Модели жизненного цикла программного обеспечения. Вспомогательные процессы жц по Процессы жизненного цикла программных продуктов

Структура жизненного цикла по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов: основные, вспомогательные, организационные.

Основные процессы жизненного цикла.

Основные процессы включают в себя набор определенных действий и связанных с ними задач, которые должны быть выполнены в течение жизненного цикла программного продукта (ПП).

К основным процессам жизненного цикла ПО относятся процессы приобретения, поставки, разработки, эксплуатации и сопровождения.

Процесс приобретения охватывает действия заказчика по приобретению ПП. К этим действиям относятся:

• 1) Инициирование приобретения включает в себя много задач, в том числе определение заказчиком своих потребностей в приобретении, разработки или усовершенствование системы ПП.
• 2) Подготовка заявочных предложений подразумевает разработку и составление предложений, которые должны содержать: требования к разрабатываемой или покупаемой системе; перечень необходимых ПП; условия и соглашения; технические ограничения.
• 3) Подготовка и корректировка договора включает в себя следующие задачи: выбор поставщиком критерия оценки предложений; выбор конкретного поставщика на основе анализа предложений; подготовка и заключение договора с поставщиком; внесение изменений (при необходимости) в договор в процессе его выполнения.
• 4) Надзор за деятельностью поставщика осуществляется в соответствии с действиями, предусмотренными в процессе совместной оценки аудита.
• 5) Приемка и завершение работ.

В процессе приемки подготавливаются и выполняются необходимые тесты. Завершение работ по договору осуществляется в случае удовлетворения всем условиям приемки.

Процесс поставки охватывает действия и задачи поставщика при снабжении заказчика ПП или услугой.

К этим действиям относятся:

• 1) Инициирование поставки заключается в рассмотрении поставщиком заявочных предложений и принятия решения.
• 2) Подготовка ответа на заявочные предложения выполняются в соответствии с принятыми решениями.
• 3) Подготовка договора осуществляется после выбора заказчиком конкретного поставщика.
• 4) Планирование выполняется после заключения договора и включает в селя следующие задачи: принятие решения поставщиком относительно выполнения работ своими силами или с подключением субподрядчика; разработку поставщиком плана управления проектом, содержащего организационную структуру проекта, разграничение ответственности, технические требования к среде разработки, управление субподрядчиками.
• 5) Выполнение и контроль.
• 6) Проверка и оценка.
• 7) Поставка и завершение работ выполняется в соответствии с оговоренными в процессе инициирования действиями по приемки и завершении работ.

Процесс разработки охватывает действия и задачи разработчика и предусматривает следующие основные направления работ:

• 1) Создание ПП и его компонентов с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации.
• 2) Подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и качества ПП.
• 3) Подготовку материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д.

Процесс эксплуатации охватывает действия и задачи оператора - организации, занимающейся эксплуатацией разработанного ПП. К этим действиям относятся: подготовительная работа, эксплуатационное тестирование, эксплуатация системы, поддержка пользователей заключается в оказании помощи и консультациях при обнаружении ошибок в процессе эксплуатации ПП.

Процесс сопровождения. Данный процесс активизируется при изменениях (модернизации) ПП и соответствующей документации, вызванных возникшими проблемами.

Основной целью этих процессов является создание надежного, полностью удовлетворяющего требованиям заказчика ПП в установленные договором сроки.

Вспомогательные процессы жизненного цикла

Основной целью этих процессов является создание надежного, полностью удовлетворяющего требованиям заказчика ПП в установленные договором сроки. К вспомогательным относятся процессы документирования, управления конфигурацией, обеспечения качества, верификации, аттестации, совместной оценки, аудита, разрешения проблем.

Процесс документирования предусматривает формализованное описание информации, созданной в течении жизненного цикла ПП.

Этот процесс включает в себя:

• 1) Подготовительную работу, которая требуется для определения и согласования необходимого перечня документов и документируемых процедур.
• 2) Проектирование и разработку документации, которые выполняются в процессе работы над ПП и завершается одновременно с завершением его ЖЦ.
• 3) Выпуск документации, который осуществляется по мере ее готовности.
• 4) Сопровождение включает в себя действия по корректировки и обновлению документации в процессе жизненного цикла ПП.

Процесс управления конфигурацией предполагает применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПП.

Под конфигурацией ПП понимается совокупность его функциональных и физических характеристик, установленных в технической документации и реализованных в ПП.

Этот процесс включает в себя:

• 1) Подготовительную работу, которая заключается в планировании управления конфигурацией.
• 2) Идентификацию конфигурации - устанавливает правила, с помощью которых можно однозначно идентифицировать и различать компоненты ПП и их версии. Кроме того каждому компоненту и его версиям соответствует однозначно обозначаемый комплект документации.
• 3) Контроль конфигурации - предназначен для систематической оценки предполагаемых модификаций ПП и координированной их реализации с учетом эффективности каждой модификации и затрат на ее выполнение.
• 4) Учет состояния конфигурации - представляет собой регистрацию состояния компонентов ПП, подготовку отчетов обо всех реализованных и отвергнутых модификациях версий компонентов ПП.
• 5) Оценку конфигурации - заключается в оценки функциональной полноты компонентов ПП.
• 6) Управление выпуском и поставкой включает в себя изготовление эталонных копий программ и документации, их хранение и поставку пользователям в соответствии с порядком, принятом в организации.

Процесс обеспечения качества обеспечивает соответствующую гарантию того, что ПП и процессы его жизненного цикла соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам.

Для получения достоверных оценок создаваемого ПП процесс обеспечения его качества должен происходить независимо от субъектов, непосредственно связанных с разработкой ПП.

Процесс верификации состоит в доказательстве, того, что ПП, являющийся результатом некоторого действия полностью удовлетворяет требования или условия, зависящих от предшествующих действий.

Верификация может проводиться как самим исполнителем, так и другим специалистом данной организации, а так же специалистом сторонней организации. Верификация в узком смысле означает формальное доказательство правильности ПП. Данный процесс может включать в себя анализ, оценку и тестирование.

Процесс аттестации предусматривает определение полноты соответствия заданных требований к создаваемой системе или ПП.

Под аттестацией обычно понимают подтверждение и оценку достоверности проведенного тестирования ПП. Аттестация должна гарантировать полное соответствие, а также возможность его безопасного и надежного применения пользователем.

Процесс совместной оценки предназначен для оценки состояния работ по проекту и ПП. Он заключается, в основном, в контроле за планированием и управлением ресурсами, персоналом, аппаратурой и инструментальными средствами проекта.

Процесс аудита представляет собой определение соответствия требованиям, планам и условиям договора как хода выполнения работ по созданию ПП, так и самого продукта.

Аудит служит для установления соответствия реальных работ и отчетов, поэтому аудиторы (ревизоры) не должны иметь прямой зависимости от разработчиков ПП.

Процесс разрешения проблем предусматривает анализ и решение проблем, обнаруженных в ходе разработки, эксплуатации и других процессов, независимо от их проблемы или источника. Каждая обнаруженная проблема должна быть идентифицирована, описана, проанализирована и разрешена.

Разрешение проблем проводится на всем протяжении жизненного цикла ПП.

Организационные процессы жизненного цикла

Основной целью организационных процессов является организация процесса разработки надежного, полностью удовлетворяющего требованиям заказчика программного продукта в установленные договором сроки и управление этим процессом. К организационным относятся процессы управления, создания инфраструктуры, усовершенствования, обучения.

Процесс управления проектами состоит из действий и задач, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами. Данная сторона (менеджер) отвечает за управление за управление выпуска продукта, проектом и задачами соответствующих процессов, таких как приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение и др.

Процесс создания инфраструктуры охватывает выбор и поддержку (сопровождение) технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установку аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации и сопровождения ПП.

Процесс усовершенствования предусматривает оценку, измерение, контроль, усовершенствование процессов ЖЦ ПП.

Усовершенствование процессов ЖЦ ПП направлено на повышение производительности труда всех участвующих в них специалистов за счет совершенствования используемой технологии, методов управления, выбора инструментальных средств и обучения персонала.

Процесс обучения охватывает первоначальное обучение и последующее повышение квалификации персонала. Основные процессы в значительной степени зависят от уровня знаний и квалификации персонала.

Для этого процесса должны быть запланированы необходимые ресурсы и технические средства автоматизации.

И. Н. Скопин

Рассматривается моделирование жизненного цикла программного обес-печения как основа технологичной разработки программ. Представлены разные подходы к моделированию жизненного цикла, отражающие различ-ные представления о назначении такого моделирования. Описываются осо-бенности объектно-ориентированного моделирования жизненного цикла, в том числе и учет непрерывно поступающих требований к разрабатываемому проекту.

Введение

Понятие жизненного цикла программного обеспечения появилось, когда программистское сообщество осознало необходимость перехода от кустарных ремесленнических методов разработки программ к технологичному промышленному их производству. Как обычно происходит в подобных ситуациях, программисты попытались перенести опыт других индустриальных производств в свою сферу. В частности, было заимствовано понятие жизненного цикла.

Аналогия жизненного цикла программного обеспечения с техническими системами имеет более глубокие корни, чем это может показаться на первый взгляд. Программы не подвержены физическому износу, но в ходе их эксплуатации обнаруживаются ошибки (неисправности), требующие исправления. Ошибки возникают также от изменения условий использования программы. Последнее же является принципиальным свойством программного обеспечения, иначе оно теряет свой смысл. Поэтому правомерно говорить о старении программ , хотя не о физическом старении, а о моральном.

