин «отлаживать «также, кажется, предшествует его использованию в вычислениях: Оксфордский словарь английского языка‘Этимология этого слова содержит свидетельство 1945 года в контексте авиационных двигателей.^[17]

Идея о том, что программное обеспечение может содержать ошибки, восходит к Заметки Ады Лавлейс 1843 года об аналитической машине, в котором она говорит о возможности программных «карточек» для Чарльз Бэббидж с аналитическая машина ошибочен:

… процесс анализа должен быть также выполнен, чтобы снабдить аналитическую машину необходимыми оперативный данные; и в этом также может заключаться возможный источник ошибки. При условии, что реальный механизм безошибочен в своих процессах, открытки может давать неправильные приказы.

Отчет «Ошибки в системе»

Институт открытых технологий, управляемый группой New America,^[18] выпустила отчет «Ошибки в системе» в августе 2016 года, в котором говорится, что политики США должны провести реформы, чтобы помочь исследователям выявлять и устранять ошибки программного обеспечения. В отчете «подчеркивается необходимость реформы в области обнаружения и раскрытия уязвимостей программного обеспечения».^[19] Один из авторов отчета сказал, что Конгресс не сделал достаточно для устранения уязвимости киберпрограмм, хотя Конгресс принял ряд законопроектов, направленных на борьбу с более серьезной проблемой кибербезопасности.^[19]

Правительственные исследователи, компании и эксперты по кибербезопасности — это люди, которые обычно обнаруживают недостатки программного обеспечения. В докладе содержится призыв к реформированию законов о компьютерных преступлениях и авторских правах.^[19]

В докладе говорится, что Закон о компьютерном мошенничестве и злоупотреблении, Закон об авторском праве в цифровую эпоху и Закон о конфиденциальности электронных коммуникаций криминализируют и вводят гражданские санкции за действия, которые исследователи в области безопасности регулярно совершают при проведении законных исследований безопасности.^[19]

Терминология

Хотя использование термина «ошибка» для описания ошибок программного обеспечения является обычным явлением, многие считают, что от него следует отказаться. Один из аргументов состоит в том, что слово «ошибка» не связано с тем, что проблема была вызвана человеком, и вместо этого подразумевает, что дефект возник сам по себе, что привело к отказу от термина «ошибка» в пользу таких терминов, как «дефект» с ограниченным успехом.^[20] С 1970-х гг. Гэри Килдалл несколько юмористически предложил употребить термин «грубая ошибка».^[21][22]

В программной инженерии ошибка метаморфизма (с греческого мета = «изменить», превращаться = «форма») относится к развитию дефекта на заключительном этапе развертывания программного обеспечения. Преобразование «ошибки», совершенной аналитиком на ранних этапах жизненного цикла разработки программного обеспечения, которая приводит к «дефекту» на последней стадии цикла, было названо «метаморфизмом ошибки».^[23]

Различные стадии «ошибки» во всем цикле могут быть описаны как «ошибки», «аномалии», «сбои», «сбои», «ошибки», «исключения», «сбои», «сбои», «ошибки». , «дефекты», «инциденты» или «побочные эффекты».^[23]

Профилактика

Индустрия программного обеспечения приложила много усилий для сокращения количества ошибок.^[24][25] К ним относятся:

Типографические ошибки

Ошибки обычно появляются, когда программист делает логическая ошибка. Различные нововведения в стиль программирования и защитное программирование разработаны, чтобы сделать эти ошибки менее вероятными или более простыми для обнаружения. Некоторые опечатки, особенно символов или логических /математические операторы, позволяют программе работать некорректно, в то время как другие проблемы, такие как отсутствие символа или неправильное имя, могут помешать работе программы. Скомпилированные языки могут обнаруживать некоторые опечатки при компиляции исходного кода.

Методологии разработки

Несколько схем помогают управлять деятельностью программиста, чтобы генерировать меньше ошибок. Программная инженерия (который также решает проблемы проектирования программного обеспечения) применяет множество методов для предотвращения дефектов. Например, формальный спецификации программы указать точное поведение программ, чтобы ошибки проектирования могли быть устранены. К сожалению, формальные спецификации непрактичны ни для чего, кроме самых коротких программ, из-за проблем комбинаторный взрыв и неопределенность.

