Жизненный цикл программного обеспечения: понятие, стандарты, процессы. Жизненный цикл ПО. Стадии и этапы Жизненный цикл проекта по разработке программного обеспечения

Жизненный цикл программного обеспечения (ПО) - период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл - процесс построения и развития ПО.

Этапы жизненного цикла :

2. Проектирование

3. Реализация

4. Сборка, тестирование, испытание

5. Внедрение (выпуск)

6. Сопровождение

Различают 2 случая производства ПО: 1) ПО делается для конкретного заказчика. В этом случае нужно прикладную задачу преврашать в программистскую. Нужно понять как функционирует та среда, которую нужно автоматизировать (анализ бизнес-процессов). В результате появляется документация-спецификация требования, где указаны какие именно задачи д.б. решены и при каких условиях. Эту работу выполняет системный аналитик (аналитик бизнес-процессов).

2) ПО разрабатывается для рынка. Нужно проводить маркетинговые исследования и найти какого продукта на рынке нет. Это связано с большим риском. Цель – разработка спецификации требований.

Проектирование

Цель – определение общей структуры (архитектуры) ПО. Результат – спецификация ПО. Эту работу выполняет системный программист.

Реализация

Написание программного кода. Реализация включает и разработку, и тестирование, и документацию.

Сборка, тестирование, испытние

Сборка всего, что сделано разными программистами. Тестирование всего программного комплекса. Отладка – поиск и устранение причин ошибок. Испытание – уточнение технических характеристик. В результате – гарантия работоспособносит программы.

Внедрение (выпуск)

Внедрение – когда работают на одного заказчика. Включает постановку программы у заказчика, обучение заказчика, консультации, устранение ошибок и явных недостатков. Должно произойти отчуждение ПО – пользователь может работать с ПО без участия автора.

Выпуск – когда ПО разрабатывается на рынок. Начинается с этапа бета-тестирования. Соотв. версия – бета-версияю. Альфа-тестирование – тестирование людьми из той же организации, не участвовавших в разработке программ. Бета-тестирование – изготовление нескольких экземпляров ПО и отправка потенциальным заказчикам. Цель – еще раз проверить разработку ПО.

Если на рынок выпускается принципиально новый ПО, то возможно несколько бета-тестирований. После бета-тестирование – выпуск коммерческой версии.

Сопровождение

Устранение замеченных в ходе эксплуатации ошибок. Внесение непринципиальных усовершенствований. Накопление предложений для разработки следующей версии.

Модели жизненного цикла

1. Waterfall («водопад», каскадная модель)

2. Прототипирование

Сначала разрабатывается не сам программный продукт, а его прототип, содержащий решение главных проблем, стоящих перед разработчиками. После успешного завершения разработки прототипа по тем же принципам разрабатывается и настоящий программный продукт. Прототип позволяет лучше понимать требования к разрабатываемой программе. Используя прототип заказчик также может точнее сформулировать свои требования. Разработчик имеет возможность с помощью прототипа предъявить заказчику предварительные результаты своей работы.

3. Итерационная модель

Задача разделяется на подзадачи и определяется очередность их реализации т.о., чтобы каждая следующая подзадачи расширяла возможности ПО. Успех существенно зависит от того сколь удачно разделены задачи на подзадачи и как выбрана очередность. Преимущества: 1) возможность активного участия заказчика в разработке, он имеет возможность уточнить свои требования в ходе разработки; 2) возможность тестирования вновь разрабатываемых частей совместно с ранее разработанными, это уменьшит затраты на комплексную отладку; 3) во время разработки можно начинать внедрение по частям.

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.

Введение

Промышленное применение компьютеров и растущий спрос на программы поставили актуальные задачи существенного повышения производительности разработки ПО , разработки индустриальных методов планирования и проектирования программ, переноса организационно-технических, технико-экономических и социально-психологических приемов, закономерностей и методов из сферы материального производства в сферу применения компьютеров. Комплексный подход к процессам разработки, эксплуатации и сопровождения ПО выдвинул ряд насущных проблем, решение которых исключит «узкие места» в проектировании программ, уменьшит сроки завершения работ, улучшит выбор и адаптацию существующих программ, а может быть и определит судьбу систем со встроенными ЭВМ.

В практике разработок больших программных проектов зачастую отсутствует единый подход к оцениванию затрат труда, сроков проведения работ и материальных затрат, что сдерживает повышение производительности разработки ПО, а в конечном счете – эффективное управление жизненным циклом ПО. Поскольку программа любого типа становится изделием (кроме, может быть, учебных, макетных программ), подход к ее изготовлению во многом должен быть аналогичен подходу к производству промышленной продукции, и вопросы проектирования программ становятся чрезвычайно важными. Эта идея лежит в основе книги Б.У. Боэма «Инженерное проектирование программного обеспечения», которую мы использовали при написании данной курсовой работы. В этой книге под проектированием ПО понимается процесс создания проекта программного изделия.

1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

ЖЦПО – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Существует несколько подходов при определении фаз и работ жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦПО), шагов процесса программирования, каскадная и спиральная модели. Но все они содержат общие основополагающие компоненты: постановка задачи, проектирование решения, реализация, обслуживание.

Наиболее известной и полной, пожалуй, является структура ЖЦПО по Боэму, включающая восемь фаз. Она и будет представлена в дальнейшем наиболее подробно.

Одним из возможных вариантов может послужить описание верхнего уровня по Леману, включающее три основные фазы и представляющее описание ЖЦПО в самом общем случае.

И, для разнообразия, – приведем шаги процесса программирования, представленные Д.Райли в книге «Использование языка Модула-2». Это представление, по-моему, является весьма простым и привычным, с него и начнём.

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Введение

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

постановка задачи, т.е. получение адекватного представления о том, какую задачу должна выполнить программа;

проектирование решения уже поставленной задачи (в общем, такое решение является менее формальным, чем окончательная программа);

кодирование программы, т. е. перевод спроектированного решения в программу, которая может быть выполнена на машине;

сопровождение программы, т.е. непрекращающийся процесс устранения в программе неполадок и добавления новых возможностей.

Рис. 1.Четыре шага программирования.

Программирование начинается с того момента, когда пользователь , т.е. тот, кто нуждается в программе для решения задачи, излагает проблему системному аналитику. Пользователь и системный аналитик совместно определяют постановку задачи. Последняя затем передается алгоритмисту , который отвечает за проектирование решения. Решение (или алгоритм) представляет последовательность операций, выполнение которых приводит к решению задачи. Поскольку алгоритм часто не приспособлен к выполнению на машине, его следует перевести в машинную программу. Эта операция выполняется кодировщиком. За последующие изменения в программе несет ответственность сопровождающий программист. И системный аналитик, и алгоритмист, и кодировщик, и сопровождающий программист – все они являются программистами.

В случае большого программного проекта число пользователей, системных аналитиков и алгоритмистов может оказаться значительным. Кроме того, может возникнуть необходимость вернуться к предшествующим шагам в силу непредвиденных обстоятельств. Все это служит дополнительным аргументом в пользу тщательного проектирования программного обеспечения: результаты каждого шага должны быть полными, точными и понятными.

