Годы бегут, компьютеры становятся мощнее, листинги программ длиннее, а программисты всё ещё допускают те же самые ошибки (или же сталкиваются с ними)… Предлагаю разобраться с основными типами ошибок и причинами, по которым они происходят
Чтобы максимально раскрыть смысл фразы "актуально во все времена", в качестве иллюстрирующих примеров будут приведены сведения времён старой доброй DOS :), поэтому материал рекомендуется к прочтению любителям ностальгии
Какие же бывают типы ошибок?
• В «Справочнике Microsoft Works» и интерактивной помощи пакета интегрированной обработки информации Works 2.0 функция ЕСЛИ описана как
Однако в действительности работа данной функции должна иметь следующий вид:
В «Руководстве пользователя Microsoft Works для Windows» пакета Works 3.0 эта ошибка исправлена :)
• В русифицированном варианте Norton Utilities (версия 7.0, фирма Symantec) в утилите форматирования sformat при задании опции:
при форматировании выдаётся сообщение:
и наоборот, при задании опции:
при форматировании выдаётся сообщение:
• Неудача при запуске первого американского спутника к Венере случилась, вероятнее всего, из-за ошибки в программе – вместо требуемой в операторе запятой программист поставил точку. Вот как был записан этот оператор:
На самом же деле он должен был выглядеть следующим образом:
В программе на Фортране IV требовался цикл, а программист поставил точку, а в результате получилось присваивание значения 12,525 неявной переменной DO50I (пробелы в Фортране игнорируются) [ Спасибо за этот ценный комментарий-поправку хабраюзеру rexxer2 ]
• Потеря связи с космической станцией «Фобос-1» (СССР) произошла из-за ошибочной команды, переданной с Земли на бортовой компьютер.
• Причиной осложнений, возникших при возвращении на Землю из космической экспедиции советско-афганского и советско-французского экипажей, явились ошибки, допущенные в программном обеспечении бортовых компьютеров.
К данному типу относятся ошибки в алгоритмах, когда алгоритм неверный или создан на основе неправильных представлений о действительности:
• Одна из первых компьютерных систем противовоздушной обороны США (60-е годы) в первое же дежурство подняла тревогу, приняв восходящую из-за горизонта Луну за вражескую ракету, поскольку этот «объект» приближался к территории США и не подавал сигналов, что он «свой» :)
Весьма популярные ошибки, предотвращение которых известно под названием «защита от дурака»
• В 1983 году произошло наводнение в юго-западной части США. Причина заключалась в том, что в компьютер были введены неверные данные о погоде, в результате чего он дал ошибочный сигнал шлюзам, перекрывающим реку Колорадо.
• Ещё один печальный пример: в восьмидесятые годы прошлого века в Антарктиде разбился самолёт с туристами на борту, поскольку в управляющую полётом систему были заложены неверные координаты аэропорта взлёта и система ошибочно рассчитала высоту полёта над горами
• Летом 1988 года в Мичиганском госпитале компьютерный вирус инфицировал три компьютера, которые обрабатывали информацию о пациентах. Вирус перемешал фамилии пациентов в базе данных. В результате данного «вмешательства» диагностические сведения одних пациентов оказались приписанными другим пациентам.
Тут, в принципе, всё обстоит точно так же, как и 20 лет назад: в процессе эксплуатации компьютерной системы возможно физическое повреждение накопителя, выход из строя блока питания, отключение электроэнергии, колебание напряжения в электрической сети и др. Результатом такого рода неисправностей может быть полная потеря информации, хранящейся на жёстком диске, частичная или полная потеря информации в файлах баз данных, нарушение работы систем, управляемых компьютером и многое другое. Для предотвращения ошибок данного типа используют системы, в которых одновременно работают несколько компьютеров, дублирующих друг друга, в компьютеры устанавливают два и более параллельно работающих накопителя (вспоминаем RAID-массивы), аппаратуру подключают к источникам бесперебойного питания, которые обеспечивают его работу при отключении электроэнергии или колебаниях напряжения электрической сети и т.д. и т.п.
