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.

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 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 рис.5.7 , макетирование основывается на многократном повторении итераций, в которых участвуют заказчик и разработчик.

Последовательность действий при макетировании представлена на рис.5.8 . 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

Ранее говорилось о том, что сложную программную систему построить «простыми» методами невозможно. Ее разработка с неизбежностью будет тоже сложной деятельностью.

Разработка ПО имеет следующие специфические особенности:

неформальный характер требований к ПО и формализованный основной объект разработки – программы;

творческий характер разработки;

дуализм ПО, которое, с одной стороны, является статическим объектом – совокупностью текстов, с другой стороны, – динамическим, поскольку при эксплуатации порождаются процессы обработки данных;

при своем использовании (эксплуатации) ПО не расходуется и не изнашивается;

«неощутимость», «воздушность» ПО, что подталкивает к безответственному переделыванию, поскольку легко стереть и переписать, чего не сделаешь при проектировании зданий и аппаратуры.

Привести такое предприятие к успеху возможно на основе общих принципов работы со сложными системами: организовав его в виде набора модулей, используя разные уровни абстракции, повторное использование отдельных элементов в разных местах так, чтобы изменения в таком элементе автоматически отражались всюду, где он используется.

Разработка ПО – разновидность человеческой деятельности. Выделить ее компоненты можно, определив набор задач, которые нужно решить для достижения конечной цели – построения достаточно качественной системы в рамках заданных сроков и ресурсов. Для решения каждой такой задачи организуется вспомогательная деятельность, к которой можно также применить декомпозицию на отдельные, более мелкие деятельности, и т.д. В итоге должно стать понятно, как решать каждую отдельную подзадачу и всю задачу целиком на основе имеющихся решений для подзадач.

В качестве примеров деятельностей, которые нужно проводить для построения программной системы, можно привести проектирование – выделение отдельных модулей и определение связей между ними с целью минимизации зависимостей между частями проекта и достижения лучшей его обозримости в целом,кодирование – разработку кода отдельных модулей, разработку пользовательской документации, которая необходима для достаточно сложной системы. Инженерия ПО (softwareengineering) – совокупность инженерных методов и средств создания ПО. Фундаментальная идея программной инженерии: проектирование ПО является формальным процессом, который можно изучать и совершенствовать.

Освоение и правильное применение методов и средств программной инженерии позволяет повысить качество, обеспечить управляемость процесса проектирования.

Программная инженерия применяется для удовлетворения требований заказчика ПО. Основные цели программной инженерии:

системы должны создаваться в короткие сроки и соответствовать требованиям заказчика на момент внедрения;

качество ПО должно быть высоким;

разработка ПО должна быть осуществлена в рамках выделенного бюджета;

системы должны работать на оборудовании заказчика, а также взаимодействовать с имеющемся ПО;

системы должны быть легко сопровождаемыми и масштабируемыми

Однако для корректного с точки зрения инженерии и экономики рассмотрения вопросов создания сложных систем необходимо, чтобы были затронуты и вопросы эксплуатации системы, внесения в нее изменений, а также самые первые действия в ходе ее создания – анализ потребностей пользователей и выработка решений, «изобретение» функций, удовлетворяющих эти потребности. Без этого невозможно, с одной стороны, учесть реальную эффективность системы в виде отношения полученных результатов ко всем сделанным затратам и, с другой стороны, правильно оценивать в ходе разработки степень соответствия системы реальным нуждам пользователей и заказчиков.

Все эти факторы приводят к необходимости рассмотрения всей совокупности деятельности, связанной с созданием и использованием ПО , начиная с возникновения идеи о новом продукте и заканчивая удалением его последней копии. Весь период существования ПО, связанный с подготовкой к его разработке, разработкой, использованием и модификациями, начиная с того момента, когда принимается решение разработать/приобрести/собрать, до того момента, когда полностью прекращается всякое ее использование, называютжизненным циклом ПО .

Основным понятием программной инженерии является понятие жизненного цикла ПО .

Жизненный цикл (ЖЦ ) ПО (softwarelifecycle) – этот период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

С точки зрения статической структуры ЖЦ является совокупностью процессов ЖЦ.

Процесс ЖЦ – набор взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные и ресурсы в выходные.

Каждый процесс характеризуется задачами, методами их решения, действующими лицами, результатами. Процессы ЖЦ протекают параллельно. Каждый процесс разделен на набор действий, каждое действие – на набор задач. Каждый процесс, действие или задача инициируется и выполняется по мере необходимости, причем не существует заранее определенных последовательностей выполнения:

основные (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

вспомогательные (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, совместная оценка, аудит, разрешение проблем);

организационные (управление, создание инфраструктуры, усовершенствование, обучение).

В ходе жизненного цикла ПО проходит через анализ предметной области, сбор требований, проектирование, кодирование, тестирование, сопровождение и др.виды деятельности . Каждый вид представляет собой достаточно однородный набор действий, выполняемых для решения одной задачи или группы тесно связанных задач в рамках разработки и поддержки эксплуатации ПО.

При этом создаются и перерабатываются различного рода артефакты - создаваемые человеком информационные сущности, документы в достаточно общем смысле, участвующие в качестве входных данных и получающиеся в качестве результатов различных деятельностей. Примерами артефактов являются: модель предметной области, описание требований, техническое задание, архитектура системы, проектная документация на систему в целом и на ее компоненты, прототипы системы и компонентов, собственно, исходный код, пользовательская документация, документация администратора системы, руководство по развертыванию, база пользовательских запросов, план проекта, и пр.

На различных этапах в создание и эксплуатацию ПО вовлекаются люди, выполняющие различные роли . Каждая роль может быть охарактеризована как абстрактная группа заинтересованных лиц, участвующих в деятельности по созданию и эксплуатации системы и решающих одни и те же задачи или имеющих одни и те же интересы по отношению к ней. Примерами ролей являются: бизнес-аналитик, инженер по требованиям, архитектор, проектировщик пользовательского интерфейса, программист-кодировщик, технический писатель, тестировщик, руководитель проекта по разработке, работник отдела продаж, конечный пользователь, администратор системы, инженер по поддержке и т.п.

Похоже, что общую структуру жизненного цикла любого ПО задать невозможно, поскольку она существенно зависит от целей, для которых это ПО разрабатывается или приобретается, и от решаемых им задач. Структура жизненного цикла будет существенно отличаться у программы для форматирования кода, которая сначала делалась программистом для себя, а впоследствии была признана перспективной в качестве продукта и переработана, и у комплексной системы автоматизации предприятия, которая с самого начала задумывалась как таковая. Тем не менее, часто определяют основные элементы структуры жизненного цикла в виде модели жизненного цикла ПО .

Модель жизненного цикла ПО выделяет конкретные наборы видов деятельности (обычно разбиваемых на еще более мелкие активности), артефактов, ролей и их взаимосвязи, а также дает рекомендации по организации процесса в целом. Эти рекомендации включают ответы на вопросы о том, какие артефакты являются входными данными у каких видов деятельности, а какие появляются в качестве результатов; в какие роли вовлечены в различные деятельности; как различные деятельности связаны друг с другом; каковы критерии качества полученных результатов; как оценить степень соответствия различных артефактов общим задачам проекта и когда можно переходить от одной деятельности к другой.

Жизненный цикл ПО является составной частью жизненного цикла программно-аппаратной системы, в которую это ПО входит. Поэтому часто различные его аспекты рассматриваются в связи с элементами жизненного цикла системы в целом.

Существует набор стандартов, определяющих различные элементы в структуре жизненных циклов ПО и программно-аппаратных систем. В качестве основных таких элементов выделяют технологические процессы - структурированные наборы деятельностей, решающих некоторую общую задачу или связанную совокупность задач, такие, как процесс сопровождения ПО, процесс обеспечения качества, процесс разработки документации и пр. Процессы могут определять разные этапы жизненного цикла и увязывать их с различными видами деятельностей, артефактами и ролями заинтересованных лиц.

Стоит отметить, что процессом (или технологическим процессом) называют и набор процессов, увязанных для совместного решения более крупной задачи, например, всю совокупность деятельностей, входящих в жизненный цикл ПО. Таким образом, процессы могут разбиваться на подпроцессы, решающие частные подзадачи той задачи, с которой работает общий процесс.

В рамках специфических моделей жизненного цикла, которые предписывают правила организации разработки ПО в рамках данной отрасли или организации, определяются более конкретные процессы разработки. Отличаются они от стандартов, прежде всего, большей детальностью и четким описанием связей между отдельными видами деятельности, определением потоков данных (документов и артефактов) в ходе жизненного цикла. Таких моделей довольно много, ведь фактически каждый раз, когда некоторая организация определяет собственный процесс разработки, в качестве основы этого процесса разрабатывается некоторая модель жизненного цикла ПО. В рамках данной лекции мы рассмотрим лишь несколько моделей. К сожалению, очень тяжело выбрать критерии, по которым можно было бы дать хоть сколько-нибудь полезную классификацию известных моделей жизненного цикла. Такими моделями ЖЦ могут быть:

каскадная (водопадная);

эволюционная;

основанная на формальных преобразованиях;

итерационные (пошаговая и спиральная).