Необходимость внесения изменений в действующие программы как из-за обнаруживаемых ошибок, так и по причине развития требований приводит по сути дела к тому, что разработка программного обеспечения продолжается после передачи его пользователю и в течение всего времени жизни программ. Деятельность, связанная с решением довольно многочисленных задач такой продолжающейся разработки, получила название сопровождения программного обеспечения (рис. 1).

Рис. 1. Разработка, использование и сопровождение программного обеспечения

Исторически развитие концепций жизненного цикла связано с поиском для него адекватных моделей. Как и всякая другая, модель жизненного цикла является абстракцией реального процесса, в которой опущены детали, несущественные с точки зрения назначения модели. Различие назначений применения моделей определяет их разнообразие.

Основные причины, из-за которых нужно изучать вопросы моделирования жизненного цикла программного обеспечения, можно сформулировать следующим образом.

Во-первых, это знание даже для непрофессионального программиста помогает понять, на что можно рассчитывать при заказе или приобретении программного обеспечения и что нереально требовать от него. В частности, неудобные моменты работы с программой, ее ошибки и недоработки обычно устраняются в ходе продолжающейся разработки, и есть основания ожидать, что последующие версии будут лучше. Однако кардинальные изменения концепций программы - задача другого проекта, который совсем необязательно будет во всех отношениях лучше данной системы.

Во-вторых, модели жизненного цикла - основа знания технологий программирования и инструментария, поддерживающего их. Программист всегда применяет в своей работе инструменты, но квалифицированный программист знает, где, когда и как их применять. Именно в этом помогают понятия моделирования жизненного цикла: любая технология базируется на определенных представлениях о жизненном цикле, выстраивает свои методы и инструменты вокруг фаз и этапов жизненного цикла.

В-третьих, общие знания того, как развивается программный проект, дают наиболее надежные ориентиры для его планирования, позволяют экономнее расходовать ресурсы, добиваться более высокого качества управления. Все это относится к сфере профессиональных обязанностей руководителя программного проекта.

В настоящей работе модели жизненного цикла представлены в таком виде, позволяющем рассматривать их, абстрагируясь от специфики разработки конкретных программных систем. Описываются традиционные модели и их развитие, приспособленное к потребностям объектно-ориентированного проектирования.

1. Модели традиционного представления
о жизненном цикле

1.1. Общепринятая модель

Вероятно, самым распространенным мотивом обращения к понятию жизненного цикла является потребность в систематизации работ в соответствии с технологическим процессом. Этому назначению хорошо соответствует так называемая общепринятая модель жизненного цикла программного обеспечения, согласно которой программные системы проходят в своем развитии две фазы :

• разработка,
• сопровождение.

Фазы разбиваются на ряд этапов (рис. 2).

Рис. 2. Общепринятая модель жизненного цикла программного обеспечения

Разработка начинается с идентификации потребности в новом приложении, а заканчивается передачей продукта разработки в эксплуатацию.

Первым этапом фазы разработки является постановка задачи и определение требований . Определение требований включает описание общего контекста задачи, ожидаемых функций системы и ее ограничений. На этом этапе заказчик совместно с разработчиками принимают решение о создании системы. Особенно существен этот этап для нетрадиционных приложений.

В случае положительного решения начинается этап спецификации системы в соответствии с требованиями . Разработчики программного обеспечения пытаются осмыслить выдвигаемые заказчиком требования и зафиксировать их в виде спецификаций системы. Важно подчеркнуть, что назначение этих спецификаций - описывать внешнее поведение разрабатываемой системы, а не ее внутреннюю организацию, т.е. отвечать на вопрос, что она должна делать, а не как это будет реализовано. Здесь говорится о назначении, а не о форме спецификаций, поскольку на практике при отсутствии подходящего языка спецификаций, к сожалению, нередко приходится прибегать к описанию «что » посредством «как » . Прежде чем приступать к созданию проекта по спецификациям, они должны быть тщательно проверены на соответствие исходным целям, полноту, совместимость (непротиворечивость) и однозначность.

Проблемы языка спецификаций не в том, что нельзя (или трудно) строго и четко описать, что требуется в проекте. В большей степени они связаны с необходимостью добиваться и поддерживать соответствие описания «что » нечетким, неточным и часто противоречивым требованиям со стороны внешних по отношению к проекту людей. Нет оснований полагать, что эти люди будут знакомы с «самым хорошим языком спецификаций», что они будут заботиться о корректности своих требований. Задача этапа спецификаций в том и состоит, чтобы описание программы выстроить в виде логически выверенной системы, понятной как для заказчика данной разработки, будущих пользователей, так и для исполнителей проекта.

Разработка проектных решений, отвечающих на вопрос, как должна быть реализована система, чтобы она могла удовлетворять специфицированным требованиям, выполняется на этапе проектирования . Поскольку сложность системы в целом может быть очень большой, главной задачей этого этапа является последовательная декомпозиция системы до уровня очевидно реализуемых модулей или процедур.

На следующем этапе реализации , или кодирования каждый из этих модулей программируется на наиболее подходящем для данного приложения языке. С точки зрения автоматизации этот этап традиционно является наиболее развитым.

В рассматриваемой модели фаза разработки заканчивается этапом тестирования (автономного и комплексного) и передачей системы в эксплуатацию .

Фаза эксплуатации и сопровождения включает в себя всю деятельность по обеспечению нормального функционирования программных систем, в том числе фиксирование вскрытых во время исполнения программ ошибок, поиск их причин и исправление, повышение эксплуатационных характеристик системы, адаптацию системы к окружающей среде, а также, при необходимости, и более существенные работы по совершенствованию системы. Все это дает право говорить об эволюции системы . В связи с этим, фаза эксплуатации и сопровождения разбивается на два этапа: собственно сопровождение и развитие . В ряде случаев на данную фазу приходится большая часть средств, расходуемых в процессе жизненного цикла программного обеспечения.

Понятно, что внимание программистов к тем или иным этапам разработки зависит от конкретного проекта. Часто разработчику нет необходимости проходить через все этапы, например, если создается небольшая хорошо понятная программа с ясно поставленной целью. Проблемы сопровождения, плохо понимаемые разработчиками небольших программ для личного пользования, являются в то же время очень важными для больших систем.

Такова краткая характеристика общепринятой модели. В литературе встречается много вариантов, развивающих ее в сторону детализации и добавления промежуточных фаз, этапов, стадий и отдельных работ (например, по документированию и технологической подготовке проектов) в зависимости от особенностей программных проектов или предпочтений разработчиков.

1.2. Классическая итерационная модель

Общепринятая модель жизненного цикла является идеальной, так как только очень простые задачи проходят все этапы без каких-либо итераций - возвратов на предыдущие шаги технологического процесса. При программировании, например, может обнаружиться, что реализация некоторой функции очень громоздка, неэффективна и вступает в противоречие с требуемой от системы производительностью. В этом случае требуется перепроектирование, а может быть, и переделка спецификаций. При разработке больших нетрадиционных систем необходимость в итерациях возникает регулярно на любом этапе жизненного цикла как из-за допущенных на предыдущих шагах ошибок и неточностей, так и из-за изменений внешних требований к условиям эксплуатации системы.

Таковы мотивы классической итерационной модели жизненного цикла (рис. 3).

Рис. 3. Классическая итерационная модель

Стрелки, ведущие вверх, обозначают возвраты к предыдущим этапам, квалифицируемые как требование повторить этап для исправления обнаруженной ошибки. В этой связи может показаться странным переход от этапа « Эксплуатация и сопровождение» к этапу «Тестирование и отладка». Дело в том, что рекламации, предъявляемые в ходе эксплуатации системы, часто даются в такой форме, которая нуждается в их перепроверке. Чтобы понять, о каких ошибках идет речь в рекламации, разработчикам полезно предварительно воспроизвести пользовательскую ситуацию у себя, т.е. выполнить действия, которые обычно относят к тестированию.

Классическая итерационная модель абсолютизирует возможность возвратов на предыдущие этапы. Однако это обстоятельство отражает существенный непреодолимый аспект программных разработок, не опирающихся на объектно-ориенти­ро­ван­ное проектирование: стремление заранее предвидеть все ситуации использования системы и невозможность в подавляющем большинстве случаев достичь этого. Все традиционные технологии программирования направлены лишь на то, чтобы минимизировать возвраты. Но суть от этого не меняется: при возврате всегда приходится повторять построение того, что уже считалось готовым.

Иное положение с объектно-ориентированными технологиями. Отказ от завершенности фаз и этапов, вместо чего предлагается распределять наращивание функциональности и интерфейсных возможностей по итерациям, позволяет ослабить требование переделки старого при возвратах. По существу, классическая схема остается верной, но только в рамках одной итерации и с одной важной поправкой: все полезное, что было сделано ранее, сохраняется. Понятно, что для программной системы в целом новый подход требует и новых моделей жизненного цикла, отражающих его особенности, отмеченные ранее. Об этом будет идти речь после изучения основных вариантов традиционных моделей жизненного цикла.

1.3. Каскадная модель

Некоторой более строгой разновидностью классической модели является так называемая каскадная модель , которую можно рассматривать в качестве показательного примера того, какими методами можно минимизировать возвраты.

Характерные черты каскадной модели:
• завершение каждого этапа (они почти те же, что и в классической модели) проверкой полученных результатов с целью устранить как можно большее число проблем, связанных с разработкой изделия;
• циклическое повторение пройденных этапов (как в классической модели).

Мотивация каскадной модели связана с так называемым управлением качеством программного обеспечения. В связи с ней уточняются понятия этапов, некоторые из них структурируются (спецификация требований и реализация).