• В июле 1985 года произошло преждевременное отключение компьютера одного из основных двигателей американского космического корабля «Челленджер» (Шаттл), едва не закончившееся катастрофой. Положение спас командир корабля, сумевший на двух работающих основных двигателях и двух менее мощных двигателях для маневрирования вывести «Челленджер» на орбиту. Причина же заключалась в том, что один из трёх бортовых компьютеров, управляющих двигателями (на каждый двигатель по компьютеру), был «обманут» вышедшим из строя датчиком, измеряющим температуру газа в двигателе. Для устранения подобных неполадок в будущем на следующих космических кораблях серии Шаттл были установлены датчики изменённой конструкции.
• При запуске французской ракеты нового поколения «Ариан-5» примерно на 37-й секунде полёта компьютер, находившийся на борту ракеты, получил от датчиков системы управления неверную информацию о пространственной ориентации ракеты. Исходя из этой информации, компьютер начал корректировать траекторию полёта для того, чтобы компенсировать не существующую на самом деле погрешность. Ракета стала отклоняться от курса, что привело к возрастанию нагрузок на её корпус. В результате чрезмерных нагрузок верхняя часть ракеты отвалилась, и по команде с земли ракета была взорвана.
Программист, создавая программу, может специально внести в неё ошибку :). Другим вариантом проявления «злой воли программиста» является включение в программу «логической бомбы», срабатывающей, например, после определённого числа запусков программы, определённых значениях входных данных и др. Оператор, обслуживающий компьютер, может сознательно ввести в компьютер неверные данные, которые и будут обработаны компьютером, выдавая неверные выходные данные в соответствии с принципом «мусор на входе – мусор на выходе».
• Сборочный конвейер волжского автомобильного завода в городе Тольятти работает под управлением АСУ, которая обеспечивает своевременное поступление деталей на конвейер со складов и из цехов вспомогательных производств. Для выполнения этой задачи информационно-управляющая система хранит информацию о тысячах узлов и деталей, из которых собирается автомобиль, о запасах деталей на складах, об их движении по транспортным линиям и т. д. На основе этой информации АСУ самостоятельно управляет автоматизированными складами, транспортными конвейерами, а также рядом других устройств.
Программист, разрабатывавший программное обеспечение для управления главным конвейером Волжского автозавода, сознательно внёс в программу «логическую бомбу» в знак протеста против низкой зарплаты. Через некоторое время эта «логическая бомба» сработала, и главный конвейер остановился на несколько дней. Ущерб от остановки составил 1 миллион рублей (в ценах 80-х годов), этот ущерб был несопоставим с зарплатой всех программистов ВАЗа, вместе взятых, а программист был дисквалифицирован и переведён в рабочие.
Анализ приведённых типов ошибок показывает, что основными задачами, стоящими перед разработчиками программного обеспечения в плане повышения его надёжности, является:
Таким образом, программный продукт в обязательном порядке должен проходить тщательное тестирование и отладку (выявление ошибок 1-го и 2-го типов). Выявление возможных ошибок 5-го типа производится с помощью имитации отказа приборов и датчиков на прошедших тестирование программных комплексах.
Надеюсь, данный материал окажется полезным. Желаю всем делать поменьше ошибок, ведь это особенно актуально в нынешние кризисные времена :^)
PS: сведения предоставляются по данным из этих источников, множество важных дополнений и опровержений представлены ниже в комментариях, особенно от хабраюзера scoon. Однако оригинальный текст не изменяю
Чтобы максимально раскрыть смысл фразы "актуально во все времена", в качестве иллюстрирующих примеров будут приведены сведения времён старой доброй DOS :), поэтому материал рекомендуется к прочтению любителям ностальгии
Какие же бывают типы ошибок?