1.1.1 Постановка задачи

Одним из наиболее важных шагов программирования является постановка задачи. Она выполняет функции контракта между пользователем и программистом (программистами). Как и юридически плохо составленный контракт, плохая постановка задачи бесполезна. При хорошей постановке задачи как пользователь, так и программист ясно и недвусмысленно представляют задачу, которую необходимо выполнить, т.е. в этом случае учитываются интересы как пользователя, так и программиста. Пользователь может планировать использование еще несозданного программного обеспечения, опираясь на знание того, что оно может. Хорошая постановка задачи служит основой для формирования ее решения.

Постановка задачи (спецификация программы ); по существу, означает точное, полное и понятное описание того, что происходит при выполнении конкретной программы. Пользователь обычно смотрит на компьютер, как на черный ящик: для него неважно, как работает компьютер, а важно, что может компьютер из того, что интересует пользователя. При этом основное внимание фокусируется на взаимодействии человека с машиной.

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

Точность , т.е. исключение любой неоднозначности. Не должно возникать вопросов относительно того, каким будет вывод программы при каждом конкретном вводе.

Полнота , т.е. рассмотрение всех вариантов для заданного ввода, включая ошибочный или непредусмотренный ввод, и определение соответствующего вывода.

Ясность , т.е. она должна быть понятной и пользователю и системному аналитику, поскольку постановка задачи – это единственный контракт между ними.

Часто требование точности, полноты и ясности находятся в противоречии. Так, многие юридические документы трудно понять, потому что они написаны на формальном языке, который позволяет предельно точно сформулировать те или иные положения, исключая любые самые незначительные разночтения. Например, некоторые вопросы в экзаменационных билетах иногда сформулированы настолько точно, что студент тратит больше времени на то, чтобы понять вопрос, чем на то чтобы на него ответить. Более того, студент вообще может не уловить основной смысл вопроса из-за большого количества деталей. Наилучшая постановка задачи та, при которой достигается баланс всех трех требований.

Стандартная форма постановки задачи.

Рассмотрим следующую постановку задачи: «Ввести три числа и вывести числа в порядке».

Такая постановка не удовлетворяет приведенным выше требованиям: она не является ни точной, ни полной, ни понятной. Действительно, должны ли числа вводиться по одному на строке или все числа на одной строке? Означает ли выражение «в порядке» упорядочение от большего к меньшему, от меньшего к большему или тот же порядок, в каком они были введены.

Очевидно, что подобная постановка не отвечает на множество вопросов. Если же учесть ответы на все вопросы, то постановка задачи станет многословной и трудной для восприятия. Поэтому Д. Райли предлагает для постановки задачи пользоваться стандартной формой, которая обеспечивает максимальную точность, полноту, ясность и включает:

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

ошибки (явно перечислены необычные варианты ввода, чтобы показать пользователям и программистам те действия, которые предпримет машина в подобных ситуациях);

пример (хороший пример может передать сущность задачи, а также проиллюстрировать различные случаи).

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

Ввод и вывод трех целых чисел, отсортированных от меньшего числа к большему.

Вводятся три целых числа по одному числу на строке. При этом целым числом является одна или несколько последовательных десятичных цифр, которым может предшествовать знак плюс «+» или знак минус «–».

Выводятся три введенных целых числа, причем все три выводятся на одной строке. Смежные числа разделяются пробелом. Числа выводятся от меньшего к большему, слева направо.

1) Если введено менее трех чисел, программа ждет дополнительного ввода.

2) Строки ввода, кроме первых трех, игнорируются.

3) Если какая-либо из первых трех строк содержит более одного целого числа, то программа завершает работу и выдает сообщение.

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.

Введение

1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

постановка задачи, т.е. получение адекватного представления о том, какую задачу должна выполнить программа;

Рис. 1.Четыре шага программирования.

Программирование начинается с того момента, когда пользователь , т.е. тот, кто нуждается в программе для решения задачи, излагает проблему системному аналитику. Пользователь и системный аналитик совместно определяют постановку задачи. Последняя затем передается алгоритмисту , который отвечает за проектирование решения. Решение (или алгоритм) представляет последовательность операций, выполнение которых приводит к решению задачи. Поскольку алгоритм часто не приспособлен к выполнению на машине, его следует перевести в машинную программу. Эта операция выполняется кодировщиком. За последующие изменения в программе несет ответственность сопровождающийпрограммист. И системный аналитик, и алгоритмист, и кодировщик, и сопровождающий программист – все они являются программистами.

1.1.1 Постановка задачи

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

Стандартная форма постановки задачи.

Рассмотрим следующую постановку задачи: «Ввести три числа и вывести числа в порядке».

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

пример (хороший пример может передать сущность задачи, а также проиллюстрировать различные случаи).

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

Ввод и вывод трех целых чисел, отсортированных от меньшего числа к большему.

1) Если введено менее трех чисел, программа ждет дополнительного ввода.

Тема: Классические и гибкие модели ЖЦПП: определение, описание, отличительные особенности, последовательность этапов. Методы выбора модели ЖЦПП при разработке ПО различных предметных областей.

Источник информации https://www.intuit.ru/studies/courses/3632/874/print_lecture/14297

Модели и стадии ЖЦ ПО

Под моделью ЖЦ ПО понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ ПО . Модель ЖЦ зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Стандарт ISO / IEC 12207 не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО . Его положения являются общими для любых моделей ЖЦ, методов и технологий разработки ПО . Стандарт описывает структуру процессов ЖЦ ПО , но не конкретизирует, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Модель ЖЦ любого конкретного ПО определяет характер процесса его создания, который представляет собой совокупность упорядоченных во времени, взаимосвязанных и объединенных в стадии (фазы) работ , выполнение которых необходимо и достаточно для создания ПО , соответствующего заданным требованиям.

Под стадией (фазой) создания ПО понимается часть процесса создания ПО , ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей ПО , программных компонентов, документации и пр.), определяемого заданными для данной стадии требованиями. Стадии создания ПО выделяются по соображениям рационального планирования и организации работ , заканчивающихся заданными результатами. В состав ЖЦ ПО обычно включаются следующие стадии:

формирование требований к ПО;
проектирование (разработка системного проекта);
реализация (может быть разбита на подэтапы: детальное проектирование, кодирование);
тестирование (может быть разбито на автономное и комплексное тестирование и интеграцию);
ввод в действие (внедрение);
эксплуатация и сопровождение;
снятие с эксплуатации.

Некоторые специалисты вводят дополнительно начальную стадию – анализ осуществимости системы. Здесь имеется в виду программно-аппаратная система, для которой создается, приобретается или модифицируется ПО .

Стадия формирования требований к ПО является одной из важнейших и определяет в значительной (даже решающей!) степени успех всего проекта. Началом этой стадии является получение одобренной и утвержденной архитектуры системы с включением основных соглашений о распределении функций между аппаратурой и программами. Этот документ должен также содержать подтверждение общего представления о функционировании ПО с включением основных соглашений о распределении функций между человеком и системой.

Стадия формирования требований к ПО включает следующие этапы.

Планирование работ, предваряющее работы над проектом. Основными задачами этапа являются определение целей разработки, предварительная экономическая оценка проекта, построение плана-графика выполнения работ, создание и обучение совместной рабочей группы.
Проведение обследования деятельности автоматизируемой организации (объекта), в рамках которого осуществляются предварительное выявление требований к будущей системе определение структуры организации, определение перечня целевых функций организации, анализ распределения функций по подразделениям и сотрудникам, выявление функциональных взаимодействий между подразделениями, информационных потоков внутри подразделений и между ними, внешних по отношению к организации объектов и внешних информационных воздействий, анализ существующих средств автоматизации деятельности организации.

Построение модели деятельности организации (объекта), предусматривающее обработку материалов обследования и построение двух видов моделей:

модели "AS-IS" ("как есть"), отражающей существующее на момент обследования положение дел в организации и позволяющей понять, каким образом работает данная организация, а также выявить узкие места и сформулировать предложения по улучшению ситуации;
модели "TO-BE" ("как должно быть"), отражающей представление о новых технологиях работы организации.

Каждая из моделей должна включать полную функциональную и информационную модель деятельности организации, а также (при необходимости) модель, описывающую динамику поведения организации. Заметим, что построенные модели имеют самостоятельное практическое значение , независимо от того, будет ли на предприятии разрабатываться и внедряться информационная система, поскольку с их помощью можно обучать сотрудников и совершенствовать бизнес-процессы предприятия.

Результатом завершения стадии формирования требований к ПО являются спецификации ПО , функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждена их полнота , проверяемость и осуществимость.

Стадия проектирования включает следующие этапы.

Разработка системного проекта ПО. На этом этапе дается ответ на вопрос "Что должна делать будущая система?", а именно: определяются архитектура системы, ее функции, внешние условия функционирования, интерфейсы и распределение функций между пользователями и системой, требования к программным и информационным компонентам, состав исполнителей и сроки разработки, план отладки ПО и контроль качества.

Основу системного проекта составляют модели проектируемой системы, которые строятся на модели "TO-BE". Результатом разработки системного проекта должна быть одобренная и подтвержденная спецификация требований к ПО: функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждена их полнота, проверяемость и осуществимость.
Разработка детального (технического) проекта. На этом этапе осуществляется собственно проектирование ПО, включающее проектирование архитектуры системы и детальное проектирование. Таким образом, дается ответ на вопрос: "Как построить систему, чтобы она удовлетворяла требованиям?"

Результатом детального проектирования является разработка верифицированной спецификации ПО , включающей:

формирование иерархии программных компонентов, межмодульных интерфейсов по данным и управлению;
спецификация каждого компонента ПО, имени, назначения, предположений, размеров, последовательности вызовов, входных и выходных данных, ошибочных выходов, алгоритмов и логических схем;
формирование физической и логической структур данных до уровня отдельных полей;
разработку плана распределения вычислительных ресурсов (времени центральных процессоров, памяти и др.);
верификацию полноты, непротиворечивости, осуществимости и обоснованности требований;
предварительный план комплексирования и отладки, план руководства для пользователей и приемных испытаний.

Завершением стадии детального проектирования является сквозной контроль проекта или критический поблочный анализ проекта.

Стадия реализации – выполнение следующих работ .

Разработка верифицированной детальной спецификации каждой подпрограммы (блока не более чем из 100 исходных команд языка высокого уровня).

Внешние спецификации должны содержать следующие сведения:
- имя модуля - указывается имя, применяемое для вызова модуля (для модуля с несколькими входами для каждого входа должны быть отдельные спецификации);
- функция – дается определение функции или функций, выполняемых модулем;
- список параметров (число и порядок следования), передаваемых модулю;
- входные параметры – точное описание всех данных, возвращаемых модулем (должно быть определено поведение модуля при любых входных условиях);
- внешние эффекты (печать сообщения, чтение запроса с терминала и т. п.).
Проектирование логики модулей и программирование (кодирование) модулей.
Проверка правильности модулей.
Тестирование модулей.
Описание базы данных до уровня отдельных параметров, символов и битов.
План приемных испытаний.
Руководство пользователю.
Предварительный план комплексирования и отладки. Содержание последующих стадий в основном совпадает с соответствующими процессами ЖЦ ПО. Вообще технологические стадии выделяются исходя из соображений разумного и рационального планирования и организации работ. Возможный вариант взаимосвязи и стадий работ с процессами ЖЦ ПО показан на рисунке.

Рис. 1.

Виды моделей ЖЦ ПО

Каскадная модель (классический жизненный цикл)

Эта модель обязана своим появлением У. Ройсу (1970 г.). Модель имеет и другое название – водопад (waterfall). Особенность модели – переход на следующую ступень осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на предыдущей стадии; возвратов на пройденные стадии не предусматривается.

Рис. 2.

Требования к разрабатываемой ПС, определенные на стадиях формирования и анализа, строго документируются в виде ТЗ и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации (ТЗ, ЭП, ТП, РП), достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Критерием качества разработки при таком подходе является точность выполнения спецификаций ТЗ. Основное внимание разработчиков сосредоточивается на достижении оптимальных значений технических характеристик разрабатываемой ПС – производительности, объема занимаемой памяти и др.

Преимущества каскадной модели :

на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающей критериям полноты и согласованности;
выполняемые в логической последовательности стадии работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ПС, для которых в самом начале проекта можно полно и четко сформулировать все требования. Пока все это контролируется стандартами и различными комиссиями госприемки, схема работает хорошо.

Недостатки каскадной модели :

выявление и устранение ошибок производится только на стадии тестирования, которое может существенно растянуться;
реальные проекты часто требуют отклонения от стандартной последовательности шагов;
цикл основан на точной формулировке исходных требований к ПС, реально в начале проекта требования заказчика определены лишь частично;
результаты работ доступны заказчику только по завершении проекта.

Итерационная модель ЖЦ ПС

С ростом коммерческих проектов выяснилось, что не всегда удается детально проработать проект будущей системы, поскольку многие аспекты ее функционирования в динамических сферах деятельности (бизнес) меняются, пока система создается. Потребовалось изменить процесс разработки так, чтобы гарантировать внесение необходимых исправлений после завершения какого-либо этапа разработки. Так появилась итерационная модель ЖЦ ПС, называемая моделью с промежуточным контролем или моделью с циклическим повторением фаз.

Рис. 3.

В итерационной модели недостатки проектирования и программирования могут быть устранены позже путем частичного возврата на предыдущую стадию. Чем ниже уровень обнаружения ошибки, тем дороже ее исправление. Если стоимость усилий, необходимых для обнаружения и устранения ошибок на стадии написания кода, принять за единицу, то стоимость выявления и устранения ошибки на стадии выработки требований будет в 5-10 раз меньше, а стоимость выявления и устранения ошибки на стадии сопровождения – в 20 раз больше.

Рис. 4.

В такой ситуации огромное значение приобретает этап формулирования требований, составление спецификаций и создание плана системы. Программные архитекторы несут личную ответственность за все последующие изменения проектных решений. Объем документации исчисляется тысячами страниц, число утверждающих заседаний огромно. Многие проекты так никогда и не покидают этап планирования, впав в " паралич анализа". Одним из возможных путей исключения подобных ситуаций является макетирование (прототипирование).

Макетирование

Часто заказчик не может сформулировать требования по вводу, обработке или выводу данных для будущего программного продукта. Разработчик может сомневаться в приспособленности продукта к операционной системе, в форме диалога с пользователем или эффективности алгоритма. В таких случаях целесообразно использовать макетирование. Основная цель макетирования – снять неопределенность в требованиях заказчика. Макетирование (прототипирование) – процесс создания модели требуемого продукта.

Модель может принимать следующие формы.

Бумажный макет (рисованная схема человеко-машинного диалога) или макет на основе ПК.
Работающий макет, реализующий некоторую часть требуемых функций.
Существующая программа, характеристики которой должны быть улучшены.

Как показано на рисунке, макетирование основывается на многократном повторении итераций, в которых участвуют заказчик и разработчик.

Рис. 5.

Последовательность действий при макетировании представлена на рисунке. Макетирование начинается со сбора и уточнения требований к создаваемой программной системе. Разработчик и заказчик совместно определяют цели ПО, устанавливают, какие требования известны, а какие предстоит доопределить. Затем выполняется быстрое проектирование. В нем сосредотачиваются на характеристиках, которые должны быть видимыми пользователю. Быстрое проектирование приводит к построению макета. Макет оценивается заказчиком и используется для уточнения требований к ПО. Итерации продолжаются до тех пор, пока макет не выявит все требования заказчика и даст возможность разработчику понять, что должно быть сделано.

Достоинства макетирования – возможность обеспечения определения полных требований к системе. Недостатки макетирования:

заказчик может принять макет за продукт;
разработчик может принять макет за продукт.

Следует пояснить суть недостатков. Когда заказчик видит работающую версию ПС, он перестает сознавать, что в погоне за работающим вариантом ПС оставлены нерешенными многие вопросы качества и удобства сопровождения системы. Когда же заказчику об этом говорит разработчик, то ответом может быть возмущение и требование скорейшего превращения макета в рабочий продукт. Это отрицательно сказывается на управлении разработкой ПО.

Рис. 6.

С другой стороны, для быстрого получения работающего макета разработчик часто идет на определенные компромиссы. Например, могут использоваться не самые подходящие языки программирования или операционная система. Для простой демонстрации может применяться неэффективный (простой) алгоритм. Спустя некоторое время разработчик забывает о причинах, по которым эти средства не подходят. В результате далеко не идеальный выбранный вариант интегрируется в систему.

Прежде чем рассматривать другие модели ЖЦ ПО, которые пришли на смену каскадной модели , следует остановиться на стратегиях конструирования программных систем. Именно стратегия конструирования ПО во многом определяет модель ЖЦ ПО.

Стратегии конструирования ПО

Существует три стратегии конструирования программных систем:

однократный проход (каскадная стратегия, рассмотренная выше) – линейная последовательность этапов конструирования;
инкрементная стратегия. В начале процесса определяются все пользовательские и системные требования, оставшаяся часть конструирования выполняется в виде последовательности версий. Первая версия реализует часть запланированных возможностей, следующая версия реализует дополнительные возможности и т. д., пока не будет получена полная система;
эволюционная стратегия. Система также строится в виде последовательности версий, но в начале процесса определяются не все требования. Требования уточняются в результате разработки версий. Характеристики стратегий конструирования ПО с соответствии с требованиями стандарта IEEE/EIA 12207 приведены в таблице 1.

Инкрементная модель

Инкрементная модель является классическим примером инкрементной стратегии конструирования. Она объединяет элементы последовательной водопадной модели с итерационной философией макетирования (предложена Б. Боэмом как усовершенствование каскадной модели ). Каждая линейная последовательность здесь вырабатывает поставляемый инкремент ПО. Например, ПО для обработки слов в 1-м инкременте (версии) реализует функции базовой обработки файлов, функции редактирования и документирования; во 2-м инкременте – более сложные возможности редактирования и документирования; в 3-м инкременте – проверку орфографии и грамматики; в 4-м инкременте – возможности компоновки страницы.

Первый инкремент приводит к получению базового продукта, реализующего базовые требования (правда, многие вспомогательные требования остаются нереализованными). План следующего инкремента предусматривает модификацию базового продукта, обеспечивающую дополнительные характеристики и функциональность.

По своей природе инкрементный процесс итеративен, но, в отличие от макетирования, инкрементная модель обеспечивает на каждом инкременте работающий продукт.

Схема такой модели ЖЦ ПО приведена на рисунке. Одной из современных реализаций инкрементного подхода является экстремальное программирование (ориентировано на очень малые приращения функциональности).

Рис. 7.

Спиральная модель ЖЦ ПО

Спиральная модель – классический пример применения эволюционной стратегии конструирования. Модель (автор Б. Боэм, 1988) базируется на лучших свойствах классического жизненного цикла и макетирования, к которым добавляется новый элемент – анализ риска, отсутствующий в этих парадигмах. Модель определяет четыре действия, представляемые четырьмя квадрантами спирали.

Рис. 8.

Планирование – определение целей, вариантов и ограничений.
Анализ риска – анализ вариантов и распознавание/выбор риска.
Конструирование – разработка продукта следующего уровня.
Оценивание – оценка заказчиком текущих результатов конструирования.

Интегрирующий аспект спиральной модели очевиден при учете радиального измерения спирали. С каждой итерацией по спирали строятся все более полные версии ПС. В первом витке спирали определяются начальные цели, варианты и ограничения, распознается и анализируется риск. Если анализ риска показывает неопределенность требований, на помощь разработчику и заказчику приходит макетирование, используемое в квадранте конструирования.

Для дальнейшего определения проблемных и уточненных требований может быть использовано моделирование. Заказчик оценивает инженерную (конструкторскую) работу и вносит предложения по модификации (квадрант оценки заказчиком). Следующая фаза планирования и анализа риска базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали результаты анализа риска формируются в виде "продолжать, не продолжать". Если риск слишком велик, проект может быть остановлен.

В большинстве случаев движение по спирали продолжается, с каждым шагом продвигая разработчиков к более общей модели системы. В каждом цикле по спирали требуется конструирование (нижний правый квадрант), которое может быть реализовано классическим жизненным циклом или макетированием. Заметим, что количество действий по разработке (происходящих в правом нижнем квадранте) возрастает по мере продвижения от центра спирали.

Эти действия пронумерованы и имеют следующее содержание:

– начальный сбор требований и планирование проекта;
– та же работа, но на основе рекомендаций заказчика;
– анализ риска на основе начальных требований;
– анализ риска на основе реакции заказчика;
– переход к комплексной системе;
– начальный макет системы;
– следующий уровень макета;
– сконструированная система;
– оценивание заказчиком.

Достоинства спиральной модели :

наиболее реально (в виде эволюции) отображает разработку программного обеспечения;
позволяет явно учитывать риск на каждом витке эволюции разработки;
включает шаг системного подхода в итерационную структуру разработки;
использует моделирование для уменьшения риска и совершенствования программного изделия.

Недостатки спиральной модели :

сравнительная новизна (отсутствует достаточная статистика эффективности модели);
повышенные требования к заказчику;
трудности контроля и управления временем разработки.

Модель спирального процесса разработки является наиболее распространенной в настоящее время. Самыми известными ее вариантами являются RUP (Rational Unified Process) от фирмы Rational и MSF (Microsoft Solution Framework). В качестве языка моделирования используется язык UML (Unified Modeling Language). Создание системы предполагается проводить итерационно, двигаясь по спирали и, проходя через одни и те же стадии, на каждом витке уточнять характеристики будущего продукта. Казалось бы, теперь все хорошо: и планируется только то, что можно предвидеть, разрабатывается то, что запланировано, и пользователи начинают знакомиться с продуктом заранее, имея возможность внести необходимые коррективы.

