Альтернативой последовательной модели является так называемая модель итеративной и инкрементальной разработки (англ. iterative and incremental development, IID ), получившей также от Т. Гилба в 70-е гг. название эволюционной модели . Также эту модель называют итеративной моделью и инкрементальной моделью .
Модель IID предполагает разбиение жизненного цикла проекта на последовательность итераций, каждая из которых напоминает «мини-проект», включая все процессы разработки в применении к созданию меньших фрагментов функциональности, по сравнению с проектом в целом. Цель каждой итерации - получение работающей версии программной системы, включающей функциональность, определённую интегрированным содержанием всех предыдущих и текущей итерации. Результат финальной итерации содержит всю требуемую функциональность продукта. Таким образом, с завершением каждой итерации продукт получает приращение - инкремент - к его возможностям, которые, следовательно, развиваются эволюционно . Итеративность, инкрементальность и эволюционность в данном случае есть выражение одного и то же смысла разными словами со слегка разных точек зрения .
По выражению Т. Гилба, «эволюция - прием, предназначенный для создания видимости стабильности. Шансы успешного создания сложной системы будут максимальными, если она реализуется в серии небольших шагов и если каждый шаг заключает в себе четко определённый успех, а также возможность «отката» к предыдущему успешному этапу в случае неудачи. Перед тем, как пустить в дело все ресурсы, предназначенные для создания системы, разработчик имеет возможность получать из реального мира сигналы обратной связи и исправлять возможные ошибки в проекте» .
Подход IID имеет и свои отрицательные стороны, которые, по сути, - обратная сторона достоинств. Во-первых, целостное понимание возможностей и ограничений проекта очень долгое время отсутствует. Во-вторых, при итерациях приходится отбрасывать часть сделанной ранее работы. В-третьих, добросовестность специалистов при выполнении работ всё же снижается, что психологически объяснимо, ведь над ними постоянно довлеет ощущение, что «всё равно всё можно будет переделать и улучшить позже» .
Различные варианты итерационного подхода реализованы в большинстве современных методологий разработки (RUP , MSF , ).
Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.
На каждой итерации оцениваются:
Важно понимать, что спиральная модель является не альтернативой эволюционной модели (модели IID), а специально проработанным вариантом. К сожалению, нередко спиральную модель либо ошибочно используют как синоним эволюционной модели вообще, либо (не менее ошибочно) упоминают как совершенно самостоятельную модель наряду с IID .
Отличительной особенностью спиральной модели является специальное внимание, уделяемое рискам, влияющим на организацию жизненного цикла, и контрольным точкам. Боэм формулирует 10 наиболее распространённых (по приоритетам) рисков:
В сегодняшней спиральной модели определён следующий общий набор контрольных точек :
Wikimedia Foundation . 2010 .
Период разработки и эксплуатации программного обеспечения, в котором обычно выделяют этапы: 1 возникновение и исследование идеи; 2 анализ требований и проектирование; 3 программирование; 4 тестирование и отладка; 5 ввод программы в действие; 6… … Финансовый словарь
жизненный цикл программного обеспечения - … Справочник технического переводчика
жизненный цикл программного обеспечения - 3.7 жизненный цикл программного обеспечения; жизненный цикл ПО (software lifecycle): Последовательность следующих друг за другом процессов создания и использования программного обеспечения программируемой связанной с безопасностью здания или… …
жизненный цикл программного обеспечения - Последовательность следующих друг за другом процессов создания и использования программного обеспечения, происходящих в течение интервала времени, который начинается с разработки общей концепции программного обеспечения и заканчивается когда… … Комплексное обеспечение безопасности и антитеррористической защищенности зданий и сооружений
Цикл программного обеспечения жизненный - Жизненный цикл программного обеспечения (software lifecycle): период времени, включающий в себя стадии: разработки требований к программному обеспечению, разработки программного обеспечения, кодирования, тестирования, интеграции, установки, а… … Официальная терминология
жизненный цикл - 4.16 жизненный цикл (life cycle): Развитие системы, продукта, услуги, проекта или других изготовленных человеком объектов, начиная со стадии разработки концепции и заканчивая прекращением применения. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Это процесс ее построения и развития. Жизненный цикл информационной системы период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания информационной системы и заканчивается в момент ее полного изъятия из… … Википедия
Жизненный цикл информационной системы это процесс ее построения и развития. Жизненный цикл информационной системы период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания информационной системы и заканчивается в… … Википедия, О. В. Казарин. В книге рассмотрены теоретические и прикладные аспекты проблемы зашиты программного обеспечения от различного рода злоумышленных действий. Особое внимание уделено моделям и методам создания…
ПО – комплекс программ, предназначенный для решения задачи. Жизненный цикл ПО – отрезок времени от момента возникновения необходимости в создании ПО до момента снятия его с эксплуатации. Стадии жизненного цикла ПО, которые могут протекать как последовательно, так и пераллельно, так и квазипараллельно:
1. разработка;
2. эксплуатация;
3. сопровождение.
На фазе сопровождения, как правило, выполняются следующие виды работ:
При проведении разработки чётко выделяют следующие этапы:
Модели жизненного цикла ПО:
§ каскадная модель
§ спиральная модель – при прохождении одного витка спирали результатом является версия ПО. После испытаний принимается решение о разработки следующей версии, либо неразработки, если данная версия удовлетворяет требованиям технического задания полностью.
31. Техническое задание (ГОСТ 19.201 – 78). Его основные разделы и их содержание.
В соответствии с этим стандартом в техническое задание включаются следующие разделы:
2. введение;
3. основание для разработки;
4. назначение разработки;
5. требования к программному изделию;
6. требования к документации;
7. технико-экономические показатели;
8. стадии и этапы разработки;
9. порядок контроля и приёмки
10. приложение.
Введение:
§ наименование;
§ краткая характеристика в области применения ПО.
Основное назначение этого раздела – продемонстрировать актуальность данной разработки и какое место эта разработка занимает в ряду подобных.
Основание для разработки:
§ наименование документа, на основании которого ведётся разработка;
§ организация, утвердившая данный документ;
§ наименование или условное обозначение темы разработки.
Таким документом может служить план, приказ, договор и т.д.
Назначение разработки:
§ описание функционального и эксплуатационного назначения данной системы с указанием категории её пользователей.
Требования к программе или к программному изделию.
Этот раздел должен включать следующие подразделы:
1. требования к функциональным характеристикам;
2. требования к надёжности;
3. условия эксплуатации;
4. требования к составу и параметрам технических средств;
5. требования к информационной и программной совместимости;
6. требования к маркировке и упаковке;
7. требования к транспортированию и хранению.
В разделе требований к функциональным характеристикам должны быть перечислены все функции и описаны состав, характеристики и формы представления исходных данных и результатов. В этом же разделе при необходимости указывают критерии эффективности (максимальное время ответа системы, максимальный объём используемой памяти).
В разделе требования к надёжности должен быть указан уровень надёжности ПО, который должен быть обеспечен при разработке. В системах с обычными требованиями надёжности, т.е. не относящихся к системам в которых существует риск жизни людей, дополнительно указывают действия разработки системы, направленные на увеличение надёжности системы (создание резервных копий, блокировка опасных действий).
В разделе условия эксплуатации указывают особые требования к условиям эксплуатации ПО (температура, влажность). Такие требования необходимы, когда ПО будет работать (эксплуатироваться) в условиях, отличных от центра разработки. Если условия не отличаются, дополнительно указывают, что требования не предъявляются или же вообще опускают этот раздел. В этом разделе иногда указывают виды требуемого обслуживания, квалификацию обслуживающего персонала.
В разделе требования к составу и параметрам технических средств указывают необходимый состав и основные характеристики технических средств. В этом разделе обычно указывают две конфигурации технических средств: минимальные и номинальные.
В разделе требования к информационной и программной совместимости при необходимости можно задать методы программирования, среду разработки и используемую операционную систему. Если предполагается, что ПО будет эксплуатироваться с другими ПО, то в этом разделе следует привести перечень этих ПО и подробно описать интерфейс взаимодействия на уровне форматов данных и API-функций.
В разделе требования к маркировке и упаковке указываются способы маркировки и упаковки ПО.
В разделе требования к транспортированию и хранению указываются условия транспортирования, места хранения, условия складирования и сроки хранения в различных условиях.
В разделе специальных требований указываются требования, не относящиеся ни к одному из ранее описанных разделов.
Требования к программной документации.
В этом разделе приводят перечень программной и эксплуатационной документации, которая должна быть разработана вместе с программным изделием. При необходимости в нём указываются специальные требования к структуре и составу документов. Минимальный объём документации: руководство пользователя.
Технико-экономические показатели.
Стадии и этапы разработки.
В нём указывают стадии и этапы разработки выполняемых работ с указанием сроков и исполнителей.
Порядок контроля и приёмки.
В нём указывают порядок проведения испытаний и общие требования по проведению приёмки.
Приложение: перечень НИР, обоснования, расчёты, и другие документы, которые следует использовать для разработки.
В зависимости от особенностей разрабатываемого ПО разрешается уточнять описанные разделы, вводить новые или объединять существующие.
32. Структурное проектирование ПО: метод структурного анализа, проектирование модульной структуры.
Метод структурного анализа базируется на ряде общих принципов, перечисленных ниже.
1. Принцип декомпозиции и иерархического упорядочивания , который заключается в разбиении большой и сложной проблемы на множество меньших независимых подзадач, легких для понимания и решения. Причем декомпозиция может осуществляться и для уже выделенных подзадач. В результате такой последовательной декомпозиции специфицируемая система может быть понята и построена по уровням иерархии, каждый из которых добавляет новые детали.
2. Принцип абстрагирования заключается в выделении существенных с некоторых позиций аспектов системы и отвлечения от несуществующих с целью представления проблемы в удобном общем виде.
3. Принцип формализации заключается в необходимости строгого методологического подхода и решению проблемы.
4. Принцип сокрытия заключается в "упрятывании" несущественной на определенном этапе информации: каждая часть "знает" только то, что необходимо.
5. Принцип полноты заключается в контроле на присутствие лишних элементов.
6. Принцип непротиворечивости заключается в обоснованности и согласованности элементов.
7. Принцип логической независимости заключается в концентрации внимания на логическом проектировании для обеспечения независимости от физического исполнения.
8. Принцип независимости данных заключается в том, что модели данных должны быть проанализированы и спроектированы независимо от процессов их логической обработки, а также от их физической структуры и распределения в памяти вычислительной системы.
9. Принцип структурирования данных заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.
Руководствуясь всеми принципами в комплексе, можно на этапе специфицирования понять, что будет представлять из себя разрабатываемое программное обеспечение, обнаружить промахи и недоработки, что, в свою очередь, облегчит работы на последующих этапах жизненного цикла.
Для целей специфицирования систем в структурном анализе используются три группы средств, иллюстрирующих:
* функции, которые система должна выполнять;
* отношения между данными;
* зависящее от времени поведение системы (аспекты реального времени).
Для этого применяются:
* DFD (Data Flow Diagrams) – диаграммы потоков данных совместно со словарями данных и спецификациями процессов;
* ERD (Entity–Relationship Diagrams) – диаграммы сущность–связь;
* STD (State Transition Diagrams) – диаграммы переходов–состояний.
DFD показывает внешние по отношению к системе источники и приемники данных, идентифицирует логические функции (процессы) и группы элементов данных, связывающие одну функцию с другой (потоки), а также идентифицирует хранилища (накопители данных), к которым осуществляется доступ. Структуры потоков данных и определение их компонентов хранятся в словаре данных. Каждая логическая функция может быть детализирована DFD нижнего уровня. Когда детализация исчерпана, переходят к описанию логики с помощью спецификации процесса.
Структура каждого хранилища описывается с помощью ERD. В случае наличия реального времени DFD дополняется средствами описания, зависящего от времени поведения системы, которые описываются с помощью STD. Эти связи показаны на рисунке.
Взаимосвязь средств структурного анализа
Проектирование модульной структуры. Модуль – это отдельная функционально законченная программная единица, которая может применяться самостоятельно, либо быть частью программы. Программное обеспечение создается на основе модульной структуры, состоящей из отдельных модулей.
К преимуществам разработки ПО с использованием модулей можно отнести следующее:
Для проектирования и документирования модульной структуры применяются структурные карты Константайна (Constantine), которые являются моделью отношений между программными модулями.
Структурная карта представляет собой ориентированный граф. Узлы структурных карт соответствуют модулям и областям данных, а дуги изображают межмодульные вызовы. При этом циклические и условные вызовы моделируются специальными узлами, привязанными к дугам.
Элементы структурных карт.
Базовым элементом структурной карты является модуль. Можно выделить различные типы модулей:
1. Собственно модуль используется для представления обрабатывающего фрагмента ПО и для локализации его на диаграмме.