Тип №1. Ошибки в программном комплексе, допущенные при разработке и не обнаруженные при его тестировании
• В «Справочнике Microsoft Works» и интерактивной помощи пакета интегрированной обработки информации Works 2.0 функция ЕСЛИ описана как
ЕСЛИ (Условие, ЗначениеЛожь, ЗначениеИстина)Однако в действительности работа данной функции должна иметь следующий вид:
ЕСЛИ (Условие, ЗначениеИстина, ЗначениеЛожь)В «Руководстве пользователя Microsoft Works для Windows» пакета Works 3.0 эта ошибка исправлена :)
• В русифицированном варианте Norton Utilities (версия 7.0, фирма Symantec) в утилите форматирования sformat при задании опции:
Системные файлы: [Не ставить…]при форматировании выдаётся сообщение:
Системные файлы: Ставитьи наоборот, при задании опции:
Системные файлы: [Ставить…]при форматировании выдаётся сообщение:
Системные файлы: Не ставить• Неудача при запуске первого американского спутника к Венере случилась, вероятнее всего, из-за ошибки в программе – вместо требуемой в операторе запятой программист поставил точку. Вот как был записан этот оператор:
DO 50 I = 12.525На самом же деле он должен был выглядеть следующим образом:
DO 50 I = 12,525В программе на Фортране IV требовался цикл, а программист поставил точку, а в результате получилось присваивание значения 12,525 неявной переменной DO50I (пробелы в Фортране игнорируются) [ Спасибо за этот ценный комментарий-поправку хабраюзеру rexxer2 ]
• Потеря связи с космической станцией «Фобос-1» (СССР) произошла из-за ошибочной команды, переданной с Земли на бортовой компьютер.
• Причиной осложнений, возникших при возвращении на Землю из космической экспедиции советско-афганского и советско-французского экипажей, явились ошибки, допущенные в программном обеспечении бортовых компьютеров.
К данному типу относятся ошибки в алгоритмах, когда алгоритм неверный или создан на основе неправильных представлений о действительности:
• Одна из первых компьютерных систем противовоздушной обороны США (60-е годы) в первое же дежурство подняла тревогу, приняв восходящую из-за горизонта Луну за вражескую ракету, поскольку этот «объект» приближался к территории США и не подавал сигналов, что он «свой» :)
Тип №2. Ошибки, возникающие при вводе в компьютер неверных данных
Весьма популярные ошибки, предотвращение которых известно под названием «защита от дурака»
• В 1983 году произошло наводнение в юго-западной части США. Причина заключалась в том, что в компьютер были введены неверные данные о погоде, в результате чего он дал ошибочный сигнал шлюзам, перекрывающим реку Колорадо.
• Ещё один печальный пример: в восьмидесятые годы прошлого века в Антарктиде разбился самолёт с туристами на борту, поскольку в управляющую полётом систему были заложены неверные координаты аэропорта взлёта и система ошибочно рассчитала высоту полёта над горами
Тип 3. Компьютерные вирусы, «вмешивающиеся» в работу компьютера и выполняемую им программу.
• Летом 1988 года в Мичиганском госпитале компьютерный вирус инфицировал три компьютера, которые обрабатывали информацию о пациентах. Вирус перемешал фамилии пациентов в базе данных. В результате данного «вмешательства» диагностические сведения одних пациентов оказались приписанными другим пациентам.
Тип 4. Выход из строя элементов компьютера и обслуживающих его систем
Тут, в принципе, всё обстоит точно так же, как и 20 лет назад: в процессе эксплуатации компьютерной системы возможно физическое повреждение накопителя, выход из строя блока питания, отключение электроэнергии, колебание напряжения в электрической сети и др. Результатом такого рода неисправностей может быть полная потеря информации, хранящейся на жёстком диске, частичная или полная потеря информации в файлах баз данных, нарушение работы систем, управляемых компьютером и многое другое. Для предотвращения ошибок данного типа используют системы, в которых одновременно работают несколько компьютеров, дублирующих друг друга, в компьютеры устанавливают два и более параллельно работающих накопителя (вспоминаем RAID-массивы), аппаратуру подключают к источникам бесперебойного питания, которые обеспечивают его работу при отключении электроэнергии или колебаниях напряжения электрической сети и т.д. и т.п.
