Базовые сведения о надежности информационных технологий управления (стр. 12 из 13)

В процессе отладки можно выделить следующие этапы: тестирование, анализ, внесение изменений. Эти этапы повторяются многократно до тех пор, пока не будет принято решение о прекращении отладки и передаче программы в эксплуатацию.

Цель тестирования - продемонстрировать, что ошибка в программе есть, так что, если результат прогона какого-либо теста совпадает с предполагаемым результатом, считается, что цель тестирования не достигнута. При тестирований может выполняться не вся программа, а только ее часть - от одной заданной точки программы до другой. Существенным для тестирования является построение тестовых наборов, то есть тех значений, которые являются кодами для тестирования.

Само тестирование разделяют на три фазы: составление (генерация) тестовых наборов, выполнение программы на этих наборах, оценка результатов выполнения программы. Для простых случаев все три фазы выполняются "вручную", без машины. Но серьезное тестирование должно, конечно, включать в себя работу на машине. К сожалению, в общем случае полную систему тестовых наборов построить автоматически невозможно.

Хотя цель тестирования - констатация наличия ошибки, тем не менее, цель выполнения каждого отдельного тестового задания - получить корректный результат. Для этого, если результат оказался некорректным, а это определяется анализом результата - следующим этапом отладки, то выполняются какие-либо изменения, направленные на устранение обнаруженной некорректности.

Представим отладку программы в виде контура управления, в котором объектом управления является отлаживаемая программа Р. Целью такой системы является повышение уровня безошибочности программы.

На схеме, представленной на рис. 4.12, субъект управления представляет собой отладочные средства, включают кроме программ еще и человека, выполняющего многие неформализованные действия.

Рис. 4.12. Схема отладки

Т- это задание на тестирование, включающее, естественно, и тестовый набор. Блок М определяет корректность выполнения тестового задания, блок А определяет причину некорректности, блок С осуществляет целенаправленное изменение. Изменение может быть направлено на программу Р, (с тем, чтобы добиться корректного выполнения тестового задания или включить в программу инструментальные вставки - счетчики, команды печати, команды прерываний и т.п. - для облегчения последующего анализа) или на само тестовое задание (если ошибка обнаружена в задании), или на порядок выполнения тестовых заданий (если задание уже выполнилось корректно или полученных результатов недостаточно для определения причины некорректности).

Таким образом, блоки М и А олицетворяют анализ, а блок С - внесение изменений.

Несмотря на трудности, существующие при генерации тестовых наборов и при решении связанных с этим оптимизационных задач, самым неформализуемым, самым сложным, требующим самых больших интеллектуальных усилий этапом является анализ, анализ ситуации, возникающей в результате выполнения (не обязательно некорректного) тестового задания.

В традиционных методах отладки объектом управления является сама программа Р или ее инструментированная модификация. С появлением аппарата смешанных вычислений можно рассматривать и такие методы отладки, где объект управления - остаточная программа.

Остаточная программа - понятие, введенное А.П. Ершовым в связи с определением смешанных вычислений. Остаточная программа - это программа, получаемая в результате адаптации исходной программы к некоторым дополнительным условиям. Обычно эти условия представляют собой задание значений некоторых из входных величин или ограничения, дополнительно накладываемые на ареалы этих величин (сужение ареалов). Уровень адаптации зависит от самой исходной программы, и от возможностей смешанного вычислителя. Разные смешанные вычислители по одинаковой дополнительной информации могут породить, вообще говоря, разные остаточные программы.

Не всегда дополнительные условия определяют требования к значениям входных величин. Условия могут быть достаточно сложными и касаться разных объектов, свойств, или функций программы. Важным частным случаем представляется, например, такое условие - программа при выполнении должна проходить через заданный оператор. Адаптация к такому условию реализуется преобразованием к новой программе, из которой, по сравнению с исходной, удалены пути, не проходящие через оператор. Назовем такую новую программу - остатком исходной программы по конкретному заданному оператору.