2. Подсистема – совокупность ранее определенных модулей. Может повторно использоваться любое число раз на любых диаграммах.
3. Библиотека отличается от подсистемы тем, что определена вне контекста системы.
4. Область данных используется для указания модулей, содержащих области глобальных (распределенных) переменных.
Типы модулей на структурных картах.
При построении структурных карт добавление модулей и увязывание их вместе осуществляется с использованием потоков, демонстрирующих иерархию вызовов. Различают последовательный и параллельный вызовы. При последовательном вызове модули могут вызываться в любом порядке или одновременно.
Для моделирования условных и циклических вызовов применяются условные и итерационные узлы.
Изображения условного и итерационного вызовов.
Типовые модульные структуры. В зависимости от задач, решаемых разработчиком, и от выбранного метода проектирования модульное ПО может иметь одну из следующих основных структур: монолитно - модульную; последовательно - модульную; модульно - иерархическую; модульно - хаотическую.
а - монолитная; б - последовательная; в - иерархическая; г – хаотическая.
Монолитно - модульная структура включает в себя большой программный модуль, реализующий большую часть возложенных на программу функций. Из этой части имеется незначительное число обращений к другим программным модулям значительно меньшего размера. Такая структура несет на себе все недостатки немодульного принципа программирования: она сложна для понимания, проверки и сопровождения.
Последовательно - модульная структура включает в себя несколько последовательно передающих друг другу управление модулей. Эта структура проста и наглядна, но может быть реализована лишь для относительно простых задач.
Модульно - иерархическая структура включает в себя программные модули, располагаемые на разных уровнях иерархии. Модули верхних уровней управляют работой модулей нижних уровней. Подобная структура наиболее предпочтительна и позволяет строить достаточно сложные программы.
Модульно - хаотические структуры. Такие программы сложны для проверки и сопровождения. Эта структура допустима только в системах реального времени с жесткими объемно-временными характеристиками, когда с помощью программ с другой структурой невозможно их достичь.
Общие правила структурного построения ПО. На начальных этапах разработки ПО формируется его структура и общие правила взаимодействия компонентов, которые состоят в следующем:
Понятие «жизненный цикл» предполагает нечто рождающееся, развивающееся и умирающее. Подобно живому организму программные изделия создаются, эксплуатируются и развиваются во времени.
Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя все этапы его развития: от возникновения потребности в нем до полного прекращения его использования вследствие морального старения или потери необходимости решения соответствующих задач.
Можно выделить несколько фаз существования программного изделия в течение его жизненного цикла. Общепринятых названий для этих фаз и их числа пока еще нет. Но и особых разногласий по этому вопросу нет. Поэтому существует несколько вариантов разбиения жизненного цикла программного обеспечения на этапы. Вопрос о том, лучше ли данное конкретное разбиение, чем другие, не является основным. Главное, необходимо правильно организовать разработку программного обеспечения с их учетом.
По длительности жизненного цикла программные изделия можно разделить на два класса: с малым и большим временем жизни. Этим классам программ соответствуют гибкий (мягкий) подход к их созданию и использованию и жесткий промышленный подход регламентированного проектирования и эксплуатации программных изделий. В научных организациях и вузах, например, преобладают разработки программ первого класса, а в проектных и промышленных организациях - второго.
Программные изделия с малой длительностью эксплуатации создаются в основном для решения научных и инженерных задач, для получения конкретных результатов вычислений. Такие программы обычно относительно невелики. Они разрабатываются одним специалистом или маленькой группой. Главная идея программы обсуждается одним программистом и конечным пользователем. Некоторые детали заносятся на бумагу, и проект реализуется в течение нескольких дней или недель. Они не предназначены для тиражирования и передачи для последующего использования в другие коллективы. По существу, такие программы являются частью научно-исследовательской работы и не могут рассматриваться как отчуждаемые программные изделия.
Их жизненный цикл состоит из длительного интервала системного анализа и формализации проблемы, значительного этапа проектирования программ и относительно небольшого времени эксплуатации и получения результатов. Требования, предъявляемые к функциональным и конструктивным характеристикам, как правило, не формализуются, отсутствуют оформленные испытания программ. Показатели их качества контролируются только разработчиками в соответствии с их неформальными представлениями.
