Следует начать с определения, Жизненный цикл программного обеспечения (Software Life Cycle Model) — это период времени, который начинается с момента принятия решения о создании программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл — процесс построения и развития ПО.

Модели Жизненного цикла программного обеспечения

Жизненный цикл можно представить в виде моделей. В настоящее время наиболее распространенными являются: каскадная , инкрементная (поэтапная модель с промежуточным контролем ) и спиральная модели жизненного цикла.

Каскадная модель

Каскадная модель (англ . waterfall model ) — модель процесса разработки программного обеспечения, жизненный цикл которой выглядит как поток, последовательно проходящий фазы анализа требований, проектирования. реализации, тестирования, интеграции и поддержки.

Процесс разработки реализуется с помощью упорядоченной последовательности независимых шагов. Модель предусматривает, что каждый последующий шаг начинается после полного завершения выполнения предыдущего шага. На всех шагах модели выполняются вспомогательные и организационные процессы и работы, включающие управление проектом, оценку и управление качеством, верификацию и аттестацию, менеджмент конфигурации, разработку документации. В результате завершения шагов формируются промежуточные продукты, которые не могут изменяться на последующих шагах.

Жизненный цикл традиционно разделяют на следующие основные этапы :

1. Анализ требований,
2. Проектирование,
3. Кодирование (программирование),
4. Тестирование и отладка,
5. Эксплуатация и сопровождение.

Достоинства модели:

• стабильность требований в течение всего жизненного цикла разработки;
• на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
• определенность и понятность шагов модели и простота её применения;
• выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие ресурсы (денежные. материальные и людские).

Недостатки модели:

• сложность чёткого формулирования требований и невозможность их динамического изменения на протяжении пока идет полный жизненный цикл;
• низкая гибкость в управлении проектом;
• последовательность линейной структуры процесса разработки, в результате возврат к предыдущим шагам для решения возникающих проблем приводит к увеличению затрат и нарушению графика работ;
• непригодность промежуточного продукта для использования;
• невозможность гибкого моделирования уникальных систем;
• позднее обнаружение проблем, связанных со сборкой, в связи с одновременной интеграцией всех результатов в конце разработки;
• недостаточное участие пользователя в создании системы — в самом начале (при разработке требований) и в конце (во время приёмочных испытаний);
• пользователи не могут убедиться в качестве разрабатываемого продукта до окончания всего процесса разработки. Они не имеют возможности оценить качество, т.к.нельзя увидеть готовый продукт разработки;
• у пользователя нет возможности постепенно привыкнуть к системе. Процесс обучения происходит в конце жизненного цикла, когда ПО уже запущено в эксплуатацию;
• каждая фаза является предпосылкой для выполнения последующих действий, что превращает такой метод в рискованный выбор для систем, не имеющих аналогов, т.к. он не поддается гибкому моделированию.

Реализовать Каскадную модель жизненного цикла затруднительно ввиду сложности разработки ПС без возвратов к предыдущим шагам и изменения их результатов для устранения возникающих проблем.

Область применения Каскадной модели

Ограничение области применения каскадной модели определяется её недостатками. Её использование наиболее эффективно в следующих случаях:

1. при разработке проектов с четкими, неизменяемыми в течение жизненного цикла требованиями, понятными реализацией и техническими методиками;
2. при разработке проекта, ориентированного на построение системы или продукта такого же типа, как уже разрабатывались разработчиками ранее;
3. при разработке проекта, связанного с созданием и выпуском новой версии уже существующего продукта или системы;
4. при разработке проекта, связанного с переносом уже существующего продукта или системы на новую платформу;
5. при выполнении больших проектов, в которых задействовано несколько больших команд разработчиков.

Инкрементная модель

(поэтапная модель с промежуточным контролем)

Инкрементная модель (англ . increment — увеличение, приращение) подразумевает разработку программного обеспечения с линейной последовательностью стадий, но в несколько инкрементов (версий), т.е. с запланированным улучшением продукта за все время пока Жизненный цикл разработки ПО не подойдет к окончанию.

Разработка программного обеспечения ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах, время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

В начале работы над проектом определяются все основные требования к системе, подразделяются на более и менее важные. После чего выполняется разработка системы по принципу приращений, так, чтобы разработчик мог использовать данные, полученные в ходе разработки ПО. Каждый инкремент должен добавлять системе определенную функциональность. При этом выпуск начинают с компонентов с наивысшим приоритетом. Когда части системы определены, берут первую часть и начинают её детализировать, используя для этого наиболее подходящий процесс. В то же время можно уточнять требования и для других частей, которые в текущей совокупности требований данной работы были заморожены. Если есть необходимость, можно вернуться позже к этой части. Если часть готова, она поставляется клиенту, который может использовать её в работе. Это позволит клиенту уточнить требования для следующих компонентов. Затем занимаются разработкой следующей части системы. Ключевые этапы этого процесса — простая реализация подмножества требований к программе и совершенствование модели в серии последовательных релизов до тех пор, пока не будет реализовано ПО во всей полноте.

Жизненный цикл данной модели характерен при разработке сложных и комплексных систем, для которых имеется четкое видение (как со стороны заказчика, так и со стороны разработчика) того, что собой должен представлять конечный результат. Разработка версиями ведется в силу разного рода причин:

• отсутствия у заказчика возможности сразу профинансировать весь дорогостоящий проект;
• отсутствия у разработчика необходимых ресурсов для реализации сложного проекта в сжатые сроки;
• требований поэтапного внедрения и освоения продукта конечными пользователями. Внедрение всей системы сразу может вызвать у её пользователей неприятие и только “затормозить” процесс перехода на новые технологии. Образно говоря, они могут просто “не переварить большой кусок, поэтому его надо измельчить и давать по частям”.

Достоинства и недостатки этой модели (стратегии) такие же, как и у каскадной (классической модели жизненного цикла). Но в отличие от классической стратегии заказчик может раньше увидеть результаты. Уже по результатам разработки и внедрения первой версии он может незначительно изменить требования к разработке, отказаться от нее или предложить разработку более совершенного продукта с заключением нового договора.

Достоинства:

• затраты, которые получаются в связи с изменением требований пользователей, уменьшаются, повторный анализ и совокупность документации значительно сокращаются по сравнению с каскадной моделью;
• легче получить отзывы от клиента о проделанной работе — клиенты могут озвучить свои комментарии в отношении готовых частей и могут видеть, что уже сделано. Т.к. первые части системы являются прототипом системы в целом.
• у клиента есть возможность быстро получить и освоить программное обеспечение — клиенты могут получить реальные преимущества от системы раньше, чем это было бы возможно с каскадной моделью.

Недостатки модели:

• менеджеры должны постоянно измерять прогресс процесса. в случае быстрой разработки не стоит создавать документы для каждого минимального изменения версии;
• структура системы имеет тенденцию к ухудшению при добавлении новых компонентов — постоянные изменения нарушают структуру системы. Чтобы избежать этого требуется дополнительное время и деньги на рефакторинг. Плохая структура делает программное обеспечение сложным и дорогостоящим для последующих изменений. А прерванный Жизненный цикл ПО приводит еще к большим потерям.

Схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к ПО. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ПО зафиксированы в виде технического задания на всё время её создания. Таким образом, пользователи зачастую получаю ПП, не удовлетворяющий их реальным потребностям.

Спиральная модель

Спиральная модель: Жизненный цикл — на каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка. Особое внимание уделяется начальным этапам разработки — анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов.

Данная модель представляет собой процесс разработки программного обеспечения, сочетающий в себе как проектирование, так и постадийное прототипировнаие с целью сочетания преимуществ восходящей и нисходящей концепции, делающая упор на начальные этапы жизненного цикла: анализ и проектирование. Отличительной особенностью этой модели является специальное внимание рискам, влияющим на организацию жизненного цикла.

На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации.

Жизненный цикл на каждом витке спирали — могут применяться разные модели процесса разработки ПО. В конечном итоге на выходе получается готовый продукт. Модель сочетает в себе возможности модели прототипирования и водопадной модели . Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. Главная задача — как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Достоинства модели:

• позволяет быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований;
• допускает изменение требований при разработке программного обеспечения, что характерно для большинства разработок, в том числе и типовых;
• в модели предусмотрена возможность гибкого проектирования, поскольку в ней воплощены преимущества каскадной модели, и в то же время разрешены итерации по всем фазам этой же модели;
• позволяет получить более надежную и устойчивую систему. По мере развития программного обеспечения ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации;
• эта модель разрешает пользователям активно принимать участие при планировании, анализе рисков, разработке, а также при выполнении оценочных действий;
• уменьшаются риски заказчика. Заказчик может с минимальными для себя финансовыми потерями завершить развитие неперспективного проекта;
• обратная связь по направлению от пользователей к разработчикам выполняется с высокой частотой и на ранних этапах модели, что обеспечивает создание нужного продукта высокого качества.

