В общем случае программная система помимо собственно программ содержит еще и аппаратное обеспечение, а также обычно рассматривается в окружении других программно-аппаратных систем.
Под жизненным циклом программной системы обычно понимают весь период времени существования программной системы, начинающийся с момента выработки первоначальной концепции системы и кончающийся тогда, когда система морально устаревает. Понятие ``жизненного цикла"" используется, когда предполагается, что программная система будет иметь достаточно большой срок действия, в отличие от экспериментального программирования, при котором программы прогоняются несколько раз и больше не используются.
Жизненный цикл традиционно моделируется в виде некоторого числа последовательных этапов (или стадий, фаз). В настоящее время не выработано общепринятого разбиения жизненного цикла программной системы на этапы. Иногда этап выделяется как отдельный пункт, иногда - входит в качестве составной части в более крупный этап. Могут варьироваться действия, производимые на том или ином этапе. Нет единообразия и в названиях этих этапов. Поэтому попытаемся вначале описать некоторый обобщенный жизненный цикл программной системы, а затем продемонстрируем несколько примеров различных жизненных циклов с указанием аналогий из этого обобщенного цикла.
Этапы жизненного цикла ПО
Жизненный цикл программного обеспечения - период разработки и эксплуатации программного обеспечения, в котором обычно выделяют этапы: -1- возникновение и исследование идеи; -2- анализ требований и проектирование; -3- программирование; -4- тестирование и отладка; -5- ввод программы в действие; -6- эксплуатация и сопровождение; -7- завершение эксплуатации.
Следует обратить внимание, что разбиение жизненного цикла на этапы иногда способствует затушевыванию некоторых важных аспектов создания программного обеспечения; особенно это проявляется по отношению к такому необходимому процессу, как итерационная реализация различных этапов жизненного цикла с целью исправления ошибок, изменения решений, которые оказались неправильными, или учета изменений в общих требованиях, предъявляемых к системе.
Примеры описания жизненного цикла
Рассмотрим несколько описаний жизненного цикла программного обеспечения, которые послужат своеобразным комментарием этапам обобщенного жизненного цикла.
В отечественных нормативных документах (например, ГОСТ ЕСПД) принято следующее разграничение на этапы, которое приводится с указанием аналогий из списка, данного в начале раздела:
разработка технического задания (этапы 1 и 2);
технический проект (третий этап до 3.2.1 включительно);
рабочий проект (3.2.2, 4.2.1 и, частично, 4.2, 4.3);
экспериментальное внедрение (4.2 и 4.3);
сдача в промышленную эксплуатацию (этап 5);
промышленная эксплуатация (этап 6).
Подобное описание имеет своим прообразом технологию разработки аппаратных средств и поэтому не вполне учитывает все отличительные особенности проектирования программ. Более подходящим выглядит описание жизненного цикла программного обеспечения, состоящее из 12 этапов, которые очень близки этапам обобщенного жизненного цикла (см. рис. 1.1). В скобках после имени фазы указывается аналог из обобщенного цикла. Практически все этапы заканчиваются проверкой результатов, полученных на соответствующем этапе.
Рис. 1.1 Пример жизненного цикла программных систем
Начало проекта и планирование (этап 1). Определяются необходимые действия, планы и организация управления проектом. Определяются меры по обеспечению непрерывного выполнения фаз жизненного цикла.
Анализ целевых требований (2.1). Определяются, без учета средств реализации, общие характеристики системы, которым она должна удовлетворять. Устанавливается, что и как должна делать система.
Анализ системных требований (2.2). Описывается, как должны удовлетворятся запросы пользователя, в терминах конкретных функциональных понятий описываются действия предполагаемой системы, хранимые данные, используемый интерфейс - все это без учета физической реализации. Проверяется пригодность этих конкретных понятий.
Проектирование системы (3.1). Устанавливается структура системы или, иначе говоря, ее архитектура в терминах основных компонентов этой системы и их предполагаемой реализации (аппаратной, программной, с помощью окружения и т.д.). Устанавливаются требования для каждого компонента, а также стратегию тестирования и интеграции.
Предварительное проектирование программного обеспечения (3.2.1). Определение конкретных программных компонент, которые будут разрабатываться и внедряться в конечную систему. Проверка этого множества компонент на непротиворечивость общим требованиям к программному обеспечению. Определение функциональных, эксплуатационных и тестовых требований к каждому конкретному компоненту.
Детальное проектирование программного обеспечения (3.2.2). В терминах используемых программных конструкций производится описание того, как каждый конкретный компонент будет разрабатываться. Описываются режимы использования каждого компонента в системе.
Кодирование и тестирование программного обеспечения (4.1.1 и 4.1.2). Создание, тестирование отдельных модулей, документирование и приемка программных компонентов, которые составляют программную систему.
Интеграция программного обеспечения (частично 4.2). Тестирование работоспособности и функциональной законченности программных частей системы в предсказуемом окружении (аппаратуре и окружающей среде).
Интеграция системы (4.3). Тестирование работоспособности и функциональной законченности частей общей системы в целом.
Приемка и поставка системы (5). Производится приемка системы заказчиком, и поставка ему системы.
Эксплуатация и сопровождение системы (6). Выпуск последующих вариантов или версий системы, необходимость в которых возникает из-за устранений дефектов, отработки измененных требований и т.д.
Завершение проекта (7). Формирование посториорной модели проектных действий с анализом достоинств, недостатков и т.д., и использование их в качестве основания для улучшения процесса разработки.
В качестве следующего примера рассмотрим неполный жизненный цикл программного обеспечения, без этапов эксплуатации и сопровождения (см. рис. 1.2). В этом варианте не фиксируется последовательность фаз или этапов, а предлагается перечень действий, которые должны быть выполнены на протяжении жизненного цикла программного обеспечения. Эти действия могут быть разбиты или, наоборот, сгруппированы в различные этапы, в зависимости от конкретных условий. Можно выделить следующие этапы жизненного цикла программных систем (в скобках, как и ранее, - аналоги из модели обобщенного цикла):
этап планирования, который определяет и координирует действия по разработке программной системы (этап 1);
этап разработки, на котором создается программная система:
постановку задачи (этап 2),
проектирование (3),
кодирование (4.1.1),
получение исполняемого кода (4.1.1, 4.3);
интегрированный этап, обеспечивающий коррекцию, проверку, и определение полноты программной системы, а также ее выпуск. Этот этап включает в себя верификацию, контроль за конфигурацией системы, оценку качества и проверку взаимодействия между этапами. Из названия этого этапа видно, что он выполняется совместно с другими этапами на протяжении жизненного цикла системы.
Рис. 1.2 Вариант упрощенного жизненного цикла программной системы.
Отсутствие интегрированного этапа в обобщенном жизненном цикле не означает, что проверка производится только там, где это явно указано в названии этапа (например 4.2.1 и 4.2). Каждый этап может считаться завершенным только тогда, когда результаты, полученные на данном этапе, были признаны удовлетворительными, а для этого необходимо производить проверку результатов на каждом этапе. В обобщенном жизненном цикле некоторые проверки были вынесены отдельными пунктами для демонстрации повышенных объемов, сложности и важности этих проверок.
Последовательность этапов жизненного цикла для разных программных систем определяется такими характеристиками как функциональные возможности, сложность, размер, устойчивость, использование ранее полученных результатов, разрабатываемая стратегия и аппаратное обеспечение.
На рис. 1.3. показана последовательность этапов разработки программного обеспечения для отдельных компонентов единой программной системы с различными жизненными циклами.
Рис. 1.3 Последовательность этапов разработки компонент программного обеспечения
Для компонента W из множества системных требований к единому продукту формируется подмножество требований, относящихся к данному компоненту, используются эти требования при формировании проекта программного компонента, реализовывают этот проект в исходном коде и тогда интегрирует компонент с аппаратурой. Компонент X показывает использование ранее разработанного программного обеспечения. Компонент Y показывает использование простой отдельной функции, которая может быть закодирована прямо на основе требований к программному обеспечению. Компонент Z показывает использование прототипной стратегии. Обычно, целями прототипирования является лучшее понимание требований к программному обеспечению и уменьшение технических рисков и рисков разработки при создании конечного продукта. Исходные требования используются как базис для получения прототипа. Этот прототип преобразуется в окружение, типичное для конкретного использования системы при разработке. Результатом преобразований является уточненные данные, которые используются для создания конечного программного продукта.