Программные изделия с малой длительностью эксплуатации
Сопровождение и модификация таких программ не обязательны, и их жизненный цикл завершается после получения результатов вычислений. Основные затраты в жизненном цикле таких программ приходятся на этапы системного анализа и проектирования, которые продолжаются от месяца до 1…2 лет, в результате
чего жизненный цикл программного изделия редко превышает 3 года.
Программные изделия с большой длительностью эксплуатации создаются для регулярной обработки информации и управления. Структура таких программ сложная. Их размеры могут изменяться в широких пределах (1...1000 тыс. команд), однако все они обладают свойствами познаваемости и возможности модификации в процессе длительного сопровождения и использования различными специалистами. Программные изделия этого класса допускают тиражирование, они сопровождаются документацией как промышленные изделия и представляют собой отчуждаемые от разработчика программные продукты.
Программные изделия с большой длительностью эксплуатации
Их проектированием и эксплуатацией занимаются большие коллективы специалистов, для чего необходима формализация программной системы, а также формализованные испытания и определение достигнутых показателей качества конечного продукта. Их жизненный цикл составляет 10...20 лет. До 70...90 % этого времени приходится на эксплуатацию и сопровождение. Вследствие массового тиражирования и длительного сопровождения совокупные затраты в процессе эксплуатации и сопровождения таких программных изделий значительно превышают затраты на системный анализ и проектирование.
Все последующее изложение акцентирует внимание на теме разработки крупных (сложных) программных средств управления и обработки информации.
Обобщенная модель жизненного цикла программного изделия может выглядеть так:
I . Системный анализ:
а) исследования;
б) анализ осуществимости:
Эксплуатационной;
Экономической;
Коммерческой.
II . Проектирование программного обеспечения:
а) конструирование:
Функциональная декомпозиция системы, ее архитектура;
Внешнее проектирование программного обеспечения;
Проектирование базы данных;
Архитектура программного обеспечения;
б) программирование:
Внутреннее проектирование программного обеспечения;
Внешнее проектирование программных модулей;
Внутреннее проектирование программных модулей;
Кодирование;
Отладка программ;
Компоновка программ;
в) отладка программного обеспечения.
III . Оценка (испытания) программного обеспечения.
IV . Использование программного обеспечения:
а) эксплуатация;
б) сопровождение.
I . Системный анализ. В начале разработки программного обеспечения проводят системный анализ (предварительное его проектирование), в ходе которого определяются потребность в нем, его назначение и основные функциональные характеристики. Оцениваются затраты и возможная эффективность применения будущего программного изделия.
На этом этапе составляется перечень требований, то есть четкое определение того, что пользователь ожидает от готового продукта. Здесь же осуществляется постановка целей и задач, ради реализации которых и разрабатывается сам проект. В фазе системного анализа можно выделить два направления: исследование и анализ осуществимости.
Исследования начинаются с того момента, когда руководитель разработки осознает потребность в программном обеспечении.
Работа состоит в планировании и координации действий, необходимых для подготовки формального рукописного перечня требований к разрабатываемому программному изделию.
Исследования заканчиваются тогда, когда требования сформированы в таком виде, что становятся обозримыми и при необходимости могут быть модифицированы и одобрены ответственным руководителем.
Анализ осуществимости есть техническая часть исследований и начинается тогда, когда намерение руководства окрепнет настолько, что назначается руководитель проекта, организующий проектирование и распределение ресурсов (рабочей силы).
Работа заключается в исследовании предполагаемого программного изделия с целью получения практической оценки возможности реализации проекта, в частности определяются:
- осуществимость эксплуатационная , будет ли изделие достаточно удобно для практического использования?
- осуществимость экономическая , приемлема ли стоимость разрабатываемого изделия? Какова эта стоимость? Будет ли изделие экономически эффективным инструментом в руках пользователя?
- осуществимость коммерческая, будет ли изделие привлекательным, пользоваться спросом, легко устанавливаемым, приспособленным к обслуживанию, простым в освоении?
Эти и другие вопросы необходимо решать главным образом при рассмотрении указанных выше требований.
Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.
Прежде чем продолжить дальнейшую работу над проектом необходимо удостовериться, что вся необходимая информация получена. Эта информация должна быть точной, понятной и осуществимой. Она должна представлять собой полный комплекс требований удовлетворяющих пользователя к разрабатываемому программному продукту, оформляемый в виде спецификации.
