Войти
A Ошибка программного обеспечения - это ошибка, недостаток или сбой в компьютерной программе или системе, из-за которой она дает неверный или неожиданный результат или ведет себя непредусмотренным образом. 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 также для обнаружения, обнаружения или автоматического исправления различных компьютерные ошибки во время работы.
Большинство ошибок возникает из-за ошибок и ошибок, допущенных либо в проекте программы, либо в ее исходном коде, либо в компонентах и операционных системах, используемых такие программы. Некоторые из них вызваны тем, что компиляторы создают неправильный код. Программа, содержащая множество ошибок и / или ошибок, серьезно мешающих ее функциональности, называется ошибочной (дефектной). Ошибки могут вызывать ошибки, которые могут иметь волновой эффект. Ошибки могут иметь незначительные последствия или привести к аварийному завершению работы или зависанию компьютера. Другие ошибки квалифицируются как ошибки безопасности и могут, например, позволить злоумышленнику обойти контроль доступа, чтобы получить неавторизованные привилегии.
Некоторые программные ошибки связаны с катастрофами. Ошибки в коде, который управлял аппаратом Therac-25 лучевой терапии, были непосредственными причинами смерти пациентов в 1980-х годах. В 1996 г. ракета Европейского космического агентства стоимостью 1 миллиард долларов прототип Ariane 5 должна была быть уничтожена менее чем через минуту после запуска из-за ошибки в системе. бортовая компьютерная программа наведения. В июне 1994 года вертолет Royal Air Force Chinook врезался в Mull of Kintyre, в результате чего погибло 29 человек. Первоначально это было отклонено как ошибка пилота, но расследование Computer Weekly убедил запрос Палаты лордов в том, что это могло быть вызвано ошибкой программного обеспечения в компьютере управления двигателем.
самолета. В 2002 году исследование, проведенное по заказу Национальный институт стандартов и технологий Министерства торговли США пришел к выводу, что «программные ошибки или ошибки настолько распространены и настолько пагубны, что обходятся экономике США примерно в 59 миллиардов долларов. ежегодно, или около 0,6 процента валового внутреннего продукта ».
Среднеанглийское слово bugge лежит в основе терминов «bugbear » и «bugaboo » как терминов, используемых для обозначения монстра.
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:
Так было во всех моих изобретениях. Первым шагом является интуиция, и она 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 прежде чем будет достигнут коммерческий успех или провал, необходимы и труд.
Baffle Ball, первая механическая игра в пинбол, в 1931 году рекламировалась как «свободная от ошибок». Проблемы с военным снаряжением во время Второй мировой войны упоминались как ошибки (или сбои ). В фильме 1940 года Flight Command дефект в части радиопеленгатора называется "ошибкой". В книге, опубликованной в 1942 году, Луиза Дикинсон Рич, говоря о механизированной машине для резки льда, сказала: «Распиловка льда была приостановлена до тех пор, пока не будет привлечен создатель, чтобы устранить жучков. своего любимого ».
Исаак Азимов использовал термин« ошибка »для обозначения проблем с роботом в своем рассказе« Поймай этого кролика », опубликованном в 1944 году.
A страница из журнала электромеханического компьютера Harvard Mark II с изображением мертвой мотылька, удаленной с устройства. Термин «ошибка» использовался в описании компьютерного первопроходца Грейс Хоппер, который объявил причину неисправности в одном из первых электромеханических компьютеров. Типичная версия этой истории такова:
В 1946 году, когда Хоппер освободили от действительной службы, она поступила на Гарвардский факультет в вычислительную лабораторию, где продолжила свою работу над Mark II и Марк III. Операторы связали ошибку в Mark II с мотыльком, застрявшим в 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 ошибкой.
Хоппер не нашла ошибку, что она с готовностью признала. В бортовом журнале была дата 9 сентября 1947 года. Операторы, которые его нашли, включая Уильяма «Билла» Берка, позже работавшего в Лаборатории военно-морского оружия, Дальгрен, Вирджиния, были знакомы с техническим термином и забавно сохранил насекомое с пометкой «Первый реальный случай обнаружения ошибки». Хоппер любил пересказывать эту историю. Этот журнал, вместе с прикрепленным к нему мотыльком, является частью коллекции Смитсоновского Национального музея американской истории.
Связанный термин «отладка » также появился раньше, чем его использовали в вычислительной технике: Оксфордский словарь английского языка этимология этого слова содержит свидетельство 1945 года в контексте авиационных двигателей.
Идея, что программное обеспечение может содержать ошибки, восходит к 1843 году Ады Лавлейс. примечания к аналитической машине, в которых она говорит о возможности того, что программные "карты" для аналитической машины Чарльза Бэббиджа ошибочны:
... процесс анализа также должен быть выполнен, чтобы предоставить Аналитической машине необходимые оперативные данные; и в этом также может заключаться возможный источник ошибки. При условии, что реальный механизм работает без ошибок, карты могут давать ему неправильные команды.
