Лекция 2.

Понятие жизненного цикла и модели жизненного цикла. Каскадная модель ЖЦ. Поэтапная модель с промежуточным контролем. Спиральная модель ЖЦ . Процессы ЖЦ ПО . Rapid Application Development(RAD). Extreme Programming (XP). Rational Unified Process (RUP). Microsoft Solution Framework (MSF). Custom Development Method (методика Oracle).

2.1. Понятие жизненного цикла и модели жизненного цикла

Жизненный цикл ИС – период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ИС и заканчивается в момент ее полного изъятия из эксплуатации. ЖЦ ИС можно представить как ряд событий, происходя­щих с системой в процессе ее создания и использования.

Под моделью жизненного цикла понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования. (слайд 2) .

Модель ЖЦ ПО включает в себя (слайд 3) :стадии, результаты выполнения работ на каждой стадии, ключевые события - точки завершения работ и принятия решений.

Под стади­ей понимается часть процесса создания ПО, ограниченная опре­деленными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей, программных компонентов, до­кументации), определяемого заданными для данной стадии тре­бованиями.

Крайним случаем модели ЖЦ можно считать так называемую модель «черного ящика» (black box) или «code and fix» (кодиро­вание и исправление), что фактически означает отсутствие ка­кой-либо модели. В этом случае выделить какие-либо рациональные стадии в процессе разработки ПО не представля­ется возможным, поскольку отсутствует планирование и органи­зации работ.

В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла:

Каскадная модель (характерна для периода 1970-1980 гг.);

Поэтапная модель с промежуточным контролем (характерна для периода 1980-1985 гг.);

Спиральная модель (характерна для периода после 1986 г.)

2.2. Каскадная модель жц

В1970 г. эксперт в области ПО Уинстон Ройс опубликовал по­лучившую широкую известность статью, в которой он излагал свое мнение о методике, которая позднее получила название «модель водопада» (waterfall model), или «каскадная модель» (слайд 4) .

Впосле­дствии эта модель была регламентирована множеством норма­тивных документов, в частности, широко известным стандартом Министерства обороны США Dod-STD-2167A и российскими стандартами серии ГОСТ 34.

Каскадная модель предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.

Принципиальными свойствами так называемой «чистой» каскадной модели являются следующие:

Фиксация требований к системе до ее сдачи заказчику;

Последовательное выполнение этапов.

Переход на очередную стадию проекта только после того, как будет полностью завершена работа на текущей стадии, без возвратов на пройденные стадии.

Отсутствие временного перекрытия этапов

Отсутствие возврата к предыдущим этапам

Наличие результата только в конце разработки.

Преимущества применения каскадной модели заключаются в следующем:

на каждой стадии формируется законченный набор проект­ной документации, отвечающий критериям полноты и сог­ласованности;

выполняемые в логичной последовательности стадии работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и со­ответствующие затраты.

Основ­ным недостатком этого подхода является то, что реальный процесс созда­ния системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений.

Другими недостатками каскадного подхода являются:

позднее обнаружение проблем. Выявление и устранение ошибок производится только на стадии тестирования, которая может растянуться во времени или вообще никогда не завершиться.

выход из календарного графика, запаздывание с получени­ем результатов;

избыточное количество документации;

невозможность разбить систему на части (весь продукт раз­рабатывается за один раз);

высокий риск создания системы, не удовлетворяющей из­менившимся потребностям пользователей.

Исторически – это первая модель ЖЦ ИС. Применялась для достаточно простых ИС, когда каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно независимый блок. Сейчас каскадная модель может использоваться при создании ПО, для которого в самом начале разработку можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоста­вить разработчикам свободу реализовать их технически как мож­но лучше.

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:

1. Инженерный подход
2. С учетом специфики задачи
3. Современные технологии быстрой разработки

Теперь рассмотрим непосредственно существующие модели (подклассы) и оценим их преимущества и недостатки.

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:

1. Постановка задачи
2. Выполнение
3. Проверка результата
4. При необходимости переход к первому пункту

Модель также ужасно устаревшая. Характерна для 1960-1970 гг., по-этому преимуществ перед следующими моделями в нашем обзоре практически не имеет, а недостатки на лицо. Относится к первой группе моделей.

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

Недостатки:

• Отсутствие обратных связей между этапами
• Не соответствует реальным условиям разработки программного продукта

Относится к первой группе моделей.

