Отладка программ и программных комплексов

Отладка программ и программных комплексов

Характерной особенностью современных АСУ является значительное усложнение используемого в них программного обеспечения, которое представляет собой большие комплексы взаимодействующих программ объемом до десятков и сотен тысяч команд. С ростом надежности вычислительной техники программное обеспечение становится основным источником неправильного функционирования систем управления. В процессе его разработки допускается большое количество ошибок, стоимость обнаружения и устранения которых составляет 40-50% общих затрат на разработку и внедрение АСУ.

Технология разработки и внедрения программного обеспечения АСУ предусматривает проведение следующих этапов: постановка задач и выбор алгоритмов их решения, разработка, системных и программных спецификаций задач, разработка комплекса программ, его отладка, опытная и промышленная эксплуатация.

Ошибки программного обеспечения могут быть классифицированы следующим образом: системные ошибки, обусловленные неправильным пониманием содержания задачи и условий ее реализации в АСУ; алгоритмические ошибки, связанные с некорректной формулировкой и реализацией алгоритмов программным путем; программные ошибки (описки, ошибки в логике, кодировании и т.д.); технологические ошибки в процессе подготовки документации на программу и перевода ее на машинные носители.

Основным этапом формирования разрабатываемых комплексов программ, на котором обнаруживаются, локализуются и устраняются ошибки проектирования, является отладка. Процесс отладки по уровню сложности и связи с реальными данными делится на программную и системную отладку.

Программная отладка включает проверку общей логики программы и правильности ее записи (камеральная проверка), подготовку к вводу в ЭВМ г, трансляцию, индивидуальную (автономную) отладку отдельных частей программы. В процессе программной отладки обнаруживаются и устраняются различные алгоритмические, программные и технологические ошибки.

Системная отладка предназначена для проверки соответствия логической схемы комплекса программ ее функциональному назначению с использованием специально подготовленных массивов и в условиях, моделирующих процесс функционирования АСУ. В процессе системной отладки устраняется большинство сложных алгоритмических и системных ошибок. Общее число выявляемых в процессе системной отладки ошибок определяется ограничениями на временные и стоимостные ресурсы и исходным количеством ошибок в комплексе программ, поступающем на этап системной отладки. При достижении выбранного уровня показателей качества системной отладки комплекс программ передается в опытную эксплуатацию для проверки его функционирования с использованием реальных полноразмерных массивов и в реальном масштабе времени.

Обнаружение ошибок в программах на этапе эксплуатации системы может привести к существенным потерям времени и средств на их устранение, а в отдельных случаях к потере работоспособности системы. Поэтому с целью повышения качества комплексов программ, поступающих в эксплуатацию, необходимо улучшить планирование и организацию отладки, что позволит в конечном счете повысить эффективность функционирования АСУ за счет снижения затрат, связанных с наличием необнаруженных ошибок и получением недостоверных результатов; уменьшения времени и затрат на устранение и выявление ошибок; уменьшения вероятности наличия ошибок в программах.

Качество комплекса программ, поступающего на этап отладки, определяется в основном эффективностью методов проектирования и программирования, которые используются при его разработке. Использование модульно-иерархического построения программ с применением принципов структурного программирования позволяет существенно снизить сложность компонентов и их взаимодействия, упростить общее координирование компонентов, повысить адаптивность и модернизируемость комплекса программ, минимизировать пути распространения ошибок за счет минимизации или ограничения числа связей между модулями и, таким образом, повысить качество создаваемого программного обеспечения.

Общими задачами отладки являются генерация- множества тестов, анализ работоспособности программ и их комплексов, обнаружение ошибок различных типов, диагностика и локализация ошибок, устранение ошибок, корректировка алгоритмов, программ и соответствующей документации. Известные в настоящее время модели и методы отладки ориентированы на формализацию и автоматизацию отдельных ее операций.

Рассмотрим существующие методы обнаружения и локализации ошибок в комплексах программ. Наиболее разработанными методами обнаружения ошибок на этапе отладки являются: формальное доказательство правильности программ; методы Диверсионного программирования; методы тестирования программ.

Формальное доказательство правильности программ основано на анализе исполняемых программой действий и состоит в доказательстве того, что утверждения на выходе программы будут удовлетворяться при любом разрешенном входе. Среди методов этого класса можно выделить аксиоматическое доказательство правильности, доказательство правильноети с использованием аннотаций, которые представляют собой утверждения, связанные с каждым принципиальным узлом программы, доказательство корректности программных свойств.

В общем случае доказательство корректности составления программных модулей - очень сложная процедура. Для доказательства корректности программного модуля объемом около 100 инструкций требуется