Однако для этого нужны очень большие средства. Действительно, если раньше можно было создавать и распускать группы специалистов по мере необходимости, то теперь все они должны постоянно участвовать в проекте: архитекторы, программисты, тестировщики, инструкторы и т. д. Более того, усилия различных групп должны быть синхронизированы, чтобы своевременно отражать проектные решения и вносить необходимые изменения.

Рациональный унифицированный процесс

Рациональный унифицированный процесс (Rational Unified Process, RUP) – одна из лучших методологий разработки программного обеспечения. Основываясь на опыте многих успешных программных проектов, RUP позволяет создавать сложные программные системы, основываясь на индустриальных методах разработки. Предпосылки для разработки RUP зародились в начале 1980-х гг. в Rational Software corporation. В начале 2003 г. Rational приобрела IBM. Одним из основных столпов, на которые опирается RUP, является процесс создания моделей при помощи унифицированного языка моделирования (UML).

RUP – одна из спиральных методологий разработки программного обеспечения. Методология поддерживается и развивается компанией Rational Software. В качестве языка моделирования в общей базе знаний используется язык Unified Modelling Language (UML). Итерационная и инкрементная разработка программного обеспечения в RUP предполагает разделение проекта на несколько проектов, которые выполняются последовательно, и каждая итерация разработки четко определена набором целей, которые должны быть достигнуты в конце итерации. Конечная итерация предполагает, что набор целей итерации должен в точности совпадать с набором целей, указанных заказчиком продукта, то есть все требования должны быть выполнены.

Процесс предполагает эволюционирование моделей; итерация цикла разработки однозначно соответствует определенной версии модели программного обеспечения. Каждая из итераций содержит элементы управления жизненным циклом программного обеспечения : анализ и дизайн (моделирование), реализация, интегрирование, тестирование, внедрение. В этом смысле RUP является реализацией спиральной модели , хотя довольно часто изображается в виде графика-таблицы..

На данном рисунке представлены два измерения: горизонтальная ось представляет время и показывает временные аспекты жизненного цикла процесса; вертикальная ось представляет дисциплины, которые определяют физическую структуру процесса. Видно, как с течением времени изменяются акценты в проекте. Например, в ранних итерациях больше времени отводится требованиям; в поздних итерациях больше времени отводится реализации. Горизонтальная ось сформирована из временных отрезков – итераций, каждая из которых является самостоятельным циклом разработки; цель цикла – принести в конечной продукт некоторую заранее определенную осязаемую доработку, полезную с точки зрения заинтересованных лиц.

Рис. 9.

По оси времени жизненный цикл делится на четыре основные фазы.

Начало (Inception) – формирование концепции проекта, понимание того, что мы создаем, представление о продукте (vision), разработка бизнес-плана (business case), подготовка прототипа программы или частичного решения. Это фаза сбора информации и анализа требований, определение образа проекта в целом. Цель – получить поддержку и финансирование. В конечной итерации результат этого этапа – техническое задание.
Проектирование, разработка (Elaboration) – уточнение плана, понимание того, как мы это создаем, проектирование, планирование необходимых действий и ресурсов, детализация особенностей. Завершается этап исполняемой архитектурой, когда все архитектурные решения приняты и риски учтены. Исполняемая архитектура представляет собой работающее программное обеспечение, которое демонстрирует реализацию основных архитектурных решений. В конечной итерации это – технический проект.
Реализация, создание системы (Construction) – этап расширения функциональности системы, заложенной в архитектуре. В конечной итерации это – рабочий проект.
Внедрение, развертывание (Transition). Создание конечной версии продукта. Фаза внедрения продукта, поставка продукта конкретному пользователю (тиражирование, доставка и обучение).

Вертикальная ось состоит из дисциплин, каждая из них может быть более детально расписана с точки зрения выполняемых задач, ответственных за них ролей, продуктов, которые подаются задачам на вход и выпускаются в ходе их выполнения и т.д.

По этой оси располагаются ключевые дисциплины жизненного цикла RUP, которые часто на русском языке называют процессами, хотя это не совсем верно с точки зрения данной методологии, поддерживаемые инструментальными средствами IBM (и/или третьих фирм).

Бизнес-анализ и моделирование ( Business modeling ) обеспечивает реализацию принципов моделирования с целью изучения бизнеса организации и накопления знаний о нем, оптимизации бизнес-процессов и принятия решения об их частичной или полной автоматизации.
Управление требованиями (Requirements) посвящено получению информации от заинтересованных лиц и ее преобразованию в набор требований, определяющих содержание разрабатываемой системы и подробно описывающих ожидания от того, что система должна делать.
Анализ и проектирование (Analysis and design) охватывает процедуры преобразования требований в промежуточные описания (модели), представляющие, как эти требования должны быть реализованы.
Реализация (Implementation) охватывает разработку кода, тестирование на уровне разработчиков и интеграцию компонентов, подсистем и всей системы в соответствии с установленными спецификациями.
Тестирование (Test) посвящено оценке качества создаваемого продукта.
Развертывание (Deployment) охватывает операции, имеющие место при передаче продуктов заказчикам и обеспечении доступности продукта конечным пользователям.
Конфигурационное управление и управление изменениями (Configuration management) посвящено синхронизации промежуточных и конечных продуктов и управлению их развитием в ходе проекта и поиском скрытых проблем.
Управление проектом (Management) посвящено планированию проекта, управлению рисками, контролю хода его выполнения и непрерывной оценке ключевых показателей.
Управление средой (Environment) включает элементы формирования среды разработки информационной системы и поддержки проектной деятельности.

В зависимости от специфики проекта могут быть использованы любые средства IBM Rational, а также третьих фирм. В RUP рекомендовано следовать шести практикам, позволяющим успешно разрабатывать проект: итеративная разработка; управление требованиями; использование модульных архитектур; визуальное моделирование; проверка качества; отслеживание изменений.

Неотъемлемую часть RUP составляют артефакты (artefact), прецеденты ( precedent ) и роли (role). Артефакты – это некоторые продукты проекта, порождаемые или используемые в нем при работе над окончательным продуктом. Прецеденты – это последовательности действий, выполняемых системой для получения наблюдаемого результата. Фактически любой результат работы индивидуума или группы является артефактом, будь то документ анализа, элемент модели, файл кода, тестовый скрипт, описание ошибки и т. п. За создание того или иного вида артефактов отвечают определенные специалисты. Таким образом, RUP четко определяет обязанности – роли – каждого члена группы разработки на том или ином этапе, то есть когда и кто должен создать тот или иной артефакт. Весь процесс разработки программной системы рассматривается в RUP как процесс создания артефактов – начиная с первоначальных документов анализа и заканчивая исполняемыми модулями, руководствами пользователя и т.п.

