Параллельное и распределенное программирование на С++ - Хьюз Камерон

Обработка нежелательных

условий

Логические ошибки обнаруживаются на этапе тестирования и отладки

Описывает непредвиденные условия во время выполнения

Описывает нежелательные условия, которые весьма вероятны во время выполнения

Корректно работающие программы не содержат ошибок

Корректно написанные программы могут попадать в исключительные ситуации

Корректно написанные программы могут попадать в нежелательные ситуации

Для предупреждения и исправления ошибок используется программная логика

Для восстановления работоспособности программы после возникновения исключительных ситуаций используются методы обработки исключений

Для исправления нежелательных условий используется программная логика

Поддерживается нормальный ход выполнения программы

Нормальный ход выполнения программы нарушается

Делается попытка поддержать нормальный ход выполнения программы

Наша цель — так построить компоненты обработки ошибок и обработки исключений, чтобы затем их можно было объединить с другими компонентами, составляющими параллельные или распределенные приложения. Эти компоненты должны обладать средствами идентификации проблем и уведомления о них, а также возможностями их корректировки или восстановления работоспособности приложения. Под восстановлением и корректировкой подразумеваются самые различные способы достижения поставленной цели: от предложения пользователю еще раз ввести данные (с подсказкой, например, их правильного формата) до перезагрузки подсистемы в рамках ПО. Действия по восстановлению и корректировке могут включать обработку файлов, возврат из базы данных, изменение сетевого маршрута, маскирование процессоров, повторную инициализацию устройств, а для некоторых систем даже замену элементов оборудования. Компоненты обработки ошибок и исключительных ситуаций могут быть выполнены в различных формах: от простых предписаний до интеллектуальных агентов, единственное назначение которых состоит в предвидении ситуаций сбоя и их предотвращении. Компонентам обработки ошибок и исключений в ответственных участках ПО уделяется значительное внимание. Архитектура упрощенного компонента обработки ошибок представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Архитектура упрощенного компонента обработки ошибок

Компонент 1 на рис. 7.3— это простой компонент отображения (map), который содержит список номеров ошибок и их описания. Компонент 2 содержит объект, который преобразует номера ошибок в адреса переходов, функций или подсистем. По номеру ошибки компонент 2 определяет направление перехода. Компонент 3 преобразует номера ошибок в иерархическую структуру отчетов и логику отчетов. Иерархическая структура отчетов содержит данные о том, кого (или что) необходимо уведомить об ошибке. Логика отчетов определяет, что должно включать это уведомление. Компонент 4 содержит два объекта отображения. Первый преобразует номера ошибок в объекты, назначение которых — скорректировать некоторые ситуации сбоя (условия). Второй преобразует номера ошибок в объекты, которые возвращают систему в стабильное или хотя бы частично стабильное состояние. Упрощенный компонент обработки ошибок, показанный на рис. 7.3, можно применить к ПО любого размера и формы. Характер использования компонентов обработки ошибок и исключительных ситуаций определяется требуемой степенью надежности ПО.

Надежность ПО: простой план

Напомним, что мы различаем ошибочные и неудобные (нежелательные) условия. Неудобные или нежелательные условия должны обрабатываться обычной программной логикой. Ошибки (дефекты) требуют специального программирования. В книге Страуструпа Язык программирования С++ (1997) автор приводит четыре основных альтернативных действия, которые может предпринять программа при обнаружении ошибки. По мнению Страуструпа, программа, выявив проблему, которую невозможно обработатьлогически, должна реализовать один из следующих вариантов поведения.

• Вариант1. Завершить программу.

• Вариант 2. Возвратить значение, обозначающее «ошибку».

• Вариант 3. Возвратить значение, обозначающее нормальное завершение, и оставить программу в состоянии с необработанной ошибкой.

• Вариант 4. Вызвать функцию, предназначенную для вызова в случае ошибки.

Эти четыре альтернативы можно «примерить» к отношениям типа «изготовитель-потребитель». Изготовитель — это обычно некоторый участок програм м ного кода, который реализует библиотечную функцию, класс, библиотеку классов или оболочку приложения. В качестве потребителя можно представить участок программного кода, который вызывает библиотечную функцию, класс, библиотеку классов или оболочку приложения. Потребитель делает запрос. Изготовитель при попытке выполнить запрос обнаруживает ошибку, и его дальнейшее поведение должно быть направлено на реализацию одного из перечисленных выше четырех альтернативных вариантов. Однако проблема состоит в том, что ни один из них не универсален.

Очевидно, что завершать программу при каждом обнаружении ошибки попросту неприемлемо. Здесь мы согласны со Страуструпом. В таких случалх следует поступать более изобретательно. Что касается варианта 2, то примитивный возврат значения ошибки действительно может помочь в некоторых ситуациях, но далеко не во всех. Не каждое возвращаемое значение может интерпретироваться как успешное или неудачное. Например, если значение, возвращаемое некоторой функцией, имеет вещественный тип, и область определения функции включает как отрицательные, так и положительные значения, то какое тогда значение функции можно использовать для представления ошибки? Другими словами, это не всегда возможно. С нашей точки зрения, вариант 3 также неприемлем. Ведь если «изготовитель» возвращает значение, обозначающее нормальное завершение, «потребитель» продолжит работу, предположив, что его запрос был выполнен, а это может вызвать еще большие проблемы. Осталось рассмотреть вариант 4. Он требует более внимательного подхода при обсуждении обработки как ошибок, так и исключительных ситуаций.

План А: модель возобновления, план Б: модель завершения

При обнаружении ошибки или исключительной ситуации существует два основных плана для реализации варианта4. Первый план состоит в попытке скорректировать условия, которые вызвали сбой, а затем возобновить выполнение с точки, в которой была обнаружена ошибка или исключительнал ситуация. Этот подход называетс я возобновлением. Второй план состоит в признании (подтверждении) ошибки или исключительной ситуации и постепенном выходе из подсистемы или подпрограммы, в которой возникла проблема. Постепенный выход реализуется путем закрытия соответствующих файлов, разрушения требуемых объектов, регистрации (если это возможно) ошибки, освобождения соответствующей памяти и обработки устройств, которые этого требуют. Такой подход называется завершением, и его не следует путать с понятием резкого выхода из программы. Оба плана вполне действенны и в различных ситуациях оказываются весьма полезными. Прежде чем обсуждать способы реализации моделей возобновления и завершения, имеет смысл рассмотреть средства обработки ошибок и исключительных ситуаций, которые прелусмотрены в языке С++.

Использование объектов отображения для обработки ошибок

Компонент отображения (map) можно использовать как составную часть стратегии обработки ошибок или обработки исключений. Назначение отображения — связать один элемент с другим. Например, отображение можно использовать для связи номеров ошибок с их описаниями: