Источник нашей мудрости - наш опыт, источник нашего опыта - наша глупость.

Саша Гитри, французский актер, режиссер

В начале развития компьютерной индустрии проблема написания программ относилась к области искусства и состояла в том, чтобы получить "работающую" (доходящую до своего завершения) программу. Лишь затем программисты добивались от неё необходимых результатов путём длительной отладки и доработки. При этом было принято считать, что ни одна большая программа не может быть свободной от ошибок. Однако со временем появилось множество больших программ, которые должны были работать и работали годами, не выявляя никаких отклонений от требований. Но проходили годы, изменялась окружающая среда и изменялись требования. "Хорошие" работающие программы требовали модификации.

Важным толчком к совершенствованию методов разработки программ стало разделение пользователей на два класса: тех, кто пишет программы, и тех, кто решает с помощью этих программ прикладные задачи. Не будем забывать в первой группе так называемых системных программистов, которые пишут инструментальные программы (трансляторы, редакторы, операционные системы и т.п.) для других программистов. Таким образом программы стали отчуждаться от своих разработчиков. Они начали становиться самостоятельным продуктом.

Существенный качественный скачок стал возможен в семидесятых годах прошлого столетия. В 1969 году Эдсгер Дейкстра опубликовал статью "Структурное программирование " . Это событие ознаменовало начало десятилетия напряжённого труда над инженерными методами, которые в корне изменили представления о подходах и тех возможностях, что открыты человеку в сфере разработки программного обеспечения ( ПО ). Благодаря структурному программированию и правильно поставленному процессу пошаговой разработки стало возможным создание действительно больших программных систем.

Расширение области применения вычислительной техники приводило к росту сложности ПО , ужесточению требования к надежности программ и, соответственно, росту времени построения программной системы и численности команды разработчиков. Возникла самостоятельная задача управления программными проектами, которая была разрешена путём построения методологии разработки программного обеспечения, включающей в себя описание процесса, организации работ , методов и инструментальных средств .

1.1. Общее описание жизненного цикла

Проектирование любой программной системы включает в себя несколько этапов или процессов, и чем лучше поставлено управление проектом, тем ярче они выражены . Методология проектирования программных систем описывает процесс создания и сопровождения программного обеспечения в виде жизненного цикла (ЖЦ) разработки, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов.

Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, критерии начала и завершения этапа, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ разработки позволяет спланировать и организовать процесс коллективной работы, а также обеспечить управление этим процессом.

Понятия жизненного цикла и модели жизненного цикла несколько отличаются, однако термин "жизненный цикл" часто используется в смысле "модели жизненного цикла". Модель жизненного цикла разработки ПО - обобщенная структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения типового программного продукта в течение всей жизни системы, т.е. от определения требований до завершения ее использования.

На данный момент можно выделить следующие часто упоминаемые и используемые модели жизненного цикла:

каскадная модель;
процессная или поэтапная модель с промежуточным контролем;
итерационная модель.

1.2. Каскадная модель

Каскадная модель (или, как ее еще называют, водопадная) (рис. 1.1) рассматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Эта модель происходит от структуры диаграммы Ганта для поэтапного процесса. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Модель подчеркивает, что результаты, полученные в ходе выполнения одного этапа, используются для выполнения следующего этапа.

Рис. 1.1.

"Основное заблуждение каскадной модели состоит в предположениях, что проект проходит через весь процесс один раз, архитектура хороша и проста в использовании, проект осуществления разумен, а ошибки в реализации устраняются по мере тестирования. Иными словами, каскадная модель исходит из того, что все ошибки будут сосредоточены в реализации, а потому их устранение происходит во время тестирования компонентов и системы" .
Рис. 1.2. Поэтапная модель с возвратами

Одним интересным вариантом развития поэтапной модели является V-образный жизненный цикл (рис. 1.3). В этой модели акцент делается на работы, связанные с верификацией документов разработки. Нисходящая ветвь модели описывает собственно разработку программной документации: требования к ПО, функции программных элементов, архитектуру - связи программных функций, программный код. Восходящая ветвь - этапы верификации.

Применение V-образной модели жизненного цикла позволяет сконцентрировать внимание на проверке результатов разработки, точно спланировать, какие свойства программного обеспечения будут исследоваться, на каких этапах и на основании какой документации. Обычно обращение к данному виду модели связано с повышенными требованиями к качеству результатов разработки. Именно такой подход к выбору модели жизненного цикла разработки характерен для бортовых авиационных систем, систем управления космическими аппаратами, разработки встроенного ПО.