На рис. 4 приведена схема каскадной модели, построенная как модификация классической итерационной модели. В каждом блоке, обозначающем этап, указано действие, которым этап завершается (наименования этих действий отмечены серым фоном). Из рисунка видно, что в этой модели тестирование не выделяется в качестве отдельного этапа, а считается лишь порогом, через который нужно перейти, чтобы завершить этап, точно так же, как и другие подобные действия.

Рис. 4. Каскадная модель

В соответствии с каскадной моделью завершение этапа определения системных требований включает фиксацию их в виде специальных документов, называемых обзорами того, что от системы требуется (описание функций), а спецификация требований к программам - подтверждением выполнения зафиксированных в обзорах функций в планируемых к реализации программах. Кроме того, подтверждение предполагается и на первом этапе, т.е. после определения требований. Это отражает тот факт, что полученные требования необходимо согласовывать с заказчиком.

Результат проектирования верифицируется , т.е. проверяется, что принятая структура системы и реализационные механизмы обеспечивают выполнимость специфицированных функций.

Реализация контролируется путем тестирования компонент, а после интеграции компонент в систему и комплексной отладки проводится аттестация , т.е. проверка-фиксация фактически реализованных функций системы, описание ограничений реализации и т.п.

В ходе эксплуатации и сопровождения изделия устанавливается, насколько хорошо система соответствует пользовательским запросам, т.е. осуществляется переаттестация .

Каждая из указанных проверок может отослать разработчиков системы к повторению любого из ранее пройденных этапов, что иллюстрируется стрелками на рис. 4. В то же время, каскадная модель разработана в ответ на требование практики разработки программных проектов, в которых за счет преодоления проверочных барьеров достигается минимизация возвратов к пройденным этапам. Такая минимизация возможна не только в плане количества откатов по схеме: за счет ужесточения проверок разработчики пытаются ликвидировать прямые возвраты через несколько этапов. Соответствующая схема, называемая строгой каскадной моделью , представлена на рис. 5.

Рис. 5. Строгая каскадная модель

Поучительно проследить, как в строгой каскадной модели исправляются ошибки ранних этапов. В соответствии с данной схемой разработчики любого этапа в качестве исходных материалов для своей деятельности, т.е. задания на разработку , получают результаты предыдущего этапа, прошедшие соответствующую проверку (в идеале исполнители этапа могут вовсе не знать о более ранних этапах). При проведении работ этапа может быть выяснено, что задание невыполнимо по одной из следующих причин:

• оно противоречиво, т.е. содержит несовместные или невыполнимые требования;
• не выработаны критерии для выбора одного из возможных вариантов решения.

Обе ситуации квалифицируются как ошибки задания , т.е. как ошибки предыдущего этапа. Для исправления обнаруженных ошибок работы предыдущего этапа возобновляются. В результате ошибки либо ликвидируются, либо констатируется невозможность их непосредственного исправления. В первом случае работы этапа, вызвавшего возврат, возобновляются с откорректированным заданием. Второй случай квалифицируется как ошибка более раннего этапа.

Строгая каскадная модель фиксирует два важных момента жизненного цикла:
• точное разделение работ, заданий и ответственности разработчиков этапов и тех, кто, проверяя работы, инициирует переход к следующему этапу;
• малые циклы между соседними этапами, в результате которых до­стигается компромиссное задание.

Первый момент - это шаг к осознанию фактического разделения труда, из которого вполне осуществимо явное выделение технологических и организационных функций, выполняемых на каждом этапе. В результате появляется возможность постановки задачи автоматизированной поддержки этих функций. Второй момент можно трактовать как совместное выполнение работ соседних этапов, т.е. их перекрытие. Однако в рамках каскадной модели эти обстоятельства отражаются лишь косвенно. Продуктивность явного включения их в качестве элементов модели жизненного цикла демонстрируется в следующем разделе.

1.4. Модель фазы-функции

Чрезвычайно важным мотивом развития моделей жизненного цикла программного обеспечения является потребность в подходящем средстве для комплексного управления проектом. По существу, это утверждение указывает на то, что модель должна служить основой организации взаимоотношений между разработчиками, и, таким образом, одной из ее целей является поддержка функций менеджера. Это приводит к необходимости наложения на модель контрольных точек и функций, задающих организационно-временные рамки проекта.

Наиболее последовательно такое дополнение классической схемы реализовано в модели Гантера в виде матрицы «фазы-функции». Уже из упоминания о матрице следует, что модель Гантера имеет два измерения:

• фазовое , отражающее этапы выполнения проекта и сопутствующие им события;
• функциональное , показывающее, какие организационные функции выполняются в ходе развития проекта и какова их интенсивность на каждом из этапов.

В модели Гантера отражено то, что выполнение функции на одном этапе может продолжаться и на следующем. На рис. 6 представлено фазовое измерение модели. Жирной чертой (с разрывом и стрелкой, обозначающей временное направление) изображен процесс разработки . Контрольные точки и наименования событий указаны под этой чертой. Они пронумерованы. Все развитие проекта в модели привязывается к этим контрольным точкам и событиям.

Рис. 6. Фазовое измерение модели фазы-функции

В данной модели жизненный цикл распадается на следующие перекрывающие друг друга фазы (этапы):
• исследования - этап начинается, когда необходимость разработки признана руководством проекта (контрольная точка 0), и заключается в том, что для проекта обосновываются требуемые ресурсы (контрольная точка 1) и формулируются требования к разрабатываемому изделию (контрольная точка 2);
• анализ осуществимости - начинается на фазе исследования, когда определены исполнители проекта (контрольная точка 1), и завершается утверждением требований (контрольная точка 3). Цель этапа - определить возможность конструирования изделия с технической точки зрения (достаточно ли ресурсов, квалификации и т.п.), будет ли изделие удобно для практического использования, ответить на вопросы экономической и коммерческой эффективности;
• конструирование - этап начинается обычно на фазе анализа осуществимости, как только документально зафиксированы предварительные цели проекта (контрольная точка 2), и заканчивается утверждением проектных решений в виде официальной спецификации на разработку (контрольная точка 5);
• программирование - начинается на фазе конструирования, когда становятся доступными основные спецификации на отдельные компоненты изделия (контрольная точка 4), но не ранее утверждения соглашения о требованиях (контрольная точка 3). Совмещение данной фазы с заключительным этапом конструирования обеспечивает оперативную проверку проектных решений и некоторых ключевых вопросов разработки. Цель этапа - реализация программ компонентов с последующей сборкой изделия. Он завершается, когда разработчики заканчивают документирование, отладку и компоновку и передают изделие службе, выполняющей независимую оценку результатов работы (независимые испытания начались - контрольная точка 7);
• оценка - фаза является буферной зоной между началом испытаний и практическим использованием изделия. Она начинается, как только проведены внутренние (силами разработчиков) испытания изделия (контрольная точка 6) и заканчивается, когда подтверждается готовность изделия к эксплуатации (контрольная точка 9);
• использование - начинается в ходе передачи изделия на распространение и продолжается, пока изделие находится в действии и интенсивно эксплуатируется. Этап связан с внедрением, обучением, настройкой и сопровождением, возможно, с модернизацией изделия. Он заканчивается, когда разработчики прекращают систематическую деятельность по сопровождению и поддержке данного программного изделия (контрольная точка 10).

На протяжении фаз жизненного цикла разработчики выполняют следующие технологические (организационные) функции (классы функций):
• планирование,
• разработка,
• обслуживание,
• выпуск документации,
• испытания,
• поддержка,
• сопровождение.

Перечисленные функции на разных этапах имеют различное содержание, требуют различной интенсивности, но, что особенно важно для модели, совмещаются при реализации проекта. Это функциональное измерение модели, наложение которого на фазовое измерение дает изображение матрицы фаз-функций в целом (см. рис. 7, на котором интенсивность выполняемых функций отражается густотой закраски клеток матрицы).

Состав организационных функций и их интенсивность могут меняться от проекта к проекту в зависимости от его особенностей, от того, что руководство проекта считает главным или второстепенным. К примеру, если исходная квалификация коллектива не очень высока, в список функций может быть добавлено обучение персонала. Иногда бывает важно разграничить планирование и контроль (по Гантеру контрольные функции явно не выделяются). При объектно-ориентированном проектировании роль моделирования возрастает настолько, что его целесообразно перевести из разряда методов проектирования в явно выделенную технологическую функцию, о чем речь впереди.

Модель учитывает соотношение технологических функций и фаз жизненного цикла, чем она выгодно отличается от простых (или ограниченных?) ранее рассмотренных «идеальных» моделей. По-видимому, простота-ограни­ченность «идеальных» моделей есть следствие отождествления выделяемых этапов с технологической операцией, преобладающей при их выполнении. В то же время, задача отражения итеративности в модели Гантера в явном виде не предусматривается. Хотя само по себе перекрытие смежных фаз проекта и выпуск соответствующей событиям документации - путь к минимизации возвратов к выполненным этапам, более содержательные средства описания итераций в модель не закладываются.

Рис. 7. Матрица фазы-функции модели Гантера

Если попытаться развить модель Гантера с целью учета итеративности, то, очевидно, придется предусмотреть расщепление линии жизненного цикла , как это представлено на рис. 8. Но это влечет и расщепление матрицы интенсивностей выполняемых функций: было бы необоснованно считать, что интенсивности при возвратах сохраняются. В целом, по мере продвижения разработки к своему завершению, они должны уменьшаться. Таким образом, матрица интенсивностей приобретает новое измерение, отражающее итеративный характер развития проекта.

Итеративность неизбежна при разработке сложных программных изделий, а потому ее планирование целесообразно. Однако рассматривая традиционные подходы к развитию проектов, можно заметить, что они не пытаются использовать итеративность в качестве метода проектирования и стремятся лишь к минимизации возвратов.