Практически все этапы жизненного цикла объединяются с верификацией.
ПО – комплекс программ, предназначенный для решения задачи. Жизненный цикл ПО – отрезок времени от момента возникновения необходимости в создании ПО до момента снятия его с эксплуатации. Стадии жизненного цикла ПО, которые могут протекать как последовательно, так и пераллельно, так и квазипараллельно:
1. разработка;
2. эксплуатация;
3. сопровождение.
На фазе сопровождения, как правило, выполняются следующие виды работ:
- расширение функциональных возможностей ПО;
- модификация уже существующих функций;
- модификация ПО, связанная с модификацией аппаратного обеспечения;
- устранение ошибок ПО, которые небыли обнаружены при разработке в виду невозможности полного тестирования, а проявились только на фазе эксплуатации.
При проведении разработки чётко выделяют следующие этапы:
- определение требований к ПО, которое предусматривает сбор необходимой информации.
- внешнее проектирование (информация, содержащаяся в техническом задании, подвергается анализу и строгой формализации; основное назначение этого этапа – дать разработчику наиболее полное и точное представление о том, что должно в конечном итоге получиться). Не является обязательным.
- внутреннее проектирование (уточняются те сведения, полученные на предыдущих этапах, и вырабатываются структуры данных, используемые в ПО, определяется модульная структура ПО, правила взаимодействия модулей в процессе передачи управления или обмена информацией и т.д.).
- программирование (кодирование).
- тестирование и отладка. Тестирование – процесс выявления факта наличия ошибок в программе. Отладка – тестирование + диагностика и локализация ошибок + устранение ошибок.
- испытание ПО. Испытание – особый вид тестирования, цель которого выявление несоответствий между полученным ПО и требованиями технического задания.
Модели жизненного цикла ПО:
§ каскадная модель
§ спиральная модель – при прохождении одного витка спирали результатом является версия ПО. После испытаний принимается решение о разработки следующей версии, либо неразработки, если данная версия удовлетворяет требованиям технического задания полностью.
31. Техническое задание (ГОСТ 19.201 – 78). Его основные разделы и их содержание.
В соответствии с этим стандартом в техническое задание включаются следующие разделы:
2. введение;
3. основание для разработки;
4. назначение разработки;
5. требования к программному изделию;
6. требования к документации;
7. технико-экономические показатели;
8. стадии и этапы разработки;
9. порядок контроля и приёмки
10. приложение.
Введение:
§ наименование;
§ краткая характеристика в области применения ПО.
Основное назначение этого раздела – продемонстрировать актуальность данной разработки и какое место эта разработка занимает в ряду подобных.
Основание для разработки:
§ наименование документа, на основании которого ведётся разработка;
§ организация, утвердившая данный документ;
§ наименование или условное обозначение темы разработки.
Таким документом может служить план, приказ, договор и т.д.
Назначение разработки:
§ описание функционального и эксплуатационного назначения данной системы с указанием категории её пользователей.
Требования к программе или к программному изделию.
Этот раздел должен включать следующие подразделы:
1. требования к функциональным характеристикам;
2. требования к надёжности;
3. условия эксплуатации;
4. требования к составу и параметрам технических средств;
5. требования к информационной и программной совместимости;
6. требования к маркировке и упаковке;
7. требования к транспортированию и хранению.
8. специальные требования.
В разделе требований к функциональным характеристикам должны быть перечислены все функции и описаны состав, характеристики и формы представления исходных данных и результатов. В этом же разделе при необходимости указывают критерии эффективности (максимальное время ответа системы, максимальный объём используемой памяти).
В разделе требования к надёжности должен быть указан уровень надёжности ПО, который должен быть обеспечен при разработке. В системах с обычными требованиями надёжности, т.е. не относящихся к системам в которых существует риск жизни людей, дополнительно указывают действия разработки системы, направленные на увеличение надёжности системы (создание резервных копий, блокировка опасных действий).
В разделе условия эксплуатации указывают особые требования к условиям эксплуатации ПО (температура, влажность). Такие требования необходимы, когда ПО будет работать (эксплуатироваться) в условиях, отличных от центра разработки. Если условия не отличаются, дополнительно указывают, что требования не предъявляются или же вообще опускают этот раздел. В этом разделе иногда указывают виды требуемого обслуживания, квалификацию обслуживающего персонала.