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:

1. Прояснить не ясные требования (прототип UI)
2. Выбрать одно из ряда концептуальных решений (реализация сцинариев)
3. Проанализировать осуществимость проекта

Классификация протопипов:

1. Горизонтальные и вертикальные
2. Одноразовые и эволюционные
3. бумажные и раскадровки

Горизонтальные прототипы - моделирует исключительно UI не затрагивая логику обработки и базу данных.
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

Недостатки:

• Отсутствие регламентации стадий

Третьей группе принадлежат такие модели как экстремальное программирование (XP), SCRUM , инкриментальная модель (RUP), но о них я бы хотел рассказать в отдельном топике.

Большое спасибо за внимание!

представление окончательных документов, метрик процесса, критериев начала и завершения задач и перехода к следующему шагу процесса; подбор методов тестирования для выбранного класса ПС для проверки правильности выполнения задач тестирования; разработка специальных шаблонов документов для документирования процесса тестирования относительно каждого шага процесса тестирования.

Т.е. делается предположение, что каждая работа будет выполнена настолько тщательно, что после ее завершения и перехода к следующему этапу возвращения к предыдущему не потребуется.

Разработчик проверяет промежуточный результат разными известными методами верификации и фиксирует его в качестве готового эталона для следующего процесса.

Согласно данной модели ЖЦ работы и задачи процесса разработки обычно выполняются последовательно, как это представлено в схеме. Однако вспомогательные и организационные процессы (контроль требований, управление качеством и др.) обычно выполняются параллельно с процессом разработки. В данной модели возвращение к начальному процессу предусматривается после сопровождения и исправления ошибок.

Особенность такой модели состоит в фиксации последовательных процессов разработки программного продукта. В ее основу положена модель фабрики, где продукт проходит стадии от замысла до производства, затем передается заказчику как готовое изделие, изменение которого не предусмотрено, хотя возможна замена на другое подобное изделие в случае рекламации или некоторых ее деталей, вышедших из строя.

Недостатки этой модели:

• процесс создания ПС не всегда укладывается в такую жесткую форму и последовательность действий;
• не учитываются изменившиеся потребности пользователей, изменения во внешней среде, которые вызовут изменения требований к системе в ходе ее разработки;
• большой разрыв между временем внесения ошибки (например, на этапе проектирования) и временем ее обнаружения (при сопровождении), что приводит к большой переделке ПС.

При применении каскадной модели могут иметь место следующие факторы риска:

• требования к ПС недостаточно четко сформулированы, либо не учитывают перспективы развития ОС, сред и т.п.;
• большая система, не допускающая компонентной декомпозиции, может вызвать проблемы с размещением ее в памяти или на платформах, не предусмотренных в требованиях;
• внесение быстрых изменений в технологию и в требования может ухудшить процесс разработки отдельных частей системы или системы в целом;
• ограничения на ресурсы (человеческие, программные, технические и др.) в ходе разработки могут сузить отдельные возможности реализации системы;

полученный продукт может оказаться плохим для применения по причине недопонимания разработчиками требований или функций системы или недостаточно проведенного тестирования. Преимущества реализации системы с помощью каскадной модели следующие:

• все задачи подсистем и системы реализуются одновременно (т.е. ни одна задача не забыта), а это способствует установлению стабильных связей и отношений между ними;
• полностью разработанную систему с документацией на нее легче сопровождать, тестировать, фиксировать ошибки и вносить изменения не беспорядочно, а целенаправленно, начиная с требований (например, добавить или заменять некоторые функции) и повторить процесс.

Каскадную модель можно рассматривать как модель ЖЦ, пригодную для создания первой версии ПО с целью проверки реализованных в ней функций. При сопровождении и эксплуатации могут быть обнаружены разного рода ошибки, исправление которых потребует повторного выполнения всех процессов, начиная с уточнения требований.

2.2.2. Инкрементная модель ЖЦ

Первая создаваемая промежуточная версия системы (выпуск 1) реализует часть требований, в последующую версию (выпуск 2) добавляют дополнительные требования и так до тех пор, пока не будут окончательно выполнены все требования и решены задачи разработки системы. Для каждой промежуточной версии на этапах ЖЦ выполняются необходимые процессы, работы и задачи, в том числе, анализ требований и создание новой архитектуры, которые могут быть выполнены одновременно.