Рис. 8. Учет итеративности в модели фазы-функции (фазовое измерение, показаны лишь некоторые возвраты)

2. Объектно-ориентированные модели
жизненного цикла

В технологическом плане отношение к итеративности развития проекта коренным образом отличает объектно-ориентированный подход от всех последовательных методологий. Для традиционных подходов итерация - это исправление ошибок, т.е. процесс, который с трудом поддается технологическим нормам и регламентам. При объектно-ориентированном подходе итерации никогда не отменяют результаты друг друга, а всегда только дополняют и развивают их.

2.1. Принципы объектно-ориентированного проектирования

Принципиальные моменты, в которых объектно-ориентированный подход к развитию проектов стоит сопоставить с традиционными последовательными методологиями, сводятся к следующему:

• Итеративность развития.

  Начиная с фазы анализа и до завершения реализации, процесс объектно-ориенти­ро­­ванного проектирования в противоположность последовательному развитию строится как серия итераций, которой возможно предшествует определенный период последовательного изучения предметной области и задач проекта в целом (этапы определения требований и начального планирования ).

• Наращивание функциональности в соответствии со сценариями.

  Наращивание функциональности проектируемого изделия представляется как развитие сценариев, которые соответствуют описаниям (диаграммам) взаимодействия объектов и отражают отдельные стороны функционирования. Эти описания предписывают развитие на этапе программирования операционной базы проекта: она вырабатывается исходя из сценариев уровня проектирования (конструирования). Полная функциональность состоит из функциональностей всех сценариев. Таким образом, данная стратегия довольно близка классическому методу пошаговой детализации, при использовании которого функциональность наращивается путем уточнения (доопределения) модулей нижнего уровня. Однако в отличие от этого метода итеративное наращивание требует, чтобы в результате каждой итерации изделие получало полностью готовую функциональность, планируемую реализуемым сценарием. Последующие итерации добавляют уже другую функциональность, которая планируется другим сценарием.

• Ничто не делается однократно.

  Последовательный подход предполагает, что анализ завершен перед конструированием, завершение которого предшествует программированию. Перекрытие этапов (см. п. 1.4) ослабляет это предположение, но принципиально ситуацию не меняет. В большинстве объектно-ориенти­ро­­ванных проектов анализ никогда не завершается в течение всего развития проекта, а процесс конструирования сопровождает разработку в ходе всего ее жизненного цикла.

• Оперирование на размножающихся фазах подобно.

  Как в начале проектирования, на последующих итерациях анализ предшествует конструированию, за которым следует программирование, тестирование и другие виды работ.

При объектно-ориентированном проектировании в ходе итеративного наращивания обыкновенно выполняются вполне традиционные этапы:

• Определение требований , или планирование итерации , - фиксируется, что должно быть выполнено на данной итерации в виде описания области, для которой планируется разработать функциональность на данной итерации, и что для этого нужно. Обычно этот этап включает отбор сценариев, которые должны быть реализованы на данной итерации.
• Анализ - исследуются условия выполнения планируемых требований, проверяется полнота отобранных сценариев с точки зрения реализации требуемой функциональности.
• Моделирование пользовательского интерфейса - коль скоро итерация должна обеспечивать функционально законченную реализацию, требуется определить правила взаимодействий, необходимые для активизации требуемых функций. Модель интерфейса представляет пользовательское представление поведения объектов данной итерации.
• Конструирование - обычная декомпозиция проекта, проводимая в объектно-ориентированном стиле. Конструирование включает построение или наращивание иерархии системы классов, описание событий и определение реакции на них и т.д. В ходе конструирования определяются объекты, реализуемые и/или доопределяемые на данной итерации, и набор функций (методов объектов), которые обеспечивают решение задачи данной итерации.
• Реализация (программирование) - программное воплощение решений, принятых для данной итерации. Необходимым компонентом реализации здесь считается автономная проверка соответствия составляемых модулей их спецификациям (в частности, должно быть обеспечено требуемое поведение объектов).
• Тестирование - этап комплексной проверки результатов, полученных на данной итерации.
• Оценка результатов итерации - этап включает работу, связанную с рассмотрением полученных результатов в контексте проекта в целом. В частности, должно быть выяснено, какие задачи проекта можно решать с учетом результатов итерации, на какие ранее поставленные вопросы получены ответы, какие новые вопросы возникают в новых условиях.

2.2. Модификация модели фазы-функции

Традиционность этапов объектно-ориентированного развития проекта в рамках одной итерации позволяет ставить задачу моделирования процесса итеративного наращивания как модификацию существующих моделей жизненного цикла. В настоящем разделе такая модификация осуществляется для модели фазы-функции Гантера.

В сравнении с моделью Гантера фазовое измерение жизненного цикла при объектно-ориентированном проектировании почти не изменяется: появляется лишь один дополнительный этап: «Моделирование пользовательского интерфейса», который в старой схеме можно рассматривать как часть этапов анализа и/или конструирования. Однако это весьма существенное дополнение, характеризующее подход в целом. Главный мотив явного рассмотрения моделирования в жизненном цикле при объектно-ориентированном развитии проектов связан со следующими двумя особенностями:

• Распределение реализуемых требований по итерациям.

  Совокупность сценариев, реализуемых на очередной итерации, и набор ранее реализованных сценариев всегда образуют законченную , хотя и неполную версию системы , предлагаемую пользователям. По разным причинам, в том числе для исключения двусмысленностей в понимании, необходимо представление планируемого для реализации в виде моделей, согласующих взгляд на систему со стороны пользователей (а также заказчиков и других заинтересованных лиц) с точкой зрения разработчиков. Эти модели появляются в ходе этапа анализа, что отражается в их названии: модели уровня анализа .

• Особый стиль наращивания возможностей системы и ее развития.

Представление системы как набора взаимосвязанных различными отношениями классов - основа декомпозиции проекта при объектно-ориентированном подходе. Каждая новая итерация расширяет этот набор путем добавления новых классов, вступающих в определенные отношения с ранее построенной системой классов. Выполнить такое расширение корректно без абстрагирования от деталей реализации существующего, а если учитывать перспективу, то и без такого же абстрактного представления добавляемых классов практически невозможно. Иными словами, требуется построение моделей уровня конструирования , которые задают реализационное представление проектируемой системы.

В приведенном выше перечне этапов жизненного цикла итерации при объектно-ориентированном подходе явно выделено моделирование уровня анализа, которое сводится к построению модельного представлению сценариев. Но это только один аспект проектного моделирования. Как было только что показано, другой, не менее существенный аспект моделирования, проявляется при конструировании. Наконец, есть еще третий аспект моделирования, связанный с предъявлением каждой версии программного изделия пользователю, представление которого о системе, разумеется, не имеет отношения к моделям уровня конструирования и лишь косвенно связано с моделями уровня анализа. Таким образом, если следовать гантеровскому стилю описания жизненного цикла, то правильнее будет выделять не этап моделирования (как это, следуя уже сложившейся традиции, чаще всего делают), а технологическую функцию моделирования , пронизывающую весь процесс разработки проекта.

В новой схеме жизненного цикла появляется строго регламентированное расщепление, единственное для всей последовательности работ (рис. 9). Но этот маршрут отражает не корректировку ошибочно принимаемых решений, а вполне запланированный акт, фиксирующий то, что в ходе выполнения итераций происходит наращивание возможностей изделия.

Следует отметить еще одну модификацию схемы Гантера, отраженную на рисунке. В рамках этапа оценки выделен специальный вложенный этап Пополнение базового окружения проекта , смысл которого сводится к планированию и реализации переиспользования программного обеспечения. Любой объектно-ориентированный проект развивается исходя из некоторой уже существующей среды классов и других компонентов. Это базовое окружение проекта интенсивно используется и, в свою очередь, пополняется средствами, возникающими в результате итеративного наращивания. Полезность сохранения таких средств для текущего проекта и для последующих разработок очевидна. В этой связи целесообразно в рамках выполнения этапа оценки производить дополнительную работу, направленную на сохранение полезного в депозитарии проектов.

По вполне понятным причинам в объектно-ориентированном проектировании несколько изменяется содержание ряда этапов, что нашло свое отражение в количестве и наименованиях событий на рисунке.

Рис. 9. Фазовое измерение модели жизненного цикла при объектно-ориентированном развитии проекта

Обсуждая модель жизненного цикла при объектно-ориенти­ро­ван­ном развитии проекта, необходимо указать на работы, которые выходят за рамки стандартизованного итерационного процесса. Это начальная фаза проекта , которая выполняется на старте в ходе исследований и анализа осуществимости, и фаза завершения проекта (итерации ), с выполнением которой работы над проектом (над итерацией) заканчиваются.

Смысл работ начальной фазы - общее планирование развития проекта. Помимо традиционного содержания, вкладываемого в этапы определения требований к проекту в целом, они должны стать основой разработки еще в двух отношениях:

• требуется определить ближайшую задачу и перспективные задачи проекта . Первая из них - задача первой итерации, в ходе которой, в частности, готовится первый рабочий продукт, предъявляемый заказчику. С точки зрения развития проекта, решение ближайшей задачи должно обеспечить осуществимость последующего итеративного наращивания возможностей системы (об этом разговор еще предстоит). От качества этих двух результатов зависит судьба проекта в целом. Перспективные задачи - это планируемое развитие, которое допускает корректировку в дальнейшем;
• требуется выбрать критерии оценки результатов итераций. Эти критерии могут варьироваться в зависимости от направленности проекта, прикладной области и других обстоятельств.

Фаза завершения проекта (итерации) охватывает часть жизненного цикла, которая отражает деятельность разработчиков, связанную с рабочими продуктами итерации после получения результатов. Она вполне аналогична традиционной фазе эксплуатации и сопровождения, однако есть и отличия, обусловленные тем, что объектно-ориентированный проект обычно имеет дело с иерархиями версий системы, отражающими наращивание возможностей. Данная фаза перекрывается с этапом оценки.