Использование остаточных программ и остатков по заданным операторам может упростить анализ и уменьшить объем тестирования. Методика отладки с помощью остаточных программ и остатков по заданным операторам опирается на предположение, что более простой объект легче анализировать.

Пусть, например, для устранения причины ошибки, обнаруженной при тестировании и диагностировании при анализе, предполагается откорректировать некоторый оператор программы. Построим остаток программы по этому оператору - получится более простая программа, анализ которой потребует меньше усилий. Отброшенные участки программы не зависят от предполагаемой корректировки и не влияют на состояние изменяемого оператора. Можно показать и другие достоинства применения остаточных программ и остатков для отладки. В частности, можно уменьшить объем тестирования.

Технологии повышения помехоустойчивости программ

Помехой будем называть некорректное значение внешнего воздействия или входной величины. Ранее мы уже определили, что такое корректное внешнее воздействие: его значение должно принадлежать ареалу и поступать оно в программу должно в оговоренное время (можно, по-видимому, рассматривать внешнее воздействие как пару - значение и время появления; тогда и ареал должен состоять из двух компонентов, один из которых оговаривает допустимые значения, размеры воздействия, а другой - допустимые моменты времени).

Уровень помехоустойчивости определяется способностью программы не допустить влияния помех на конечный результат решения задачи. Конечно, более высокий уровень помехоустойчивости требует больших затрат времени, объема памяти и т.п.

Помехоустойчивость программы может быть повышена при использовании различных видов резервирования, т.е. введением избыточности.

Избыточность вводится для обнаружения, изоляции и устранения помех. Избыточность, как и резервирование, может быть временной, информационной, программной (алгоритмической), эргатической.

Временная избыточность предполагает планирование функционирования программы, при котором создается резерв времени для выполнения заданных функций. Этот резерв позволяет в случае необходимости повторять выполнение тех или иных фрагментов программы, включать дополнительный контроль, улучшить сервис при эксплуатации программ.

Информационная избыточность реализуется введением дополнительной информации, сопровождающей основную при передачах, при обработке, при отображении. Это могут бить контрольные суммы, корректирующие кода и т.д. Цель введения избыточной информации - обнаружение помех, а если удастся, то и устранение обнаруженных ошибок.

Программная избыточность является средством для защиты от помех, обнаружения и устранения ошибок. Средство это реализуется программным путем, введением дополнительных алгоритмов контроля в программе решения задачи.

Эргатическая избыточность предполагает выдачу сообщений, которые позволяют человеку повлиять на ход решения задачи с целью устранения всевозможных помех.

Наиболее распространенные методы повышения помехоустойчивости программ используют различные виды избыточности:

· временную, поскольку для реализаций методов требуются дополнительное машинное время;

· информационную, поскольку для проведения контроля необходима дополнительная информация;

· программную, поскольку реализация методов программная;

· эргатическую, поскольку не всегда удается устранить помеху автоматически; в этих случаях может помочь только вмешательство человека.

Помехоустойчивость программы можно повысить применяя способы повторения выполнения фрагментов программ и организации защиты от проникновения помех в программу.

Повторение выполнения

Чаще всего применяются программистами такие два способа повторения выполнения фрагментов - двойной счет и контрольныеточки.

Двойной счет организуется обычно по такой схеме. Отдельный фрагмент задачи решается дважды, затем результаты сравниваются, если они совпадают, то решение считается правильным, и переходят к следующему фрагменту программы. Если же результаты не совпадают, то может быть выполнена третья попытка, и если результаты третьей попытки совпадают с одним из ранее полученных результатов, то они считаются правильными.

Здесь мы опять встречаемся с контуром управления. Объектом управления в таком контуре является фрагмент программы. Цель контура - достижение высокой достоверности решения ценой потери времени.

Существуют модификации метода двойного счета, например, второй просчет может бить выполнен по другому алгоритму; делается это в предположении, что помеха может выборочно влиять на конкретный алгоритм, на конкретную операцию.

Контрольные точки организуются в программах, время выполнения которых достаточно велико - несколько десятков минут, например. Цель этого способа - экономия времени выполнения программы при достаточно высоком уровне достоверности полученного результата.