Институт открытых технологий, управляемый группой New America, выпустил доклад «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». Один из авторов отчета сказал, что Конгресс сделал недостаточно для устранения уязвимости киберпрограмм, хотя Конгресс принял ряд законопроектов по борьбе с более серьезной проблемой кибербезопасности.
Государственные исследователи, компании и кибербезопасность эксперты - это люди, которые обычно обнаруживают недостатки программного обеспечения. В докладе содержится призыв к реформированию законов о компьютерных преступлениях и авторских правах.
Закон о компьютерном мошенничестве и злоупотреблениях, 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 обычно совершают при проведении законных исследований в области безопасности. - говорится в отчете.
Хотя использование термина «ошибка» для описания ошибок программного обеспечения является обычным явлением, многие предложили отказаться от него. 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 необходимости отказаться от термина «ошибка» в пользу таких терминов, как «дефект» с ограниченным успехом. Начиная с 1970-х годов Гэри Килдалл несколько юмористически предложил использовать термин «грубая ошибка».
В разработке программного обеспечения термин «метаморфизм ошибки» (от греческого meta = «изменение», morph = «форма») означает эволюции дефекта на заключительном этапе развертывания программного обеспечения. Преобразование «ошибки», совершенной аналитиком на ранних этапах жизненного цикла разработки программного обеспечения, которая приводит к «дефекту» на заключительной стадии цикла, было названо «метаморфизмом ошибки».
Различные этапы «ошибки» во всем цикле могут быть описаны как «ошибки», «аномалии», «сбои», «сбои», «ошибки», «исключения», «сбои», «сбои», «ошибки», » дефекты »,« инциденты »или« побочные эффекты ».
Отрасль программного обеспечения приложила много усилий для сокращения количества ошибок. К ним относятся:
Ошибки обычно появляются, когда программист делает логическую ошибку. Различные нововведения в стиле программирования и защитном программировании призваны сделать эти ошибки менее вероятными или более простыми для обнаружения. Некоторые опечатки, особенно в символах или логических / математических операторах, позволяют программе работать некорректно, в то время как другие, такие как отсутствие символа или неправильное имя, могут препятствовать работе программы. Скомпилированные языки могут обнаруживать некоторые опечатки при компиляции исходного кода.
Несколько схем помогают управлять деятельностью программиста, чтобы генерировать меньше ошибок. Программная инженерия (которая также решает проблемы проектирования программного обеспечения) применяет множество методов для предотвращения дефектов. Например, формальные спецификации программ устанавливают точное поведение программ, так что ошибки проектирования могут быть устранены. К сожалению, формальные спецификации нецелесообразны ни для чего, кроме самых коротких программ, из-за проблем комбинаторного взрыва и неопределенности.
Модульное тестирование включает в себя написание теста для каждой функции (модуля), которая программа для исполнения.
В разработке, управляемой тестированием, модульные тесты пишутся до кода, 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 Эриком С. Реймондом как закон Линуса, гласит, что популярное программное обеспечение с открытым исходным кодом имеет больше шансов иметь мало ошибок или совсем не иметь ошибок, чем другое программное обеспечение., потому что «при достаточном внимании к нему все ошибки мелкие». Однако это утверждение оспаривается: специалист по компьютерной безопасности Элиас Леви писал, что «легко скрыть уязвимости в сложном, малоизученном и недокументированном исходном коде», потому что «даже если люди просматривают код, это не означает, что они обладают достаточной квалификацией для этого ". Примером того, что это произошло случайно, была уязвимость 2008 OpenSSL в Debian.
Языки программирования включают функции, помогающие предотвратить ошибки, такие как системы статических типов , ограниченное пространства имен и модульное программирование. Например, когда программист записывает (псевдокод) LET REAL_VALUE PI = "THREE AND A BIT", хотя это может быть синтаксически правильным, код не проходит проверку 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 более низкой 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 обслуживание стоимость существенная. Например, язык программирования Java не поддерживает арифметику с указателем ; реализации некоторых языков, таких как Pascal и языков сценариев, часто имеют границы среды выполнения , проверяющие массивов, по крайней мере, в отладочной сборке.
Инструменты для анализа кода помогают разработчикам, проверяя текст программы за пределами возможностей компилятора, чтобы выявить потенциальные проблемы. Хотя в целом проблема поиска всех программных ошибок в данной спецификации не разрешима (см. проблема остановки ), эти инструменты используют тот факт, что люди-программисты часто допускают определенные виды простых ошибок при написании программного обеспечения.