В разделе требования к составу и параметрам технических средств указывают необходимый состав и основные характеристики технических средств. В этом разделе обычно указывают две конфигурации технических средств: минимальные и номинальные.
В разделе требования к информационной и программной совместимости при необходимости можно задать методы программирования, среду разработки и используемую операционную систему. Если предполагается, что ПО будет эксплуатироваться с другими ПО, то в этом разделе следует привести перечень этих ПО и подробно описать интерфейс взаимодействия на уровне форматов данных и API-функций.
В разделе требования к маркировке и упаковке указываются способы маркировки и упаковки ПО.
В разделе требования к транспортированию и хранению указываются условия транспортирования, места хранения, условия складирования и сроки хранения в различных условиях.
В разделе специальных требований указываются требования, не относящиеся ни к одному из ранее описанных разделов.
Требования к программной документации.
В этом разделе приводят перечень программной и эксплуатационной документации, которая должна быть разработана вместе с программным изделием. При необходимости в нём указываются специальные требования к структуре и составу документов. Минимальный объём документации: руководство пользователя.
Технико-экономические показатели.
Стадии и этапы разработки.
В нём указывают стадии и этапы разработки выполняемых работ с указанием сроков и исполнителей.
Порядок контроля и приёмки.
В нём указывают порядок проведения испытаний и общие требования по проведению приёмки.
Приложение: перечень НИР, обоснования, расчёты, и другие документы, которые следует использовать для разработки.
В зависимости от особенностей разрабатываемого ПО разрешается уточнять описанные разделы, вводить новые или объединять существующие.
32. Структурное проектирование ПО: метод структурного анализа, проектирование модульной структуры.
Метод структурного анализа базируется на ряде общих принципов, перечисленных ниже.
1. Принцип декомпозиции и иерархического упорядочивания , который заключается в разбиении большой и сложной проблемы на множество меньших независимых подзадач, легких для понимания и решения. Причем декомпозиция может осуществляться и для уже выделенных подзадач. В результате такой последовательной декомпозиции специфицируемая система может быть понята и построена по уровням иерархии, каждый из которых добавляет новые детали.
2. Принцип абстрагирования заключается в выделении существенных с некоторых позиций аспектов системы и отвлечения от несуществующих с целью представления проблемы в удобном общем виде.
3. Принцип формализации заключается в необходимости строгого методологического подхода и решению проблемы.
4. Принцип сокрытия заключается в "упрятывании" несущественной на определенном этапе информации: каждая часть "знает" только то, что необходимо.
5. Принцип полноты заключается в контроле на присутствие лишних элементов.
6. Принцип непротиворечивости заключается в обоснованности и согласованности элементов.
7. Принцип логической независимости заключается в концентрации внимания на логическом проектировании для обеспечения независимости от физического исполнения.
8. Принцип независимости данных заключается в том, что модели данных должны быть проанализированы и спроектированы независимо от процессов их логической обработки, а также от их физической структуры и распределения в памяти вычислительной системы.
9. Принцип структурирования данных заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.
Руководствуясь всеми принципами в комплексе, можно на этапе специфицирования понять, что будет представлять из себя разрабатываемое программное обеспечение, обнаружить промахи и недоработки, что, в свою очередь, облегчит работы на последующих этапах жизненного цикла.
Для целей специфицирования систем в структурном анализе используются три группы средств, иллюстрирующих:
* функции, которые система должна выполнять;
* отношения между данными;
* зависящее от времени поведение системы (аспекты реального времени).
Для этого применяются:
* DFD (Data Flow Diagrams) – диаграммы потоков данных совместно со словарями данных и спецификациями процессов;
* ERD (Entity–Relationship Diagrams) – диаграммы сущность–связь;
* STD (State Transition Diagrams) – диаграммы переходов–состояний.
DFD показывает внешние по отношению к системе источники и приемники данных, идентифицирует логические функции (процессы) и группы элементов данных, связывающие одну функцию с другой (потоки), а также идентифицирует хранилища (накопители данных), к которым осуществляется доступ. Структуры потоков данных и определение их компонентов хранятся в словаре данных. Каждая логическая функция может быть детализирована DFD нижнего уровня. Когда детализация исчерпана, переходят к описанию логики с помощью спецификации процесса.