Недостатки модели:

• если проект имеет низкую степень риска или небольшие размеры, модель может оказаться дорогостоящей. Оценка рисков после прохождения каждой спирали связана с большими затратами;
• Жизненный цикл модели имеет усложненную структуру, поэтому может быть затруднено её применение разработчиками, менеджерами и заказчиками;
• спираль может продолжаться до бесконечности, поскольку каждая ответная реакция заказчика на созданную версию может порождать новый цикл, что отдаляет окончание работы над проектом;
• большое количество промежуточных циклов может привести к необходимости в обработке дополнительной документации;
• использование модели может оказаться дорогостоящим и даже недопустимым по средствам, т.к. время. затраченное на планирование, повторное определение целей, выполнение анализа рисков и прототипирование, может быть чрезмерным;
• могут возникнуть затруднения при определении целей и стадий, указывающих на готовность продолжать процесс разработки на следующей и

Основная проблема спирального цикла — определение момента перехода на следующий этап. Для её решения вводятся временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла и переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование производится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах и личного опыта разработчиков.

Область применения спиральной модели

Применение спиральной модели целесообразно в следующих случаях:

• при разработке проектов, использующих новые технологии;
• при разработке новой серии продуктов или систем;
• при разработке проектов с ожидаемыми существенными изменениями или дополнениями требований;
• для выполнения долгосрочных проектов;
• при разработке проектов, требующих демонстрации качества и версий системы или продукта через короткий период времени;
• при разработке проектов. для которых необходим подсчет затрат, связанных с оценкой и разрешением рисков.

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.

Введение

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

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

1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

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

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

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

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

Рис. 1.Четыре шага программирования.

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

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

1.1.1 Постановка задачи

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

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

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

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

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

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

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

Стандартная форма постановки задачи.

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

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

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

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

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

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

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

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

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

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

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

Здравствуйте, уважаемые хабровчане! Думаю будет кому-то интересно вспомнить какие модели разработки, внедрения и использования программного обеспечения существовали ранее, какие модели в основном используются сейчас, зачем и что это собственно такое. В этом и будет заключаться моя небольшая тема.

Собственно, что же такое жизненный цикл программного обеспечения - ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и дальнейшего использования. Говоря другими словами, это время от начального момента создания какого либо программного продукта, до конца его разработки и внедрения. Жизненный цикл программного обеспечения можно представить в виде моделей.

Модель жизненного цикла программного обеспечения - структура, содержащая процессы действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, использования и сопровождения программного продукта.
Эти модели можно разделить на 3 основных группы:

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

Модель кодирования и устранения ошибок

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

Каскадная модель жизненного цикла программного обеспечения (водопад)

Преимущества:

• Последовательное выполнение этапов проекта в строгом фиксированном порядке
• Позволяет оценивать качество продукта на каждом этапе

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

Каскадная модель с промежуточным контролем (водоворот)

V модель (разработка через тестирование)

Модель на основе разработки прототипа

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

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

Модель принадлежит второй группе.

Спиральная модель жизненного цикла программного обеспечения

Преимущества:

• Быстрое получение результата
• Повышение конкурентоспособности
• Изменяющиеся требования - не проблема

• Отсутствие регламентации стадий

Большое спасибо за внимание!

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 каскадной модели:
• 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.

Строгая каскадная модель фиксирует два важных момента жизненного цикла:
• 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

В данной модели жизненный цикл распадается на следующие перекрывающие друг друга фазы (этапы):
• 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).

На протяжении фаз жизненного цикла разработчики выполняют следующие технологические (организационные) функции (классы функций):
• 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.

Жизненный цикл ПО

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО).

ЖЦ – это модель различных состояний программного изделия, начиная с момента возникновения необходимости в данном программном изделии и заканчивая моментом его выхода из употребления у всех пользователей.

ЖЦ баз данных пока стандартами не регламентирован – существующие стандарты относятся только к ЖЦ программных средств.

Стандарты ЖЦ ПС могут использоваться как директивные, руководящие или рекомендательные документы.

Наиболее полно ЖЦ, технология разработки и обеспечения качества ПС отражены в стандартах ISO (International Standards Organisation – Международная организация по стандартизации). Стандарт ISO 12207:1995 – «Процессы жизненного цикла программных средств» - наиболее полно отражает архитектуру, работы, организацию и управление ЖЦ ПС.

Используемые реально в фирмах модели ЖЦ ПС в последнее время изменяются относительно приведенных в стандартах в связи с внедрением и развитием объектно-ориентированного анализа и методов быстрой разработки ПП, CASE-систем и языков четвертого поколения. В новых моделях сокращаются работы по непосредственному созданию программных компонентов и детализируются работы по системному анализу и проектированию ПС и БД.

Вообще, при создании проектов ПС и обеспечении их ЖЦ целесообразно применять выборку из всей совокупности представленных стандартов (как международных, так и национальных), а имеющиеся пробелы в стандартизации заполнять стандартами де-факто и ведомственными нормативными документами.

Профиль – это совокупность нескольких базовых стандартов и других нормативных документов, предназначенная для реализации заданной функции или группы функций.

На базе одной и той же совокупности базовых стандартов могут формироваться различные профили для разных проектов.