Рис. 1.3.

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:

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

В сегодняшней спиральной модели определён следующий общий набор контрольных точек :

Concept of Operations (COO) - концепция (использования) системы;
Life Cycle Objectives (LCO) - цели и содержание жизненного цикла;
Life Cycle Architecture (LCA) - архитектура жизненного цикла; здесь же возможно говорить о готовности концептуальной архитектуры целевой программной системы;
Initial Operational Capability (IOC) - первая версия создаваемого продукта, пригодная для опытной эксплуатации;
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…

Жизненным циклом программного обеспечения называют период от момента появления идеи создания некоторого программного обеспечения до момента завершения его поддержки фирмой-разработчиком или фирмой, выполнявшей сопровождение.

Состав процессов жизненного цикла регламентируется международным стандартом ISO/IEC 12207: 1995 «Information Technologe - Software Life Cycle Processes» («Информационные технологии - Процессы жизненного цикла программного обеспечения»). ISO - International Organization for Standardization - Международная организация по стандартизации. IEC -International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике.

Этот стандарт описывает структуру жизненного цикла программного обеспечения и его процессы. Процесс жизненного цикла определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. На рис. 1.9 представлены процессы жизненного цикла по указанному стандарту. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, а также исходными данными и результатами.

Процесс разработки (development process) в соответствии со стандартом предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию программного обеспечения и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, а также подготовку материалов, необходи-

Рис. 1.9. Структура процессов жизненного цикла программного

обеспечения

мых для проверки работоспособности и соответствия качества программных продуктов, материалов, необходимых для обучения персонала, и т. д. По стандарту процесс разработки включает следующие действия:

подготовительную работу - выбор модели жизненного цикла (см. да лее), стандартов, методов и средств разработки, а также составление плана работ;

анализ требований к системе - определение ее функциональных воз можностей, пользовательских требований, требований к надежности и безо пасности, требований к внешним интерфейсам и т. д.;

проектирование архитектуры системы - определение состава необ ходимого оборудования, программного обеспечения и операций, выполняе мых обслуживающим персоналом;

анализ требований к программному обеспечению - определение функ циональных возможностей, включая характеристики производительности, среды функционирования компонентов, внешних интерфейсов, специфика-

ций надежности и безопасности, эргономических требований, требований к используемым данным, установке, приемке, пользовательской документации, эксплуатации и сопровождению;

проектирование архитектуры программного обеспечения - определе ние структуры программного обеспечения, документирование интерфейсов его компонентов, разработку предварительной версии пользовательской до кументации, а также требований к тестам и плана интеграции;

детальное проектирование программного обеспечения - подробное описание компонентов программного обеспечения и интерфейсов между ни ми, обновление пользовательской документации, разработка и документиро вание требований к тестам и плана тестирования компонентов программно го обеспечения, обновление плана интеграции компонентов;

кодирование и тестирование программного обеспечения - разработку и документирование каждого компонента, а также совокупности тестовых процедур и данных для их тестирования, тестирование компонентов, обнов ление пользовательской документации, обновление плана интеграции про граммного обеспечения;

интеграцию программного обеспечения - сборку программных компо нентов в соответствии с планом интеграции и тестирование программного обеспечения на соответствие квалификационным требованиям, представля ющих собой набор критериев или условий, которые необходимо выполнить, чтобы квалифицировать программный продукт, как соответствующий своим спецификациям и готовый к использованию в заданных условиях эксплуата ции;

квалификационное тестирование программного обеспечения - тести рование программного обеспечения в присутствии заказчика для демон страции его соответствия требованиям и готовности к эксплуатации; при этом проверяется также готовность и полнота технической и пользователь ской документации

интеграцию системы - сборку всех компонентов системы, включая программное обеспечение и оборудование;

квалификационное тестирование системы - тестирование системы на соответствие требованиям к ней и проверка оформления и полноты докумен тации;

установку программного обеспечения - установку программного обес печения на оборудовании заказчика и проверку его работоспособности;

приемку программного обеспечения - оценку результатов квалифика ционного тестирования программного обеспечения и системы в целом и до кументирование результатов оценки совместно с заказчиком, окончательную передачу программного обеспечения заказчику.