Структура каждого хранилища описывается с помощью ERD. В случае наличия реального времени DFD дополняется средствами описания, зависящего от времени поведения системы, которые описываются с помощью STD. Эти связи показаны на рисунке.
Взаимосвязь средств структурного анализа
Проектирование модульной структуры. Модуль – это отдельная функционально законченная программная единица, которая может применяться самостоятельно, либо быть частью программы. Программное обеспечение создается на основе модульной структуры, состоящей из отдельных модулей.
К преимуществам разработки ПО с использованием модулей можно отнести следующее:
- Упрощается проектирование ПО, так как сложную и большую проблему легче понять, разбив се на отдельные функциональные части.
- Обеспечивается возможность организации совместной работы больших коллективов разработчиков, так как каждый программист имеет дело с независимой от других частью ПО - модулем или группой модулей.
- Упрощается отладка программ, так как ограниченный доступ к модулю и однозначность его внешнего поведения исключает влияние ошибок в других модулях на его функционирование.
- Повышается надежность программ, так как относительно малый размер модулей и, как следствие, небольшая их сложность, позволяют провести более полную их проверку.
Для проектирования и документирования модульной структуры применяются структурные карты Константайна (Constantine), которые являются моделью отношений между программными модулями.
Структурная карта представляет собой ориентированный граф. Узлы структурных карт соответствуют модулям и областям данных, а дуги изображают межмодульные вызовы. При этом циклические и условные вызовы моделируются специальными узлами, привязанными к дугам.
Элементы структурных карт.
Базовым элементом структурной карты является модуль. Можно выделить различные типы модулей:
1. Собственно модуль используется для представления обрабатывающего фрагмента ПО и для локализации его на диаграмме.
2. Подсистема – совокупность ранее определенных модулей. Может повторно использоваться любое число раз на любых диаграммах.
3. Библиотека отличается от подсистемы тем, что определена вне контекста системы.
4. Область данных используется для указания модулей, содержащих области глобальных (распределенных) переменных.
Типы модулей на структурных картах.
При построении структурных карт добавление модулей и увязывание их вместе осуществляется с использованием потоков, демонстрирующих иерархию вызовов. Различают последовательный и параллельный вызовы. При последовательном вызове модули могут вызываться в любом порядке или одновременно.
Для моделирования условных и циклических вызовов применяются условные и итерационные узлы.
Изображения условного и итерационного вызовов.
Типовые модульные структуры. В зависимости от задач, решаемых разработчиком, и от выбранного метода проектирования модульное ПО может иметь одну из следующих основных структур: монолитно - модульную; последовательно - модульную; модульно - иерархическую; модульно - хаотическую.
а - монолитная; б - последовательная; в - иерархическая; г – хаотическая.
Монолитно - модульная структура включает в себя большой программный модуль, реализующий большую часть возложенных на программу функций. Из этой части имеется незначительное число обращений к другим программным модулям значительно меньшего размера. Такая структура несет на себе все недостатки немодульного принципа программирования: она сложна для понимания, проверки и сопровождения.
Последовательно - модульная структура включает в себя несколько последовательно передающих друг другу управление модулей. Эта структура проста и наглядна, но может быть реализована лишь для относительно простых задач.
Модульно - иерархическая структура включает в себя программные модули, располагаемые на разных уровнях иерархии. Модули верхних уровней управляют работой модулей нижних уровней. Подобная структура наиболее предпочтительна и позволяет строить достаточно сложные программы.
Модульно - хаотические структуры. Такие программы сложны для проверки и сопровождения. Эта структура допустима только в системах реального времени с жесткими объемно-временными характеристиками, когда с помощью программ с другой структурой невозможно их достичь.
Общие правила структурного построения ПО. На начальных этапах разработки ПО формируется его структура и общие правила взаимодействия компонентов, которые состоят в следующем:
- должна быть унифицирована структура ПО и правила оформления описания каждого программного модуля;
- каждый модуль характеризуется функциональной законченностью, автономностью и независимостью в оформлении от модулей, которые ею используют и которые он вызывает;
- применяются стандартные правила организации связей модуля по управлению и информации (данным) с другими модулями;
- ПО разрабатываются в виде совокупности небольших по количеству операторов (до 100) программных модулей, связанных иерархическим образом;
- должен отсутствовать эффект после действия очередного исполнения программы на последующие исполнения;
- регламентировано использование локальных переменных и регистров ЭВМ.