При сертификации информационных систем как специальный вид испытаний выделяют сертификацию на соответствие профилю. И здесь следует учитывать, что в международной стандартизации ИС принята жесткая трактовка понятия профиля - считается, что основой профиля могут быть только международные и национальные утвержденные стандарты (то есть не допускается использование стандартов де-факто и нормативных документов фирм).

Исходя уже из конкретного профиля планируется написание документации. Причем для каждого этапа жизненного цикла пишется своя документация, которая в свою очередь подразделяется на виды, в зависимости от того для каких специалистов она создается.

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

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO /IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

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

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

· вспомогательные процессы , обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

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

Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д.

Разработка ПО включает в себя , как правило:

· анализ;

· проектирование;

· реализацию (программирование).

Фаза разработки начинается с анализа осуществимости проекта, а далее происходит преобразование от требований пользователя в форму, доступную для реализа­ции на компьютерах.

На эту фазу прихо­дятся, как правило, 50% стоимости ПИ и 32% трудозатрат.

Эксплуатация начинается тогда, когда изделие пере­дается пользователю, находится в действии и используется.

Включает в себя:

Работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей;

Обеспечение эксплуатационной документацией;

Проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения,

Модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

Фазу сопровождения также называют фазой продолжаю­щейся разработки.

Состоит из выявления и устранения ошибок в программах и изменения их функциональных возможностей .

Практиками признано, что эта часть жизнен­ного цикла (ЖЦ) должна приниматься во внимание с момента начала разработки с целью совершенствования ПИ в соответ­ствии с потребностями пользователя.

Процесс сопровождения , продолжатся собственно параллельно эксплуатации ПИ.

Структура трудозатрат на различные виды деятельности по сопровождению такова, что на изменение функциональных возможностей ПИ уходит около 78% времени, а на выявление ошибок - 17%.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO 12207-2.

Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация - это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием , которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

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

Каждый процесс характеризуется:

определенными задачами и методами их решения,

исходными данными, полученными на предыдущем этапе,

результатами.

Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер : результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.

Модели жизненного цикла ПО

Стандарт ISO/IEC 12207 не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО. (Модель ЖЦ зависит от специфики ИС и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует). Его регламенты являются общими для любых моделей ЖЦ, методологий и технологий разработки. Стандарт ISO/IEC 12207 описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует в деталях, как реализовать или выполнить действия и задачи , включенные в эти процессы.

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие две основные модели ЖЦ:

· каскадная модель (70-85 г.г.);

· спиральная модель (86-90 г.г.).

В изначально существовавших однородных ИС каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки такого типа приложений применялся каскадный способ . Его основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем (рис. 1). Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

· на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

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

Рис. 1. Каскадная схема разработки ПО

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ИС, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. В эту категорию попадают сложные расчетные системы, системы реального времени и другие подобные задачи. Однако, в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания ПО никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему:

· Выявление причин, по которым необходимо изменять проект на поздних стадиях : проверка работоспособности и реализуемости проекта приложения на ранних стадиях, как правило, не выполняется.

· Неадекватное управление рисками : риски связанные с проектом, выявляются на поздних стадиях выполнения проекта.

· Отсутствие процедуры пересмотра требований : в этой модели требования должны быть сформулированы и зафиксированы на первых стадиях разработки. Как правило, цели и задачи проекта в начале работы над проектом осознаются не полностью, и поэтому их приходится пересматривать на поздних стадиях, что приводит к значительному росту затрат на разработку и задержке выпуска продукта. Если же изменившиеся требования не учтены в проекте, заказчик не будет считать приложение отвечающим поставленным задачам.

Рис. 2 Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

Итак, основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ПО, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением.

Таким образом, в процессе создания ПО постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ПО принимал следующий вид (рис. 2):

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ (рис. 3), делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО. На нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы текущего этапа. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

В спиральной модели ЖЦ делается упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Рис. 3. Спиральная модель ЖЦ

При создании ПО может быть использована «Модель переиспользования и реверсивной инженерии».

В ней основной вес проектных решений падает на проектирование. Целью данной модели является повторное использование (переиспользование) в текущих проектах хорошо проверенных на практике «старых» проектных решений, зафиксированных в библиотеках уже законченных проектов. В процессе анализа и предварительного проектирования намечаются планы работ, в которые включены, в том числе задачи проверки альтернативных проектных решений. Затем запускаются работы по созданию запланированных прототипов по каскадной схеме. В результате выбирается одно из альтернативных решений, разрабатываемых в параллельных витках для остаточного цикла разработки продукта. Возможен выбор смешанного варианта на основе объединения результатов нескольких витков.

В случае неудачи реализованной версии возможен откат по проекту (Reengineering).