Процессы разработки технического проекта ПС, его программирование и тестирование, сборка и квалификационные испытания ПС выполняются при создании каждой последующей версии.

В соответствии с данной моделью ЖЦ, процессы которой практически такие же, что и в каскадной модели, ориентир делается на разработку некоторой законченной промежуточной версии, а задачи процесса разработки выполняются последовательно или частично параллельно для ряда отдельных промежуточных структур версии.

Работы и задачи процесса разработки следующей версии системы с дополнительными требованиями или функциями могут выполняться неоднократно в той же последовательности для всех промежуточных версий системы. Процессы сопровождения и эксплуатации могут быть реализованы параллельно с процессом разработки версии путем проверки частично реализованных требований в каждой промежуточной версии и так до получения законченного варианта системы. Вспомогательные и организационные процессы ЖЦ обычно выполняются параллельно с процессом разработки версии системы и к концу разработки будут собраны данные, на основании которых может быть установлен уровень завершенности и качества изготовленной системы.

При применении данной модели необходимо учитывать следующие факторы риска:

• требования составлены с учетом возможности их изменения при реализации продукта;
• все возможности системы требуется реализовать с начала;
• быстрое изменение технологии и требований к системе может привести к нарушению полученной структуры системы;
• ограничения в ресурсном обеспечении (исполнители, финансы) могут привести к затягиванию сроков сдачи системы в эксплуатацию.

Данную модель ЖЦ целесообразно использовать, в случаях когда:

• желательно реализовать некоторые возможности системы быстро за счет создания промежуточной версии продукта;
• система декомпозируется на отдельные составные части, которые можно реализовывать как некоторые самостоятельные промежуточные или готовые продукты;
• возможно увеличение финансирования на разработку отдельных частей системы.

Индустрия ПО развивается стремительными темпами, однако ни для кого не секрет, что процесс разработки еще очень далек от совершенства и для него характерно множество внутренних проблем. По данным исследования Standish Group (www.standishgroup.com), менее третьей части программных проектов оказываются успешными, остальные - либо не вписываются в финансовые и временны2е рамки, либо заканчиваются полным провалом.

Работающий в одиночку герой-
программист - анахронизм.
Эдвард Йордон

В упомянутом исследовании утверждается, что наиболее успешны небольшие проекты, а риск провала тем выше, чем они значительнее. Это свидетельствует о том, что с ростом масштабов задачи менеджеры не справляются с управлением выделенными ресурсами.

Собственно, проблема роста сложности управления в зависимости от увеличения размера организации далеко не нова, однако в программировании она приобретает новые очертания: если для реализации проекта в срок недостаточно ресурсов, то простое их увеличение только усугубит проблему и срок выполнения будет отодвинут еще дальше (речь идет прежде всего о человеческих ресурсах, поскольку остальные в программировании гораздо менее существенны).

Об этом впервые серьезно заговорили после выхода в 1975 г. книги Фредерика Брукса «Мифический человекомесяц», ставшей впоследствии классикой. Характерно, что она переиздается уже многие годы, и основные ее положения до сих пор остаются справедливыми. В своей более поздней работе Брукс выделил две составляющие сложности разработки ПО: трудности, присущие специфике создания ПО, и акцидентальные - в данном контексте такие, которые связаны с ограничениями уровня развития науки и техники. Вторые более или менее успешно преодолеваются на пути научно-технического прогресса, зато первые будут сопровождать разработку ПО всегда.

Эффективное управление любым процессом возможно при условии, что субъект управления адекватно воспринимает состояние и поведение объекта управления. В том, что касается создания ПО, это является весьма сложной задачей, поскольку процесс разработки - сугубо интеллектуальная, во многом творческая деятельность, для которой конвейерные либо другие им подобные методы неприменимы. Поэтому и были предприняты активные попытки представить модель процесса создания ПО, которая в максимальной степени смогла бы учесть присущие ему особенности и сделать его управляемым.

Модели на основе инженерного подхода

Модель «кодирование-устранение ошибок» . Она описывается следующим образом: 1) поставить задачу; 2) выполнять ее до успешного завершения либо отмены; 3) проверить результат; 4) повторить при необходимости с 1-го шага.

Естественно, такая модель никоим образом не структурировала процесс разработки, и говорить о возможности ее эффективного применения, особенно в крупных проектах, бессмысленно.