Модульное тестирование включает в себя написание теста для каждой функции (модуля), которую должна выполнять программа.

В разработка через тестирование Модульные тесты пишутся перед кодом, и код не считается завершенным, пока все тесты не завершатся успешно.

Гибкая разработка программного обеспечения включает частые выпуски программного обеспечения с относительно небольшими изменениями. Дефекты выявляются по отзывам пользователей.

Разработка с открытым исходным кодом позволяет любому исследовать исходный код. Школа мысли, популяризированная Эрик С. Раймонд в качестве Закон Линуса говорит, что популярный программное обеспечение с открытым исходным кодом имеет больше шансов иметь мало ошибок или не иметь их совсем, чем другое программное обеспечение, потому что «при достаточном внимании к нему все ошибки мелкие».^[26] Однако это утверждение было оспорено: специалист по компьютерной безопасности Элиас Леви писали, что «легко скрыть уязвимости в сложном, малоизученном и недокументированном исходном коде», потому что «даже если люди просматривают код, это не означает, что они имеют соответствующую квалификацию».^[27] Примером того, что на самом деле произошло случайно, был Уязвимость OpenSSL 2008 года в Debian.

Поддержка языков программирования

Языки программирования включать функции, помогающие предотвратить ошибки, такие как статические системы типов, ограниченный пространства имен и модульное программирование. Например, когда программист пишет (псевдокод) ПОЗВОЛЯТЬ REAL_VALUE PI = "ТРИ И БИТ", хотя это может быть синтаксически правильным, код не проверка типа. Скомпилированные языки улавливают это без необходимости запускать программу. Интерпретируемые языки выявляют такие ошибки во время выполнения. Некоторые языки намеренно исключают функции, которые легко приводят к ошибкам, за счет снижения производительности: общий принцип заключается в том, что почти всегда лучше писать более простой и медленный код, чем непостижимый код, который выполняется немного быстрее, особенно с учетом того, что стоимость технического обслуживания существенно. Например, Язык программирования Java не поддерживается указатель арифметика; реализации некоторых языков, таких как Паскаль и языки сценариев часто есть время выполнения проверка границ массивов, по крайней мере, в отладочной сборке.

Анализ кода

Инструменты для анализ кода помогать разработчикам, проверяя текст программы за пределами возможностей компилятора, чтобы выявить потенциальные проблемы. Хотя в целом проблема поиска всех ошибок программирования с учетом спецификации не разрешима (см. проблема остановки ), эти инструменты используют тот факт, что люди-программисты часто допускают определенные виды простых ошибок при написании программного обеспечения.

Приборы

Инструменты для мониторинга производительности программного обеспечения во время его работы, либо специально для поиска таких проблем, как узкие места или чтобы гарантировать правильную работу, может быть встроен в код явно (возможно, так просто, как утверждение, говорящее ПЕЧАТЬ "Я ЗДЕСЬ") или предоставлены как инструменты. Часто бывает неожиданностью обнаружить, где большую часть времени занимает фрагмент кода, и это удаление предположений может привести к переписыванию кода.

Тестирование

Тестеры программного обеспечения — это люди, чья основная задача — найти ошибки или написать код для поддержки тестирования. В некоторых проектах на тестирование может быть потрачено больше ресурсов, чем на разработку программы.

Измерения во время тестирования могут дать оценку количества оставшихся вероятных ошибок; это становится более надежным, чем дольше тестируется и разрабатывается продукт.^{[нужна цитата ]}

Отладка

Поиск и исправление ошибок, или отладка, является основной частью компьютерное программирование. Морис Уилкс, один из первых пионеров вычислительной техники, описал в конце 1940-х годов свое осознание того, что большую часть оставшейся жизни он потратит на поиск ошибок в собственных программах.^[28]

Обычно самая сложная часть отладки — это поиск ошибки. Как только она обнаружена, исправить ее обычно относительно легко. Программы, известные как отладчики помогайте программистам находить ошибки, выполняя код построчно, наблюдая за значениями переменных и используя другие функции для наблюдения за поведением программы. Без отладчика код может быть добавлен так, что сообщения или значения могут быть записаны в консоль или в окно или файл журнала для отслеживания выполнения программы или отображения значений.

