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¿Cómo evita el análisis estático los defectos y acelera la entrega?

Foto de cabeza de Arthur Hicken, evangelista de Parasoft
1 de mayo de 2023
9 min leer

Genere calidad en su software desde el principio con análisis estático: la actividad más simple y eficaz que los ingenieros de software pueden realizar para evitar defectos y fortalecer el código mientras acelera la entrega de aplicaciones.

Al diseñar cualquier tipo de sistema, la verificación de defectos y la corrección de errores temprano (y con frecuencia) paga dividendos. Permite a los equipos reducir significativamente la cantidad de trabajo posterior agregado al proyecto.

En lugar de diseñar un mejor software en primer lugar, es tentador caer en la trampa común del desarrollo de software y tratar de probar la calidad del proyecto de software al final del ciclo de vida. Este enfoque resulta tentador para muchos, pero es importante evitar la trampa de depender en gran medida de las pruebas unitarias o funcionales para la calidad del producto.

Empleando análisis de código estático temprano durante la implementación del software ayuda al desarrollador a tomar el control y construir la calidad del código en la aplicación desde el principio. Realmente es la actividad más simple y efectiva que los ingenieros de software pueden realizar para prevenir defectos y endurecer el código mientras aceleran la entrega de aplicaciones.

Algunas preguntas comunes de análisis estático son:

  • ¿Qué es el análisis de código estático en software?
  • ¿Cuáles son los usos del análisis estático en la ingeniería de software?
  • ¿Se puede automatizar el análisis de código estático?
  • ¿Qué es el análisis estático automatizado?

Abordemos esas preguntas de frente y veamos cómo las soluciones de Parasoft facilitan el éxito de los desarrolladores en los lenguajes de programación y las vulnerabilidades de seguridad.

¿Qué es el análisis de código estático?

Análisis de código estático (o análisis estático) es una actividad de prueba de software en el desarrollo de software donde se analiza el código fuente en busca de construcciones que se sabe que están asociadas con errores de software o vulnerabilidades de seguridad. Cuando se detecta una construcción de alto riesgo, la herramienta de análisis estático informa una infracción para que el desarrollador la vea y la corrija.

Antes de revisar algunos de los principales beneficios del análisis estático, repasemos los diferentes tipos de análisis estático y las diferencias entre ellos.

Guía gratuita: Introducción al análisis estático

Hay algunos tipos principales de análisis estático, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades. Los términos para cada uno se encuentran a continuación.

Análisis estático basado en patrones

En su forma más simple, una herramienta de análisis estático escanea el código fuente y lo compara con uno o más conjuntos de reglas. Por ejemplo, los ingenieros a veces cometen el error de usar la cadena '\0' cuando en realidad se pretende el carácter nulo '\0'. Este error puede provocar la corrupción de la memoria y hacer que el programa se bloquee o haga otras cosas desagradables.

Una herramienta de análisis estático busca estos patrones en el código y los informa como posibles errores. Este tipo de análisis estático se conoce como análisis estático basado en patrones.

Algunos patrones son simples correctores de sintaxis, similares a un corrector ortográfico al escribir. Otros patrones pueden ser mucho más sofisticados: analizar y detectar patrones completos asociados con problemas sutiles. Una gran ventaja: este tipo de análisis estático casi nunca sufre de falsos positivos. Cuando se trabaja con software que es crítico para la seguridad o especialmente con software que no debe fallar, este tipo de análisis estático es particularmente útil.

Al proporcionar alternativas "más seguras" a las instalaciones "inseguras", se evitan los problemas conocidos con características de bajo nivel. En esencia, los programas están escritos en un subconjunto "más seguro" de un superconjunto.

—De los Estándares de codificación C++ de Joint Strike Fighter Air Vehicle – Introducción

Estándares modernos de ingeniería de software como Asociación de confiabilidad de software de la industria del motor (MISRA) y Joint Strike Fighter (JSF) se basan en la idea de que ciertas construcciones deben evitarse en el código que es crítico para la seguridad, debido a la posibilidad de que el código en tales sistemas tenga problemas. El análisis estático basado en patrones es una gran herramienta para proyectos que deben cumplir con estos estándares.

Análisis de flujo

El análisis de flujo, a veces llamado análisis de flujo de control o de flujo de datos, es algo diferente. Este tipo de análisis de código busca construcciones problemáticas con un conjunto de reglas mientras simula rutas de decisión y valores de datos para profundizar en la aplicación.

Esto permite que el proceso elimine defectos difíciles de encontrar como el siguiente.

