Понятие «жизненный цикл» предполагает нечто рождаю­щееся, развивающееся и умирающее. Подобно живому организму программные изделия создаются, эксплуатируются и развиваются во времени.

Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя все этапы его развития: от возникновения потребности в нем до полного прекращения его использования вследствие морального старения или потери необходимости решения соответствующих задач.

Можно выделить несколько фаз существования программного изделия в течение его жизненного цикла. Общепринятых названий для этих фаз и их числа пока еще нет. Но и особых разногласий по этому вопросу нет. Поэтому существует несколько вариантов разбиения жизненного цикла программного обеспечения на этапы. Вопрос о том, лучше ли данное конкретное разбиение, чем другие, не является основным. Главное, необходимо пра­вильно организовать разработку программного обеспечения с их учетом.

По длительности жизненного цикла программные изделия можно разделить на два класса: с малым и большим временем жизни. Этим классам программ соответствуют гибкий (мягкий) подход к их созданию и использованию и жесткий промыш­ленный подход регламентированного проектирования и эксплуа­тации программных изделий. В научных организациях и вузах, например, преобладают разработки программ первого класса, а в проектных и промышленных организациях - второго.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации создаются в основном для решения научных и инженерных задач, для получения конкретных результатов вычислений. Такие прог­раммы обычно относительно невелики. Они разрабатываются одним специалистом или маленькой группой. Главная идея программы обсуждается одним программистом и конечным пользователем. Некоторые детали заносятся на бумагу, и проект реализуется в течение нескольких дней или недель. Они не предназначены для тиражирования и передачи для последующего использования в другие коллективы. По существу, такие прог­раммы являются частью научно-исследовательской работы и не могут рассматриваться как отчуждаемые программные изделия.

Их жизненный цикл состоит из длительного интервала сис­темного анализа и формализации проблемы, значительного этапа проектирования программ и относительно небольшого времени эксплуатации и получения результатов. Требования, предъяв­ляемые к функциональным и конструктивным характеристикам, как правило, не формализуются, отсутствуют оформленные испытания программ. Показатели их качества контролируются только разработчиками в соответствии с их неформальными представлениями.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации

Сопровождение и модификация таких программ не обязатель­ны, и их жизненный цикл завершается после получения резуль­татов вычислений. Основные затраты в жизненном цикле таких программ приходятся на этапы системного анализа и проектирования, которые продолжаются от месяца до 1…2 лет, в результате

чего жизненный цикл программного изделия редко превышает 3 года.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации создаются для регулярной обработки информации и управления. Структура таких программ сложная. Их размеры могут изменяться в широких пределах (1...1000 тыс. команд), однако все они обладают свойствами познаваемости и возможности модифи­кации в процессе длительного сопровождения и использования различными специалистами. Программные изделия этого класса допускают тиражирование, они сопровождаются документацией как промышленные изделия и представляют собой отчуждаемые от разработчика программные продукты.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации

Их проектированием и эксплуатацией занимаются большие коллективы специалистов, для чего необходима формализация программной системы, а также формализованные испытания и определение достигнутых показателей качества конечного про­дукта. Их жизненный цикл составляет 10...20 лет. До 70...90 % этого времени приходится на эксплуатацию и сопровождение. Вследствие массового тиражирования и длительного сопровождения совокупные затраты в процессе эксплуатации и сопровождения таких программных изделий значительно превышают затраты на системный анализ и проектирование.

Все последующее изложение акцентирует внимание на теме разработки крупных (сложных) программных средств управления и обработки информации.

Обобщенная модель жизненного цикла программного изделия может выглядеть так:

I . Системный анализ:

а) исследования;

б) анализ осуществимости:

Эксплуатационной;

Экономической;

Коммерческой.

II . Проектирование программного обеспечения:

а) конструирование:

Функциональная декомпозиция системы, ее архитектура;

Внешнее проектирование программного обеспечения;

Проектирование базы данных;

Архитектура программного обеспечения;

б) программирование:

Внутреннее проектирование программного обеспечения;

Внешнее проектирование программных модулей;

Внутреннее проектирование программных модулей;

Кодирование;

Отладка программ;

Компоновка программ;

в) отладка программного обеспечения.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения.

IV . Использование программного обеспечения:

а) эксплуатация;

б) сопровождение.

I . Системный анализ. В начале разработки программного обеспечения проводят системный анализ (предварительное его проектирование), в ходе которого определяются потребность в нем, его назначение и основные функциональные характе­ристики. Оцениваются затраты и возможная эффективность применения будущего программного изделия.

На этом этапе составляется перечень требований, то есть четкое определение того, что пользователь ожидает от готового продукта. Здесь же осуществляется постановка целей и задач, ради реализации которых и разрабатывается сам проект. В фазе систем­ного анализа можно выделить два направления: исследование и анализ осуществимости.

Исследования начинаются с того момента, когда руководитель разработки осознает потребность в программном обеспечении.

Работа состоит в планировании и координации действий, необходимых для подготовки формального рукописного перечня требований к разрабатываемому программному изделию.

Исследования заканчиваются тогда, когда требования сформи­рованы в таком виде, что становятся обозримыми и при необ­ходимости могут быть модифицированы и одобрены ответствен­ным руководителем.

Анализ осуществимости есть техническая часть исследований и начинается тогда, когда намерение руководства окрепнет настолько, что назначается руководитель проекта, организующий проектирование и распределение ресурсов (рабочей силы).

Работа заключается в исследовании предполагаемого прог­раммного изделия с целью получения практической оценки возможности реализации проекта, в частности определяются:

- осуществимость эксплуатационная , будет ли изделие доста­точно удобно для практического использования?

- осуществимость экономическая , приемлема ли стоимость разрабатываемого изделия? Какова эта стоимость? Будет ли изделие экономически эффективным инструментом в руках пользователя?

- осуществимость коммерческая, будет ли изделие привлека­тельным, пользоваться спросом, легко устанавливаемым, прис­пособленным к обслуживанию, простым в освоении?

Эти и другие вопросы необходимо решать главным образом при рассмотрении указанных выше требований.

Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.

Прежде чем продолжить дальнейшую работу над проектом необходимо удостовериться, что вся необходимая информация получена. Эта информация должна быть точной, понятной и осуществимой. Она должна представлять собой полный комплекс требований удовлетворяющих пользователя к разрабатываемому программному продукту, оформляемый в виде спецификации.

При несоблюдении данного требования можно значительно замедлить реализацию проекта в будущем вследствие много­кратного повторного обращения к пользователю за уточнением неверно трактованных деталей, неоговоренных условий и, как следствие, потребуется переделка уже разработанных его частей.

Часто в период системного анализа принимается решение о прекращении дальнейшей разработки программного обеспе­чения.

II . Проектирование программного обеспечения. Проектиро­вание является основной и решающей фазой жизненного цикла программного обеспечения, во время которого создается и на 90% приобретает свою окончательную форму программное из­делие.

Эта фаза жизни охватывает различные виды деятельности проекта и может быть разделена на три основных этапа: конст­руирование, программирование и отладку программного из­делия.

Конструирование программного обеспечения обычно начи­нается ещё в фазе анализа осуществимости, как только оказы­ваются зафиксированными на бумаге некоторые предварительные цели и требования к нему.

К моменту утверждения требований работа в фазе конст­руирования будет в самом разгаре.

На этом отрезке жизни программного обеспечения осу­ществляют:

Функциональную декомпозицию решаемой задачи, на основе которой определяется архитектура системы этой задачи;

Внешнее проектирование программного обеспечения, вы­ражающееся в форме внешнего взаимодействия его с поль­зователем;

Проектирование базы данных, если это необходимо;

Проектирование архитектуры программного обеспечения - определение объектов, модулей и их сопряжения.

Программирование начинается уже в фазе конструирования, как только станут доступными основные спецификации на отдельные компоненты программного изделия, но не ранее утверждения соглашения о требованиях. Перекрытие фаз прог­раммирования и конструирования приводит к экономии общего времени разработки, а также к обеспечению проверки пра­вильности проектных решений, и в некоторых случаях влияет на решение ключевых вопросов.

На этом этапе выполняется работа, связанная со сборкой программного изделия. Она состоит в подробном внутреннем конструировании программного продукта, в разработке внут­ренней логики каждого модуля системы, которая затем выра­жается текстом конкретной программы.

Фаза программирования завершается, когда разработчики закончат документирование, отладку и компоновку отдельных частей программного изделия в одно целое.

Отладка программного обеспечения осуществляется после того, когда все его компоненты будут отлажены по отдельности и собраны в единый программный продукт.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения. В этой фазе программное изделие подвергается строгому системному испы­танию со стороны группы лиц, не являющихся разработчиками.

Это делается для того, чтобы гарантировать, что готовое программное изделие удовлетворяет всем требованиям и спецификациям, может быть использовано в среде пользователя, свободно от каких-либо дефектов и содержит необходимую документацию, которая точно и полно описывает программное изделие.

Фаза оценки начинается, как только все компоненты (мо­дули) собраны вместе и испытаны, т.е. после полной отладки готового программного продукта. Она заканчивается после полу­чения подтверждения, что программное изделие прошло все испытания и готово к эксплуатации.

Она продолжается так же долго, как и программирование.

IV . Использование программного обеспечения. Если системный анализ - сигнал к бою, проектирование - атака и возвращение с победой, то использование программного изделия -это ежедневная оборона, жизненно необходимая, но обычно не почетная для разработчиков.

Такое сравнение уместно ввиду того, что во время исполь­зования программного изделия исправляются ошибки, вкрав­шиеся в процессе его проектирования.

Фаза использования программного изделия начинается тогда, когда изделие передается в систему распределения.

Это то время, в течение которого изделие находится в действии и используется эффективно.

В это время выполняются обучение персонала, внедрение, настройка, сопровождение и, возможно, расширение прог­раммного изделия - так называемое продолжающееся проек­тирование.

Фаза использования заканчивается, когда изделие изымается из употребления и упомянутые выше действия прекращаются. Отметим, однако, что программное изделие может долго приме­няться кем-либо еще и после того, как фаза использования в том виде, как она определена здесь, завершится. Потому что этот некто может плодотворно использовать программное изделие у себя даже без помощи разработчика.

Использование программного продукта определяется его эксплуатацией и сопровождением.

Эксплуатация программного изделия заключается в испол­нении, функционировании его на ЭВМ для обработки инфор­мации и в получении результатов, являющихся целью его соз­дания, а также, в обеспечении достоверности и надежности выдаваемых данных.

Сопровождение программного обеспечения состоит в эксплу­атаци­ он­ ном обслуживании, развитии функциональных возможностей и повышении эксплуатационных характеристик прог­рам­ мно­ го изделия, в тиражировании и переносе программного изделия на различные типы вычислительных средств.

Сопровождение играет роль необходимой обратной связи от этапа эксплуатации.

В процессе функционирования программного обеспечения возможно обнаружение ошибок в программах, и появляется необходимость их модификации и расширения функций.

Эти доработки, как правило, ведутся одновременно с эксплу­атацией текущей версии программного изделия. После проверки подготовленных корректировок на одном из экземпляров прог­рамм очередная версия программного изделия заменяет ранее эксплуатировавшиеся или некоторые из них. При этом процесс эксплуатации программного изделия может быть практически непрерывным, так как замена версии программного изделия является кратковременной. Эти обстоятельства приводят к тому, что процесс эксплуатации версии программного изделия обычно идет параллельно и независимо от этапа сопровождения.

Перекрытие между фазами жизненного цикла программного изделия

Возможны и обычно желательны перекрытия между разными фазами жизненного цикла программного изделия. Однако не должно быть никакого перекрытия между несмежными про­цессами.

Возможна обратная связь между фазами. Например, во время одного из шагов внешнего проектирования могут быть обна­ружены погрешности в формулировке целей, тогда нужно не­медленно вернуться и исправить их.

Рассмотренная модель жизненного цикла программного изде­лия с некоторыми изменениями, может служить моделью и для малых проектов.

Например, когда проектируется единственная программа, то часто обходятся без проектирования архитектуры системы и

проектирования базы данных; процессы исходного и детального внешнего проектирования зачастую сливаются воедино и т.п.

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

Модели и стадии ЖЦ ПО

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

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

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

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

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

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

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

Стадия формирования требований к ПО включает следующие этапы.

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

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

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

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

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

Стадия проектирования включает следующие этапы.

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

   Основу системного проекта составляют модели проектируемой системы, которые строятся на модели "TO-BE". Результатом разработки системного проекта должна быть одобренная и подтвержденная спецификация требований к ПО: функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждена их полнота, проверяемость и осуществимость.

2. Разработка детального (технического) проекта. На этом этапе осуществляется собственно проектирование ПО, включающее проектирование архитектуры системы и детальное проектирование. Таким образом, дается ответ на вопрос: "Как построить систему, чтобы она удовлетворяла требованиям?"

Результатом детального проектирования является разработка верифицированной спецификации ПО , включающей:

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

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

Стадия реализации – выполнение следующих работ .

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

   Внешние спецификации должны содержать следующие сведения:

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

Рис. 1.

Виды моделей ЖЦ ПО

Каскадная модель (классический жизненный цикл)

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

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

Преимущества каскадной модели :

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

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

Недостатки каскадной модели :

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

Итерационная модель ЖЦ ПС

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

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

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

Макетирование

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

Модель может принимать следующие формы.

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

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

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

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

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

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

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

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

Стратегии конструирования ПО

Существует три стратегии конструирования программных систем:

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

Инкрементная модель

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

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

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

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

Спиральная модель ЖЦ ПО

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

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

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

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

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

Эти действия пронумерованы и имеют следующее содержание:

1. – начальный сбор требований и планирование проекта;
2. – та же работа, но на основе рекомендаций заказчика;
3. – анализ риска на основе начальных требований;
4. – анализ риска на основе реакции заказчика;
5. – переход к комплексной системе;
6. – начальный макет системы;
7. – следующий уровень макета;
8. – сконструированная система;
9. – оценивание заказчиком.

Достоинства спиральной модели :

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

Недостатки спиральной модели :

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

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

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

Рациональный унифицированный процесс

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

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

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

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

По оси времени жизненный цикл делится на четыре основные фазы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

MSF (Microsoft Solution Framework)

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

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

Наиболее популярные прикладные варианты MSF, разработанные Microsoft:

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

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

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

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

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

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

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

Особенностями модели процессов MSF являются:

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

Модель процессов включает такие основные фазы процесса разработки, как:

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

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

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

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

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

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

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.

Введение

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

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

1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Введение

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

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

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

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

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

Рис. 1.Четыре шага программирования.

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

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

1.1.1 Постановка задачи

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

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

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

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

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

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

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

Стандартная форма постановки задачи.

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

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

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

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

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

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

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

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

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

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

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

2) Строки ввода, кроме первых трех, игнорируются.

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

Жизненный цикл программного обеспечения

Жизненный цикл программного обеспечения - период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. (Стандарт IEEE Std 610.12)

Необходимость определения этапов жизненного цикла (ЖЦ) ПО обусловлена стремлением разработчиков к повышению качества ПО за счет оптимального управления разработкой и использования разнообразных механизмов контроля качества на каждом этапе, начиная от постановки задачи и заканчивая авторским сопровождением ПО. Наиболее общим представлением жизненного цикла ПО является модель в виде базовых этапов - процессов, к которым относятся:

Системный анализ и обоснование требований к ПО;

Предварительное (эскизное) и детальное (техническое) проектирование ПО;

Разработка программных компонент, их комплексирование и отладка ПО в целом;

Испытания, опытная эксплуатация и тиражирование ПО;

Регулярная эксплуатация ПО, поддержка эксплуатации и анализ результатов;

Сопровождение ПО, его модификация и совершенствование, создание новых версий.

Данная модель является общепринятой и соответствует как отечественным нормативным документам в области разработки программного обеспечения, так и зарубежным. С точки зрения обеспечения технологической безопасности целесообразно рассмотреть более подробно особенности представления этапов ЖЦ в зарубежных моделях, так как именно зарубежные программные средства являются наиболее вероятным носителем программных дефектов диверсионного типа.

Стандарты жизненного цикла ПО

ГОСТ 34.601-90

ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Графическое представление моделей ЖЦ позволяет наглядно выделить их особенности и некоторые свойства процессов.

Первоначально была создана каскадная модель ЖЦ, в которой крупные этапы начинались друг за другом с использованием результатов предыдущих работ. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Неточность какого-либо требования или некорректная его интерпретация в результате приводит к тому, что приходится «откатываться» к ранней фазе проекта и требуемая переработка не просто выбивает проектную команду из графика, но приводит часто к качественному росту затрат и, не исключено, к прекращению проекта в той форме, в которой он изначально задумывался. Основное заблуждение авторов водопадной модели состоит в предположениях, что проект проходит через весь процесс один раз, спроектированная архитектура хороша и проста в использовании, проект осуществления разумен, а ошибки в реализации легко устраняются по мере тестирования. Эта модель исходит из того, что все ошибки будут сосредоточены в реализации, а потому их устранение происходит равномерно во время тестирования компонентов и системы. Таким образом, водопадная модель для крупных проектов мало реалистична и может быть эффективно использована только для создания небольших систем.

Наиболее специфической является спиралевидная модель ЖЦ. В этой модели внимание концентрируется на итерационном процессе начальных этапов проектирования. На этих этапах последовательно создаются концепции, спецификации требований, предварительный и детальный проект. На каждом витке уточняется содержание работ и концентрируется облик создаваемого ПО, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации. На каждой итерации оцениваются:

Риск превышения сроков и стоимости проекта;

Необходимость выполнения ещё одной итерации;

Степень полноты и точности понимания требований к системе;

Целесообразность прекращения проекта.

Стандартизация ЖЦ ПО проводится по трем направлениям. Первое направление организуется и стимулируется Международной организацией по стандартизации (ISO - International Standard Organization) и Международной комиссией по электротехнике (IEC - International Electro-technical Commission). На этом уровне осуществляется стандартизация наиболее общих технологических процессов, имеющих значение для международной кооперации. Второе направление активно развивается в США Институтом инженеров электротехники и радиоэлектроники (IEEE - Institute of Electrotechnical and Electronics Engineers) совместно с Американским национальным институтом стандартизации (American Na-tional Standards Institute-ANSI). Стандарты ISO/IEC и ANSI/IEEE в основном имеют рекомендательный характер. Третье направление стимулируется Министерством обороны США (Department of Defense-DOD). Стандарты DOD имеют обязательный характер для фирм, работающих по заказу Министерства обороны США.

Для проектирования ПО сложной системы, особенно системы реального времени, целесообразно использовать общесистемную модель ЖЦ, основанную на объединении всех известных работ в рамках рассмотренных базовых процессов. Эта модель предназначена для использования при планировании, составлении рабочих графиков, управлении различными программными проектами.

Совокупность этапов данной модели ЖЦ целесообразно делить на две части, существенно различающихся особенностями процессов, технико-экономическими характеристиками и влияющими на них факторами.

В первой части ЖЦ производится системный анализ, проектирование, разработка, тестирование и испытания ПО. Номенклатура работ, их трудоемкость, длительность и другие характеристики на этих этапах существенно зависят от объекта и среды разработки. Изучение подобных зависимостей для различных классов ПО позволяет прогнозировать состав и основные характеристики графиков работ для новых версий ПО.

Вторая часть ЖЦ, отражающая поддержку эксплуатации и сопровождения ПО, относительно слабо связана с характеристиками объекта и среды разработки. Номенклатура работ на этих этапах более стабильна, а их трудоемкость и длительность могут существенно изменяться, и зависят от массовости применения ПО. Для любой модели ЖЦ обеспечение высокого качества программных комплексов возможно лишь при использовании регламентированного технологического процесса на каждом из этих этапов. Такой процесс поддерживается средствами автоматизации разработки, которые целесообразно выбирать из имеющихся или создавать с учетом объекта разработки и адекватного ему перечня работ.

Развитие ВТ постоянно расширяет классы решаемых задач связанных с обработкой информации различного характера.

Это в основном три вида информации и соответственно три класса задач, для решения которых используются компьютеры:

1) Вычислительные задачи, связанные с обработкой числовой информации. К ним относится, например, задача решения системы линейных уравнений большой размерности. Раньше была основной, доминирующей областью использования ЭВМ.

2) Задачи по обработке символьной информации, связанные с созданием, редактированием и преобразованием текстовых данных. С решением таких задач связан труд, например, секретаря-машинистки.

3) Задачи по обработке графической информации т.е. схем, чертежей, графиков, эскизов и т.д. К таким задачам относится, например, задача разработки конструктором чертежей новых изделий.

4) Задачи по обработке алфавитно-цивровой информации – ИС. В настоящее время стало одной из основных областей применеия ЭВМ и задачи все усложняются.

Решение на ЭВМ задач каждого класса имеет свою специфику, но его можно разбить на несколько этапов, характерных для большинства задач.

Технология программирования изучает технологические процессы и порядок их прохождения (стадии) с использованием знаний, методов и средств.

Технологии удобно характеризовать в двух измерениях – вертикальном (представляющем процессы) и горизонтальном (представляющем стадии).

Рисунок

Процесс- совокупность взаимосвязанных действий (технологических операций), преобразующих некоторые входные данные в выходные. Процессы состоят из набора действий (технологических операций), а каждое действие из набора задач и методов их решения. Вертикальное измерение отражает статические аспекты процессов и оперирует такими понятиями, как рабочие процессы, действия, задачи, результаты деятельности, исполнители.

Стадия – часть действий по созданию ПО, ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта, определяемого заданными для данной стадии требованиями. Иногда стадии объединяют в более крупные временные рамки, называемые фазами или этапами. Итак, горизонтальное измерение представляет время, отражает динамические аспекты процессов и оперирует такими понятиями, как фазы, стадии, этапы, итерации и контрольные точки.

Разработка ПО подчиняется определенному жизненному циклу.

Жизненный цикл ПО – это непрерывный и упорядоченный набор видов деятельности, осуществляемый и управляемый в рамках каждого проекта по разработке и эксплуатации ПО, начинающийся с момента появления идеи(замысла) создания некоторого программного обеспечения и принятия решения о необходимости его создания и заканчивающийся в момент его полного изъятия из эксплуатации по причинам:

а) морального старения;

б) потери необходимости решения соответствующих задач.

Технологические подходы – это механизмы реализации жизненного цикла.

Технологический подход определяется спецификой комбинации стадий и процессов, ориентированной на разные классы ПО и на особенности коллектива разработчиков.

ЖЦ определяет стадии(фазы, этапы), так что программный продукт переходит с одного этапа на другой, начиная с зарождения концепции продукта и заканчивая этапом его сворачивания.

ЖЦ разработки ПО может быть представлен с различной степенью детализации этапов. Простейшее представление жизненного цикла, включает стадии:

Проектирование

Реализация

Тестирование и отладка

Внедрение, эксплуатация и сопровождение.

Простейшее представление ЖЦ программы (каскадный технологический подход к ведению жизненного цикла):

Процессы

Проектирование

Программирование

Тестирование

Сопровождение

Анализ Проектирование Реализация ТестированиеВнедрениеэксплуатация

и отладка и сопровождение

Фактически здесь на каждой стадии выполняется единственный процесс. Очевидно, что при разработке и создании больших программ такая схема недостаточно корректна (неприменима), но ее можно взять за основу.

Этап аализа концентрируется на системных требованиях. Требования определяются и специфицируются (описываются). Осуществляется разработка и интеграция функциональных моделей и моделей данных для системы. Кроме того, фиксируются нефункциональные и другие системные требования.

Этап проектирования разделяется на два основных подэтапа: архитектурное и детализированное проектирование. В частности, проводится уточнение конструкции программы, пользовательского интерфейса и структур данных. Поднимаются и фиксируются вопросы проектирования, которые влияют на понятность, приспособленность к сопровождению и масштабируемость системы.

Этап реализации включает написание программы.

Отличия в вппаратном обеспечении и программном обеспечении особенно видны на этапе эксплуатации . Если товары широкого потребления проходят этапы выведения на рынок, роста, зрелости и упадка, то жизнь ПО больше походит на историю недостроенного, но постоянно достраиваемого и подновляемого здания(самолета) (Абонент).

ЖЦ ПО регламентируется многими стандартами в том числе и международными.

Цель стандартизации ЖЦ сложных ПС:

Обобщение опыта и результатов исследований множества специалистов;

Отработка технологических процессов и приемов разработки, а также методической базы для их автоматизации.

Стандарты включают:

Правила описания исходной информации, способов и методов выполнения операций;

Устанавливают правила контроля технологических процессов;

Устанавливают требования к оформлению результатов;

Регламентируют содержание технологических и эксплуатационных документов;

Определяют организационную структуру коллектива разработчиков;

Обеспечивают распределение и планирование заданий;

Обеспечивают контроль за ходом создания ПС.

В России действуют стандарты, регламентирующие ЖЦ:

Стадии разработки ПО– ГОСТ 19.102-77

Стадии создания АС - ГОСТ 34.601 –90;

ТЗ на создание АС - ГОСТ 34.602-89;

Виды испытания АС - ГОСТ 34.603-92;

Однако создание, сопровождение и развитие прикладных ПС для ИС в этих стандартах отражены недостаточно, а отдельные их положения устарели с точки зрения построения современных распределенных комплексов прикладных программ высокого качества в системах управления и обработки данных с различной архитектурой.

В связи с этим следует отметить международный стандарт ISO/IEC 12207-1999 – «Информационные технологии – Процессы жизненного цикла программного обеспечения».

ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике.

Он определяет структуру ЖЦ ПО и его процессы.