Принципы каскадной модели : фиксация требований к системе в начале проекта; переход со стадии на стадию только после полного завершения работ на текущей стадии; недопустимость возврата на пройденные стадии; жесткая привязка процессов ЖЦ к стадиям ЖЦ.

Стадия формирования требований включает процессы, приводящие к созданию документа, описывающего поведение ПО с точки зрения внешнего по отношению к нему наблюдателя с фиксацией требований относительно его качества.

Проектирование охватывает процессы: разработку архитектуры ПО, разработку структур программ в его составе и их детальную спецификацию.

Реализация или кодирование включает процессы создания текстов программ на языках программирования.

На этапе тестирования производится собственно тестирование, а также отладка и оценка качества ПО.

Ввод в действие – это развертывание ПО на целевой вычислительной системе, обучение пользователей и т.п.

Эксплуатация ПО – это использование ПО для решения практических задач на компьютере путем выполнения ее программ.

Сопровождение ПО – это процесс сбора информации о качестве ПО в эксплуатации, устранения обнаруженных в нем ошибок, его доработки и модификации, а также извещения пользователей о внесенных в него изменениях.

Достоинства: на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности; выполняемые в логичной последовательности стадии работ облегчают планирование сроков завершения всех работ и соответствующих затрат. Недостатки: позднее обнаружение проблем; выход из календарного графика, запаздывание с получением результатов; высокий риск создания системы, не удовлетворяющей изменившимся потребностям пользователей; избыточность документации; неравномерная нагрузка членов группы, работающей над проектом в ходе ЖЦ.

На самом деле невозможно двигаться строго поступательно, необходимо возвращаться, чтобы исправлять ошибки, сделанные на ранних стадиях, устранять недоделки, учитывать меняющиеся в ходе проекта требования. В этом кроется причина недостатков водопадной модели.

Особенности эволюционной модели : поэтапное уточнение требований к ПО с помощью прототипирования; параллельное осуществление анализа требований, разработки и верификации. Достоинства: полный учет требований заказчика, большее его участие в проекте; равномерная нагрузка на группу; раннее обнаружение проблем и их разрешение по мере возникновения. Недостатки: плохая документированность; запутанность создаваемого ПС и сложность внесения изменений; сложность планирования; необходимость специальных средств и технологий разработки ПС; годится лишь для небольших ПС (не более 50 Килострок).

Схема эволюционной модели ЖЦ

Особенности модели ЖЦ, основанной на формальных преобразованиях : использование специальных нотаций для формального описания требований; кодирование и тестирование заменяется процессом предобразования формальной спецификации в исполняемую программу. Достоинства: формальные методы гарантируют соответствие ПО спецификациям требований к ПО, т. о. вопросы надежности и безопасности решаются сами собой. Недостатки: большие системы сложно описать формальными спецификациями; требуются специально подготовленные и высококвалифицированные разработчики; есть зависимость от средств разработки и нотации спецификаций.

Особенности итерационных моделей :

процесс разработки разбивается на последовательность шагов, выполняемых циклически;

модель напоминает несколько последовательных «каскадов»;

разные виды деятельности не привязаны намертво к определенным этапам разработки, а выполняются по мере необходимости, иногда повторяются, до тех пор, пока не будет получен нужный результат;

с каждой пройденной итерацией ПО наращивается, в него интегрируются новые разработанные компоненты.

Рис. 3.1.3.-1 Схема пошаговой итерационной модели ЖЦ.

Особенности итерационной спиральной модели :

общая структура действий на каждой итерации – планирование, определение задач, ограничений и вариантов решений, оценка предложенных решений и рисков, выполнение основных работ итерации и оценка их результатов;

решение о начале новой итерации принимается на основе результатов предыдущей;

досрочное прекращение проекта в случае обнаружения его нецелесообразности.

Достоинства итерационных моделей:

полный учет требований заказчика, большее его участие в проекте;

раннее обнаружение проблем и их разрешение по мере возникновения, уменьшение рисков на каждой итерации.

Недостатки итерационных моделей: сложность планирования; плохая документированность создаваемого ПО.