Для компьютерной поддержки процессов RUP в IBM разработан широкий набор инструментальных средств:

Rational Rose – CASE- средство визуального моделирования информационных систем, имеющее возможности генерирования элементов кода. Специальная редакция продукта – Rational Rose RealTime – позволяет на выходе получить исполняемый модуль;
Rational Requisite Pro – средство управления требованиями, которое позволяет создавать, структурировать, устанавливать приоритеты, отслеживать, контролировать изменения требований, возникающие на любом этапе разработки компонентов приложения;
Rational ClearQuest – продукт для управления изменениями и отслеживания дефектов в проекте (bug tracking), тесно интегрирующийся со средствами тестирования и управления требованиями и представляющий собой единую среду для связывания всех ошибок и документов между собой;
Rational SoDA – продукт для автоматического генерирования проектной документации, позволяющий установить корпоративный стандарт на внутрифирменные документы. Возможно также приведение документации к уже существующим стандартам (ISO, CMM);
Rational Purify, Rational Quantify Rational PureCoverage, – средства тестирования и отладки;
Rational Visual Quantify – средство измерения характеристик для разработчиков приложений и компонентов, программирующих на C/C++, Visual Basic и Java; помогает определять и устранять узкие места в производительности ПО;
Rational Visual PureCoverage – автоматически определяет области кода, которые не подвергаются тестированию;
Rational ClearCase – продукт для управления конфигурацией программ (Rational"s Software Configuration Management, SCM ), позволяющий производить версионный контроль всех документов проекта. С его помощью можно поддерживать несколько версий проектов одновременно, быстро переключаясь между ними. Rational Requisite Pro поддерживает обновления и отслеживает изменения в требованиях для группы разработчиков;
SQA TeamTest – средство автоматизации тестирования ;
Rational TestManager – система управления тестированием, которая объединяет все связанные с тестированием инструментальные средства, артефакты, сценарии и данные;
Rational Robot – инструмент для создания, модификации и автоматического запуска тестов;
SiteLoad, SiteCheck – средства тестирования Web-сайтов на производительность и наличие неработающих ссылок;
Rational PerformanceStudio – измерение и предсказание характеристик производительности систем.

Этот набор продуктов постоянно совершенствуется и пополняется. Так, например, недавний продукт IBM Rational Software Architect (RSA) является частью IBM Software Development Platform – набора инструментов, поддерживающих жизненный цикл разработки программных систем. Продукт IBM Rational Software Architect предназначен для построения моделей разрабатываемых программных систем с использованием унифицированного языка моделирования UML 2.0, прежде всего моделей архитектуры разрабатываемого приложения. Тем не менее, RSA объединяет в себе функции таких программных продуктов, как Rational Application Developer, Rational Web Developer и Rational Software Modeler , тем самым предоставляя возможность архитекторам и аналитикам создавать различные представления разрабатываемой информационной системы с использованием языка UML 2.0, а разработчикам – выполнять разработку J2EE, XML, веб-сервисов и т.д.

Следуя принципам RUP, Rational Software Architect позволяет создавать необходимые модели в рамках рабочих процессов таких дисциплин, как:

бизнес-анализ и моделирование ( Business modeling );
управление требованиями (Requirements);
анализ и проектирование (Analysis and Design);
реализация (Implementation).

Кроме того, Rational Software Architect поддерживает технологию разработки, управляемой моделями (model-driven development, MDD), которая позволяет моделировать программное обеспечение на различных уровнях абстракции с возможностью трассируемости.

MSF (Microsoft Solution Framework)

В 1994 году, стремясь достичь максимальной отдачи от IT-проектов, Microsoft выпустила в свет пакет руководств по эффективному проектированию, разработке, внедрению и сопровождению решений, построенных на основе своих технологий. Эти знания базируются на опыте, полученном Microsoft при работе над большими проектами по разработке и сопровождению программного обеспечения, опыте консультантов Microsoft и лучшем из того, что накопила на данный момент IT-индустрия. Все это представлено в виде двух взаимосвязанных и хорошо дополняющих друг друга областей знаний: Microsoft Solutions Framework (MSF) и Microsoft Operations Framework (MOF).

Следует отметить, что Microsoft разработала на базе общих методов MSF методики для прикладного и специализированного применения. Причем Microsoft сертифицирует экспертов именно по прикладным знаниям в применении MSF (например, сертификация MCTS 74-131 по экспертизе в методике управления проектами). Перед тем как изучать методы MSF, следует сначала определить, какой прикладной вариант MSF имеется в виду.

Наиболее популярные прикладные варианты MSF, разработанные Microsoft:

методика внедрения решений в области управления проектами;
методика управления IT-проектами на базе методологий MSF и Agile.

Важность прикладных вариантов MSF подчеркивает тот факт, что в "чистом варианте" саму методику MSF в своих IT-проектах компания Microsoft не использует. В проектах Microsoft Consulting Services применяется гибридная методология MSF и Agile. Несмотря на внешние существенные различия прикладных вариантов MSF, разработанных экспертами Microsoft, база методов MSF для них остается общей и отражает общие методологические подходы к итеративному ведению проектов.

MOF призван обеспечить организации, создающие критически важные (mission-critical) IT решения на базе продуктов и технологий Майкрософт, техническим руководством по достижению их надежности (reliability), доступности (availability), удобства сопровождения (supportability) и управляемости (manageability). MOF затрагивает вопросы, связанные с организацией персонала и процессов; технологиями и менеджментом в условиях сложных (complex), распределенных (distributed) и разнородных (heterogeneous) IT-сред. MOF основан на лучших производственных методиках, собранных в IT Infrastructure Library (ITIL), составленной Central Computer and Telecommunications Agency – Агентством правительства Великобритании.

Создание бизнес-решения в рамках отведенных времени и бюджета требует наличия испытанной методологической основы. MSF предлагает проверенные методики для планирования, проектирования, разработки и внедрения успешных IT-решений. Благодаря своей гибкости, масштабируемости и отсутствию жестких инструкций MSF способен удовлетворить нужды организации или проектной группы любого размера. Методология MSF состоит из принципов, моделей и дисциплин по управлению персоналом, процессами, технологическими элементами и связанными со всеми этими факторами вопросами, характерными для большинства проектов. MSF состоит из двух моделей и трех дисциплин. Они подробно описаны в 5 whitepapers. Начинать изучение MSF лучше с моделей (модель проектной группы, модель процессов), а затем перейти к дисциплинам (дисциплина управление проектами, дисциплина управление рисками, дисциплина управление подготовкой).

Модель процессов MSF (MSF process model) представляет общую методологию разработки и внедрения IT-решений. Особенность этой модели состоит в том, что благодаря своей гибкости и отсутствию жестко навязываемых процедур она может быть применена при разработке весьма широкого круга IT-проектов. Эта модель сочетает в себе свойства двух стандартных производственных моделей: каскадной (waterfall) и спиральной (spiral). Модель процессов в MSF 3.0 была дополнена еще одним инновационным аспектом: она покрывает весь жизненный цикл создания решения, начиная с его отправной точки и заканчивая непосредственно внедрением. Такой подход помогает проектным группам сфокусировать свое внимание на бизнесотдаче (business value) решения, поскольку эта отдача становится реальной лишь после завершения внедрения и начала использования продукта.

Процесс MSF ориентирован на "вехи" (milestones) – ключевые точки проекта, характеризующие достижение в его рамках какого-либо существенного (промежуточного либо конечного) результата. Этот результат может быть оценен и проанализирован, что подразумевает ответы на вопросы: "Пришла ли проектная группа к однозначному пониманию целей и рамок проекта?", "В достаточной ли степени готов план действий?", "Соответствует ли продукт утвержденной спецификации?", "Удовлетворяет ли решение нужды заказчика?" и т. д.

Модель процессов MSF учитывает постоянные изменения проектных требований. Она исходит из того, что разработка решения должна состоять из коротких циклов, создающих поступательное движение от простейших версий решения к его окончательному виду.

Особенностями модели процессов MSF являются:

подход, основанный на фазах и вехах;
итеративный подход;
интегрированный подход к созданию и внедрению решений.