Указанные действия можно сгруппировать, условно выделив следующие основные этапы разработки программного обеспечения (в скобках

указаны соответствующие стадии разработки по ГОСТ 19.102-77 «Стадии разработки»):

постановка задачи (стадия «Техническое задание»);

анализ требований и разработка спецификаций (стадия «Эскизный проект»);

проектирование (стадия «Технический проект»);

реализация (стадия «Рабочий проект»).

Традиционно разработка также включала этап сопровождения (началу этого этапа соответствует стадия «Внедрение» по ГОСТ). Однако по международному стандарту в соответствии с изменениями, произошедшими в индустрии разработки программного обеспечения, этот процесс теперь рассматривается отдельно.

Условность выделения этапов связана с тем, что на любом этапе возможно принятие решений, которые потребуют пересмотра решений, принятых ранее (см. § 1.5).

Постановка задачи. В процессе постановки задачи четко формулируют назначение программного обеспечения и определяют основные требования к нему. Каждое требование представляет собой описание необходимого или желаемого свойства программного обеспечения. Различают функциональные требования, определяющие функции, которые должно выполнять разрабатываемое программное обеспечение, и эксплуатационные требования, определяющие особенности его функционирования.

Требования к программному обеспечению, имеющему прототипы, обычно определяют по аналогии, учитывая структуру и характеристики уже существующего программного обеспечения. Для формулирования требований к программному обеспечению, не имеющему аналогов, иногда необходимо провести специальные исследования, называемые предпроект-ными. В процессе таких исследований определяют разрешимость задачи, возможно, разрабатывают методы ее решения (если они новые) и устанавливают наиболее существенные характеристики разрабатываемого программного обеспечения. Для выполнения предпроектных исследований, как правило, заключают договор на выполнение научно-исследовательских работ. В любом случае этап постановки задачи заканчивается разработкой технического задания, фиксирующего принципиальные требования, и принятием основных проектных решений (см. гл. 3).

Анализ требований и определение спецификаций. Спецификациями называют точное формализованное описание функций и ограничений разрабатываемого программного обеспечения. Соответственно различают функциональные и эксплуатационные спецификации. Совокупность спецификаций представляет собой общую логическую модель проектируемого программного обеспечения.

Для получения спецификаций выполняют анализ требований технического задания, формулируют содержательную постановку задачи, выбирают

математический аппарат формализации, строят модель предметной области, определяют подзадачи и выбирают или разрабатывают методы их решения. Часть спецификаций может быть определена в процессе предпроектных исследований и, соответственно, зафиксирована в техническом задании.

На этом этапе также целесообразно сформировать тесты для поиска ошибок в проектируемом программном обеспечении, обязательно указав ожидаемые результаты.

Проектирование. Основной задачей этого этапа является определение подробных спецификаций разрабатываемого программного обеспечения. Процесс проектирования сложного программного обеспечения обычно включает:

проектирование общей структуры - определение основных компонен тов и их взаимосвязей;

декомпозицию компонентов и построение структурных иерархий в со ответствии с рекомендациями блочно-иерархического подхода;

проектирование компонентов.

Результатом проектирования является детальная модель разрабатываемого программного обеспечения вместе со спецификациями его компонентов всех уровней. Тип модели зависит от выбранного подхода (структурный, объектный или компонентный) и конкретной технологии проектирования. Однако в любом случае процесс проектирования охватывает как проектирование программ (подпрограмм) и определение взаимосвязей между ними, так и проектирование данных, с которыми взаимодействуют эти программы или подпрограммы.

Принято различать также два аспекта проектирования:

логическое проектирование, которое включает те проектные операции, которые непосредственно не зависят от имеющихся технических и про граммных средств, составляющих среду функционирования будущего про граммного продукта;

физическое проектирование - привязка к конкретным техническим и программным средствам среды функционирования, т. е. учет ограничений, определенных в спецификациях.

Реализация. Реализация представляет собой процесс поэтапного написания кодов программы на выбранном языке программирования (кодирование), их тестирование и отладку.

Сопровождение. Сопровождение - это процесс создания и внедрения новых версий программного продукта. Причинами выпуска новых версий могут служить:

Необходимость исправления ошибок, выявленных в процессе эксплуа тации предыдущих версий;

Необходимость совершенствования предыдущих версий, например, улучшения интерфейса, расширения состава выполняемых функций или по вышения его производительности;

Изменение среды функционирования, например, появление новых тех нических средств и/или программных продуктов, с которыми взаимодейст вует сопровождаемое программное обеспечение.