Однако даже с помощью отладчика обнаружение ошибок — это своего рода искусство. Нередко ошибка в одном разделе программы приводит к сбою в совершенно другом разделе.^{[нужна цитата ]} что особенно затрудняет отслеживание (например, ошибка в графическом рендеринг процедура, вызывающая файл Ввод / вывод процедура отказа), в явно не связанной части системы.

Иногда ошибка не является изолированным недостатком, а представляет собой ошибку мышления или планирования со стороны программиста. Такой логические ошибки требуют капитального ремонта или переписывания части программы. В составе обзор кода, пошаговое выполнение кода и представление или расшифровка процесса выполнения часто может обнаруживать ошибки без воспроизведения ошибки как таковой.

Как правило, первым шагом в поиске ошибки является ее надежное воспроизведение. Как только ошибка будет воспроизведена, программист может использовать отладчик или другой инструмент при воспроизведении ошибки, чтобы найти точку, в которой программа сбилась с пути.

Некоторые ошибки обнаруживаются при вводе данных, которые программисту может быть сложно воссоздать. Одна из причин Терак-25 смерть от радиационных машин была ошибкой (в частности, состояние гонки ) что произошло только тогда, когда оператор станка очень быстро ввел план лечения; На то, чтобы это сделать, потребовались дни практики, поэтому ошибка не проявлялась ни при тестировании, ни при попытке производителя воспроизвести ее. Другие ошибки могут перестать возникать всякий раз, когда установка расширяется, чтобы помочь найти ошибку, например, запуск программы с отладчиком; они называются Heisenbugs (с юмором назван в честь Принцип неопределенности Гейзенберга ).

С 1990-х годов, особенно после Ariane 5, рейс 501 катастрофы, возрос интерес к автоматизированным средствам отладки, таким как статический анализ кода к абстрактная интерпретация.^[29]

Некоторые классы ошибок не имеют ничего общего с кодом. Неправильная документация или оборудование могут привести к проблемам при использовании системы, даже если код соответствует документации. В некоторых случаях изменения в коде устраняют проблему, даже если код больше не соответствует документации. Встроенные системы часто работать вокруг аппаратные ошибки, так как для создания новой версии ПЗУ намного дешевле, чем восстановление оборудования, особенно если оно товарные позиции.

Тест ошибок

Чтобы облегчить воспроизводимые исследования по тестированию и отладке, исследователи используют тщательно отобранные тесты для выявления ошибок:

• эталонный тест Сименс
• ManyBugs^[30] это тест на 185 ошибок C в девяти программах с открытым исходным кодом.
• Дефекты4J^[31] Это тест на 341 ошибку Java из 5 проектов с открытым исходным кодом. Он содержит соответствующие патчи, которые охватывают различные типы патчей.^[32]
• Медведи^[33] — это эталон сбоев при непрерывной интеграции при сборке с упором на сбои тестов. Он был создан путем мониторинга сборок из проектов с открытым исходным кодом на Трэвис Си.

Управление ошибками

Управление ошибками включает в себя процесс документирования, категоризации, назначения, воспроизведения, исправления и выпуска исправленного кода. Предлагаемые изменения в программном обеспечении — ошибки, запросы на улучшения и даже целые выпуски — обычно отслеживаются и управляются с помощью системы отслеживания ошибок или же системы отслеживания проблем.^[34] Добавленные элементы могут называться дефектами, заявками, проблемами или, в соответствии с гибкое развитие парадигмы, рассказы и былины. Категории могут быть объективными, субъективными или комбинированными, например: номер версии, область программного обеспечения, серьезность и приоритет, а также тип проблемы, например, запрос функции или ошибка.