Как уже говорилось, для объектно-ориентированного проектирования существенными являются работы, связанные с переиспользованием рабочих продуктов. До фазы завершения переиспользование обычно рассматривается для текущего проекта (этап пополнения базового окружения). После того, как приложение (рабочий продукт итерации) используется некоторое время, и оно может рассматриваться как готовое , в рамках данной фазы осуществляется:

• выделение общих (т.е. непривязанных к проекту) переиспользуемых компонентов (обычно эти работы связываются с событием передачи системы на распространение - контрольная точка 10).

Одним из существенных моментов объектно-ориентированного проектирования является отказ от традиционного постулата о том, что все требования к системе сформулированы заранее. Следовательно, при моделировании жизненного цикла вообще и его фазы завершения в частности нужно учитывать обработку потока внешних требований на всех этапах. Этому вопросу еще будет уделено внимание, а пока можно считать (как чаще всего и бывает), что требования, поступающие на фазе завершения итерации, рассматриваются как относящиеся к следующим итерациям, т.е. к следующим версиям системы. В таком случае завершение итерации означает сопровождение программного изделия, а затем окончание работ с данной версией. Пожелания к развитию проекта в этот период учитываются как требования к последующим (возможно, еще не начатым) итерациям. Окончание проекта рассматривается как отказ от сопровождения всех версий системы. Стоит сопоставить это положение с традиционными подходами к проектированию, когда учет пожеланий к системе в процессе ее эксплуатации чаще всего означает одно: организацию нового проекта (быть может, специального), цель которого - учет новых требований.

Несколько слов о функциональном измерении в модифицированной для объектно-ориентированного подхода матрице фазы-функции. Как было показано выше, целесообразно список технологических функций расширить за счет моделирования. Соответственно, следует определить в матрице Гантера строку интенсивностей для этой функции. В предположении о сохранении распределения интенсивностей других функций (рис. 7) распределение интенсивности для модифицированной модели жизненного цикла можно задать так, как это сделано на рис. 10, который показывает новый вид модели целиком (на рисунке контрольные точки жизненного цикла указаны своими номерами без пояснений).

Представленные распределения интенсивностей нельзя абсолютизировать. Наивно было бы предполагать стабильность интенсивностей технологических функций по итерациям. Следовательно, весь цикл развития проекта в матричном, двумерном представлении модифицированной гантеровской модели изобразить не удастся: оно не может показать изменение интенсивностей технологических функций при переходе от одной итерации к другой. По этой причине предлагается распределение интенсивностей технологических функций рассматривать как «среднестатистическую» интегральную по итерациям тенденцию. Практическая полезность рассмотрения функционального измерения - не в конкретном распределении интенсивностей технологических функций в реальных проектах, а в том, что оно заставляет руководство проекта думать о расстановке сил в коллективе разработчиков и вообще о правильном распределении кадровых ресурсов проекта.

Рис. 10. Модель фазы-функции, модифицирования для объектно-ориентированного развития проекта

2.3. Параллельное выполнение итераций

Любой программный проект, заслуживающий привлечения менеджера для поддержки разработки, - это процесс, развиваемый коллективно. Следовательно, уместно ставить вопрос, как должна отражаться в модели жизненного цикла одновременность деятельности исполнителей коллектива. По вполне понятным причинам, это является одним из мотивов разработки моделей.

В модели, следующей гантеровской схеме фазы - функции, это качество процесса разработки программного изделия отражено с помощью функционального измерения, показывающего, какие технологические функции выполняются одновременно. В рамках объектно-ориентиро­ван­ного подхода явно выделяется еще один вид технологического параллелизма: одновременная разработка нескольких итераций разными группами исполнителей (словосочетание «разные группы» не надо понимать буквально - по существу, это групповые роли, и конкретная группа исполнителей вполне может одновременно отвечать за разработку сразу нескольких итераций).

Технологический параллелизм означает принципиальную осуществимость одновременной разработки нескольких итераций. Однако это не означает разрешения механического их слияния, поскольку итерации зависят одна от другой. К примеру, невозможно наращивание еще не построенной системы классов, нельзя использовать функцию с неизвестными условиями ее корректного выполнения. Говоря о совмещении работ, нужно всегда знать подобные и другие виды зависимостей. Следует различать следующие области:

• область недопустимого совмещения - когда выполнение одной работы непосредственно зависит от результатов другой работы;
• область возможного совмещения - когда зависимость ослаблена тем, что ожидаемые результаты предшествующей работы хорошо опи-саны (например, построены и проверены модели этапов конструирова-ния, хотя программирование еще не выполнено);
• область рационального совмещения - когда зависимость работ фак-тически тем или иным способом экранирована (предшествующая рабо-та выполнена, хотя, быть может, не до конца проверена, составлен и проверяется протокол взаимодействия работ и др.).

Одновременность выполнения разных итераций можно представить в виде схем, показанных на рис. 11.

На рис. 11 а) приведена расшифровка этапов итераций. По сравнению с общей моделью (рис. 10), здесь представлено более мелкое дробление этапов: явно выделены планирование, которое для начальной итерации является частью общего этапа анализа осуществимости, и тестирование как перекрывающаяся часть общих этапов программирования и оценки.

Рис. 11 б) демонстрирует три одновременно выполняемые итерации: вторая начинается в ходе выполнения программирования первой итерации с таким расчетом, чтобы ее этап программирования начался после окончания тестирования первой итерации. Планирование третьей итерации начинается одновременно с этапом программирования второй итерации.

Рис. 11. Распараллеливание выполнения итераций проекта

Рис. 11 в) показывает области недопустимого, возможного и рационального совмещений, а также область последовательного выполнения двух итераций. Недопустимость совмещения означает, что для планирования очередной итерации нет достаточно полной информации, как следствие, оно не может быть выполнено эффективно. В ходе конструирования наступает момент, когда такая информация появляется, следовательно, появляется возможность активизации работ над новой итерацией. Определение области рационального совмещения работ двух итераций отражает то, что было бы неразумно начинать этап программирования новой итерации, когда рабочий продукт предыдущей итерации не протестирован (совмещение, изображенное на рис. 11 б) удовлетворяет этому условию). Область последовательного выполнения указывает на то время, которое соответствует началу следующей итерации после завершения работ над предыдущей (совмещения нет).

Определение перечисленных областей повышает гибкость распределения времени выполнения проекта. Тем не менее, планируя работы, лучше не рассчитывать на совмещения итераций, а оставлять эту возможность как резерв временного ресурса проекта. Таким образом, оказывается, что итеративность объектно-ориенти­ро­ванного проектирования обладает дополнительной устойчивостью к рискам невыполнения проектного задания.

2.4. Моделирование итеративного наращивания
возможностей системы

В предыдущих моделях жизненного цикла объектно-ор­и­ен­­тированного программного обеспечения не был наглядно выделен важный аспект подхода: постепенное наращивание возможностей системы по мере развития проекта. Для его отражения можно предложить представление жизненного цикла в виде спирали развития , которая показана на рис.12 .

Рис. 12. Спираль развития объектно-ориентированного проекта

На рисунке горизонтальные отрезки с пометками, имеющими тот же смысл, что и в предыдущей модели, - это итерации. Они помещены в пространство предоставляемых в зависимости от времени возможностей системы. Линии, параллельные временной оси, отображают уровни пользовательских возможностей, реализуемых на итерациях (римскими цифрами справа указаны номера итераций). Стрелки-переходы между итерациями учитывают условия совмещения работ, о которых шла речь выше. Этой моделью подчеркивается тот факт объектно-ориентированного развития проектов, что возможности, предоставляемые очередной итерацией, никогда не отменяют уровня, достигнутого на предшествующих итерациях.

Постепенное наращивание возможностей системы по мере развития проекта часто изображают в виде спирали, раскручивающейся на плоскости от центра, как это показано на рис. 13. В соответствии с этой простой (грубой) моделью развитие проекта описывается как постепенный охват все более расширяющейся области плоскости по мере перехода проекта от этапа к этапу и от итерации к итерации. По существу, данная модель делает акцент на том, что объектно-ориентированное развитие приводит к постепенному расширению прикладной области, для которой используются конструируемые рабочие продукты.

Рис. 13. Модель расширения охвата прикладной области объектно-ориентированной системой

Про объектно-ориентированное развитие проектов часто говорят, что оно предполагает, что традиционные этапы жизненного цикла разработки программной системы никогда не кончаются. Модель раскручивающейся спирали наглядно показывает смысл этого тезиса.

В данной модели можно усмотреть еще один аспект конструирования программных систем - типичную схему развития коллектива разработчиков, который, начиная от первого своего проекта, постепенно пополняет накапливаемый багаж переиспользуемых в разных системах компонентов.

В отличие от предыдущих моделей, обе спиралевидные модели никак не отражают тот факт, что у проекта есть фаза завершения. Как следствие, они предполагают, что все модификации какой-либо версии программной системы, которые требуются после ее выпуска, будут относиться к одной из следующих версий. На практике очень часто это положение нарушается: приходится поддерживать (и в частности, модифицировать) сразу несколько версий системы.

Из сборника "Новосибирская школа программирования. Перекличка времен" . Новосибирск, 2004 г.
Перепечатываются с разрешения редакции.

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.

Процесс документирования - предусматривает формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО. Этот процесс состоит из набора действий, с помощью которых планируют, проектируют, разрабатывают, выпускают, редактируют, распространяют и сопровождают документы, необходимые для всех заинтересованных лиц (руководителей, технических специалистов и пользователей системы).