На этом этапе в программный продукт вносят необходимые изменения, которые так же, как в остальных случаях, могут потребовать пересмотра проектных решений, принятых на любом предыдущем этапе. С изменением модели жизненного цикла программного обеспечения (см. далее) роль этого этапа существенно возросла, так как продукты теперь создаются итерационно: сначала выпускается сравнительно простая версия, затем следующая с большими возможностями, затем следующая и т. д. Именно это и послужило причиной выделения этапа сопровождения в отдельный процесс жизненного цикла в соответствии с стандартом ISO/IEC 12207.

Рассматриваемый стандарт только называет и определяет процессы жизненного цикла программного обеспечения, не конкретизируя в деталях, как реализовывать или выполнять действия и задачи, включенные в эти процессы. Эти вопросы регламентируются соответствующими методами, методиками и т. п. Прежде, чем перейти к подробному рассмотрению последних, проанализируем эволюцию схем разработки программного обеспечения от момента их появления до настоящего времени.

В общем случае программная система помимо собственно программ содержит еще и аппаратное обеспечение, а также обычно рассматривается в окружении других программно-аппаратных систем.

Под жизненным циклом программной системы обычно понимают весь период времени существования программной системы, начинающийся с момента выработки первоначальной концепции системы и кончающийся тогда, когда система морально устаревает. Понятие ``жизненного цикла"" используется, когда предполагается, что программная система будет иметь достаточно большой срок действия, в отличие от экспериментального программирования, при котором программы прогоняются несколько раз и больше не используются.

Жизненный цикл традиционно моделируется в виде некоторого числа последовательных этапов (или стадий, фаз). В настоящее время не выработано общепринятого разбиения жизненного цикла программной системы на этапы. Иногда этап выделяется как отдельный пункт, иногда - входит в качестве составной части в более крупный этап. Могут варьироваться действия, производимые на том или ином этапе. Нет единообразия и в названиях этих этапов. Поэтому попытаемся вначале описать некоторый обобщенный жизненный цикл программной системы, а затем продемонстрируем несколько примеров различных жизненных циклов с указанием аналогий из этого обобщенного цикла.

Этапы жизненного цикла ПО

Жизненный цикл программного обеспечения - период разработки и эксплуатации программного обеспечения, в котором обычно выделяют этапы: -1- возникновение и исследование идеи; -2- анализ требований и проектирование; -3- программирование; -4- тестирование и отладка; -5- ввод программы в действие; -6- эксплуатация и сопровождение; -7- завершение эксплуатации.

Следует обратить внимание, что разбиение жизненного цикла на этапы иногда способствует затушевыванию некоторых важных аспектов создания программного обеспечения; особенно это проявляется по отношению к такому необходимому процессу, как итерационная реализация различных этапов жизненного цикла с целью исправления ошибок, изменения решений, которые оказались неправильными, или учета изменений в общих требованиях, предъявляемых к системе.

Примеры описания жизненного цикла

Рассмотрим несколько описаний жизненного цикла программного обеспечения, которые послужат своеобразным комментарием этапам обобщенного жизненного цикла.

В отечественных нормативных документах (например, ГОСТ ЕСПД) принято следующее разграничение на этапы, которое приводится с указанием аналогий из списка, данного в начале раздела:

разработка технического задания (этапы 1 и 2);

технический проект (третий этап до 3.2.1 включительно);

рабочий проект (3.2.2, 4.2.1 и, частично, 4.2, 4.3);

экспериментальное внедрение (4.2 и 4.3);

сдача в промышленную эксплуатацию (этап 5);

промышленная эксплуатация (этап 6).

Подобное описание имеет своим прообразом технологию разработки аппаратных средств и поэтому не вполне учитывает все отличительные особенности проектирования программ. Более подходящим выглядит описание жизненного цикла программного обеспечения, состоящее из 12 этапов, которые очень близки этапам обобщенного жизненного цикла (см. рис. 1.1). В скобках после имени фазы указывается аналог из обобщенного цикла. Практически все этапы заканчиваются проверкой результатов, полученных на соответствующем этапе.

Рис. 1.1 Пример жизненного цикла программных систем

Начало проекта и планирование (этап 1). Определяются необходимые действия, планы и организация управления проектом. Определяются меры по обеспечению непрерывного выполнения фаз жизненного цикла.

