Программная ошибка

Запрос «Баг» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Програ́ммная оши́бка (арго баг от англ. bug — «жук») — ошибка в программе или в системе, приводящая к неожиданному поведению программы и, как следствие, выдаче некорректного результата. Большинство программных ошибок возникают из-за ошибок, допущенных разработчиками программы в её исходном коде, либо в её дизайне. Также некоторые ошибки возникают из-за некорректной работы инструментов разработчика, например из-за компилятора, вырабатывающего некорректный код.

Термин «программная ошибка» обычно употребляется для обозначения ошибок, проявляющих себя на стадии работы программы, в отличие, например, от ошибок проектирования или синтаксических ошибок. Отчет, содержащий информацию об ошибке также называют отчетом о проблеме (англ. error report). Отчет о критической проблеме (англ. crash), вызывающей аварийное завершение программы, называют крэш-репортом (англ. crash report).

Программные ошибки локализуются и устраняются в процессе тестирования и отладки программы.

Этимология термина «баг»

Запись в тех.журнале

В значении «неуловимой технической ошибки» слово «жучок» (англ. bug) употреблялось задолго до появления компьютеров персоналом телеграфных и телефонных компаний в отношении неполадок с электрооборудованием и радиотехникой. В 1878 году Томас Эдисон писал^[1]:

«Так было со всеми моими изобретениями. Первый шаг — интуиция, которая приходит как вспышка, затем возникают трудности — устройство отказывается работать, и именно тогда проявляются „жучки“ — как называют эти мелкие ошибки и трудности — и требуются месяцы пристального наблюдения, исследований и усилий, прежде чем дело дойдёт до коммерческого успеха или неудачи».

Оригинальный текст (англ.)

It has been just so in all of my inventions. The first step is an intuition, and comes with a burst, then difficulties arise—this thing gives out and [it is] then that «Bugs»—as such little faults and difficulties are called—show themselves and months of intense watching, study and labor are requisite before commercial success or failure is certainly reached.

Во время Второй мировой войны словом bugs именовали проблемы с радарной электроникой.

По одной из версий, в отношении программной ошибки этот термин впервые был применен 9 сентября 1947 года^[2] Грейс Хоппер, которая работала в Гарвардском университете с вычислительной машиной Harvard Mark II^[англ.]. Проследив возникшую ошибку в работе программы до электромеханического реле машины, она нашла между замкнувшими контактами сгоревшего мотылька. Извлечённое насекомое было вклеено скотчем в технический дневник с сопроводительной иронической надписью: «Первый реальный случай обнаружения жучка» (англ. First actual case of bug being found)^[3].

Значение и классификация ошибок программного обеспечения

В зависимости от этапа разработки ПО, на котором выявляется ошибка, выделяют:

• синтаксические ошибки (распознаваемые в качестве таковых транслятором и делающие компиляцию невозможной) — например отсутствие или несоответствие открывающей и закрывающей скобок;
• предупреждения (warnings) компилятора — например, использование неинициализированной переменной. В этом случае компилятор может заметить, что программист делает что-то необычное (вероятно неверное), и сообщает об этом, однако программист сам принимает решение, игнорировать сообщение или нет;
• ошибки времени исполнения, смысловые ошибки (семантические) — например вычитание переменных вместо сложения или ошибка сегментации.

По важности:

• Блокирующие (blockers) — делающие выполнение программы невозможным;
• Критические (иногда showstoppers) — лишающие программу всей полезности;
• Серьёзные;
• Незначительные;
• Косметические.

По времени появления:

• Постоянно, при каждом запуске;
• Иногда («плавающий» тип);
• Только на машине у клиента (зависит от локальных настроек у клиента).

По месту и направлению:

• Ошибки пользовательского интерфейса;
• Системы обработки ошибок;
• Ошибки, связанные с граничными условиями (например, некорректная обработка пустой строки или максимального числового значения);
• Ошибки вычислений;
• Ошибки управления потоками;
• Ошибки обработки или интерпретации данных;
• При состоянии гонки;
• Повышение нагрузки;
• Ошибки контроля версии и идентификаторов;
• Ошибки тестирования.