Т.е. создание ПО это не такая простая задача, поэтому и существуют стандарты, в которых все расписано: что нужно делать, когда и как.

Структура ЖЦ ПО по международному стандарту ISO/IEC 12207-95 базируется на трех группах процессов:

1) основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение ). Мы основное внимание уделим последним.

2) вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование , управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, совместный анализ (оценка), аудит, решение проблем).

1. Управление конфигурацией это процесс, поддерживающий основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения. При разработке проектов сложных ПО, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной (т.е. единой) структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в различные компоненты ПО на всех стадиях его ЖЦ.

2. Верификация -это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние ПО, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа.

3. Аттестация – подтверждение экспертизой и представлением объективных доказательств того, что конкретные требования к конкретным объектам полностью реализованы.

4. Совместный анализ(оценка) – систематическое определение степени соответствия объекта установленным критериям.

5. Аудит – проверка, выполняемая компетентным органом (лицом) с целью обеспечения независимой оценки степени соответствия программных продуктов или процессов установленным требованиям. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием, которое проводится для определения различий между действительными и ожидавшимися результатами и оценки соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

3) организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний созданного ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования компонентов ПО.

Мы будем рассматривать ЖЦ ПО с точки зрения разработчика.

Процесс разработки в соответсвии со стандартом предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию ПО и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, а также подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствия качества пограммных продуктов, материалов, необходимых для обучения персонала и т.д.

По стандарту жизненный цикл ПО ИС включает в себя следующие действия:

1) возникновение и исследование идеи(замысла);

2) подготовительный этап - выбор модели жизненного цикла, стандартов, методов и средств разработки, а также составление плана работ.

3) анализ требований к информационной системе - определение ее

функциональных возможностей, пользовательских требований, требований к надежности и безопасности, требований к внешним интерфейсам и т.д.

4) проектирование архитектуры информациронной системы - определение состава необходимого оборудования, программного обеспечения и операций, выполняемых обслуживающим персоналом .

5) анализ требований к программному обеспечению - определение функциональных возможностей, включая характеристики производительности, среды функционирования компонентов, внешних интерфейсов, спецификаций надежности и безопасности, эргономических требований, требований к используемым данным, установке, приемке, пользовательской документации, эксплуатации и сопровождению.

6) проектирование архитектуры программного обеспечения - определение структуры ПО, документирование интерфейсов его компонентов, разработку предварительной версии пользовательской документации, а также требований к тестам и плана интеграции.

7) детальное проектирование программного обеспечения - подробное

описание компонентов ПО и интерфейсов между ними, обновление пользовательской документации, разработка и документирование требований к тестам и плана тестирования, компонентов ПО, обновление плана интеграции компонентов.

8) кодирование ПО - – разработка и документирование

каждого программного компонента;

9)тестирование ПО – разработка совокупности тестовых процедур и данных для их тестирования, тестирование компонентов, обновление пользовательской документации, обновление плана интеграции ПО;

10) интеграция ПО – сборка программных компонентов в соответсвие с

планом интеграции и тестрование ПО на соответсвие квалификационным требованиям, представляющих собой набор критериев или условий, которые необходимо выполнить, чтобы квалифицировать программный продукт, как соответсвующий своим спецификациям и готовый к использованию в заданых условиях эксплуатации;

11) квалификационное тестирование ПО – тестирование ПО в

присутствии заказчика для демонстрации его соответствия

требованиям и готовности к эксплуатации; при этом проверяется также готовность и полнота технической и пользовательской документации ;

12) интеграция системы – сборка всех компонетов информационной системы, включая ПО и оборудование;

13) квалификационное тестирование ИС – тестирование системы на

соответсвие требованиям к ней и проверка оформления и полноты документации;

14) установка ПО – установка ПО на обородование заказчика и проверка его работоспособюности; ;

15) приемка ПО – оценка результатов квалифицированного

тестирования ПО и информционной системы в целом и

документирование результатов оценки совместно с заказчиком, аттестация и окончательная передача ПО заказчику.

16)Управление и разработка документации;

17)эксплуатация

18)сопровождение – процесс создания и внедрения новых версий

программного продукта. ;

19)завершение эксплуатации.

Указанные действия можно сгруппировать, условно выделив следующие основные этапы разработки ПО:

· постановка задачи(ТЗ) (по ГОСТ 19.102-77 стадия «Техническое задание»)