Каскадная модель . Первой моделью, получившей широкую известность и действительно структурирующей процесс разработки, является каскадная или водопадная. Она была создана после прошедшей в 1968 г. конференции NATO по вопросам науки и техники, где рассматривались подобные вопросы, и разделяет процесс создания программного продукта на последовательные этапы (следует отметить, что она уже применялась тогда различными разработчиками, однако ни количество, ни содержание этапов не унифицировалось).

Спустя непродолжительное время после своего появления на свет каскадная модель была доработана Уинстом Ройсом с учетом взаимозависимости этапов и необходимости возврата на предыдущие ступени, что может быть вызвано, например, неполнотой требований или ошибками в формировании задания. В таком «обратимом» виде каскадная модель просуществовала долгое время и явилась основой для многих проектов (рис. 1).

Однако практическое использование данной модели выявило множество ее недостатков, главный из которых состоял в том, что она больше подходит для традиционных видов инженерной деятельности, чем для разработки ПО. В частности, одной из самых больших проблем оказалась ее «предрасположенность» к возможным несоответствиям полученного в результате продукта и требований, которые к нему предъявлялись. Основная причина этого заключается в том, что полностью сформированный продукт появляется лишь на поздних этапах разработки, но так как работу на разных этапах обычно выполняли различные специалисты и проект передавался от одной группы к другой, то по принципу испорченного телефона оказывалось так, что на выходе получалось не совсем то, что предполагалось вначале.

V-образная модель . Была предложена именно для того, чтобы устранить недостатки каскадной модели, а название - V-образная, или шарнирная - появилось из-за ее специфического графического представления (рис. 2).

V-образная модель дала возможность значительно повысить качество ПО за счет своей ориентации на тестирование, а также во многом разрешила проблему соответствия созданного продукта выдвигаемым требованиям благодаря процедурам верификации и аттестации на ранних стадиях разработки (пунктирные линии на рисунке указывают на зависимость этапов планирования/постановки задачи и тестирования/приемки).

Однако в целом V-образная модель является всего лишь модификацией каскадной и обладает многими ее недостатками. В частности, и та и другая слабо приспособлены к возможным изменениям требований заказчика. Если процесс разработки занимает продолжительное время (иногда до нескольких лет), то полученный в результате продукт может оказаться фактически ненужным заказчику, поскольку его потребности существенно изменились.

В той же мере актуален и вопрос влияния научно-технического прогресса: требования к ПО выдвигаются с учетом текущего состояния научных и практических достижений в области аппаратно-программного обеспечения, однако IТ-сфера развивается очень быстро, и затянувшийся процесс разработки способен привести к созданию продукта, который базируется на устаревших технологиях и оказывается неконкурентоспособным еще до своего появления.

Важен также вопрос планирования показателей ожидаемой функциональности, поскольку в этих моделях он является не более чем допущением: в частности, определить, какую скорость обработки данных обеспечит создаваемый продукт либо сколько он будет занимать памяти, на этапе постановки задачи практически невозможно. Если подобные требования четко зафиксированы в условиях договора между заказчиком и исполнителем, то вполне вероятно, что полученное решение не будет им удовлетворять, хотя известно это станет только на завершающих этапах разработки, когда основные ресурсы уже израсходованы.

В итоге заказчик будет вынужден либо мириться с ограничениями созданного на основе рассмотренных моделей решения, либо дополнительно инвестировать средства, чтобы получить действительно то, что необходимо.

Модели, учитывающие специфику разработки ПО

Поскольку первые модели были заимствованы из традиционной инженерной области, они не учитывали в полной мере специфику производства ПО. Однако последующие модели были уже гораздо больше ориентированы на особенности этого вида деятельности, имеющего много принципиальных отличий от конструирования предметов материального мира.

Модель на основе создания прототипов . В связи с тем что заказчик достаточно часто не является специалистом в области ПО, он обычно плохо воспринимает «голые» спецификации продукта. Для того чтобы преодолеть информационный барьер между заказчиком и разработчиком и снизить риск получения продукта, который не соответствует выдвигаемым требованиям, стал применяться подход, направленный на создание прототипов, представляющих собой полностью или частично рабочие модели готовой системы. Он позволяет значительно улучшить взаимопонимание между всеми участниками процесса за счет последовательного, эволюционного развития системы на основе итеративного уточнения прототипов.

Применение последних подобно использованию уменьшенных макетов зданий в архитектуре - они дают возможность наглядно представить конечный результат, их построение и изменение гораздо менее трудоемко по сравнению с возведением и изменением самого здания.