  • Desreferencias de puntero nulo
  • El buffer se desborda
  • Defectos de seguridad como datos contaminados

El análisis de flujo es excelente porque puede encontrar errores reales en la lógica del código, pero una cierta cantidad de falsos positivos son una inevitabilidad conocida de este método.

Tipos de análisis adicionales

También existen otros tipos de análisis estático que logran diferentes tipos de objetivos. Por ejemplo, las herramientas de análisis de métricas miden las características del código, como las líneas de código y la complejidad. Las herramientas de análisis de cobertura rastrean la ejecución del código a través de pruebas unitarias y de aplicación para permitir una mejor comprensión de qué tan bien se prueba el código.

Cuando se usan juntos como parte de un proceso de prueba de desarrollo automatizado, estos tipos de análisis brindan una visibilidad significativa de la seguridad, la protección y la confiabilidad de una aplicación.

Análisis estático: ¿cuándo se debe realizar?

El lema de Parasoft es "prueba temprano y prueba a menudo" para capturar la mayoría de los problemas antes para reducir el tiempo y el costo de desarrollo. De acuerdo con este enfoque, las pruebas continuas a lo largo del proceso de desarrollo son clave, pero no más que en las primeras etapas de desarrollo.

El análisis de código estático se puede realizar durante la implementación, mientras se escribe el código. Simplemente invóquelo desde su IDE y corrija cualquier infracción identificada a medida que codifica.

Sin embargo, en proyectos complejos con numerosos ingenieros de software, las mejores prácticas recomiendan un enfoque Agile. Automatice el análisis estático en el proceso de compilación, de modo que a medida que cada desarrollador confirme su código, su código se construya y se realice un análisis estático en él. Si se identifican infracciones, el desarrollador debe solucionar el problema antes de que el código se integre correctamente en la rama principal.

Este enfoque mantiene una base de código confiable limpia y constante y se conoce comúnmente como integración continua (CI). CI es parte de la metodología DevOps en la que los desarrolladores también aprovechan otros métodos de prueba como pruebas unitarias, pruebas de regresión, cobertura de código y más. Los beneficios de DevOps incluyen un flujo de trabajo de verificación y validación incremental. Otros beneficios se capturan más adelante en este documento.

Diferencias entre análisis estático y análisis dinámico

El análisis dinámico, a veces llamado detección de errores en tiempo de ejecución, prueba la calidad del código, la seguridad y la seguridad general mediante métodos de prueba como:

  • Prueba unitaria
  • Pruebas de integración
  • Prueba del sistema

Información diferencia entre estos dos es que el análisis dinámico requiere ejecución de código. El análisis estático permite a los desarrolladores ejecutar pruebas sin ejecución. Sin embargo, para descubrir vulnerabilidades y defectos más sutiles en el código, el análisis dinámico es la mejor opción.

Riesgos de no ejecutar un análisis estático

El estado del software es cada vez más complejo. Por ejemplo, el automóvil promedio puede contener más de 1,000 MCU que ejecutan código y hasta 100 millones de líneas de código. Esa gran área de superficie electrónica, especialmente en aplicaciones críticas para la seguridad, como automoción, dispositivos médicos o aviónica, exige un enfoque de ingeniería riguroso para el software a fin de acercarse a un código libre de defectos.

La buena noticia es que organizaciones como OWASP, CERT y MITRA están comprometidos a investigar y publicar las mejores prácticas de programación para ayudar a los ingenieros de software a tener éxito con sus proyectos de software. También hay organizaciones de estándares específicos que publican las mejores prácticas que a menudo requieren los organismos reguladores. Por ejemplo, Misra se enfoca en soportar los lenguajes de codificación C y C++. Estas mejores prácticas se pueden codificar en herramientas de análisis estático como reglas que los desarrolladores eligen implementar como parte de la política de una organización para que los desarrolladores las sigan.

Es fundamental utilizar una herramienta de análisis estático que pueda implementar estos estándares de programación mientras se integra con los procesos de desarrollo establecidos. Desde una perspectiva comercial, no verificar su trabajo con al menos una herramienta de análisis estático aumenta significativamente el riesgo de implementar o lanzar sus aplicaciones.

Los defectos pueden conducir a un código explotable que los piratas informáticos maliciosos pueden usar para bloquear el sistema, exponer datos confidenciales y más. En el caso del software crítico para la seguridad y la protección, las consecuencias de las vulnerabilidades del software pueden ser mucho más graves.