Анализ целевых требований (2.1). Определяются, без учета средств реализации, общие характеристики системы, которым она должна удовлетворять. Устанавливается, что и как должна делать система.

Анализ системных требований (2.2). Описывается, как должны удовлетворятся запросы пользователя, в терминах конкретных функциональных понятий описываются действия предполагаемой системы, хранимые данные, используемый интерфейс - все это без учета физической реализации. Проверяется пригодность этих конкретных понятий.

Проектирование системы (3.1). Устанавливается структура системы или, иначе говоря, ее архитектура в терминах основных компонентов этой системы и их предполагаемой реализации (аппаратной, программной, с помощью окружения и т.д.). Устанавливаются требования для каждого компонента, а также стратегию тестирования и интеграции.

Предварительное проектирование программного обеспечения (3.2.1). Определение конкретных программных компонент, которые будут разрабатываться и внедряться в конечную систему. Проверка этого множества компонент на непротиворечивость общим требованиям к программному обеспечению. Определение функциональных, эксплуатационных и тестовых требований к каждому конкретному компоненту.

Детальное проектирование программного обеспечения (3.2.2). В терминах используемых программных конструкций производится описание того, как каждый конкретный компонент будет разрабатываться. Описываются режимы использования каждого компонента в системе.

Кодирование и тестирование программного обеспечения (4.1.1 и 4.1.2). Создание, тестирование отдельных модулей, документирование и приемка программных компонентов, которые составляют программную систему.

Интеграция программного обеспечения (частично 4.2). Тестирование работоспособности и функциональной законченности программных частей системы в предсказуемом окружении (аппаратуре и окружающей среде).

Интеграция системы (4.3). Тестирование работоспособности и функциональной законченности частей общей системы в целом.

Приемка и поставка системы (5). Производится приемка системы заказчиком, и поставка ему системы.

Эксплуатация и сопровождение системы (6). Выпуск последующих вариантов или версий системы, необходимость в которых возникает из-за устранений дефектов, отработки измененных требований и т.д.

Завершение проекта (7). Формирование посториорной модели проектных действий с анализом достоинств, недостатков и т.д., и использование их в качестве основания для улучшения процесса разработки.

В качестве следующего примера рассмотрим неполный жизненный цикл программного обеспечения, без этапов эксплуатации и сопровождения (см. рис. 1.2). В этом варианте не фиксируется последовательность фаз или этапов, а предлагается перечень действий, которые должны быть выполнены на протяжении жизненного цикла программного обеспечения. Эти действия могут быть разбиты или, наоборот, сгруппированы в различные этапы, в зависимости от конкретных условий. Можно выделить следующие этапы жизненного цикла программных систем (в скобках, как и ранее, - аналоги из модели обобщенного цикла):

этап планирования, который определяет и координирует действия по разработке программной системы (этап 1);

этап разработки, на котором создается программная система:

постановку задачи (этап 2),

проектирование (3),

кодирование (4.1.1),

получение исполняемого кода (4.1.1, 4.3);

интегрированный этап, обеспечивающий коррекцию, проверку, и определение полноты программной системы, а также ее выпуск. Этот этап включает в себя верификацию, контроль за конфигурацией системы, оценку качества и проверку взаимодействия между этапами. Из названия этого этапа видно, что он выполняется совместно с другими этапами на протяжении жизненного цикла системы.

Рис. 1.2 Вариант упрощенного жизненного цикла программной системы.

Отсутствие интегрированного этапа в обобщенном жизненном цикле не означает, что проверка производится только там, где это явно указано в названии этапа (например 4.2.1 и 4.2). Каждый этап может считаться завершенным только тогда, когда результаты, полученные на данном этапе, были признаны удовлетворительными, а для этого необходимо производить проверку результатов на каждом этапе. В обобщенном жизненном цикле некоторые проверки были вынесены отдельными пунктами для демонстрации повышенных объемов, сложности и важности этих проверок.

Последовательность этапов жизненного цикла для разных программных систем определяется такими характеристиками как функциональные возможности, сложность, размер, устойчивость, использование ранее полученных результатов, разрабатываемая стратегия и аппаратное обеспечение.

На рис. 1.3. показана последовательность этапов разработки программного обеспечения для отдельных компонентов единой программной системы с различными жизненными циклами.