Понятие жизненного цикла программного обеспечения
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;
Жесткий сбой (отказ питания, жестких дисков).
Эти тесты позволяют оценить качество подсистемы восстановления корректного состояния информационной системы и служат основным источником информации для разработки стратегий предотвращения негативных последствий сбоев при промышленной эксплуатации.
Еще одним важным аспектом программы тестирования информационных систем является наличие генераторов тестовых данных. Они используются для проведения тестов функциональности, надежности и производительности системы. Задачу оценки характеристик зависимости производительности информационной системы от роста объемов обрабатываемой информации без генераторов данных решить невозможно.
Внедрение
Опытная эксплуатация перекрывает процесс тестирования. Система редко вводится полностью. Как правило, это процесс постепенный или итерационный (в случае циклического жизненного цикла).
Ввод в эксплуатацию проходит как минимум три стадии:
2) накопление информации;
3) выход на проектную мощность (то есть собственно переход к этапу эксплуатации).
информации может вызвать довольно узкий спектр ошибок: в основном, рассогласование данных при загрузке и собственные ошибки загрузчиков. Для их выявления и устранения применяют методы контроля качества данных. Такие ошибки должны быть исправлены как можно быстрее.В период накопления информации в информационной системе выявляется наибольшее количество ошибок, связанных с многопользовательским доступом. Вторая категория исправлений связана с тем, что пользователя не устраивает интерфейс. При этом циклические модели и модели с обратной связью этапов позволяют снизить затраты. Рассматриваемый этап является также наиболее серьезным тестом - тестом одобрения пользователем (customer acceptance tests).
Выход системы на проектную мощность в хорошем варианте - это доводка мелких ошибок и редкие серьезные ошибки.
Эксплуатация и техническая поддержка
На этом этапе последним документом для разработчиков является акт технической приемки. Документ определяет необходимый персонал и требуемое оборудование для поддержки работоспособности системы, а также условия нарушения эксплуатации продукта и ответственность сторон. Помимо этого обычно в виде отдельного документа оформляются условия технической поддержки.
Жизненный цикл программного обеспечения
Одним из базовых понятий методологии проектирования ПО является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.
Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО. В данном стандарте ПО (программный продукт) определяется как набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанной с ним документации и данных. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными от других процессов, и результатами.
Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:
· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
· вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
Модели жизненного цикла ПО
Модель жизненного цикла - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи стадий и этапов, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ПО и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Основные модели ЖЦ следующие.
1. Каскадная модель (до 70-х годов XX в) определяет последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего.
Для этой модели характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.
Достоинство : хорошие показатели по срокам разработки и надежности при решении отдельных задач.
Недостаток : неприменимость к большим и сложным проектам из-за изменчивости требований к системе в течение длительного проектирования.
2. Итерационная модель (70-80-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «снизу - вверх». Допускает итерационные возвраты на предыдущие этапы после выполнения очередного этапа;
Модель предусматривает обобщение полученных проектных решений отдельных задач в общесистемные решения. При этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований.
Достоинство: возможность оперативно вносить коррективы в проект.
Недостаток: при большом числе итераций растет время проектирования, возникают расхождения в проектных решениях и документации, запутывается функциональная и системная архитектура созданной ПО. Необходимость в перепроектировании старой или создании новой системы может возникнуть сразу после этапа внедрения или эксплуатации.
3. Спиральная модель (80-90-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «сверху - вниз». Предполагает использование программного прототипа, допускающего программное расширение. Проект системы циклически повторяет путь от детализации требований к детализации программного кода.
При проектировании архитектуры системы сначала определяется состав функциональных подсистем и решаются общесистемные вопросы (организация интегрированной базы данных, технология сбора, передачи и накопления информации). Затем формулируются отдельные задачи и разрабатывается технология их решения.