Процесс управления конфигурацией – предполагает применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО в системе, управления модификациями ПО, описания и подготовки отчетов о состоянии компонентов ПО и запросов на модификацию, обеспечения полноты, совместимости и корректности компонентов ПО, управления хранением и поставкой ПО. Включает: подготовительную работу, идентификацию конфигурации, контроль конфигурации, учет состояния конфигурации, оценку конфигурации, управление выпуском и поставку.

Процесс обеспечения качества – обеспечивает гарантии того, что ПО и процессы его ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам. Включает: подготовительную работу, обеспечение качества продукта, обеспечение качества процесса, обеспечение прочих показателей качества системы.

Процесс верификации – состоит в определении того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями (верификация – формальное доказательство правильности ПО).

Процесс аттестации – предусматривает определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы или программного продукта их конкретному функциональному назначению. Аттестация должна гарантировать полное соответствие ПО спецификациям, требованиям и документации, а также возможность его безопасного и надежного применения пользователем. Аттестация обычно выполняется путем тестирования во всех возможных ситуациях независимыми специалистами.

Процесс совместной оценки – предназначен для оценки состояния работ по проекту и ПО, создаваемого при выполнении данных работ. Он сосредоточен в основном на контроле планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой и инструментальными средствами проекта. Выполняется двумя сторонами договора, одна сторона проверяет другую.

Процесс аудита – представляет собой определение соответствия требованиям, планам и условиям договора. Выполняется двумя сторонами договора, одна сторона проверяет другую.

Процесс разрешения проблем – предусматривает анализ и решение проблем (включая обнаруженные несоответствия) независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов.

17. Организационные процессы ЖЦ ПО. Взаимосвязь между процессами ЖЦ ПО.

Процесс управления - состоит из действий и задач, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами. Включает: инициирование и определение области управления, планирование, выполнение и контроль, проверку и оценку, завершение.

Процесс создания инфраструктуры – охватывает выбор и поддержку технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установку аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации и сопровождения ПО.

Процесс усовершенствования – предусматривает оценку, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ ПО.

Процесс обучения – охватывает первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала.

Взаимосвязь между процессами ЖЦ ПО:

Процессы ЖЦ ПО, регламентируемые стандартом ISO/IEC 12207 , могут использоваться различными организациями в конкретных проектах самым различным образом. Тем не менее, стандарт предлагает некоторый базовый набор взаимосвязей между процессами в различных аспектах (рис. 5) Такими аспектами являются:

· договорной аспект – заказчик и поставщик вступают в договорные отношения и реализуют соответственно процессы приобретения и поставки;

· аспект управления – заказчик, поставщик, разработчик, оператор, служба сопровождения и другие участвующие в ЖЦ ПО стороны управляют выполнением своих процессов;

· аспект эксплуатации – оператор, эксплуатирующий систему, предоставляет необходимые услуги пользователям;

· инженерный аспект – разработчик или служба сопровождения решают соответствующие технические задачи, разрабатывая или модифицируя программные продукты;

· аспект поддержки – службы, реализующие вспомогательные процессы, предоставляют необходимые услуги всем остальным участникам работ.

18. Функциональные и нефункциональные требования. Управление требованиями.

Требования к программной системе часто классифицируются как функциональные, нефункциональные и требования предметной области.

Функциональные требования. Это перечень сервисов, которые должна выполнять система, причем должно быть указано, как система реагирует на те или иные входные данные, как она ведет себя в определенных ситуациях и т.д. В некоторых случаях указывается, что система не должна делать.

Эти требования описывают поведение системы и сервисы (функции), которые она выполняет, и зависят от типа разрабатываемой системы и от потребностей пользователей. Если функциональные требования оформлены как пользовательские, они, как правило, описывают системы в обобщенном виде. В противоположность этому функциональные требования, оформленные как системные, описывают систему максимально подробно, включая ее входные и выходные данные, исключения и т.д.

2. Нефункциональные требования. Описывают характеристики системы и ее окружения, а не поведение системы. Здесь также может быть приведен перечень ограничений, накладываемых на действия и функции, выполняемые системой. Они включают временные ограничения, ограничения на процесс разработки системы, стандарты и т.д.

Нефункциональные требования не связаны непосредственно с функциями, выполняемыми системой. Они связаны с такими интеграционными свойствами системы, как надежность, время ответа или размер системы. Кроме того, нефункциональные требования могут определять ограничения на систему, например на пропускную способность устройств ввода-вывода, или форматы данных, используемых в системном интерфейсе.

Многие нефункциональные требования относятся к системе в целом, а не к отдельным ее средствам. Это означает, что они более значимы и критичны, чем отдельные функциональные требования. Ошибка, допущенная в функциональном требовании, может снизить качество системы, ошибка в нефункциональных требованиях может сделать систему неработоспособной.

3. Требования предметной области. Характеризуют ту предметную область, где будет эксплуатироваться система. Эти требования могут быть функциональными и нефункциональными. Эти требования отображают условия, в которых будет эксплуатироваться программная система. Они могут быть представлены в виде новых функциональных требований, в виде ограничений на уже сформулированные функциональные требований или в виде указаний, как система должна выполнять вычисления.

В действительности четкой границы между этими типами требований не существует. Например, пользовательские требования, касающиеся безопасности системы, можно отнести к нефункциональным. Однако при более детальном рассмотрении такое требование можно отнести к функциональным, поскольку оно порождает необходимость включения в систему средства авторизации пользователя. Поэтому, рассматривая далее эти виды требований, мы должны всегда помнить, что данная классификация в значительной степени искусственна.

19. Формализация, детализация и документирование требований:

Наиболее известный стандарт разработан IEEE и называется IEEE/ANSI 830-1993 предполагает следующую структуру спецификации :

1.Введение

1.1. Цели документа

1.2. Назначение программного продукта

1.3. Определения, акронимы и аббревиатуры

1.4. Список литературы и других источников

1.5. Обзор спецификации

2. Общее описание

2.1. Описание программного продукта

2.2. Функции программного продукта

2.3. Пользовательские характеристики

2.4. Общие ограничения

2.5. Обоснования, предположения и допущения

3. Спецификация требований охватывает функциональные, нефункциональные и интерфейсные требования. Это наиболее значимая часть документа, но вследствие крайне широкого диапазона возможных требований, предъявляемых программным системам, в стандарте не определена структура этого раздела. Здесь могут быть документированы внешние интерфейсы, описаны функциональные возможности системы, приведены требования, определяющие логическую структуру баз данных, ограничения, накладываемые на структуру системы, описаны интеграционные свойства системы или ее качественные характеристики.

4. Приложения

5. Указатели

Таблица 4. Структура спецификации требований

20. Принципы проектирования интерфейса пользователя.

1. Принципы проектирования интерфейса пользователя:

Разработчики интерфейсов всегда должны учитывать физические и умственные способности людей, которые будут работать с программным обеспечением. Люди на короткое время могут запомнить весьма ограниченный объем информации и совершают ошибки, если приходится вводить вручную большие объемы данных или работать в напряженных условиях. Физические возможности людей могут существенно различаться, поэтому при проектировании интерфейсов пользователя необходимо постоянно помнить об этом.

Основой принципов проектирования интерфейсов пользователя являются человеческие возможности. В табл. 1 представлены основные принципы, применимые при проектировании любых интерфейсов пользователя.

Таблица 1. Принципы проектирования интерфейсов пользователя

Принцип учета знаний пользователя предполагает следующее: интерфейс должен быть настолько удобен при реализации, чтобы пользователям не понадобилось особых усилий, чтобы привыкнуть к нему. В интерфейсе должны использоваться термины, понятные пользователю, а объекты, управляемые системой, должны быть напрямую связаны с рабочей средой пользователя. Например, если разрабатывается система, предназначенная для авиадиспетчеров, то управляемыми объектами в ней должны быть самолеты, траектории полетов, сигнальные знаки и т.п. Основную реализацию интерфейса в терминах файловых структур и структур данных необходимо скрыть от конечного пользователя.

Принцип согласованности интерфейса пользователя предполагает, что команды и меню системы должны быть одного формата, параметры должны передаваться во все команды одинаково и пунктуация команд должна быть схожей. Такие интерфейсы сокращают время на обучение пользователей. Знания, полученные при изучении какой-либо команды или части приложения, можно затем применить при работе с другими частями системы.

В данном случае речь идет о согласованности низкого уровня. И создатели интерфейса всегда должны стремиться к нему. Однако желательна согласованность и более высокого уровня. Например, удобно, когда для всех типов объектов системы поддерживаются одинаковые методы (такие, как печать, копирование и т.п.). Однако полная согласованность невозможна и даже нежелательна . Например, операцию удаления объектов рабочего стола целесообразно реализовать посредством их перетаскивания в корзину. Но в текстовом редакторе такой способ удаления фрагментов текста кажется неестественным.

Всегда нужно соблюдать следующий принцип: количество неожиданностей должно быть минимальным, так как пользователей раздражает, когда система вдруг начинает вести себя непредсказуемо. При работе с системой у пользователей формируется определенная модель ее функционирования. Если его действие в одной ситуации вызывает определенную реакцию системы, естественно ожидать, что такое же действие в другой ситуации приведет к аналогичной реакции. Если же происходит совсем не то, что ожидалось, пользователь либо удивляется, либо не знает, что делать. Поэтому разработчики интерфейсов должны гарантировать, что схожие действия произведут похожий эффект.