Инструменты для мониторинга производительности программного обеспечения во время его работы, специально для поиска таких проблем, как узкие места, или для обеспечения уверенности в правильной работе, могут быть встроенными в код явным образом (возможно, так просто, как выражение PRINT «I AM HERE») или предоставлено в виде инструментов. Часто бывает неожиданностью обнаружить, где большую часть времени занимает фрагмент кода, и это удаление предположений может привести к переписыванию кода.
Тестировщики программного обеспечения - это люди, основной задачей которых является обнаружение ошибок или написание кода 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.
Типичная история ошибок (GNU Classpath данные проекта). Новая ошибка, отправленная пользователем, не подтверждена. Как только он был воспроизведен разработчиком, это подтвержденная ошибка. Подтвержденные ошибки позже исправлены. Ошибки, относящиеся к другим категориям (невоспроизводимые, не будут исправлены и т. Д.), Обычно составляют меньшинство. Поиск и исправление ошибок или отладка - основная часть компьютерного программирования. Морис Уилкс, один из первых пионеров вычислительной техники, описал свое осознание в конце 1940-х годов, что большую часть оставшейся жизни он потратит на поиск ошибок в собственных программах.
Обычно самые сложные Часть отладки - это поиск ошибки. Как только она обнаружена, исправить ее обычно относительно легко. Программы, известные как отладчики, помогают программистам обнаруживать ошибки, выполняя код построчно, наблюдая за значениями переменных и другими функциями 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 вызывает сбои в совершенно другом разделе, что особенно затрудняет отслеживание (например, ошибка в подпрограмме рендеринга графики , вызывающая файл I / O ошибка подпрограммы) в явно несвязанной части системы.
Иногда ошибка не является изолированным недостатком, а представляет собой ошибку мышления или планирования со стороны программиста. Такие логические ошибки требуют капитального ремонта или перезаписи части программы. Как часть обзора кода, пошаговое выполнение кода и воображение или расшифровка процесса выполнения часто может обнаруживать ошибки без воспроизведения ошибки как таковой.
Как правило, первым шагом при обнаружении 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 трудно воссоздать. Одной из причин смерти радиационной машины Therac-25 была ошибка (в частности, состояние гонки ), которая возникала только тогда, когда оператор машины очень быстро вводил 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 хайзенбагами (шутливо названы в честь принципа неопределенности Гейзенберга ).
С 1990-х годов, особенно после катастрофы Ariane 5 Flight 501, возрос интерес к автоматизированным средствам отладки, таким как статический анализ кода посредством абстрактной интерпретации.
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 обходят аппаратные ошибки, поскольку создание новой версии ПЗУ намного дешевле, чем восстановление оборудования, особенно если они товарные позиции.
Чтобы облегчить воспроизводимые исследования по тестированию и отладке, исследователи используют специально подобранные тесты тестов:
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 систем отслеживания ошибок или систем отслеживания проблем. Добавленные элементы могут называться дефектами, заявками, проблемами или, следуя парадигме гибкой разработки, рассказами и эпосами. Категории могут быть объективными, субъективными или комбинированными, например номер версии, область программного обеспечения, серьезность и приоритет, а также тип проблемы, такой как запрос функции или ошибка.
Уровень серьезности - 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 «простой». 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 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 рейтингам серьезности, но оцениваются как комбинация серьезности ошибки с предполагаемыми усилиями по исправлению; ошибка с низким уровнем серьезности, которую легко исправить, 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.
Распространенной практикой является выпуск программного обеспечения 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. Второй список информирует пользователей об ошибках, которые не исправлены в конкретном выпуске, и могут быть предложены обходные пути. 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, называются отладочными. Релизы, в которых особое внимание уделяется добавлению / изменению 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:
В проектах разработки программного обеспечения - «ошибка» или «сбой» может быть введен 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 единичную ошибку и не отсортировать последнее слово в списке. Ошибки могут быть такими же простыми, как опечатка: имелось в виду «<" where a ">».
Другая категория ошибок называется состоянием состязания, которое может возникнуть, когда в программах 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:
Объем 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 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 для Например, веб-сайт интернет-магазина. 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. Технологическому центру Software Assurance НАСА удалось снизить количество ошибок до менее 0,1 на 1000 строк кода (SLOC ), но это не было сочтено возможным для проектов в мире бизнеса..
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. Исследование, проведенное в 2020 году в репозиториях GitHub, показало, что медиана составляет 20 процентов.
Ряд программных ошибок стал широко известным, обычно из-за по степени серьезности: примеры включают крушения различных космических и военных самолетов. Возможно, самая известная ошибка - это проблема 2000 года, также известная как ошибка 2000 года, в которой опасались, что мировой экономический коллапс произойдет в начале 2000 года в результате того, что компьютеры думали, что это был 1900. (В конце концов, серьезных проблем не возникло.) Срыв в 2012 году на бирже был связан с одной такой несовместимостью между старым API и новым API.
 | У MediaWiki есть документация, относящаяся к: Управление ошибками |