При программировании сначала разрабатываются головные программные модули, а затем - модули, исполняющие отдельные функции. Сначала обеспечивается взаимодействие модулей между собой и с базой данных, а затем - реализация алгоритмов.
Достоинства:
1. сокращение число итераций и, следовательно, число ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять;
2. сокращение сроков проектирования;
3. упрощение создания проектной документации.
Недостаток: высокие требования к качеству общесистемного репозитория (общей базы проектных данных).
Спиральная модель лежит в основе технологии быстрой разработки приложений или RAD-технологии (rapid application development), которая предполагает активное участие конечных пользователей будущей системы в процессе ее создания. Основные стадии информационного инжиниринга следующие:
· Анализ и планирование информационной стратегии. Пользователи вместе со специалистами-разработчиками участвуют в идентификации проблемной области.
· Проектирование. Пользователи под руководством разработчиков принимают участие в техническом проектировании.
· Конструирование. Разработчики проектируют рабочую версию ПО с использованием языков 4-го поколения;
· Внедрение. Разработчики обучают пользователей работе в среде новой ПО.
Здравствуйте, уважаемые хабровчане! Думаю будет кому-то интересно вспомнить какие модели разработки, внедрения и использования программного обеспечения существовали ранее, какие модели в основном используются сейчас, зачем и что это собственно такое. В этом и будет заключаться моя небольшая тема.
Собственно, что же такое жизненный цикл программного обеспечения
- ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и дальнейшего использования. Говоря другими словами, это время от начального момента создания какого либо программного продукта, до конца его разработки и внедрения. Жизненный цикл программного обеспечения можно представить в виде моделей.
Модель жизненного цикла программного обеспечения
- структура, содержащая процессы действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, использования и сопровождения программного продукта.
Эти модели можно разделить на 3 основных группы:
- Инженерный подход
- С учетом специфики задачи
- Современные технологии быстрой разработки
Модель кодирования и устранения ошибок
Совершенно простая модель, характерная для студентов ВУЗов. Именно по этой модели большинство студентов разрабатывают, ну скажем лабораторные работы.Данная модель имеет следующий алгоритм:
- Постановка задачи
- Выполнение
- Проверка результата
- При необходимости переход к первому пункту
Каскадная модель жизненного цикла программного обеспечения (водопад)
Алгоритм данного метода, который я привожу на схеме, имеет ряд преимуществ перед алгоритмом предыдущей модели, но также имеет и ряд весомых недостатков.Преимущества:
- Последовательное выполнение этапов проекта в строгом фиксированном порядке
- Позволяет оценивать качество продукта на каждом этапе
- Отсутствие обратных связей между этапами
- Не соответствует реальным условиям разработки программного продукта
Каскадная модель с промежуточным контролем (водоворот)
Данная модель является почти эквивалентной по алгоритму предыдущей модели, однако при этом имеет обратные связи с каждым этапом жизненного цикла, при этом порождает очень весомый недостаток: 10-ти кратное увеличение затрат на разработку . Относится к первой группе моделей.V модель (разработка через тестирование)
Данная модель имеет более приближенный к современным методам алгоритм, однако все еще имеет ряд недостатков. Является одной из основных практик экстремального программирования.
Модель на основе разработки прототипа
Данная модель основывается на разработки прототипов и прототипирования продукта.Прототипирование используется на ранних стадиях жизненного цикла программного обеспечения:
- Прояснить не ясные требования (прототип UI)
- Выбрать одно из ряда концептуальных решений (реализация сцинариев)
- Проанализировать осуществимость проекта
- Горизонтальные и вертикальные
- Одноразовые и эволюционные
- бумажные и раскадровки
Вертикальные прототипы - проверка архитектурных решений.
Одноразовые прототипы - для быстрой разработки.
Эволюционные прототипы - первое приближение эволюционной системы.
Модель принадлежит второй группе.
Спиральная модель жизненного цикла программного обеспечения
Спиральная модель представляет собой процесс разработки программного обеспечения, сочетающий в себе как проектирование, так и постадийное прототипирование с целью сочетания преимуществ восходящей и нисходящей концепции.
Преимущества:
- Быстрое получение результата
- Повышение конкурентоспособности
- Изменяющиеся требования - не проблема
- Отсутствие регламентации стадий
Большое спасибо за внимание!