Модель процессов включает такие основные фазы процесса разработки, как:

выработка концепции (Envisioning);
планирование (Planning);
разработка (Developing);
стабилизация (Stabilizing);
внедрение (Deploying).

Кроме этого, существует большое количество промежуточных вех, которые показывают достижение в ходе проекта определенного прогресса и расчленяют большие сегменты работы на меньшие, обозримые участки. Для каждой фазы модели процессов MSF определяет:

что (какие артефакты) является результатом этой фазы;
над чем работает каждый из ролевых кластеров на этой фазе.

В рамках MSF программный код, документация, дизайн, планы и другие рабочие материалы создаются, как правило, итеративными методами. MSF рекомендует начинать разработку решения с построения, тестирования и внедрения его базовой функциональности. Затем к решению добавляются все новые и новые возможности. Такая стратегия именуется стратегией версионирования. Несмотря на то, что для малых проектов может быть достаточным выпуск одной версии, рекомендуется не упускать возможности создания для одного решения ряда версий. С созданием новых версий эволюционирует функциональность решения.

Итеративный подход к процессу разработки требует использования гибкого способа ведения документации. "Живые" документы (living documents) должны изменяться по мере эволюции проекта вместе с изменениями требований к конечному продукту. В рамках MSF предлагается ряд шаблонов стандартных документов, которые являются артефактами каждой стадии разработки продукта и могут быть использованы для планирования и контроля процесса разработки.

Решение не представляет бизнес-ценности, пока оно не внедрено. Именно по этой причине модель процессов MSF содержит весь жизненный цикл создания решения, включая его внедрение – вплоть до момента, когда решение начинает давать отдачу.

Понятие жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО) является одним из базовых в программной инженерии. Жизненный цикл определяют как период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

В соответствии со стандартом ISO/IEC 12207 все процессы ЖЦ разделены на три группы (рис. 2.1).

Под моделью жизненного цикла ПО понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ. Она зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует. В состав жизненного цикло ПО обычно включаются следующие стадии:

1. Формирование требований к ПО.

2. Проектирование.

3. Реализация.

4.Тестирование.

5. Ввод в действие.

6. Эксплуатация и сопровождение.

7. Снятие с эксплуатации.

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие основные модели ЖЦ ПО:

a) каскадная и

b) спиральная (эволюционная).

Первая применялась для программ небольшого объема, представляющих собой единое целое. Принципиальной особенностью каскадного подхода является то, что переход на следующую стадию осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на текущей, и возвратов на пройденные стадии не предусматривается. Ее схема приведена на рис. 2.2.

Преимущества применения каскадной модели заключаются в следующем:

На каждой стадии формируется законченный набор проектной документации;

Выполняемые стадии работ позволяют планировать срок их завершения и соответствующие затраты.

Такая модель применяется для систем, к которым уже в начале разработки можно точно сформулировать все требования. К ним относятся, например, системы, в которых решаются, в основном, задачи вычислительного типа. Реальные процессы обычно имеют итерационный характер: результаты очередной стадии часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних стадиях. Таким образом, более распространенной является модель с промежуточным контролем, которая приведена на рис. 2.3.

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов и, как следствие, достаточно высокий риск создания системы, не удовлетворяющей изменившимся потребностям пользователей.

Эти проблемы устраняются в спиральной модели жизненного цикла (рис. 2.4). Ее принципиальной особенность является то, что прикладное ПО создается не сразу, как в случае каскадного подхода, а по частям с использованием метода прототипирования . Под прототипом понимается действующий программный компонент, реализующий отдельные функции и внешний интерфейс разрабатываемого ПО. Создание прототипов осуществляется в несколько итераций - витков спирали.

Каскадную (эволюционную) модель можно представить в виде диаграммы, которая приведена на рисунке 2.5.

Одним из результатов применения спиральной модели ЖЦ является получивший широкое распространение способ так называемой быстрой разработки приложений , или RAD (Rapid Application Development). Жизненный цикл ПО в соответствии с этим способом включает в себя четыре стадии:

1) анализ и планирование требований;

2) проектирование;

3) реализация;

4) внедрение.

Анализ жизненного цикла программ позволяет уточнить содержание и выделить следующие процессы проектирования сложных систем.

1) Стратегия;

2) Анализ;

3) Проектирование;

4) Реализация;

5) Тестирование;

6) Внедрение;

7) Эксплуатация и техническая поддержка.

Стратегия

Определение стратегии предполагает обследование системы. Основная задача обследования - оценка реального объема проекта, его целей и задач, а также получение определений сущностей и функций на высоком уровне. На этом этапе привлекаются высококвалифицированные бизнес-аналитики, которые имеют постоянный доступ к руководству фирмы. Кроме того, предполагается тесное взаимодействие с основными пользователями системы и бизнес-экспертами. Основная задача такого взаимодействия - получить как можно более полную информацию о системе, однозначно понять требования заказчика и передать полученную информацию в формализованном виде системным аналитикам. Как правило, информация о системе может быть получена на основании ряда бесед (или семинаров) с руководством, экспертами и пользователями.

Итогом этапа определения стратегии становится документ, в котором четко сформулировано следующее:

Что именно причитается заказчику, если он согласится финансировать проект;

Когда он сможет получить готовый продукт (график выполнения работ);

Во сколько это ему обойдется (график финансирования этапов работ для крупных проектов).

В документе должны быть отражены не только затраты, но и выгода, например срок окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

Рассматриваемый этап жизненного цикла ПО может быть представлен в модели только один раз, особенно если модель имеет циклическую структуру. Это не означает, что в циклических моделях стратегическое планирование производится раз и навсегда. В таких моделях этапы определения стратегии и анализа как бы объединяются, а их разделение существует лишь на самом первом витке, когда руководство предприятия принимает принципиальное решение о старте проекта. В целом стратегический этап посвящен разработке документа уровня руководства предприятия.

Этап анализа предполагает подробное исследование бизнес-процессов (функций, определенных на предыдущем этапе) и информации, необходимой для их выполнения (сущностей, их атрибутов и связей (отношений)). Этот этап дает информационную модель, а следующий за ним этап проектирования - модель данных.

Вся информация о системе, собранная на этапе определения стратегии, формализуется и уточняется на этапе анализа. Особое внимание уделяется полноте полученной информации, ее анализу на непротиворечивость, а также поиску неиспользуемой или дублирующейся информации. Как правило, заказчик вначале формирует требования не к системе в целом, а к отдельным ее компонентам. И в этом конкретном случае циклические модели жизненного цикла ПО имеют преимущество, поскольку с течением времени с большой вероятностью потребуется повторный анализ, так как у заказчика зачастую аппетит приходит во время еды. На этом же этапе определяются необходимые компоненты плана тестирования.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

a) функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе;

b) сущности - информация о предметах, которые имеют значение для организации и о которых что-либо известно.

При этом строятся диаграммы компонентов, потоков данных и жизненных циклов, которые описывают динамику системы. Они будут рассмотрены позднее.

Проектирование

На этапе проектирования формируется модель данных. Проектировщики обрабатывают данные анализа. Конечным продуктом этапа проектирования являются схема базы данных (если таковая существует в проекте) или схема хранилища данных (ER-модель) и набор спецификаций модулей системы (модель функций).

