Jūsu kuģis veic negaidītu sadursmi - cik uzticama ir programmatūra, ar kuru tā var tikt galā?
Rakstu sagatavoja uz Icarus Interstellar speciālista Donna A. Dulo, vadošā matemātiķa, programmatūras zinātnieka, ASV Aizsardzības departamenta sistēmas inženiera materiāliem. Lasiet vairāk par Icarus Interstellar rakstu Discovery News rakstā.
Kad jūsu kosmosa kuģis galaktiku apgaismo ar gaismas ātrumu, jūs atradīsiet tikko redzamu pieplūdumu klāja sensoros. Jo vairāk jūs tuvojieties avotam, jo spēcīgākas tās plūsmas, katra no tām blīvā formā tiek nosūtīta jūsu virzienā. Trauksmes dēļ jūs un jūsu komanda ieņem savas vietas uz kuģa un saprot sliktāko: jums ir jāsaskaras ar lielu Borgas kubu un viņu sfēru armādu.
Par laimi, jūs varēja vadīt kuģi prom no nopietnas sadursmes, manevrējot ar nelielu, pamanāmu nepilnību, kas tika atklāta navigācijas plāna sākotnējās sagatavošanas laikā, un kuģis atstāja neskartu. Jums no kursa bija jāatkāpjas nedaudz, bet kuģis ir drošs un jūsu apkalpe tagad ir droša.
Tiklīdz jūs atkal sāksiet aprēķināt maršrutu, atklāsiet vēl vienu signālu. Kuģa dzīves atbalsta sistēmas modulis neizdevās sakarā ar programmatūras kļūdu, kas radās sadursmes novēršanas manevra laikā. Programmatūra sabojāja komandas dzīvības atbalsta sistēmas, un jūs saprotat, ka kuģis turpmākajās 24 stundās vairs nespēj izdarīt gaisu elpošanai. Dublēšanas sistēma bija bezpalīdzīga, un dublējuma pati aparatūras sastāvdaļa izmanto tādas pašas programmatūras procedūras. Glābšanas ierīces ļauj 48 stundām nokļūt gaisā elpošanai, un mobilās vienības uz kuģa ir aprīkotas ar gaisa komplektiem, kas paredzēti 8 stundu elpošanai.
Jūs varat nosūtīt savus labākos datorzinātniekus un programmatūras inženierus mašīntelpā, lai diagnosticētu problēmu. Viņi jums paziņo, ka vismaz četras dienas būs vajadzīgas, lai atrisinātu problēmu, lai izolētu un novērstu kļūdas vairākos simtos miljonu kodu rindās, kas kontrolē kuģa dzīvības atbalsta sistēmas.
Jūsu situācija ir īpaši sarežģīta. Jūs pieprasāt ziņojumu no nekritiskām sistēmām un steidzami nosūtīt programmētāju komandu. Tagad jūs gaidīsiet, zinot, ka visu klātesošo apkalpes locekļu dzīve tagad ir programmatūras izstrādes komandas rokās.
Iepriekš aprakstītais scenārijs parāda programmatūras būtisko raksturu garā kuģa braucienā. Rodas dabisks jautājums: kas ir liels ienaidnieks: kosmosa nelietis flotilē vai kuģu sistēmu programmatūras sistēmas vājums?
Tiem, kas pārzina programmatūras sistēmas sarežģīto raksturu, atbilde ir acīmredzama; šī ir programmatūra, kas rada vislielāko apdraudējumu.
Ceļojumiem starpzvaigžņu telpās ir nepieciešams pašpietiekams kuģis un apkalpe, kas nozīmē ātrus lēmumus, lai atrisinātu visnopietnākās tehniskās problēmas. Galīgajai programmatūrai piemītošā eksponenciālā sarežģītība un trauslums padara to par vienu no vājākajām saitēm, kas vajadzīgas ilgtermiņa izdzīvošanai starpzvaigžņu kuģī. Iedomājieties pilnīgi funkcionējošu kosmosa kuģi ar simtiem miljonu kodu un desmitiem vai pat simtiem tūkstošu to mainīgo un stāvokli. Viena kļūdas diagnosticēšana koda rindā ir gandrīz neiespējama ārkārtas situācijā, pat ja ir vismodernākās automatizētās testēšanas procedūras. Situācijas saspīlējums apvienojumā ar matemātiskās loģikas raksturīgajām grūtībām un milzīgo koda apjomu radīs spriedzi pat labākajām inženieru komandām, kuras pašlaik veic darbu.