Строгость

Строгость — это влияние ошибки на работу системы. Это может быть потеря данных, финансовая потеря, потеря репутации и потраченные впустую усилия. Уровни серьезности не стандартизированы. Воздействие различается в зависимости от отрасли. Сбой в видеоигре оказывает совершенно иное влияние, чем сбой в веб-браузере или системе мониторинга в реальном времени. Например, уровни серьезности ошибки могут быть такими: «сбой или зависание», «нет обходного пути» (что означает, что клиент не может выполнить данную задачу), «имеет обходной путь» (что означает, что пользователь все еще может выполнить задачу), «визуальный дефект »(например, отсутствующее изображение или смещенная кнопка или элемент формы) или« ошибка документации ». Некоторые издатели программного обеспечения используют более квалифицированные уровни серьезности, такие как «критический», «высокий», «низкий», «блокирующий» или «тривиальный».^[35] Серьезность ошибки может быть отдельной категорией по отношению к ее приоритету для исправления, и эти две категории могут быть количественно определены и обработаны отдельно.

Приоритет

Приоритет определяет, где ошибка попадает в список запланированных изменений. Приоритет определяется каждым производителем программного обеспечения. Приоритеты могут быть числовыми, например от 1 до 5, или именованными, например, «критические», «высокие», «низкие» или «отложенные». Эти рейтинговые шкалы могут быть похожи или даже идентичны строгость рейтинги, но оцениваются как сочетание серьезности ошибки с предполагаемыми усилиями по исправлению; ошибка с низким уровнем серьезности, но легко исправляемая, может получить более высокий приоритет, чем ошибка средней степени серьезности, для исправления которой требуются чрезмерные усилия. Рейтинги приоритета могут быть согласованы с выпусками продукта, например «критический» приоритет, указывающий на все ошибки, которые необходимо исправить до следующего выпуска программного обеспечения.

Релизы программного обеспечения

Обычно выпускают программное обеспечение с известными низкоприоритетными ошибками. Большинство крупных программных проектов поддерживают два списка «известных ошибок» — тех, которые известны команде разработчиков программного обеспечения, и тех, о которых нужно сообщить пользователям.^{[нужна цитата ]} Второй список информирует пользователей об ошибках, которые не исправлены в конкретном выпуске, и обходные пути могут быть предложены. Релизы бывают разных видов. Ошибки с достаточно высоким приоритетом могут потребовать специального выпуска части кода, содержащей только модули с этими исправлениями. Они известны как патчи. Большинство выпусков включают в себя как изменение поведения, так и несколько исправлений ошибок. Релизы, в которых упор делается на исправления ошибок, известны как поддержание выпускает. Релизы, в которых подчеркивается добавление / изменение функций, известны как основные релизы и часто имеют названия, позволяющие отличать новые функции от старых.

Причины, по которым издатель программного обеспечения предпочитает не исправлять или даже не исправлять конкретную ошибку, включают:

• Должен быть соблюден крайний срок, а ресурсов недостаточно для исправления всех ошибок к этому сроку.^[36]
• Ошибка уже исправлена ​​в следующем выпуске, и она не является приоритетной.
• Изменения, необходимые для исправления ошибки, слишком дороги или затрагивают слишком много других компонентов, что требует серьезного тестирования.
• Можно подозревать или знать, что некоторые пользователи полагаются на существующее поведение с ошибками; предлагаемое исправление может ввести нарушение изменения.
• Проблема в том, что в следующем выпуске будет устаревшим; исправлять это не нужно.
• Это «не ошибка». Возникло недопонимание между ожидаемым и предполагаемым поведением, когда такое недопонимание не вызвано путаницей, возникшей из-за недостатков дизайна или ошибочной документации.

Типы

В проектах по разработке программного обеспечения «ошибка» или «недоработка» может быть внесена на любом этапе. Ошибки возникают из-за упущений или недоразумений, допущенных командой разработчиков программного обеспечения во время спецификации, проектирования, кодирования, ввода данных или документации. Например, относительно простая программа для построения списка слов по алфавиту может не учитывать, что должно произойти, если слово содержит дефис. Или при преобразовании абстрактного дизайна в код кодировщик может непреднамеренно создать пошаговая ошибка и не удается отсортировать последнее слово в списке. Ошибки могут быть такими же простыми, как опечатка: знак «<» вместо «>».