Однако, несмотря не все преимущества, данная модель также не стала панацеей. Основные ее проблемы лежали в плоскости взаимоотношений «заказчик-исполнитель»: первый был заинтересован в создании как можно более подробных прототипов для того, чтобы снизить риск получения неадекватной системы, в то же время для второго каждый новый прототип означал дополнительные затраты времени и ресурсов, а в итоге - снижение рентабельности проекта.

Инкрементная модель . ПО в отличие, например, от микросхемы можно вводить в эксплуатацию по частям, а значит, разрабатывать и поставлять его заказчику также можно постепенно. Именно на этом основана инкрементная модель, предусматривающая дробление продукта на относительно независимые составляющие, которые разрабатываются и вводятся в эксплуатацию по отдельности.

Такая модель выгодна как для заказчика, так и для создателя системы, поскольку позволяет продвигаться вперед, соблюдая интересы обеих сторон. Однако у нее есть свои недостатки. Деление на функциональные блоки в целом замедляет процесс, так как возникает необходимость обеспечения их взаимодействия. Для многих решений этот метод неприменим, поскольку из них нельзя вычленить отдельные составляющие, которые могут быть поставлены и функционировать независимо. Существенно возрастает нагрузка и на руководящий персонал в связи с усложнением задач по координированию работ над отдельными составляющими системы, увеличивается стоимость внесения изменений в готовые компоненты, которые уже установлены и работают у заказчика.

Спиральная модель. Предложенная Барри Боэмом в 1988 г., она стала существенным прорывом в понимании природы разработки ПО, хотя, по большому счету, является объединением двух моделей: каскадной и на основе создания прототипов (рис. 3).

Спиральная модель Боэма сфокусирована на проектировании. Собственно разработка ПО происходит лишь на последнем витке спирали по обычной каскадной модели, однако этому предшествует несколько итераций проектирования на основе создания прототипов - при этом каждая итерация включает стадию выявления и анализа рисков и наиболее сложных задач.

Поскольку спиральная модель в основном охватывает именно проектирование, то в первоначальном виде она не получила широкого распространения в качестве метода управления всем жизненным циклом создания ПО. Однако главная ее идея, заключающаяся в том, что процесс работы над проектом может состоять из циклов, проходящих одни и те же этапы, послужила исходным пунктом для дальнейших исследований и стала основой большинства современных моделей процесса разработки ПО.

Современные модели

К середине 1990-х годов индустрия ПО стала достаточно развитой, сложные проекты успешно реализовывались с помощью приобретающей популярность объектно-ориентированной методологии, а команды разработчиков стали применять подходы, основанные на использовании наиболее значимых преимуществ предыдущих моделей.

Объектно-ориентированная модель . Данная методология предполагает конструирование программного решения из готовых объектов, для которых определяются правила их взаимодействия, переводящие объекты из одного состояния в другое. Такая модель, предусматривающая полное соответствие процесса разработки положениям объектно-ориентированной методологии (объектно-ориентированный анализ, проектирование, программирование), эффективна в крупных проектах, а также там, где применяются так называемые средства быстрой разработки (RAD, Rapid Application Development), основанные на этих технологиях и содержащие готовые библиотеки классов.

Однако сами по себе RAD-системы не располагают к созданию объектно-ориентированных решений. Программисты, избалованные инструментарием, позволяющим в считаные часы создавать из готовых компонентов продукты, на которые ранее уходили дни и месяцы работы, считают лишним утруждать себя детальным изучением методологии и UML, а уж тем более не стремятся оформлять свои решения в виде классов, пригодных для повторного использования.

Таким образом, объектно-ориентированная модель применяется преимущественно в очень крупных проектах, где уделяется должное внимание этапам анализа и проектирования, а также жестко контролируется соблюдение разработчиками установленных правил.

Итеративная модель . Впервые предложенная Филиппом Крачтеном в 1995 г., данная модель объединяет главные преимущества спиральной, инкрементной, каскадной моделей, а также методов разработки на основе создания прототипов и объектно-ориентированного подхода (рис. 4). Она завоевала большую популярность и в том или ином виде используется во многих современных проектах.