Тип №5. Выход из строя или сбои в работе измерительных приборов и датчиков, используемых при управлении какими-либо техническими системами и технологическими процессами
• В июле 1985 года произошло преждевременное отключение компьютера одного из основных двигателей американского космического корабля «Челленджер» (Шаттл), едва не закончившееся катастрофой. Положение спас командир корабля, сумевший на двух работающих основных двигателях и двух менее мощных двигателях для маневрирования вывести «Челленджер» на орбиту. Причина же заключалась в том, что один из трёх бортовых компьютеров, управляющих двигателями (на каждый двигатель по компьютеру), был «обманут» вышедшим из строя датчиком, измеряющим температуру газа в двигателе. Для устранения подобных неполадок в будущем на следующих космических кораблях серии Шаттл были установлены датчики изменённой конструкции.
• При запуске французской ракеты нового поколения «Ариан-5» примерно на 37-й секунде полёта компьютер, находившийся на борту ракеты, получил от датчиков системы управления неверную информацию о пространственной ориентации ракеты. Исходя из этой информации, компьютер начал корректировать траекторию полёта для того, чтобы компенсировать не существующую на самом деле погрешность. Ракета стала отклоняться от курса, что привело к возрастанию нагрузок на её корпус. В результате чрезмерных нагрузок верхняя часть ракеты отвалилась, и по команде с земли ракета была взорвана.
Тип 6. «Злая воля человека», носителем которой чаще всего выступает либо программист, либо оператор
Программист, создавая программу, может специально внести в неё ошибку :). Другим вариантом проявления «злой воли программиста» является включение в программу «логической бомбы», срабатывающей, например, после определённого числа запусков программы, определённых значениях входных данных и др. Оператор, обслуживающий компьютер, может сознательно ввести в компьютер неверные данные, которые и будут обработаны компьютером, выдавая неверные выходные данные в соответствии с принципом «мусор на входе – мусор на выходе».
• Сборочный конвейер волжского автомобильного завода в городе Тольятти работает под управлением АСУ, которая обеспечивает своевременное поступление деталей на конвейер со складов и из цехов вспомогательных производств. Для выполнения этой задачи информационно-управляющая система хранит информацию о тысячах узлов и деталей, из которых собирается автомобиль, о запасах деталей на складах, об их движении по транспортным линиям и т. д. На основе этой информации АСУ самостоятельно управляет автоматизированными складами, транспортными конвейерами, а также рядом других устройств.
Программист, разрабатывавший программное обеспечение для управления главным конвейером Волжского автозавода, сознательно внёс в программу «логическую бомбу» в знак протеста против низкой зарплаты. Через некоторое время эта «логическая бомба» сработала, и главный конвейер остановился на несколько дней. Ущерб от остановки составил 1 миллион рублей (в ценах 80-х годов), этот ущерб был несопоставим с зарплатой всех программистов ВАЗа, вместе взятых, а программист был дисквалифицирован и переведён в рабочие.
Подводим итоги
Анализ приведённых типов ошибок показывает, что основными задачами, стоящими перед разработчиками программного обеспечения в плане повышения его надёжности, является:
- устранение ошибок, допущенных при разработке программного обеспечения (1-й тип ошибок);
- проектирование программного обеспечения с учётом человеческого фактора, то есть таким образом, чтобы оно было защищено от «дурака» (2-й тип ошибок). При этом «свалять дурака» могут не только пользователи, работающие за компьютером, но и приборы и датчики, от которых компьютер принимает информацию при управлении техническими или иными системами (5-й тип ошибок);
- использование известных мер безопасности для снижения вероятности переноса компьютерных вирусов (3-й тип ошибок) с программами, передаваемыми в эксплуатацию (в практике распространения программ известны случаи, когда разработчики этих программ записывают дистрибутивы на заражённых вирусами компьютерах).
Таким образом, программный продукт в обязательном порядке должен проходить тщательное тестирование и отладку (выявление ошибок 1-го и 2-го типов). Выявление возможных ошибок 5-го типа производится с помощью имитации отказа приборов и датчиков на прошедших тестирование программных комплексах.
Надеюсь, данный материал окажется полезным. Желаю всем делать поменьше ошибок, ведь это особенно актуально в нынешние кризисные времена :^)
PS: сведения предоставляются по данным из этих источников, множество важных дополнений и опровержений представлены ниже в комментариях, особенно от хабраюзера scoon. Однако оригинальный текст не изменяю