Другая категория ошибок называется состояние гонки это может произойти, когда в программе одновременно выполняется несколько компонентов. Если компоненты взаимодействуют в порядке, отличном от предполагаемого разработчиком, они могут мешать друг другу и мешать программе выполнять свои задачи. Эти ошибки может быть трудно обнаружить или предвидеть, поскольку они могут не возникать при каждом выполнении программы.

Концептуальные ошибки — это неправильное понимание разработчиком того, что должно делать программное обеспечение. Полученное программное обеспечение может работать в соответствии с пониманием разработчика, но не в соответствии с тем, что действительно необходимо. Другие типы:

Арифметика

• Деление на ноль.
• Арифметическое переполнение или же переполнение.
• Утрата арифметическая точность из-за округление или же численно нестабильный алгоритмы.

Логика

• Бесконечные петли и бесконечный рекурсия.
• Поочередная ошибка, считая слишком много или слишком мало при зацикливании.

Синтаксис

• Использование неправильного оператора, например, выполнение присваивания вместо проверка равенства. Например, в некоторых языках x = 5 установит значение x равным 5, а x == 5 будет проверять, равно ли x в настоящее время 5 или другому числу. Интерпретируемые языки допускают сбой такого кода. Скомпилированные языки могут обнаруживать такие ошибки еще до начала тестирования.

Ресурс

• Нулевой указатель разыменование.
• Используя неинициализированная переменная.
• Использование в противном случае действительной инструкции по неправильному тип данных (видеть упакованная десятичная дробь /двоично-десятичный код ).
• Нарушения доступа.
• Утечки ресурсов, когда ограниченный системный ресурс (например, объем памяти или же файловые ручки ) будут исчерпаны повторным распределением без выпуска.
• Переполнение буфера, в котором программа пытается сохранить данные за пределами выделенного хранилища. Это может или не может привести к нарушению доступа или нарушение хранения. Они известны как ошибки безопасности.
• Чрезмерная рекурсия, которая, хотя и логически верна, вызывает переполнение стека.
• Ошибка использования после освобождения, где указатель используется после того, как система освободила память, на которую она ссылается.
• Двойная бесплатная ошибка.

Многопоточность

• Тупик, где задача A не может продолжаться до завершения задачи B, но в то же время задача B не может продолжаться до завершения задачи A.
• Состояние гонки, где компьютер не выполняет задачи в том порядке, в котором задумал программист.
• Ошибки параллелизма в критические разделы, взаимные исключения и другие особенности параллельная обработка. Время проверки — время использования (TOCTOU) — это форма незащищенной критической секции.

Взаимодействие

• Неправильное использование API.^[37]
• Неправильная реализация протокола.
• Неправильное обращение с оборудованием.
• Неправильные предположения о конкретной платформе.
• Несовместимые системы. Новый API или же протокол связи может показаться, что работает, когда две системы используют разные версии, но могут возникать ошибки, когда функция или функция, реализованная в одной версии, изменяется или отсутствует в другой. В производственных системах, которые должны работать постоянно, отключение всей системы для крупного обновления может оказаться невозможным, например, в телекоммуникационной отрасли.^[38] или в Интернете.^[39][40][41] В этом случае меньшие сегменты большой системы обновляются индивидуально, чтобы свести к минимуму перебои в работе большой сети. Однако некоторые разделы могут быть пропущены и не обновлены, что может вызвать ошибки совместимости, которые может быть трудно найти и исправить.
• Неправильные аннотации кода^[42]

Командная работа

• Нераспространяемые обновления; например программист изменяет myAdd, но забывает изменить mySubtract, который использует тот же алгоритм. Эти ошибки смягчаются Не повторяйся философия.
• Комментарии устарели или неверны: многие программисты полагают, что комментарии точно описывают код.
• Различия между документацией и продуктом.