Рис. 3.1.3.-2 Схема спиральной модели ЖЦ

Проблемой современной программной инженерии являются «тяжелые» процессы. Характеристики «тяжелого» процесса :

необходимость документировать каждое действие разработчиков;

множество рабочих продуктов (в первую очередь - документов), создаваемых в бюрократической атмосфере;

отсутствие гибкости;

детерминированность (долгосрочное детальное планирование и предсказуемость всех видов деятельности, распределение человеческих ресурсов на длительный срок, охватывающий большую часть проекта.

Противоположностью «тяжелого» процесса является «легковесный» процесс – основа быстрой разработки ПО (agilesoftwaredevelopment). Быстрая разработка ориентируется на эффективную коммуникацию между разработчиками, высокую квалификацию разработчиков и другие факторы, позволяющие сократить расходы на «бюрократию». Принципы быстрой разработки:

Диалог «лицом к лицу» – самый эффективный способ обмена информацией.

Избыточная «тяжесть» технологии (дополнительные рабочие продукты, планы, диаграммы, документы) стоит дорого.

Более многочисленные команды требуют более «тяжелых» технологий.

Большая «тяжесть» процесса подходит для проектов с большей критичностью.

Возрастание обратной связи и коммуникации сокращает потребность в промежуточных продуктах.

Дисциплина, умение и понимание противостоят процессу, формальности и документированию.

Потеря эффективности в некритических видах деятельности вполне допустима.

Под критичностью понимаются масштабы последствий отказа разрабатываемого ПО. Уровни критичности:

потеря удобства;

потеря важных данных и/или рабочего времени;

потеря невозместимых средств, дорогостоящего оборудования;

потеря человеческой жизни.

Основные направления развития современной программной инженерии:

Управление требованиями

Управление конфигурацией и изменениями

Управление качеством ПО

Итерационная разработка ПО

Использование компонентной архитектуры (объектно-ориентированный подход)

Визуальное моделирование ПО

Стандарты жизненного цикла ПО

• ГОСТ 34.601-90
• ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Стандарт ГОСТ 34 .601-90

Итерационная модель

Альтернативой последовательной модели является так называемая модель итеративной и инкрементальной разработки (англ. iterative and incremental development, IID ), получившей также от Т. Гилба в 70-е гг. название эволюционной модели . Также эту модель называют итеративной моделью и инкрементальной моделью .

Модель IID предполагает разбиение жизненного цикла проекта на последовательность итераций, каждая из которых напоминает «мини-проект», включая все процессы разработки в применении к созданию меньших фрагментов функциональности, по сравнению с проектом в целом. Цель каждой итерации - получение работающей версии программной системы, включающей функциональность, определённую интегрированным содержанием всех предыдущих и текущей итерации. Результат финальной итерации содержит всю требуемую функциональность продукта. Таким образом, с завершением каждой итерации продукт получает приращение - инкремент - к его возможностям, которые, следовательно, развиваются эволюционно . Итеративность, инкрементальность и эволюционность в данном случае есть выражение одного и то же смысла разными словами со слегка разных точек зрения .

По выражению Т. Гилба, «эволюция - прием, предназначенный для создания видимости стабильности. Шансы успешного создания сложной системы будут максимальными, если она реализуется в серии небольших шагов и если каждый шаг заключает в себе четко определённый успех, а также возможность «отката» к предыдущему успешному этапу в случае неудачи. Перед тем, как пустить в дело все ресурсы, предназначенные для создания системы, разработчик имеет возможность получать из реального мира сигналы обратной связи и исправлять возможные ошибки в проекте» .

Подход IID имеет и свои отрицательные стороны, которые, по сути, - обратная сторона достоинств. Во-первых, целостное понимание возможностей и ограничений проекта очень долгое время отсутствует. Во-вторых, при итерациях приходится отбрасывать часть сделанной ранее работы. В-третьих, добросовестность специалистов при выполнении работ всё же снижается, что психологически объяснимо, ведь над ними постоянно довлеет ощущение, что «всё равно всё можно будет переделать и улучшить позже» .

Различные варианты итерационного подхода реализованы в большинстве современных методологий разработки (RUP , MSF , ).

Спиральная модель

Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

На каждой итерации оцениваются:

• риск превышения сроков и стоимости проекта;
• необходимость выполнения ещё одной итерации;
• степень полноты и точности понимания требований к системе;
• целесообразность прекращения проекта.