Рис. 1.3 Последовательность этапов разработки компонент программного обеспечения

Для компонента W из множества системных требований к единому продукту формируется подмножество требований, относящихся к данному компоненту, используются эти требования при формировании проекта программного компонента, реализовывают этот проект в исходном коде и тогда интегрирует компонент с аппаратурой. Компонент X показывает использование ранее разработанного программного обеспечения. Компонент Y показывает использование простой отдельной функции, которая может быть закодирована прямо на основе требований к программному обеспечению. Компонент Z показывает использование прототипной стратегии. Обычно, целями прототипирования является лучшее понимание требований к программному обеспечению и уменьшение технических рисков и рисков разработки при создании конечного продукта. Исходные требования используются как базис для получения прототипа. Этот прототип преобразуется в окружение, типичное для конкретного использования системы при разработке. Результатом преобразований является уточненные данные, которые используются для создания конечного программного продукта.

Практически все этапы жизненного цикла объединяются с верификацией.

И. Н. Скопин

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

Введение

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

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

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

Рис. 1. Разработка, использование и сопровождение программного обеспечения

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

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

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

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

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

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

1. Модели традиционного представления
о жизненном цикле

1.1. Общепринятая модель

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

разработка,
сопровождение.

Фазы разбиваются на ряд этапов (рис. 2).

Рис. 2. Общепринятая модель жизненного цикла программного обеспечения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2. Классическая итерационная модель

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

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

Рис. 3. Классическая итерационная модель

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

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

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

1.3. Каскадная модель

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

Характерные черты

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

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

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

Рис. 4. Каскадная модель

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

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

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

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

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

Рис. 5. Строгая каскадная модель

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

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

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

точное разделение работ, заданий и ответственности разработчиков этапов и тех, кто, проверяя работы, инициирует переход к следующему этапу;
малые циклы между соседними этапами, в результате которых достигается компромиссное задание.

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

1.4. Модель фазы-функции

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

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

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

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

Рис. 6. Фазовое измерение модели фазы-функции

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

планирование,
разработка,
обслуживание,
выпуск документации,
испытания,
поддержка,
сопровождение.

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

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

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

Рис. 7. Матрица фазы-функции модели Гантера

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

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

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

2. Объектно-ориентированные модели
жизненного цикла

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

2.1. Принципы объектно-ориентированного проектирования

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

Итеративность развития.
Начиная с фазы анализа и до завершения реализации, процесс объектно-ориентированного проектирования в противоположность последовательному развитию строится как серия итераций, которой возможно предшествует определенный период последовательного изучения предметной области и задач проекта в целом (этапы определения требований и начального планирования ).
Наращивание функциональности в соответствии со сценариями.
Наращивание функциональности проектируемого изделия представляется как развитие сценариев, которые соответствуют описаниям (диаграммам) взаимодействия объектов и отражают отдельные стороны функционирования. Эти описания предписывают развитие на этапе программирования операционной базы проекта: она вырабатывается исходя из сценариев уровня проектирования (конструирования). Полная функциональность состоит из функциональностей всех сценариев. Таким образом, данная стратегия довольно близка классическому методу пошаговой детализации, при использовании которого функциональность наращивается путем уточнения (доопределения) модулей нижнего уровня. Однако в отличие от этого метода итеративное наращивание требует, чтобы в результате каждой итерации изделие получало полностью готовую функциональность, планируемую реализуемым сценарием. Последующие итерации добавляют уже другую функциональность, которая планируется другим сценарием.
Ничто не делается однократно.
Последовательный подход предполагает, что анализ завершен перед конструированием, завершение которого предшествует программированию. Перекрытие этапов (см. п. 1.4) ослабляет это предположение, но принципиально ситуацию не меняет. В большинстве объектно-ориентированных проектов анализ никогда не завершается в течение всего развития проекта, а процесс конструирования сопровождает разработку в ходе всего ее жизненного цикла.
Оперирование на размножающихся фазах подобно.
Как в начале проектирования, на последующих итерациях анализ предшествует конструированию, за которым следует программирование, тестирование и другие виды работ.

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

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

2.2. Модификация модели фазы-функции

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.3. Параллельное выполнение итераций

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 11. Распараллеливание выполнения итераций проекта

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

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

2.4. Моделирование итеративного наращивания
возможностей системы

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

Рис. 12. Спираль развития объектно-ориентированного проекта

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

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

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

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

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

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

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

Основные этапы жизненного цикла программного обеспечения. Жизненный цикл программного обеспечения ис