В соответствии с итеративной моделью имеются четыре основные фазы жизненного цикла разработки ПО (начало, исследование, построение и внедрение). На каждой фазе проект проходит множество итераций, приводящих к созданию работоспособных версий: на начальных создаются прототипы, уточняются требования, прорабатываются наиболее сложные проблемы; конечные приводят к созданию продукта, его совершенствованию и расширению функциональности.

Итеративная модель, помимо основных фаз, выделяет еще две группы процессов: рабочие (управление требованиями, анализ и проектирование, реализация, тестирование, развертывание) и вспомогательные (управление конфигурацией и изменениями, проектом и процессом). Количество и суть процессов варьируются в зависимости от потребностей разработчика, они также могут иметь свои циклы, которые не обязательно даже соответствуют основным фазам. Однако результатом рабочих процессов всегда является создание версий продукта.

Итеративная модель подобно спиральной дает возможность успешно справляться с рисками. Если во время работы над очередной версией будет установлено, что трудозатраты на реализацию необходимой функциональности слишком велики, то превышения бюджета и нарушения сроков можно будет избежать путем соотнесения приоритетов разработки и трудозатрат в начале каждой итерации. Таким образом, данная модель хорошо подходит для большинства типов программных проектов, но особенно ее преимущества заметны при работе над продуктами, предназначенными для выхода на свободный рынок, в силу изначальной ориентации на выпуск последовательных версий.

Филипп Крачтен долгое время работает в фирме Rational Software, которая сейчас принадлежит IBM. Именно по этой причине итеративная модель стала основой RUP (Rational Unified Process) - одного из наиболее распространенных методов комплексного управления процессом разработки ПО. На ее же основе разработан главный конкурент RUP со стороны Microsoft - MSF (Microsoft Solutions Framework), а также аналогичный подход компании Borland - ALM (Application Lifecycle Management).

Модели быстрой разработки . Множество ограничений в современных методологиях создания ПО привели к тому, что компании-разработчики во многом стали похожи на гигантские бюрократические системы. Наличие большого количества формальных процедур и правил существенно сужает свободу действий каждого конкретного программиста, превращает его в винтик в огромной и неповоротливой машине. Несмотря на то что подобные машины способны вполне успешно справляться со стоящими перед ними задачами, обычно их КПД довольно низок и удельная производительность отдельного разработчика настолько мала, что нормальным может считаться написание программистом нескольких строк кода в день.

Бросить вызов подобным перегруженным формальностями подходам призваны модели быстрой разработки, такие, как, например, экстремальное программирование. Их суть заключается в отказе от всего лишнего, что не относится непосредственно к созданию качественного программного продукта, а за основу берутся лишь наиболее эффективные методы создания ПО. Особое внимание уделяется вопросам взаимодействия с заказчиком, организации продуктивной работы и тестированию. Многие идеи быстрой разработки не были чем-то новым, например юнит-тесты уже давно применялись во многих проектах, однако собранные вместе и ставшие обязательными для применения, они возымели положительный эффект. Об этих методах в последнее время стали говорить все чаще, а их элементы начали заимствоваться многими классическими моделями.

В современных условиях быстрая разработка - это очень модный подход, и ее используют все активнее. Основное преимущество состоит в том, что сравнительно небольшие группы разработчиков способны справляться с проектами за то же время, которое необходимо при применении более традиционных методов командами на порядок большей численности.

Однако здесь имеются и свои недостатки, в частности быстрая разработка плохо подходит для крупных проектов и ориентирована в основном на небольшие и средние, кроме того, ее эффективное использование возможно только при условии, что создатели ПО обладают весьма высокой квалификацией и значительным опытом.

Адаптированные и комбинированные модели . На самом деле в процессе эволюции моделей жизненного цикла разработки ПО новые идеи не заменяли старые целиком и полностью. Более правильно считать, что каждая из них имеет собственную сферу применения. Кроме того, в каждом конкретном случае может оказаться, что не существует методики, которая идеально подходит для решения данной задачи. В этом случае менеджерам программных проектов следует рассмотреть варианты адаптации моделей под конкретные потребности либо применять комбинированные методы, включающие элементы различных подходов. Например, успех быстрой разработки привел к тому, что более консервативные модели переняли самые эффективные ее приемы и стали использовать их уже в рамках своих процессов.

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;

Операционной системы;

Жесткий сбой (отказ питания, жестких дисков).

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

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

Внедрение

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

Ввод в эксплуатацию проходит как минимум три стадии:

2) накопление информации;

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

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

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

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

Эксплуатация и техническая поддержка

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