Важно понимать, что спиральная модель является не альтернативой эволюционной модели (модели IID), а специально проработанным вариантом. К сожалению, нередко спиральную модель либо ошибочно используют как синоним эволюционной модели вообще, либо (не менее ошибочно) упоминают как совершенно самостоятельную модель наряду с IID .

Отличительной особенностью спиральной модели является специальное внимание, уделяемое рискам, влияющим на организацию жизненного цикла, и контрольным точкам. Боэм формулирует 10 наиболее распространённых (по приоритетам) рисков:

1. Дефицит специалистов.
2. Нереалистичные сроки и бюджет.
3. Реализация несоответствующей функциональности.
4. Разработка неправильного пользовательского интерфейса.
5. Перфекционизм, ненужная оптимизация и оттачивание деталей.
6. Непрекращающийся поток изменений.
7. Нехватка информации о внешних компонентах, определяющих окружение системы или вовлеченных в интеграцию.
8. Недостатки в работах, выполняемых внешними (по отношению к проекту) ресурсами.
9. Недостаточная производительность получаемой системы.
10. Разрыв в квалификации специалистов разных областей.

В сегодняшней спиральной модели определён следующий общий набор контрольных точек :

1. Concept of Operations (COO) - концепция (использования) системы;
2. Life Cycle Objectives (LCO) - цели и содержание жизненного цикла;
3. Life Cycle Architecture (LCA) - архитектура жизненного цикла; здесь же возможно говорить о готовности концептуальной архитектуры целевой программной системы;
4. Initial Operational Capability (IOC) - первая версия создаваемого продукта, пригодная для опытной эксплуатации;
5. Final Operational Capability (FOC) –- готовый продукт, развернутый (установленный и настроенный) для реальной эксплуатации.

Методологии разработки ПО

• Microsoft Solutions Framework (MSF). Включает 4 фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования.
• Экстремальное программирование (англ. Extreme Programming, XP ). В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС. Разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.
• ЕСПД - комплекс государственных стандартов Российской Федерации, устанавливающих взаимосвязанные правила разработки, оформления и обращения программ и программной документации.

Литература

• Братищенко В.В. Проектирование информационных систем. - Иркутск: Изд-во БГУЭП, 2004. - 84 с.
• Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. - М .: Финансы и статистика, 2000.
• Грекул В.И., Денищенко Г.Н., Коровкина Н.Л. Проектирование информационных систем. - М .: Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005.
• Мишенин А.И. Теория экономических информационных систем. - М .: Финансы и статистика, 2000. - 240 с.

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Жизненный цикл программного обеспечения" в других словарях:

Период разработки и эксплуатации программного обеспечения, в котором обычно выделяют этапы: 1 возникновение и исследование идеи; 2 анализ требований и проектирование; 3 программирование; 4 тестирование и отладка; 5 ввод программы в действие; 6… … Финансовый словарь

жизненный цикл программного обеспечения - … Справочник технического переводчика

жизненный цикл программного обеспечения - 3.7 жизненный цикл программного обеспечения; жизненный цикл ПО (software lifecycle): Последовательность следующих друг за другом процессов создания и использования программного обеспечения программируемой связанной с безопасностью здания или… …

жизненный цикл программного обеспечения - Последовательность следующих друг за другом процессов создания и использования программного обеспечения, происходящих в течение интервала времени, который начинается с разработки общей концепции программного обеспечения и заканчивается когда… … Комплексное обеспечение безопасности и антитеррористической защищенности зданий и сооружений

Цикл программного обеспечения жизненный - Жизненный цикл программного обеспечения (software lifecycle): период времени, включающий в себя стадии: разработки требований к программному обеспечению, разработки программного обеспечения, кодирования, тестирования, интеграции, установки, а… … Официальная терминология

жизненный цикл - 4.16 жизненный цикл (life cycle): Развитие системы, продукта, услуги, проекта или других изготовленных человеком объектов, начиная со стадии разработки концепции и заканчивая прекращением применения. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Это процесс ее построения и развития. Жизненный цикл информационной системы период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания информационной системы и заканчивается в момент ее полного изъятия из… … Википедия

Жизненный цикл информационной системы это процесс ее построения и развития. Жизненный цикл информационной системы период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания информационной системы и заканчивается в… … Википедия, О. В. Казарин. В книге рассмотрены теоретические и прикладные аспекты проблемы зашиты программного обеспечения от различного рода злоумышленных действий. Особое внимание уделено моделям и методам создания…