Очень важен принцип восстанавливаемости системы, так как пользователи всегда допускают ошибки. Правильно спроектированный интерфейс может уменьшить количество ошибок пользователя (например, использование меню позволяет избежать ошибок, которые возникают при вводе команд с клавиатуры), однако все ошибки устранить невозможно. В интерфейсах должны быть средства, по возможности предотвращающие ошибки пользователя, а также позволяющие корректно восстановить информацию после ошибок. Эти средства бывают двух видов.

1. Подтверждение деструктивных действий. Если пользователь выбрал потенциально деструктивную операцию, то он должен еще раз подтвердить свое намерение.

2. Возможность отмены действий. Отмена действия возвращает систему в то состояние, в котором она находилась до их выполнения. Не лишней будет поддержка многоуровневой отмены действий, так как пользователи не всегда сразу понимают, что совершили ошибку.

Следующий принцип – поддержка пользователя. Средства поддержки пользователей должны быть встроены в интерфейс и систему и обеспечивать разные уровни помощи и справочной информации. Должно быть несколько уровней справочной информации – от основ для начинающих до полного описания возможностей системы. Справочная система должна быть структурированной и не перегружать пользователя излишней информацией при простых запросах к ней (см. раздел 15.4).

Принцип учета разнородности пользователей предполагает, что с системой могут работать разные их типы. Часть пользователей работает с системой нерегулярно, время от времени. Но существует и другой тип– "опытные пользователи", которые работают с приложением каждый день по несколько часов. Случайные пользователи нуждаются в таком интерфейсе, который "руководил" бы их работой с системой, в то время как опытным пользователям требуется интерфейс, который позволил бы им максимально быстро взаимодействовать с системой. Кроме того, поскольку некоторые пользователи могут иметь разные физические недостатки, в интерфейсе должны быть средства, которые помогли бы им перенастроить интерфейс под себя. Это могут быть средства, позволяющие отображать увеличенный текст, замещать звук текстом, создавать кнопки больших размеров и т.п.

Принцип признания многообразия категорий пользователей может противоречить другим принципам проектирования интерфейсов, например согласованности интерфейса. Аналогично, необходимый уровень справочной информации для разных типов пользователей может радикально отличаться. Невозможно создать такую справочную систему, которая подошла бы всем пользователям. Разработчик интерфейса должен всегда быть готовым к компромиссным решениям в зависимости от реальных пользователей системы.

21. Стратегия разработки интерфейса человек-компьютер.

Разработчику интерфейса пользователя вычислительных систем необходимо решить две главные задачи: каким образом пользователь будет вводить данные в систему и как данные будут представлены пользователю. "Правильный" интерфейс должен обеспечивать и взаимодействие с пользователем, и представление информации.

Все виды взаимодействия можно отнести к одному из пяти основных стилей взаимодействия:

1. Непосредственное манипулирование. Пользователь взаимодействует с объектами на экране. Например, для удаления файла пользователь просто перетаскивает его в корзину.

2. Выбор из меню. Пользователь выбирает команду из списка пунктов меню. Очень часто выбранная команда воздействует только на тот объект, который выделен (выбран) на экране. При таком подходе для удаления файла пользователь сначала выбирает файл, а затем команду на удаление.

3. Заполнение форм. Пользователь заполняет поля экранной формы. Некоторые поля могут иметь свое меню (выпадающее меню или списки). В форме могут быть командные кнопки, при щелчке мышью на которых инициируют некоторое действие. Чтобы удалить файл с помощью интерфейса, основанного на форме, надо ввести в поле формы имя файла и затем щелкнуть на кнопке удаления, присутствующей в форме.

4. Командный язык. Пользователь вводит конкретную команду с параметрами, чтобы указать системе, что она должна дальше делать. Чтобы удалить файл, пользователь вводит команду удаления с именем файла в качестве параметра этой команды.

5. Естественный язык. Пользователь вводит команду на естественном языке. Чтобы удалить файл, пользователь может ввести команду "удалить файл с именем XXX".

Каждый из этих стилей взаимодействия имеет преимущества и недостатки и наилучшим образом подходит разным типам приложений и различным категориям пользователей. В табл. 2 перечислены основные преимущества и недостатки перечисленных стилей взаимодействия и указаны типы приложений, в которых они обычно используются.

Конечно, стили взаимодействия редко используются в чистом виде, в одном приложении может использоваться одновременно несколько разных стилей. Например, в операционной системе Microsoft Window поддерживается несколько стилей: прямое манипулирование пиктограммами, представляющими файлы и папки, выбор команд из меню, ручной ввод некоторых команд, таких как команды конфигурирования системы, использование форм (диалоговых окон).

Таблица 2. Преимущества и недостатки стилей взаимодействия пользователя с системой

22. Составные части интерфейса: ввод-вывод, диалог, сообщения, проверка входных данных, подсказки. Разработка оконной системы.

Таблица 4. Элементы графических интерфейсов пользователя

Графические интерфейсы обладают рядом преимуществ:

1. Их относительно просто изучить и использовать . Пользователи, не имеющие опыта работы с компьютером, могут легко и быстро научиться работать с графическим интерфейсом.

2. Каждая программа выполняется в своем окне (экране). Можно переключаться из одной программы в другую, не теряя при этом данные, полученные в ходе выполнения программ.

3. Режим полноэкранного отображения окон дает возможность прямого доступа к любому месту экрана .

На рис. 2 изображен итерационный процесс проектирования пользовательского интерфейса.

Рис. 2. Процесс проектирования интерфейса пользователя

23. Функциональная (алгоритмическая) декомпозиция системы.

Проблема сложности является главной проблемой, которую приходится решать при создании больших и сложных систем любой природы. Ни один разработчик не в состоянии выйти за пределы человеческих возможностей и понять всю систему в целом. Единственный эффективный подход к решению этой проблемы, который выработало человечество за всю свою историю, заключается в построении сложной системы из небольшого количества крупных частей, каждая из которых, в свою очередь, строится из частей меньшего размера и т.д., до тех пор, пока самые небольшие части можно будет строить из имеющегося материала. Этот подход известен под самыми разными названиями, среди них такие, как «разделяй и властвую » (divide et impera ), иерархическая декомпозиция и др. По отношению к проектированию сложной программной системы это означает, что ее необходимо разделять (декомпозировать) на небольшие подсистемы, каждую из которых можно разрабатывать независимо от других. Это позволяет при разработке подсистемы любого уровня держать в уме информацию только о ней, а не обо всех остальных частях системы. Правильная декомпозиция является главным способом преодоления сложности разработки больших систем ПО. Понятие «правильная » по отношению к декомпозиции означает следующее:

• количество связей между отдельными подсистемами должно быть минимальным;
• связность отдельных частей внутри каждой подсистемы должна быть максимальной.

Структура системы должна быть таковой, чтобы все взаимодействия между ее подсистемами укладывались в ограниченные, стандартные рамки :

• каждая подсистема должна инкапсулировать свое содержимое (скрывать его от других подсистем);
• каждая подсистема должна иметь четко определенный интерфейс с другими подсистемами.

Инкапсуляция позволяет рассматривать структуру каждой подсистемы независимо от других подсистем. Интерфейсы позволяют строить систему более высокого уровня, рассматривая каждую подсистему как единое целое и игнорируя ее внутреннее устройство.

24. Структурный подход к разработке ПО.

На сегодняшний день в программной инженерии существует два основных подхода к разработке ПО, принципиальное различие между которыми обусловлено разными способами декомпозиции систем. Первый подход называют функционально-модульным или структурным . В его основу положен принцип функциональной декомпозиции, при которой структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами. Второй, объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию. При этом структура системы описывается в терминах объектов и связи между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами.

Итак, сущность структурного подхода к разработке ПО заключается в его декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые, в свою очередь, делятся на подфункции, те – на задачи и так далее до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы «снизу вверх », от отдельных задач ко всей системе, целостность теряется, возникают проблемы при описании информационного взаимодействия отдельных компонентов.

25. Принципы структурного подхода разработки ПО.

Все наиболее распространенные методы структурного подхода базируются на ряде общих принципов. Базовыми принципами являются:

• принцип «разделяй и властвуй»;
• принцип иерархического упорядочения – принцип организации составных частей системы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Существуют еще принципы:

• принцип абстрагирования – выделение существенных аспектов системы и отвлечение от несущественных;
• принцип непротиворечивости – обоснованность и согласованность элементов системы;
• принцип структурирования данных – данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном подходе используются в основном две группы средств, описывающих функциональную структуру системы и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди которых являются:

• DFD (Data Flow Diagrams) – диаграммы потоков данных;
• SADT (Structured Analysis and Design Technique – метод структурного анализа и проектирования) – модели и соответствующие функциональные диаграммы.
• ERD (Entity-Relationship Diagrams) – диаграммы «сущность-связь ».

Диаграммы потоков данных и диаграммы «сущность-связь » - наиболее часто используемые в CASE –средствах виды моделей.

Конкретный вид перечисленных диаграмм и интерпретация их конструкций зависят от стадии ЖЦ ПО.

На стадии формирования требований к ПОSADT –модели и DFD используются для построения модели «AS-IS » и модели «TO-BE », отражая, таким образом, существующую и предлагаемую структуру бизнес-процессов организации и взаимодействие между ними (использование SADT –моделей, как правило, ограничивается только данной стадией, поскольку они изначально не предназначались для проектирования ПО). С помощью ERD выполняется описание используемых в организации данных на концептуальном уровне, не зависимом от средств реализации базы данных (СУБД).

На стадии проектированияDFD используются для описания структуры проектируемой системы ПО, при этом они могут уточняться, расширяться и дополняться новыми конструкциями. Аналогично ERD уточняются и дополняются новыми конструкциями, описывающими представление данных на логическом уровне, пригодном для последующей генерации схемы базы данных. Данные модели могут дополняться диаграммами, отражающими системную архитектуру ПО, структурные схемы программ, иерархию экранных форм и меню и др.

