Vika, virhe ja häiriö

Virheen käsite

Olisi tietenkin mukavaa, jos voisimme aina luottaa tietokoneisiin. Tämä tarkoittaa, että kaikki ohjelmat toimisivat aina oikein ja että tietokoneet antaisivat aina oikean tuloksen käyttäjälle. Valitettavasti emme ole lähelläkään tällaista ideaalitilaa. Vaikka pääsisimme yhteysymmärrykseen filosofisista käsitteistä "toimii oikein" ja "tulos on totta", tietokonejärjestelmien on silti vaikea aina tuottaa oikea lopputulos.

Suurten ohjelmistojen tekeminen on vaikeata, eikä meillä yleensä ole tarvittavia resursseja kaikkien ohjelmointivirheiden välttämiseksi. Useassa tapauksessa se ole edes tarkoituksenmukaista, koska järjestelmien täytyy valmistua järkevissä aikarajoissa ja budjeteissa. Joissakin tapauksissa ohjelmia voi suunnitella toimimaan oikein annettujen speksien mukaisesti, tai voimme jopa todistaa, että ne toimivat oikein annettujen speksien mukaisesti. Emme kuitenkaan käsittele tällä kurssilla ohjelmien testaamista tai niiden toimivuuden oikeaksi todistamista.

Yleisesti ottaen tiedon oikeellisuutta ei voida tarkistaa. Jos muuttujassa X on talletettu Villen syntymävuodeksi 1973, niin ohjelma vain uskoo sen eikä yritäkään tarkistaa sitä mitenkään. Toisaalta, jos jokin virhe muuttaa rekisterin tai muistipaikan X oikean arvon 1973 arvoksi 1975, niin se voidaan ehkä havaita ja virhe voidaan ehkä jopa korjata! Tällaisen virheen voisi aiheuttaa esimerkiksi viallinen muistipiiri, johon bitti nro 1 (toinen bitti oikealta) tallentuu aina bittinä 1. Toinen syy virheeseen voisi olla, että avaruudesta on saapunut jokin alkeishiukkanen, joka on flipannut (kääntänyt) tuon saman bitin toisin päin. Tämä viimeksi mainittu ongelma on täysin realistinen ja siihen tulisi varautua. Keskitymme jatkossa järjestelmään talletetun tiedon integriteetin turvaamiseen, emmekä puutu tiedon filosofiseen oikeellisuuteen sen enempää.

Muistipiissä oleva vika on pysyvää tyyppiä ja sen voi korjata vaihtamalla muistipiiri, mikä käytännössä ei välttämättä ole aina ihan helppoa. Laitehan voi vaikka olla satelliitissa maata kiertämässä. Toisaalta, joissakin muistipiireissä on varabittejä auton vararenkaan tavoin, jolloin järjestelmä pystyy vian havaitessaan ottamaan jatkossa tuon varabitin käyttöön bitin numero 1 asemesta. Kuten autonkin renkaiden laita on, vikaantunut muistipiiri olisi hyvä vaihtaa eheään mahdollisimman pian.

Avaruudesta tulleen alkeishiukkasen aiheuttama virhe on ohimenevää (transienttia) tyyppiä, eikä järjestelmää pidä sen vuoksi korjata millään tavalla. Olisi tietenkin mukavaa, jos satunnaisesti syntynyt virhe havaittaisiin ja ehkä jopa korjattaisiin.

Vika, virhe ja häiriö

Tietokonejärjestelmissä erilaisten virhetilanteiden käsittely perustuu käsitteisiin vika, virhe ja häiriö. "Vika" on joko ohjelmistossa tai laitteistossa oleva rakenteellinen vika, joka voi suoritusaikana aiheuttaa "virheen" ohjelman suorituksessa tai sen käyttämässä datassa. Joissakin tapauksissa tämä virhe voi sitten aiheuttaa "häiriön" järjestelmään.

Kaikki viat eivät ole vaarallisia. Jossakin koodinpätkässä voi olla vika, mutta kyseistä koodia ei tulla koskaan suorittamaan. Ja vaikka viallinen koodi suoritettaisiinkin, niin kaikki virheetkään eivät ole merkittäviä. Jos esimerkiksi tietokonepelin Mörri-ötökkä jää piirtämättä näytölle vähäksi aikaa, niin pelaajan hahmo voi kuolla Mörrin yllätyshyökkäyksessä. Toisaalta, joskus pelitkin voivat olla hyvinkin tärkeitä, koska esimerkiksi peliturnauksissa voi olla kyse hyvinkin suurista palkintorahoista.

Jotkut virheet taas ovat hyvin vaarallisia. On tapauksia, jossa ohjelmointivirheen vuoksi sädehoitolaite on antanut potilaille liian paljon säteilyä tai Marsiin laskeutuva luotain tuhoutunut.

Olisi hyvä, jos kaikki ihmishenkiä uhkaavat tai suuria taloudellisia tappioita aiheuttavat häiriöt saataisiin kuriin. NASA:lla oli avaruussukkulan ohjelmiston kehittämisessä selkeä prosessi vakavien häiriöiden minimoimiseksi. Joka kerta, kun jokin järjestelmähäiriö ilmeni, paikallistettiin ensin sen aiheuttanut virhe järjestelmässä ja sitten virheen aiheuttanut vika.

Useimmissa tapauksissa virhe löytyi ohjelmakoodista. Kaikki virheet luokiteltiin niiden mahdollisesti aiheuttaman häiriön perusteella luokkiin 1-5. Luokan 1 virheet olivat merkityksettömiä, eivätkä aiheuttaneet mitään lisätoimia. Luokan 5 virheet olivat sellaisia, että kyseisen koodinpätkän suoritus avaruuslennon aikana olisi johtanut sukkulan menetykseen. Luokan 5 virheitä löytyi joka vuosi. Ne kaikki kuitenkin löydettiin ja korjattiin ennen kuin ne ehtivät aiheuttaa kategorian 5 häiriön.

Yleisin varsinainen vika oli ohjelmoijien puutteellinen koulutus. Esimerkiksi, ohjelmoija ei ollut hoksannut, että koodissa olisi samanaikaisuudesta aiheutuvia ongelmia. Häiriön aiheuttaneen virheen lisäksi koko koodi käytiin läpi, josko sieltä löytyisi saman tyyppisiä virheitä. Yleensä löytyi ja myös nämä ohjelmistotuotantotiimit pääsivät lisäkoulutukseen.

Muistathan tarkistaa pistetilanteesi materiaalin oikeassa alareunassa olevasta pallosta!