Cómo elegir una herramienta de análisis estático moderna

Beneficios del análisis estático automatizado

La ejecución de análisis estáticos en el escritorio proporcionará algunos beneficios y puede funcionar para equipos o proyectos pequeños. Sin embargo, en organizaciones grandes, el análisis estático también debe automatizarse como parte de las compilaciones nocturnas y la integración continua. Cuando implementa DevOps como parte integral del proceso de desarrollo, el análisis de código con análisis estático proporciona una serie de beneficios, como se detalla a continuación.

Ciclo de desarrollo más rápido

Si bien el proceso inicialmente puede tomar más tiempo que desarrollar rápidamente el software sin análisis, las ganancias en eficiencia se vuelven exponenciales durante el ciclo de vida del desarrollo. La ejecución constante de análisis estáticos desde las primeras etapas del proyecto le permite encontrar y corregir defectos sistémicos cuando el costo de remediación es el más bajo.

Recuerde que algunos de los errores más peligrosos pueden ser difíciles de abordar al final del ciclo, por lo que es crucial encontrarlos temprano.

Tasa de defectos más baja

El análisis estático lo ayuda a encontrar y reparar defectos de manera temprana, lo que puede evitar la recurrencia de defectos sistémicos aguas abajo. Una política de detección temprana reduce la tasa de defectos durante el ciclo de vida del desarrollo y en las etapas de implementación y mantenimiento del ciclo de vida del producto.

Mejora continua

El término DevOps se usa ampliamente para incluir una colección de prácticas que facilitan la colaboración y la comunicación entre departamentos necesarias para ayudar a las organizaciones a optimizar y acelerar sus procesos de desarrollo y entrega. Al compartir conocimientos y tareas entre departamentos, las organizaciones crean un proceso eficiente para acelerar el SDLC mientras mejoran los procesos de calidad.

Con eso, para que DevOps funcione, necesita que la organización y su gente adopten un flujo de trabajo colaborativo Agile. Scrum es una metodología Agile popular y una mejor práctica utilizada por los equipos para el desarrollo incremental.

Scrum se refiere a cada incremento como un sprint y cada sprint ayuda a mejorar la comunicación del equipo, la planificación exhaustiva y la ejecución del plan por parte del equipo. Este proceso incremental facilita los cambios en los requisitos, la capacidad de abordar rápidamente los riesgos recientemente identificados y mantener una sensación constante de preparación.

Estas metodologías Agile complementarias incluyen un ciclo de retroalimentación automatizado que permite de manera incremental la aplicación consistente de políticas de calidad a medida que los requisitos avanzan desde la creación hasta la producción. Y cada sprint o iteración a través del ciclo DevOps CI genera los datos que los equipos o departamentos necesitan para acceder y colaborar de manera efectiva.

Estas iteraciones garantizan la calidad del código y proporcionan los grandes datos necesarios para mejorar el proceso de desarrollo, así como la maquinaria o las herramientas en el flujo de trabajo de DevOps.

Como resultado, el análisis estático se convierte en un agente para la mejora continua y automatizada de los procesos. Proporciona una manera para que los desarrolladores entiendan y examinen un error detectado durante el lanzamiento, o para que el control de calidad determine si hay una forma de endurecer el código y eliminar la posibilidad de que estos defectos ocurran en el futuro.

Gráficos uno al lado del otro: a la izquierda está el bucle de pruebas continuas de integración continua que muestra el proceso de desarrollo de DevOps. A la derecha está el proceso scrum que muestra la línea recta desde la visión del producto hasta la acumulación y las reuniones de planificación con sprints de desarrollo de 2 a 4 semanas.

Estudios de casos: cómo el análisis estático previene los defectos

Solo hablar de conceptos no proporciona evidencia concreta. Lo mejor es ver las herramientas en acción en función de los resultados que brindan en escenarios del mundo real. Por ejemplo, un cliente de Parasoft en aviónica enfrentó desafíos con el cumplimiento de DO-178C y poder personalizar una herramienta según sus necesidades.

La prueba C/C++ de la solución de Parasoft permite dicha personalización y aprovecha el análisis estático del código fuente para obtener varios beneficios.

  1. Ayuda a incorporar nuevos desarrolladores.
  2. Automatiza el proceso de revisión de código.
  3. Proporciona retroalimentación continua.
  4. Prepara el software para largos ciclos de vida.

El ejemplo explica además cómo el análisis estático previene defectos en escenarios del mundo real.