Tāpat kā situācijā ar Borgu, kur jūs visu iepriekš domājāt, izveidojāt ārkārtas rīcības plānus un plānotus evakuācijas maršrutus, tad ir iespējama kosmosa kuģa ilgtermiņa programmatūras drošības plānošana. Tomēr šādai plānošanai jānotiek gan kuģa attīstības laikā, gan tās starpzvaigžņu operāciju laikā. Jaunās inženiertehniskās paradigmas atslēgu sauc par „ilgtspēju”, un tas var būt viegli piemērojams programmatūras izstrādei un attīstībai.
Ilgtermiņa kosmosa misijā tiks apstrīdētas programmatūras iespējamās robežas, tomēr neveiksmes iespēja nav piemērota nevienam.
Programmatūrai, kā arī apkalpes locekļiem, kas to izmanto, jābūt stabiliem, lai tiktu galā ar visām kritiskajām situācijām drošības uzturēšanā. Ilgtspējas kā disciplīnas jēdziens inženierzinātnē radās 2000.gadu vidū kā veids, kā samazināt sarežģījumus sarežģītās sistēmās, ņemot vērā pareizus inženiertehniskos centienus. Inženierijas kā programmatūras koncepcijas ilgtspēja tiek uztverta, kā cilvēki cīnās ar programmatūras sistēmas sarežģītību, lai īsā laikā gūtu panākumus pat visgrūtākajās situācijās. Inženiertehniskā izturība ir vērsta uz sistēmas spēju pielāgoties pastāvīgi mainīgajai situācijai un apstākļiem, lai saglabātu pozitīvu sistēmas kontroli, lai izvairītos no neveiksmēm. Kopā ar sistēmas spēju pielāgoties, cilvēka faktora iespējas sistēmā ir nepieciešamas, lai labāk pielāgotos mainīgajiem apstākļiem. Cilvēka un mašīnas sistēmu kombinācija rada jaunu pieeju drošībai, sniedzot cilvēkiem elementus, lai iegūtu zināšanas un paredzētu procesus sistēmā, ļaujot viņiem kļūt par proaktīvu sistēmas drošības daļu.
Programmatūras noturības inženierijā ir divi aspekti: programmatūras noturība, pateicoties drošai orientētai drošības attīstībai un pašreizējai reāllaika darbībai ar pozitīvu cilvēka reakciju cikla operācijās. Kopējā programma darbojas saskaņā ar koncepciju, ka drošība ir pamatvērtība, kā arī pastāvīga iespējamā programmatūras kļūme.
Tādējādi cilvēks, vēršot drošības uzmanību, palīdz mainīt riska vienādojumu pasākumu atbalsta sistēmā, lai pārtrauktu cēloņsakarības kaskādes programmatūras kļūmes ķēdi, vienlaikus samazinot sistēmas trauslumu. Rezultāts ir drošāka, dzīvotspējīgāka un paredzamāka programmatūras veiktspēja, sadarbojoties ar lietotājiem, piedaloties pilnā apjomā programmatūras procesos un attīstībā.
Inženiertehnisko metožu stabilitāte turpina izpausties un koncentrējas uz loģikas programmatūras atlaišanu, adaptīvām intervences metodēm, intelektuālo analīzi, starp daudzām citām pareizām inženiertehniskajām metodēm. Inženiertehnisko struktūru vidū ir cilvēka resursu pamatota skaņa, un operatīvās vadības protokoli ir paredzēti, lai koncentrētos uz apkalpes spēju pielāgoties mainīgajiem apstākļiem un mazinātu pat vissarežģītākās programmatūras ārkārtas situācijas. Ar elastīgu programmatūras izstrādes metožu sajūgu un tehniskās organizācijas vadības dzīvotspēju un komandu, kas vērsta uz ārkārtas programmatūras pārvaldību, sarežģītajai sistēmai ir spēja izdzīvot katastrofālu neveiksmi, kas palīdz novērst pilnīgu apkalpes atteici.