В зависимости от характера ошибки, программы и среды исполнения, ошибка может проявляться сразу или наоборот — долгое время оставаться незамеченной (например Проблема 2038 года).

Также ошибка может проявляться в виде уязвимости, делающей возможным несанкционированный доступ к системе или DoS-атаку.

Разновидности

Гейзенбаг (англ. heisenbug) — программная ошибка, которая исчезает или меняет свои свойства при попытке её обнаружения^[4].

Борбаг (англ. Bohr bug) — ошибка, которая, в противоположность гейзенбагу, не исчезает и не меняет своих свойств при попытке её обнаружения, аналогично стабильности модели электронных орбиталей Нильса Бора. Близкий по значению русскоязычный аналог — «стабильный» или «устойчивый» баг^[5], «систематическая ошибка».

Мандельбаг (англ. mandel bug) — ошибка, чьё поведение столь сложно, что выглядит хаотичным^[6]. Название происходит от имени Бенуа Мандельброта, основоположника фрактальной геометрии. Однако, стоит заметить (по принципу, сходному с тестом Тьюринга), что, если не существует способа разделить ошибку, чьё поведение кажется хаотичным, и ошибку, чьё поведение действительно хаотично, то нет никакого смысла различать мандельбаг и гейзенбаг^[7]. Некоторые используют термин мандельбаг для описания ошибки, чьё поведение не кажется действительно хаотичным, но столь сложно, что для её исправления требуется переписать программу с нуля. Примером такой ошибки может служить фундаментальная ошибка, допущенная при проектировании системы^[8].

Шрёдинбаг^[9] (англ. schroedin bug — в честь мысленного эксперимента с котом Шрёдингера) — ошибка, которая никак не проявляет себя, однако внезапно возникает, если кто-то наткнётся на неё в исходном коде или попытается использовать программу в необычных условиях и осозна́ет, что система вообще не могла работать при наличии такой ошибки. После этого программа перестаёт работать вообще до тех пор, пока ошибка не будет исправлена. Хотя это звучит невероятно, некоторые программы содержат в себе такие ошибки.

Гинденбаг^[10][11] (англ. hinden bug — по названию катастрофы дирижабля «Гинденбург») — ошибка с катастрофическими последствиями, например, полным уничтожением данных.

Багсон Хиггса^[11][12] (англ. higgs-bugson — в честь частицы под названием бозон Хиггса) — ошибка, существование которой предсказано (чаще всего, по косвенным данным или единичным сообщениям пользователей), но которую крайне трудно, если вообще возможно, воспроизвести искусственно в условиях разработки или тестирования. Термин также может употребляться по отношению к ошибке, которая очевидна в коде (математически доказана), но при этом ни разу не наблюдалась в реальных условиях.

Поиск и исправление ошибок

См. также: Патч

Для отладки программы (англ. debugging) разработчиками ПО используются специальные программы-отладчики (англ. debugger). Например, в операционной системе Windows можно использовать программу WinDbg из пакета Microsoft Debugging Tools for Windows. Для GNU/Linux и ряда других UNIX-подобных операционных систем существует отладчик GDB (GNU Debugger).

Отчёты об ошибках

Основная масса ошибок обычно отлаживается на этапе компиляции и тестирования программы. Однако некоторая часть ошибок всё же попадает в публикуемую версию и проявляется на компьютерах конечных пользователей в процессе эксплуатации ПО. Для повышения качества программного обеспечения пользуются специальными программами, цель которых — отловить ошибку в целевом приложении, собрать необходимую информацию о её симптомах и отправить отчёт по интернету к разработчикам данного ПО.

Например, в операционную систему Windows встроена утилита Dr. Watson, которая по умолчанию отлавливает ошибки в приложениях пользователя и отправляет отчёт на специальный Сервер компании Microsoft. Также в качестве примера можно привести аналогичные библиотеки Breakpad^[13] и CrashRpt^[14].