Cree calidad de código con herramientas de análisis estático

Las buenas herramientas de análisis estático también incluyen documentación descriptiva sobre el estándar de programación que se está implementando. Esto amplía el conocimiento de programación y el desarrollo profesional de los ingenieros de software. Con el tiempo, el cumplimiento de estos estándares también mejora la calidad promedio del código al mejorar los programadores a través de una retroalimentación constante.

¿Quiere una entrega de software aún más rápida? Utilice una herramienta de análisis estático que aprovecha la inteligencia artificial y el aprendizaje automático que prioriza automáticamente todos los defectos identificados para su corrección en orden de criticidad o importancia y reducción del ruido.

Acerca de la solución de análisis estático de Parasoft

Hay varias herramientas de análisis estático en el mercado, que van desde utilidades de código abierto hasta soluciones completas de prueba de desarrollo. La solución de prueba de software de Parasoft proporciona una plataforma integrada para automatizar una amplia gama de prácticas de calidad de software para múltiples lenguajes de codificación. También proporciona informes significativos y completos y la opción de análisis inteligente impulsado por Parasoft DTP.

Para C y C++, además de una gama completa de capacidades de análisis de código estático y más de 2,500 reglas, Parasoft C / C ++test proporciona una solución unificada para sus prácticas de pruebas de desarrollo. Sugerencia profesional: Eso es lo máximo de cualquier herramienta en el mercado basada en implementaciones de MISRA C 2023, MISRA C++ 202x, AUTOSAR C++ 14, Scott Meyers 'Effect C++, Efective STL y otras fuentes establecidas.

Cómo funciona la prueba de Parasoft C/C++

Parasoft C/C++test ejecuta y genera pruebas unitarias automatizadas y permite varios tipos de cobertura de código, entre ellos:

  • línea
  • Posicionamiento
  • Bloquear
  • Path
  • Decisión (rama)
  • Condición sencilla
  • Cobertura MC / DC

También proporciona análisis de tiempo de ejecución y viene con un kit de calificación de herramientas para cumplir con los estándares de seguridad funcional.

Soluciones adicionales de Parasoft

Parasoft tiene soporte completo de análisis de código estático para el lenguaje Java con jprueba y para el lenguaje .NET con puntoPRUEBA.

Al igual que con C y C++, estas son soluciones completamente integradas que brindan más que solo análisis estático, por lo que obtiene una solución integral para brindar eficiencia y facilidad a sus pruebas de software. Un usuario puede analizar el código con el análisis estático de Parasoft en el escritorio y también integrarlo en sus compilaciones automatizadas para permitirle evitar defectos de forma continua y automática.

Cómo le ayuda Parasoft a cambiar a la izquierda

Para obtener flujos de trabajo automatizados que mejoren la colaboración y la eficiencia, estos motores de análisis estático se integran con DTP de Parasoft que proporciona flujos de trabajo para integrar la calidad en su SDLC. Puede definir su política de desarrollo y luego hacer cumplir automáticamente los requisitos no funcionales.

Por ejemplo, el análisis estático se ejecuta automáticamente durante la compilación y las infracciones se informan a DTP. Luego, se procesan y los resultados se envían de vuelta al IDE del ingeniero para verlos y corregirlos.

DTP también realiza análisis inteligentes que permiten que estos flujos de trabajo evalúen automáticamente la calidad y el riesgo de su desarrollo de software. Por ejemplo, DTP puede buscar problemas sistémicos asociados con el proceso de programación. También puede correlacionar una violación grave del código producida por un ingeniero junior con un conjunto de pruebas unitarias e información de cobertura para determinar cuánto riesgo está asociado con el módulo.

Si la correlación apunta a un nivel de riesgo por encima de un umbral específico, la infracción puede desencadenar un flujo de trabajo específico de mejora continua del proceso que implica la revisión del código por pares y un análisis adicional además de las tareas normales de corrección de defectos.

Conclusión

El análisis de código estático es una parte importante para garantizar que las aplicaciones funcionen como se espera. Reduce los riesgos asociados con el lanzamiento de software potencialmente riesgoso y mejora la velocidad general del equipo de desarrollo. La integración del análisis estático en una infraestructura de prueba de software más grande maximiza la efectividad de la práctica.

Parasoft ofrece una solución de prueba y análisis de código de nivel empresarial en C/C++test, Jtest y dotTEST, así como un sistema avanzado de análisis e informes en DTP. La combinación de estas tecnologías permite a los equipos de ingeniería de software acelerar la entrega de software al tiempo que garantiza que sus aplicaciones funcionen como se espera.

Análisis de código estático para desarrollo integrado

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