Перечисленные модели в совокупности дают полное описание ПО независимо от того, является ли система существующей или вновь разрабатываемой. Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от сложности системы и необходимой полноты ее описания.

26. Восходящее проектирование ПО.

При проектировании, реализации и тестировании компонентов структурной иерархии, полученной при декомпозиции, применяют два подхода:

• восходящий;
• нисходящий.

Восходящий подход. При его использовании сначала проектируют и реализуют компоненты нижнего уровня, затем предыдущего и т.д. По мере завершения тестирования и отладки компонентов осуществляют их сборку, причем компоненты нижнего уровня при таком подходе часто помещают в библиотеки компонентов.

Для тестирования и отладки компонентов проектируют и реализуют специальные тестирующие программы.

Подход имеет следующие недостатки:

• увеличение вероятности несогласованности компонентов вследствие неполноты спецификаций;
• наличие издержек на проектирование и реализацию тестирующих программ, которые нельзя преобразовать в компоненты;
• позднее проектирование интерфейса, а соответственно невозможность продемонстрировать его заказчику для уточнения спецификаций.

Исторически восходящий подход появился раньше, что связано с особенностью мышления программистов. При промышленном изготовлении ПО восходящий подход в настоящее время практически не используется.

27. Нисходящее проектирование ПО

Нисходящий подход. Предполагает, что проектирование и последующая реализация компонентов выполняется сверху-вниз , т.е. вначале проектируют компоненты верхних уровней иерархии, затем следующих и так далее до самых нижних уровней. В той же последовательности выполняют и реализацию компонентов. При этом в процессе программирования компоненты нижних, еще не реализованных уровней заменяют специально разработанными отладочными модулями-«заглушками», что позволяет тестировать и отлаживать уже реализованную часть.

При использовании нисходящего подхода применяют иерархический, операционный и комбинированный методы определения последовательности проектирования и реализации компонентов.

Иерархический метод предполагает выполнение разработки строго по уровням. Исключения допускаются при наличии зависимости по данным, т.е. если обнаруживается, что некоторый модуль использует результаты другого. Основной проблемой данного метода является большое количество достаточно сложных заглушек.

Операционный метод связывает последовательность выполнения при запуске программы. Применение метода усложняется тем, что не всегда порядок выполнения модулей совпадает с порядком необходимости их разработки, например, вывод результатов запускается последним, но должен быть разработан сразу.

Комбинированный метод учитывает следующие факторы, влияющие на последовательность разработки:

• достижимость модуля – наличие всех модулей в цепочке вызова данного модуля;
• зависимость по данным – модули, формирующие некоторые данные, должны создаваться раньше обрабатывающих;
• обеспечение возможности вывода результатов – модули вывода результатов должны создаваться раньше обрабатывающих;
• готовность вспомогательных модулей – вспомогательные модули, например, модули закрытия файлов, завершения программы, должны создаваться раньше обрабатывающих;
• наличие необходимых ресурсов.

Нисходящий подход допускает нарушение нисходящей последовательности разработки компонентов в специально оговоренных случаях.

Нисходящий подход обеспечивает:

• максимально полное определение спецификаций проектируемого компонента и согласованность компонентов между собой;
• раннее определение интерфейса пользователя, демонстрация которого заказчику позволяет уточнить требования к создаваемому ПО;
• возможность нисходящего тестирования и комплексной отладки.

28. Метод функционального моделирования SADT.

Метод SADT поддерживается Министерством обороны США, которое было иници-атором разработки стандарта IDEF0 (Icam DEFinition).

Метод SADT представляет собой совокупность правил и процедур, предназначен-ных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями.

29. Принципы построения модели IDEF0.

Основные элементы этого метода основываются на следующих концепциях:

Графическое представление блочного моделирования. Графика блоков и дуг SADT –диаграммы отображает функцию в виде блока, а интерфейсы входа-выхода представляются дугами, соответственно входящими в блок и выходящими из него. Взаимодействие блоков друг с другом описывается посредством интерфейсных дуг, выражающих «ограничения», которые, в свою очередь, определяют, когда и каким образом функции выполняются и управляются;

Строгость и точность. Выполнение правил SADT требует достаточной строгости и точности, не накладывая в то же время чрезмерных ограничений на действия аналитики. Правила SADT включают: ограничение количества блоков на каждом уровне декомпозиции (правило 3-6 блоков), связность диаграмм (номера блоков), уникальность меток и наименований (отсутствие повторяющихся имен), синтаксические правила для графики (блоков и дуг), разделение входов и управлений (правило определения роли данных);

Отделение организации от функции, т.е. исключение влияния административной структуры организации на функциональную модель.

Метод SADT может использоваться для моделирования самых разнообразных систем и определения требований и функций с последующей разработкой информационной системы, удовлетворяющей этим требованиям и реализующей эти функции. В существующих системах метод SADT может применяться для анализа функций, вы-полняемых системой, и указания механизмов, посредством которых они осуществляются.

Состав функциональной системы:

Результатом применения метода SADT является модель, которая состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы – главные компоненты модели, все функции организации и интерфейсы на них представлены как блоки и дуги соответственно. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Управляющая информация входит в блок сверху, в то время как входная информация, которая подвергается обработке, показана с левой стороны блока, а результаты (выход) показаны справой стороны. Механизм (человек или ав-томатизированная система), который осуществляет операцию, представляются дугой, входящей в блок снизу (рис.1):

Одной из наиболее важных особенностей метода SADT является постепенное введение все больших уровней детализации по мере создания диаграмм, отображающих модель.

30. Иерархия функциональных диаграмм.

Построение SADT- модели начинается с представления всей системы в виде про­стейшего компонента – одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функ­циями вне системы. Поскольку единственный блок отображает систему как единое целое, имя, указанное в блоке, является общим. Это верно и для интерфейсных дуг – они также соответствуют полному набору внешних интерфейсов системы в целом.

Затем блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детали­зи­руется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных интер­фейс­ными дугами. Эти боки определяют основные подфункции исходной функции. Данная декомпозиция выявляет полный набор подфункций, каждая из которых по­казана как блок, границы которого определены интерфейсными дугами. Каждая из этих подфунк­ций может быть декомпозирована подобным образом в целях большей детализации.

Во всех случаях каждая подфункция может содержать только те элементы, ко­то­рые входят в исходную функцию. Кроме того, модель не может опустить какие-либо элементы, т.е. родительский блок и его интерфейсы обеспечивают контекст. К нему нельзя ничего добавить, из него не может быть ничего удалено.

Модель SADT представляет собой серию диаграмм с сопроводительной доку­мен­тацией, разбивающих сложный объект на составные части, которые изображе­ны в виде блоков. Детали каждого из основных блоков показаны в виде блоков на других диаграммах. Каждая детальная диаграмма является декомпозицией блока из диаграм­мы предыдущего уровня. На каждом шаге декомпозиции диаграмма преды­дущего уровня называется родительской для более детальной диаграммы.

Дуги, входящие в блок и выходящие из него на диаграмме верхнего уровня, явля­ются точно теми же самыми, что и дуги, входящие в диаграмму нижнего уровня и выходящие из нее, потому что блок и диаграмма изображают одну и ту же часть систе­мы. На рисунке приведен вариант выполнения функций и соединения дуг с блоками.

31. Моделирование бизнес-процессов.

32. Основные принципы и технологии построения распределенных информационных систем.

Основные этапы проектирования базы данных:

Создание БД в среде системы управления базами данных предполагает выполнение следующих основных этапов:

· концептуальное проектирование;

· логическое проектирование;

· физическое проектирование;

· использование БД (заполнение БД информацией и формирование запросов и отчетов).

Концептуальное проектирование - процедура конструирования информационной модели, не зависящей от условий реализации БД. Таким образом, сконструированная на данном этапе информационная модель не зависит ни от СУБД, ни от средств вычислительной техники.

На этапе логического проектирования информационная модель уточняется с учетом типа создаваемой БД (реляционной, сетевой или иерархической).

Процесс физического проектирования БД предполагает выполнение в среде выбранной СУБД следующих работ:

· описание логической структуры каждой таблицы;

· описание связей между таблицами, входящими в одну БД;

· первоначальное заполнение справочников БД необходимой нормативно-справочной информацией.

Что такое база данных

База данных - это хранилище для большого количества систематизированных данных, с которыми можно производить определенные действия (добавление, удаление, изменение, копирование, упорядочивание и т. д.). Все данные, находящиеся в БД, можно представить в виде записей или объектов.

Для успешной работы с БД используются программные средства, обеспечивающие доступ к нужной информации, внесение изменений в БД и другие действия с данными (системы управления базами данных).

Все СУБД делятся на две группы: локальные и сетевые.

Локальные - это СУБД, работающие на одном компьютере. К ним относятся dBase, FoxPro, Microsoft Access и т. д.

Сетевые - это СУБД, позволяющие нескольким компьютерам использовать одну и ту же БД с помощью технологии клиент-сервер. Примерами сетевых СУБД являются InterBase, Oracle, Microsoft SQL Server и т. д.

Взаимосвязи данных:

· один к одному - каждая запись одного объекта БД будет указывать на единственную запись другого объекта;

· один ко многим - одной записи объекта БД будет соответствовать несколько записей других объектов;

· много к одному - равносилен рассмотренному выше виду «один ко многим» и отличается от него только направлением;

· много ко многим - устанавливается между двумя типами объектов БД. Например, когда у одного банкира может быть несколько клиентов и, одновременно, один клиент может пользоваться услугами нескольких банков.

33. Модели представления данных: реляционная, древовидная, сетевая.

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.