При несоблюдении данного требования можно значительно замедлить реализацию проекта в будущем вследствие многократного повторного обращения к пользователю за уточнением неверно трактованных деталей, неоговоренных условий и, как следствие, потребуется переделка уже разработанных его частей.
Часто в период системного анализа принимается решение о прекращении дальнейшей разработки программного обеспечения.
II . Проектирование программного обеспечения. Проектирование является основной и решающей фазой жизненного цикла программного обеспечения, во время которого создается и на 90% приобретает свою окончательную форму программное изделие.
Эта фаза жизни охватывает различные виды деятельности проекта и может быть разделена на три основных этапа: конструирование, программирование и отладку программного изделия.
Конструирование программного обеспечения обычно начинается ещё в фазе анализа осуществимости, как только оказываются зафиксированными на бумаге некоторые предварительные цели и требования к нему.
К моменту утверждения требований работа в фазе конструирования будет в самом разгаре.
На этом отрезке жизни программного обеспечения осуществляют:
Функциональную декомпозицию решаемой задачи, на основе которой определяется архитектура системы этой задачи;
Внешнее проектирование программного обеспечения, выражающееся в форме внешнего взаимодействия его с пользователем;
Проектирование базы данных, если это необходимо;
Проектирование архитектуры программного обеспечения - определение объектов, модулей и их сопряжения.
Программирование начинается уже в фазе конструирования, как только станут доступными основные спецификации на отдельные компоненты программного изделия, но не ранее утверждения соглашения о требованиях. Перекрытие фаз программирования и конструирования приводит к экономии общего времени разработки, а также к обеспечению проверки правильности проектных решений, и в некоторых случаях влияет на решение ключевых вопросов.
На этом этапе выполняется работа, связанная со сборкой программного изделия. Она состоит в подробном внутреннем конструировании программного продукта, в разработке внутренней логики каждого модуля системы, которая затем выражается текстом конкретной программы.
Фаза программирования завершается, когда разработчики закончат документирование, отладку и компоновку отдельных частей программного изделия в одно целое.
Отладка программного обеспечения осуществляется после того, когда все его компоненты будут отлажены по отдельности и собраны в единый программный продукт.
III . Оценка (испытания) программного обеспечения. В этой фазе программное изделие подвергается строгому системному испытанию со стороны группы лиц, не являющихся разработчиками.
Это делается для того, чтобы гарантировать, что готовое программное изделие удовлетворяет всем требованиям и спецификациям, может быть использовано в среде пользователя, свободно от каких-либо дефектов и содержит необходимую документацию, которая точно и полно описывает программное изделие.
Фаза оценки начинается, как только все компоненты (модули) собраны вместе и испытаны, т.е. после полной отладки готового программного продукта. Она заканчивается после получения подтверждения, что программное изделие прошло все испытания и готово к эксплуатации.
Она продолжается так же долго, как и программирование.
IV . Использование программного обеспечения. Если системный анализ - сигнал к бою, проектирование - атака и возвращение с победой, то использование программного изделия -это ежедневная оборона, жизненно необходимая, но обычно не почетная для разработчиков.
Такое сравнение уместно ввиду того, что во время использования программного изделия исправляются ошибки, вкравшиеся в процессе его проектирования.
Фаза использования программного изделия начинается тогда, когда изделие передается в систему распределения.
Это то время, в течение которого изделие находится в действии и используется эффективно.
В это время выполняются обучение персонала, внедрение, настройка, сопровождение и, возможно, расширение программного изделия - так называемое продолжающееся проектирование.
Фаза использования заканчивается, когда изделие изымается из употребления и упомянутые выше действия прекращаются. Отметим, однако, что программное изделие может долго применяться кем-либо еще и после того, как фаза использования в том виде, как она определена здесь, завершится. Потому что этот некто может плодотворно использовать программное изделие у себя даже без помощи разработчика.
Использование программного продукта определяется его эксплуатацией и сопровождением.
Эксплуатация программного изделия заключается в исполнении, функционировании его на ЭВМ для обработки информации и в получении результатов, являющихся целью его создания, а также, в обеспечении достоверности и надежности выдаваемых данных.
Сопровождение программного обеспечения состоит в эксплуатаци он ном обслуживании, развитии функциональных возможностей и повышении эксплуатационных характеристик програм мно го изделия, в тиражировании и переносе программного изделия на различные типы вычислительных средств.
