Πώς ελέγχει ένας υπολογιστής για σφάλματα;

Οι υπολογιστές χρησιμοποιούν μια ποικιλία μεθόδων για τον έλεγχο των σφαλμάτων, καλύπτοντας διάφορα στρώματα από υλικό σε λογισμικό. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ευρέως ως:

1. Ανίχνευση και διόρθωση σφάλματος υλικού:

* Bits ισοτιμίας: Μια απλή μέθοδος όπου προστίθεται ένα επιπλέον bit σε ένα byte δεδομένων. Η τιμή του bit έχει οριστεί για να κάνει το συνολικό αριθμό των 1s στο byte είτε (ακόμη και ισοτιμία) είτε περίεργο (περίεργο ισοτιμία). Εάν η ισοτιμία δεν ταιριάζει με την υποδοχή, εντοπίζεται σφάλμα. Αυτό ανιχνεύει μόνο σφάλματα ενός bit. Πολλαπλά σφάλματα μπορούν να περάσουν απαρατήρητα.

* checksums: Ένα άθροισμα των bytes δεδομένων υπολογίζεται και μεταδίδεται παράλληλα με τα δεδομένα. Ο δέκτης υπολογίζει εκ νέου το checksum και το συγκρίνει με το ληφθέντα. Μια αναντιστοιχία υποδεικνύει ένα σφάλμα. Όπως η ισοτιμία, είναι ευαίσθητο σε μερικά σφάλματα πολλαπλών ψηφίων.

* Έλεγχοι κυκλικών πλεονασμάτων (CRCS): Πιο εξελιγμένα από τα checksums, τα CRCs χρησιμοποιούν πολυώνυμο τμήμα για να δημιουργήσουν μια τιμή ελέγχου. Είναι σημαντικά καλύτερα στην ανίχνευση σφαλμάτων έκρηξης (πολλαπλά διαδοχικά bits αναστρέφονται). Χρησιμοποιείται συνήθως στη δικτύωση και την αποθήκευση δεδομένων.

* Κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων (ECC): Αυτά υπερβαίνουν την ανίχνευση. μπορούν να διορθώσουν σφάλματα. Τεχνικές όπως οι κωδικοί Hamming προσθέτουν πολλαπλά bits ελέγχου, επιτρέποντας την ταυτοποίηση και διόρθωση σφαλμάτων ενός bit και μερικές φορές σφάλματα πολλαπλών ψηφίων. Χρησιμοποιούνται εκτενώς σε μνήμη RAM και άλλα κρίσιμα συστήματα.

* Περιττές συστοιχίες ανεξάρτητων δίσκων (RAID): Στην αποθήκευση δεδομένων, η RAID χρησιμοποιεί πολλαπλούς σκληρούς δίσκους για να παρέχει πλεονασμό. Διαφορετικά επίπεδα επιδρομών προσφέρουν διαφορετικούς βαθμούς προστασίας και απόδοσης δεδομένων. Εάν μια μονάδα αποτύχει, τα δεδομένα μπορούν συχνά να ανακατασκευαστούν από τους άλλους.

2. Ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων λογισμικού:

* Επικύρωση δεδομένων: Το λογισμικό ελέγχει τα δεδομένα εισόδου έναντι των προκαθορισμένων κανόνων και περιορισμών (π.χ. τύπος δεδομένων, εύρος, μορφή). Τα μη έγκυρα δεδομένα απορρίπτονται ή επισημαίνονται ως σφάλμα.

* ισχυρισμούς: Οι προγραμματιστές ενσωματώνουν ισχυρισμούς στον κώδικα για να ελέγξουν τις συνθήκες που πρέπει πάντα να είναι αληθινοί. Εάν ο ισχυρισμός αποτύχει, υποδεικνύει ένα σφάλμα.

* Χειρισμός εξαίρεσης: Το λογισμικό προβλέπει πιθανά σφάλματα (εξαιρέσεις) και παρέχει μηχανισμούς για να τα χειριστεί με χαρά, εμποδίζοντας το πρόγραμμα να συντρίψει το πρόγραμμα.

* Εργαλεία εντοπισμού σφαλμάτων: Οι Debuggers επιτρέπουν στους προγραμματιστές να προχωρήσουν μέσω του κώδικα, να εξετάσουν τις μεταβλητές και να προσδιορίσουν την πηγή σφαλμάτων.

* Δοκιμή λογισμικού: Διάφορες μεθοδολογίες δοκιμών (δοκιμές μονάδων, δοκιμές ολοκλήρωσης, δοκιμή συστήματος) στοχεύουν στην αποκάλυψη σφαλμάτων πριν από την απελευθέρωση του λογισμικού.

* Έλεγχος έκδοσης: Συστήματα όπως το GIT επιτρέπουν την παρακολούθηση αλλαγών στον κώδικα, διευκολύνοντας τον εντοπισμό της πηγής των εισαγόμενων σφαλμάτων και την επανάληψη σε προηγούμενες εκδόσεις.

* πλεονασμό και σημείο ελέγχου: Παρόμοια με την απόλυση του υλικού, το λογισμικό μπορεί να ενσωματώσει πλεονασμό (πολλαπλούς υπολογισμούς) ή σημεία ελέγχου (αποθήκευση της κατάστασης του προγράμματος περιοδικά) για να ανακάμψει από σφάλματα.

3. Έλεγχοι επιπέδου λειτουργικού συστήματος:

* Έλεγχοι συστήματος αρχείων: Τα λειτουργικά συστήματα εκτελούν ελέγχους σε συστήματα αρχείων για την ανίχνευση και την επισκευή ασυνείδητων (π.χ. `chkdsk` σε παράθυρα,` fsck` στο Linux).

* Διαχείριση μνήμης: Το λειτουργικό σύστημα διαχειρίζεται την κατανομή της μνήμης και εμποδίζει τα προγράμματα να έχουν πρόσβαση στη μνήμη που δεν πρέπει, συμβάλλοντας στην πρόληψη των συντριβών και της διαφθοράς δεδομένων.

* Διαχείριση διαδικασιών: Το OS παρακολουθεί τις διαδικασίες που τρέχουν και τερματίζουν εκείνες που συμπεριφέρονται ασυνήθιστα ή καταναλώνουν υπερβολικούς πόρους.

Οι ειδικοί μηχανισμοί ελέγχου σφαλμάτων που χρησιμοποιούνται εξαρτώνται από το πλαίσιο (υλικό, λογισμικό, εφαρμογή), την κρισιμότητα των δεδομένων και το κόστος εφαρμογής της ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων. Ο στόχος είναι να διατηρηθεί η ακεραιότητα των δεδομένων και η αξιοπιστία του συστήματος.