В небольшом проекте (например, в курсовом) одни и те же люди могут выступать в роли и аналитиков, и проектировщиков, и разработчиков. Перечисленные выше схемы и модели помогают найти, например, не описанные вообще, нечетко описанные, противоречиво описанные компоненты системы и прочие недостатки, что способствует предотвращению потенциальных ошибок.

Все спецификации должны быть очень точными. План тестирования системы также дорабатывается на этом этапе разработки. Во многих проектах результаты этапа проектирования оформляются в виде единого документа - так называемой технической спецификации. При этом широкое применение получил язык UML, который позволяет получить одновременно как документы анализа, отличающиеся меньшей детализацией (их потребители - менеджеры производства), так и документы проектирования (их потребители - менеджеры групп разработки и тестирования). Этот язык будет рассмотрен позднее. Программное обеспечение, построенное с применением UML, позволяет проще осуществить генерацию кода - как минимум иерархию классов, а также некоторые части кода самих методов (процедур и функций).

Задачами проектирования являются:

Рассмотрение результатов анализа и проверка их полноты;

Семинары с заказчиком;

Определение критических участков проекта и оценка его ограничений;

Определение архитектуры системы;

Принятие решения об использовании продуктов сторонних разработчиков, а также о способах интеграции и механизмах обмена информацией с этими продуктами;

Проектирование хранилища данных: модель базы данных;

Проектирование процессов и кода: окончательный выбор средств разработки, определение интерфейсов программ, отображение функций системы на ее модули и определение спецификаций модулей;

Определение требований к процессу тестирования;

Определение требований к безопасности системы.

Реализация

При реализации проекта особенно важно координировать группу (группы) разработчиков. Все разработчики должны подчиняться жестким правилам контроля исходных текстов. Они, получив технический проект, начинают писать код модулей. Основная задача разработчиков состоит в том, чтобы уяснить спецификацию: проектировщик написал, что надо сделать, а разработчик определяет, как это сделать.

На этапе разработки осуществляется тесное взаимодействие проектировщиков, разработчиков и групп тестировщиков. В случае интенсивной разработки тестировщик буквально неразлучен с разработчиком, фактически становясь членом группы разработки.

Чаще всего на этапе разработки меняются интерфейсы пользователя. Это обусловлено периодической демонстрацией модулей заказчику. Он также может существенно изменять запросы к данным.

Этап разработки сопряжен с этапом тестирования, и оба процесса идут параллельно. Синхронизирует действия тестеров и разработчиков система bug tracking.

Ошибки должны быть классифицированы согласно приоритетам. Для каждого класса ошибок должна быть определена четкая структура действий: «что делать», «как срочно», «кто ответственен за результат». Каждая проблема должна отслеживаться проектировщиком/разработчиком/тестировщиком, отвечающим за ее устранение. То же самое касается ситуаций, когда нарушаются запланированные сроки разработки и передачи модулей на тестирование.

Кроме того, должны быть организованы хранилища готовых модулей проекта и библиотек, которые используются при сборке модулей. Это хранилище постоянно обновляется. Контролировать процесс обновления должен один человек. Одно хранилище создается для модулей, прошедших функциональное тестирование, второе - для модулей, прошедших тестирование связей. Первое - это черновики, второе - то, из чего уже можно собирать дистрибутив системы и демонстрировать его заказчику для проведения контрольных испытаний или для сдачи каких-либо этапов работ.

Тестирование

Группы тестирования могут привлекаться к сотрудничеству уже на ранних стадиях разработки проекта. Обычно комплексное тестирование выделяют в отдельный этап разработки. В зависимости от сложности проекта тестирование и исправление ошибок может занимать треть, половину общего времени работы над проектом и даже больше.

Чем сложнее проект, тем больше будет потребность в автоматизации системы хранения ошибок - bug tracking, которая обеспечивает следующие функции:

Хранение сообщения об ошибке (к какому компоненту системы относится ошибка, кто ее нашел, как ее воспроизвести, кто отвечает за ее исправление, когда она должна быть исправлена);

Система уведомления о появлении новых ошибок, об изменении статуса известных в системе ошибок (уведомления по электронной почте);

Отчеты об актуальных ошибках по компонентам системы;

Информация об ошибке и ее история;

Правила доступа к ошибкам тех или иных категорий;

Интерфейс ограниченного доступа к системе bug tracking для конечного пользователя.

Подобные системы берут на себя множество организационных проблем, в частности вопросы автоматического уведомления об ошибках.

Собственно тесты систем принято подразделять на несколько категорий:

a) автономные тесты модулей; они используются уже на этапе разработки компонентов системы и позволяют отслеживать ошибки отдельных компонентов;

b) тесты связей компонентов системы; эти тесты также используются и на этапе разработки, они позволяют отслеживать правильность взаимодействия и обмена информацией компонентов системы;

c) системный тест ; он является основным критерием приемки системы; как правило, это группа тестов, включающая и автономные тесты, и тесты связей и модели; такой тест должен воспроизводить работу всех компонентов и функций системы; его основная цель - внутренняя приемка системы и оценка ее качества;

d) приемосдаточный тест ; основное его назначение - сдать систему заказчику;

e) тесты производительности и нагрузки ; эта группа тестов входит в системный, именно она является основной для оценки надежности системы.

В каждую группу обязательно входят тесты моделирования отказов. Они проверяют реакцию компонента, группы компонентов, а также системы в целом на следующие отказы:

Отдельного компонента информационной системы;

Группы компонентов системы;

Основных модулей системы;

Операционной системы;

Жесткий сбой (отказ питания, жестких дисков).

Эти тесты позволяют оценить качество подсистемы восстановления корректного состояния информационной системы и служат основным источником информации для разработки стратегий предотвращения негативных последствий сбоев при промышленной эксплуатации.

Еще одним важным аспектом программы тестирования информационных систем является наличие генераторов тестовых данных. Они используются для проведения тестов функциональности, надежности и производительности системы. Задачу оценки характеристик зависимости производительности информационной системы от роста объемов обрабатываемой информации без генераторов данных решить невозможно.

Внедрение

Опытная эксплуатация перекрывает процесс тестирования. Система редко вводится полностью. Как правило, это процесс постепенный или итерационный (в случае циклического жизненного цикла).

Ввод в эксплуатацию проходит как минимум три стадии:

2) накопление информации;

3) выход на проектную мощность (то есть собственно переход к этапу эксплуатации).

информации может вызвать довольно узкий спектр ошибок: в основном, рассогласование данных при загрузке и собственные ошибки загрузчиков. Для их выявления и устранения применяют методы контроля качества данных. Такие ошибки должны быть исправлены как можно быстрее.

В период накопления информации в информационной системе выявляется наибольшее количество ошибок, связанных с многопользовательским доступом. Вторая категория исправлений связана с тем, что пользователя не устраивает интерфейс. При этом циклические модели и модели с обратной связью этапов позволяют снизить затраты. Рассматриваемый этап является также наиболее серьезным тестом - тестом одобрения пользователем (customer acceptance tests).

Выход системы на проектную мощность в хорошем варианте - это доводка мелких ошибок и редкие серьезные ошибки.

Эксплуатация и техническая поддержка

На этом этапе последним документом для разработчиков является акт технической приемки. Документ определяет необходимый персонал и требуемое оборудование для поддержки работоспособности системы, а также условия нарушения эксплуатации продукта и ответственность сторон. Помимо этого обычно в виде отдельного документа оформляются условия технической поддержки.