Сопровождение играет роль необходимой обратной связи от этапа эксплуатации.
В процессе функционирования программного обеспечения возможно обнаружение ошибок в программах, и появляется необходимость их модификации и расширения функций.
Эти доработки, как правило, ведутся одновременно с эксплуатацией текущей версии программного изделия. После проверки подготовленных корректировок на одном из экземпляров программ очередная версия программного изделия заменяет ранее эксплуатировавшиеся или некоторые из них. При этом процесс эксплуатации программного изделия может быть практически непрерывным, так как замена версии программного изделия является кратковременной. Эти обстоятельства приводят к тому, что процесс эксплуатации версии программного изделия обычно идет параллельно и независимо от этапа сопровождения.
Перекрытие между фазами жизненного цикла программного изделия
Возможны и обычно желательны перекрытия между разными фазами жизненного цикла программного изделия. Однако не должно быть никакого перекрытия между несмежными процессами.
Возможна обратная связь между фазами. Например, во время одного из шагов внешнего проектирования могут быть обнаружены погрешности в формулировке целей, тогда нужно немедленно вернуться и исправить их.
Рассмотренная модель жизненного цикла программного изделия с некоторыми изменениями, может служить моделью и для малых проектов.
Например, когда проектируется единственная программа, то часто обходятся без проектирования архитектуры системы и
проектирования базы данных; процессы исходного и детального внешнего проектирования зачастую сливаются воедино и т.п.
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.
Жизненный цикл программного обеспечения
Одним из базовых понятий методологии проектирования ПО является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.
Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО. В данном стандарте ПО (программный продукт) определяется как набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанной с ним документации и данных. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными от других процессов, и результатами.
Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:
· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
· вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
Модели жизненного цикла ПО
Модель жизненного цикла - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи стадий и этапов, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ПО и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Основные модели ЖЦ следующие.
1. Каскадная модель (до 70-х годов XX в) определяет последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего.
Для этой модели характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.
Достоинство : хорошие показатели по срокам разработки и надежности при решении отдельных задач.
Недостаток : неприменимость к большим и сложным проектам из-за изменчивости требований к системе в течение длительного проектирования.
2. Итерационная модель (70-80-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «снизу - вверх». Допускает итерационные возвраты на предыдущие этапы после выполнения очередного этапа;
Модель предусматривает обобщение полученных проектных решений отдельных задач в общесистемные решения. При этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований.
Достоинство: возможность оперативно вносить коррективы в проект.
Недостаток: при большом числе итераций растет время проектирования, возникают расхождения в проектных решениях и документации, запутывается функциональная и системная архитектура созданной ПО. Необходимость в перепроектировании старой или создании новой системы может возникнуть сразу после этапа внедрения или эксплуатации.
3. Спиральная модель (80-90-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «сверху - вниз». Предполагает использование программного прототипа, допускающего программное расширение. Проект системы циклически повторяет путь от детализации требований к детализации программного кода.
При проектировании архитектуры системы сначала определяется состав функциональных подсистем и решаются общесистемные вопросы (организация интегрированной базы данных, технология сбора, передачи и накопления информации). Затем формулируются отдельные задачи и разрабатывается технология их решения.
При программировании сначала разрабатываются головные программные модули, а затем - модули, исполняющие отдельные функции. Сначала обеспечивается взаимодействие модулей между собой и с базой данных, а затем - реализация алгоритмов.
Достоинства:
1. сокращение число итераций и, следовательно, число ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять;
2. сокращение сроков проектирования;
3. упрощение создания проектной документации.
Недостаток: высокие требования к качеству общесистемного репозитория (общей базы проектных данных).
Спиральная модель лежит в основе технологии быстрой разработки приложений или RAD-технологии (rapid application development), которая предполагает активное участие конечных пользователей будущей системы в процессе ее создания. Основные стадии информационного инжиниринга следующие:
· Анализ и планирование информационной стратегии. Пользователи вместе со специалистами-разработчиками участвуют в идентификации проблемной области.
· Проектирование. Пользователи под руководством разработчиков принимают участие в техническом проектировании.
· Конструирование. Разработчики проектируют рабочую версию ПО с использованием языков 4-го поколения;
· Внедрение. Разработчики обучают пользователей работе в среде новой ПО.