Последствия

• Авария ракеты-носителя «Ариан-5» (4 июня 1996) — пример одной из самых дорогостоящих компьютерных ошибок в истории.
• Ошибки в программном обеспечении медицинского ускорителя Therac-25 привели к превышению доз облучения нескольких людей.
• Финансовая организация Knight Capital Group^[англ.] потеряла 440 миллионов долларов за 45 минут из-за ошибки в программе высокочастотного трейдинга^[15].

См. также

• Отладка программы
• Отчёт об ошибке
• Система отслеживания ошибок
• Типобезопасность
• Формальная верификация
• GIGO

Примечания

1. Источник: Edison to Puskas, 13 ноября 1878, Edison papers, Edison National Laboratory, U.S. National Park Service, West Orange, N.J., цитируется по книге Томаса П. Хьюджеса (Thomas P. Hughes), American Genesis: A History of the American Genius for Invention, Penguin Books, 1989, стр.
2. Log Book With Computer Bug (англ.). National Museum of American History. Дата обращения: 26 июля 2019. Архивировано 1 июня 2019 года.
3. Danis, Sharron Ann: "Rear Admiral Grace Murray Hopper"  (неопр.). ei.cs.vt.edu (16 февраля 1997). Дата обращения: 20 января 2015. Архивировано 15 июня 2010 года.
4. Bruce Lindsay. A Conversation with Bruce Lindsay (англ.) // ACM Queue : журнал. — 2004. — Ноябрь (no. 8). Архивировано 4 февраля 2022 года.
5. The jargon file. Bohr-bug Архивная копия от 12 января 2013 на Wayback Machine (англ.)
6. The new hacker’s dictionary Архивная копия от 8 сентября 2013 на Wayback Machine (англ.).
7. M. Grottke and K. S. Trivedi, Software faults, software aging and software rejuvenation. Journal of the reliability engineering association of Japan, выпуск 27, номер 7, 2005 год, страницы 425—438.
8. Michael Grottke, Kishor S. Trivedi, «Fighting bugs: remove, retry, replicate, and rejuvenate Архивная копия от 27 марта 2010 на Wayback Machine» (англ.). Computer, выпруск 40, номер 2, февраль 2007, страницы 107—109, doi:10.1109/MC.2007.55
9. The jargon file. Schroedinbug Архивная копия от 8 сентября 2013 на Wayback Machine (англ.)
10. HindenBug  (неопр.). wiki.c2.com. Дата обращения: 24 октября 2019. Архивировано 8 августа 2020 года.
11. Matt Lynley. 20 Hilarious Programming Jargon Phrases You Should Use When Talking To Engineers  (неопр.). Business Insider. Дата обращения: 24 октября 2019. Архивировано 24 октября 2019 года.
12. New Programming Jargon  (неопр.). blog.codinghorror.com. Дата обращения: 24 октября 2019. Архивировано 4 ноября 2019 года.
13. Breakpad  (неопр.). Google. Дата обращения: 11 августа 2009. Архивировано 3 февраля 2012 года.
14. CrashRpt  (неопр.). Архивировано 3 февраля 2012 года.
15. Popper, Nathaniel (2012-08-02). "Knight Capital Says Trading Glitch Cost It $440 Million". New York Times (англ.). Архивировано 5 октября 2017. Дата обращения: 13 ноября 2017.

Ссылки

• Уязвимости в исходных кодах, «Компьютерная газета». Продолжение: Уязвимости в исходных кодах. Перепечатка: 1 часть (недоступная ссылка), 2 часть (недоступная ссылка).
• 10 худших ошибок в программировании в истории человечества
• 2010 CWE/SANS Top 25 Most Dangerous Software Errors частичный перевод на русский 25 самых опасных ошибок при создании программ
• Ошибки, обнаруженные в Open Source проектах разработчиками PVS-Studio с помощью статического анализа. Можно найти полезные примеры при подготовки статей и презентаций.