Лекция 7: Формальные спецификации, доказательство и верификация программ

6.3.3. Перспективные направления верификации программ

По данным, опубликованным в [6.15], ежегодно ошибки в ПО США обходятся в 60 млрд. долларов. Для преодоления этих проблем американские специалисты и специалисты из европейских стран по формальным методам и спецификациям программ приняли решение поставить теоретические достижения в этой области на производственную основу [6.16]. Этому решению предшествовали результаты исследований по формальной верификации моделей ПрО и обращений к функциям на языке API проекта SDV фирмы Microsoft, а также проверка безопасности и целостности БД и др. Кроме того, начали активно применяться формальные языки спецификации (RAISE, Z, VDM и др.) для разработки приложений. В 2005 г. был сформулирован международный проект по формальной верификации ПО.

Идея создания этого проекта принадлежит Т.Хоару, она обсуждалась на симпозиуме по верифицированному ПО в феврале 2005 г. в Калифорнии. Затем в октябре того же года на конференции IFIP в Цюрихе был принят международный проект сроком на 15 лет по разработке "целостного автоматизированного набора инструментов для проверки корректности ПС".

В нем сформулированы следующие основные задачи:

• разработка единой теории построения и анализа программ;
• построение всеобъемлющего интегрированного набора инструментов верификации для всех производственных этапов, включая разработку спецификаций и их проверку, генерацию тестовых примеров, уточнение, анализ и верификацию программ;
• создание репозитария формальных спецификаций и верифицированных программных объектов разных видов и типов.

В данном проекте предполагается, что верификация будет охватывать все аспекты создания и проверки правильности ПО и, таким образом, она станет главной альтернативой обнаружения ошибок в создаваемых программах.

В связи с тем, что комитет ISO/IEC в рамках стандарта ISO/IEC 12207:2002 провел стандартизацию процессов верификации и валидации ПО и, учитывая цель проекта, проблема создания автоматизированного набора инструментов и репозитария для проверки корректности разных объектов программирования является перспективной.

Репозитарий станет хранилищем программ, спецификаций и инструментов, применяемых при разработках и испытаниях, оценках готовых компонентов, инструментов и заготовок разных методов. В его функции входит:

• накопление верифицированных спецификаций, методов доказательства, программных объектов и реализаций кодов для разных применений;
• накопление всевозможных методов верификации, их оформление в виде, пригодном для поиска и отбора реализованной теоретической концепции для дальнейшего применения;
• разработка стандартных форм для задания и обмена формальными спецификациями разных объектов, инструментов и готовых систем;
• разработка механизмов интероперабельности и взаимодействия для переноса готовых верифицированных продуктов из репозитария в новые распределенные и сетевые среды для использования в новых ПС.

Данный проект предполагается развивать в течение 50 лет. Известно, что более ранние проекты ставили подобные цели: улучшение качества ПО, формализация моделей сервисных услуг, снижение сложности за счет использования ПИК, создание отладочного инструментария для визуальной диагностики ошибок и их устранения и др. Однако эти направления еще не получили должной реализации и предполагаемого коренного изменения в программировании пока не произошло.

Повторное обращение к технике формальной спецификации программ еще не означает, что в программе будут отсутствовать ошибки. Остаются для исследований проблемы обнаружения ошибок в программных проектах, в интерпретаторах спецификаций языков программирования, в агентных и аспектных программах и др. Реализация международного проекта по верификации ПО дает перспективу для решения многих проблем обеспечения правильности программ и систем.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение формальной спецификации.
2. Назовите категории классификации спецификаций.
3. Определите основные понятия формальной спецификации VDM.
4. Определите основные базовые элементы спецификации RAISE.
5. Сравните математические понятия методов VDM и RAISE.
6. Определите цель и структуру концепторного языка.
7. Назовите формальные методы доказательства и приведите. их короткую аннотацию.
8. Определите понятия пред- и постусловий, аксиом и утверждений.
9. Опишите, как проходит процесс доказательства программы, заданной спецификацией.
10. В чем проблемы проведения доказательства программ с по мощью формальных методов?
11. Приведите отличие техники формального доказательства от символьного выполнения программ?
12. Дайте определение верификации и валидации.
13. В чем суть композиции верифицированных программ?
14. Расскажите о международном проекте по верификации.