Подразумеваемое

Размер и тип ущерба, который может вызвать программная ошибка, естественным образом влияют на принятие решений, процессы и политику в отношении качества программного обеспечения. В таких приложениях, как пилотируемые космические путешествия или же автомобильная безопасность, поскольку недостатки программного обеспечения могут привести к травмам или даже смерти людей, такое программное обеспечение будет подвергаться гораздо более тщательной проверке и контролю качества, чем, например, веб-сайт онлайн-покупок. В таких приложениях, как банковское дело, где недостатки программного обеспечения могут нанести серьезный финансовый ущерб банку или его клиентам, контроль качества также более важен, чем, скажем, приложение для редактирования фотографий. НАСА Центр технологий Software Assurance удалось снизить количество ошибок до менее 0,1 на 1000 строк кода (SLOC )^{[нужна цитата ]} но считалось, что это неосуществимо для проектов в деловом мире.

Помимо ущерба, причиненного ошибками, часть их стоимости связана с усилиями, вложенными в их исправление. В 1978 году Линц и др. показал, что в среднем по проектам 17% усилий по разработке вкладывается в исправление ошибок.^[43] В исследовании в 2020 г. GitHub репозитории показали, что медиана составляет 20 процентов.^[44]

Известные ошибки

Ряд программных ошибок стал широко известным, как правило, из-за их серьезности: примеры включают крушения различных космических и военных самолетов. Возможно, самая известная ошибка — это Проблема 2000 года, также известная как ошибка 2000 года, при которой опасались, что мировой экономический коллапс случится в начале 2000 года из-за того, что компьютеры будут думать, что это был 1900 год (в конце концов, серьезных проблем не возникло). Срыв биржевой торговли в 2012 году включал одну такую ​​несовместимость между старым API и новым API.

В популярной культуре

• В романе 1968 года 2001: Космическая одиссея и соответствующий фильм 1968 года 2001: Космическая одиссея, бортовой компьютер космического корабля, HAL 9000, пытается убить всех членов экипажа. В следующем романе 1982 года 2010: Одиссея вторая, и сопровождающий фильм 1984 года, 2010 выясняется, что это действие было вызвано тем, что компьютер был запрограммирован с двумя конфликтующими целями: полностью раскрыть всю свою информацию и сохранить истинную цель полета в секрете от экипажа; этот конфликт привел к тому, что HAL стал параноиком и в конечном итоге стал смертоносным.
• В американской комедии 1999 года Офисное помещение, трое сотрудников пытаются воспользоваться озабоченностью своей компании исправлением компьютерной ошибки, связанной с проблемой 2000 года, путем заражения компьютерной системы компании вирусом, который отправляет округленные пенни на отдельный банковский счет. Этот план имеет неприятные последствия, поскольку у самого вируса есть собственная ошибка, которая преждевременно отправляет большие суммы денег на счет.
• Роман 2004 года Ошибка, к Эллен Ульман — это попытка программиста найти неуловимую ошибку в приложении базы данных.^[45]
• Канадский фильм 2008 года Control Alt Удалить рассказывает о программисте, который в конце 1999 года пытался исправить ошибки в своей компании, связанные с проблемой 2000 года.

Смотрите также

• Анти-шаблон
• Программа Bug Bounty
• Удаление глюков
• ISO / IEC 9126, который классифицирует ошибку как дефект или несоответствие
• Классификация ортогональных дефектов
• Проблема с гоночной трассой
• Дайджест РИСКОВ
• Индикатор дефекта программного обеспечения
• Программная регрессия
• Программная гниль
• Автоматическое исправление ошибок

Рекомендации

внешняя ссылка

• «Перечень общих слабых мест «- экспертная веб-страница, посвященная ошибкам, на NIST.gov.
• БАГ типа Джима Грея — другой тип ошибки
• Изображение «первой компьютерной ошибки» на Wayback Machine (архивировано 12 января 2015 г.)
• «Первая компьютерная ошибка! «- электронное письмо от 1981 года об ошибке адм. Хоппера.
• «К пониманию ошибок компилятора в GCC и LLVM «. Исследование ошибок в компиляторах 2016 г.