Mūsu piemērā nepareiza rezerves dzīvības atbalsta sistēma, jo tā bija tāda pati programma kā galvenajai sistēmai, un tādā pašā situācijā dublējums arī neizdevās. Spēcīgāka sistēma izmantos citu programmu no programmatūras paketes un rezerves sistēmu algoritmu kopuma, lai veiktu to pašu darbu, padarot sistēmu stabilāku.
Kļūdu izturīga sistēma, piemēram, programmatūra, ir vairāk moduļu un matemātiski pierādāma, tādējādi nodrošinot arvien vairāk dzīvotspējīgus pielāgošanas, atjaunošanas un remonta veidus. Samazināta sarežģītība un standartizētā programmatūra un algoritmiskās struktūras nodrošinās papildu garantijas stabilitātes uzlabošanai.
Tad cilvēks kā ilgtspējīgas sistēmas elements ieiet spēlē. Pēc dzīvības atbalsta sistēmas atteices apkalpe ir pienākumā, nekavējoties pārslēdzot sistēmu uz rezerves komponentiem, kuros atšķirīgas programmatūras procedūras, ieskaitot pilnīgi atšķirīgu matemātikas loģiku, plūsmas.
Visi apkalpes locekļi ir apmācīti kuģa aparatūras un programmatūras niansēs, kā arī pienākumi izprast visu veidu skaitļošanas kļūdas un to, kā tikt galā ar tiem. Vēl ilgu laiku inženieru komandas programmatūras sistēma turpina strādāt, lai labotu pamatprogrammas procedūru loģiskās ķēdes darbības traucējumus, jo dublēšanas sistēma darbojas nevainojami.
Remonta uzdevums ir vienkāršāks, jo programmatūra ir vairāk modulāra, viegli sadalāma hierarhiski un rūpīgi dokumentēta projektēšanā, arhitektūrā un arī matemātiski pierādītajās struktūrās. Komandu papildina otrās pakāpes programmatūras inženieri, kuriem ir nepieciešamā attīstība un apkalpes apkalpes sekundārās funkcijas un augsti kvalificēta primārā programmatūras komanda.
Skripts bija labi izmēģināts iepriekš, treniņa laikā, un katras komandas spēlētājs ir iepazinies ar savu funkciju: kodētājs, verificētājs, matemātiķis, testētājs un īstenotājs. Sistemātiski organizētā inženierzinātņu vadības aktivitātē tiek izstrādāta un kodēta galvenā loģika. Divu dienu laikā viņš tiek pārbaudīts un beidzot dodas uz darbu. Pēc eksperimenta ieviešanas ar pilnīgu komandas līdzdalību kuģis atgriezās sākotnējā kaujas kārtībā.
Piemērojot neatlaidību programmatūras izstrādē un kosmosa kuģa reālā laika darbībā, apkalpe var palielināt kuģa izdzīvojamību pat laikā, kad rodas nopietnas programmatūras problēmas. Pateicoties progresīvas teorijas un metodoloģiju izstrādei, lai izstrādātu programmatūru ilgtspējības nodrošināšanai, kuģim būs instrumenti un apmācīts apkalpe, lai droši veiktu padziļinātas programmatūras darbības.
Ilgtspējības metodes var piemērot arī citiem tehnoloģiju veidiem, kā arī operācijām uz kuģiem, radot visaptverošu drošības kultūru, kas uzlabos kuģa vispārējo izdzīvošanu.
Tādējādi ilgtspējība padarīs kuģi ilgu mūžu, kas ir paredzēta, lai izietu caur galaktiku ar nebeidzamām iespējām pašreizējām un nākamajām paaudzēm. Pat tad, ja pirms Borgas nav iespēju. Icarus Interstellar misija ir veicināt kosmosa kuģu pētniecības attīstību gan mehanizētiem, gan bezpilota transportlīdzekļiem. Programmatūra ieņem lielu daļu no šīm nākotnes sistēmām, un pētījuma stabilitāte palīdzēs sasniegt galīgos mērķus, pirmkārt, lai nonāktu pie zvaigznēm, un pēc tam pārvietotos starp tām, kā starpzvaigžņu civilizācijā.
