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 контрольные точки.

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.

Сам способ заключается в том, что в программе расставляются так называемые контрольные точки, в которые помещается обращение к процедуре "фотографирования" оперативной памяти во внешнюю память. Контрольные точки расставляются таким образом, чтобы время выполнения программы между контрольными точками было в пределах 5-10 минут. Если в какой-то момент в промежутке между контрольными точками произошел сбой оборудования или появилась какая-либо помеха, не позволяющая ожидать достоверный результат решения, то программу можно запустить не с самого начала, потеряв все время решения, а с предыдущей контрольной точки, предварительно восстановив соответствующее состояние оперативной памяти с магнитной ленты. Потеряно будет практически только время, прошедшее после организации соответствующей контрольной точки.

Конечно, организация контрольных точек далеко не всегда такое простое дело, как могло бы показаться. Существует много проблем, которые приходится при этом решать, но чем-то же надо платить за экономию времени решения задачи при неустойчиво работающей аппаратуре.