курсовая. СОДЕРЖАНИЕ. Инструментальное программное обеспечение. История
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ Лекция 1. Инструментальное программное обеспечение. История развития ИСРПО. 4 Лекция 2. Методологии разработки ПО. 18 Лекция 3. Методология RUP. 28 Лекция 4. Этап логического проектирования ИС. Основные подходы при создании концептуальной модели. 35 Лекция 5. Описание функциональности разработки: нотация IDEF0. 44 Лекция 6. Описание функциональности разработки: диаграммы потоков данных. 50 Лекция 7. Описание функциональности разработки: нотация IDEF3. 59 Лекция 8. Проектирование с использованием метода «сущность-связь». 67 Лекция 9. Определение языка разработки, среды реализации, инструментов разработки. 76 Лекция 10. Инструментальные средства и технологии Windows. SDK. 90 Лекция 11. Процедура физического проектирования – порядок, инструменты, ресурсы, документы. 100 Лекция 12. Управление версиями ПП. 119 Лекция 13. Open ТOOLs API. 143 Лекция 14. Использование и создание DLL. 153 Лекция 15. Разработка собственных компонентов. 165 Лекция 16. Инструментальные средства и методы расширения функциональности среды разработки. 185 Лекция 17. Отладка программ. Инструменты. Методика отладки. 196 Лекция 18. Тестирование ПО. Средства автоматизированного тестирования. 219 Лекция 19. Документирование кода в Delphi. 230 Лекция 20. Создание системы помощи в программе. 238 Лекция 21. Защита приложения после компиляции. 277 Лекция 22. Автоматизация процесса сборки проекта. 283 Лекция 23. Создание инсталляции программы. 287 Лекция 1 ТЕМА: Инструментальное программное обеспечение. История развития ИСРПО. Инструменты разработки программ делятся на аппаратные и программные. Предметом междисциплинарного курса «Инструментальные средства разработки программного обеспечения» являются программные инструментальные средства, используемые для разработки и установки программ на компьютер, а также принципы их разработки и эксплуатации. Разработка программного продукта (ПП) представляет множество связанных действий - таких как: - создание модели данных и методики вычислений; - описание функциональности; - определение структуры данных; определение и описание способа реализации задачи (алгоритма решения); - определение и описание интерфейса пользователя; - определение средств поддержки ПП; - спецификация задачи; - написание текста программы; - трансляция и отладка программы; - связывание и подключение библиотек поддержки; - создание среды выполнения; размещения исходного модуля и загрузка; - создание встроенной помощи и документирование разработки; - создание устанавливаемого (инсталляционного) пакета ПП. В рамках Rational Unified Process (RUP) набор действий по разработке программ сконцентрирован в следующих этапах: - определение требований; - проектирование; - программирование; - тестирование; - внедрение. Для выполнения указанных работ разработан и постоянно пополняется огромный набор программ - инструментов, позволяющих формализовать и автоматизировать процесс разработки программ. Использование этих средств существенно сокращает сроки разработки и внедрения программных продуктов. Рассмотрим, что представляет собой программа и программное обеспечение. Программа = задача + модель + алгоритм + структура данных Программа создается для того, чтобы решить определенную задачу: распознать преступника по фотографии в потоке людей, принять SMS- сообщение с одного мобильного телефона и передать его на другой и т.д. Модель описывает то, что должна сделать программа для решения поставленной задачи, но не как она это должна сделать. Созданные в мышление человека модели предметной области могут относиться как к явлениям реального мира, например, движение космического объекта в гравитационном поле и атмосфере Земли, так и к идеальным понятиям, таким как интернет-магазин. Модель – это образ будущего инструмента, который позволит нам решить поставленную задачу. Ключевым понятием в определении программы является задача. Как неразумно обсуждать техническую систему в отрыве от задачи, которую она решает, так бессмысленно рассматривать программу вне целей, для которых она создается. Для решения разных задач даже в одной предметной области будут созданы разные модели и разработаны разные программы. Любой алгоритм, как мы знаем, есть последовательность предписаний, выполнив которые можно за конечное число шагов перейти от исходных данных к результату. Итак, Определение 1: Программа – это записанное на понятном некоторому вычислителю языке решение стоящей перед нами задачи. Определение 2: Компьютерная программа - набор определенных команд, выполняющихся по заданному алгоритму. Определение 3: Программа - данные, предназначенные для управления конкретными компонентами системы обработки информации в целях реализации определённого алгоритма. (ГОСТ 19781—90. ЕСПД. Термины и определения) Определение 4:Программное обеспечение - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для их эксплуатации. (ГОСТ 19781—90. ЕСПД. Термины и определения) Существенно, что ПО - это программы, предназначенные для многократного использования и применения разными пользователями. В связи с этим следует обратить внимание на ряд необходимых свойств ПО. 1. Необходимость документирования. По определению программы становятся ПО только при наличии документации. Конечный пользователь не может работать, не имея документации. Документация делает возможным тиражирование ПО и продажу его без его разработчика. По Бруксу ошибкой в ПО является ситуация, когда программное изделие функционирует не в соответствии со своим описанием, следовательно, ошибка в документации также является ошибкой в программном изделии. 2. Эффективность. ПО, рассчитанное на многократное использование (например, ОС, текстовый редактор и т.п.) пишется и отлаживается один раз, а выполняется многократно. Таким образом, выгодно переносить затраты на этап производства ПО и освобождать от затрат этап выполнения, чтобы избежать тиражирования затрат. 3. Надежность. В том числе: o Тестирование программы при всех допустимых спецификациях входных данных o Защита от неправильных действий пользователя o Защита от взлома - пользователи должны иметь возможность взаимодействия с ПО только через легальные интерфейсы. Готье: "Ошибки в системе возможны из-за сбоев аппаратуры, ошибок ПО, неправильных действий пользователя. Первые - неизбежны, вторые - вероятны, третьи - гарантированы". Появление ошибок любого уровня не должно приводить к краху системы. Ошибки должны вылавливаться диагностироваться и (если их невозможно исправить) превращаться в корректные отказы. Системные структуры данных должны сохраняться безусловно. Сохранение целостности пользовательских данных желательно. 4. Возможность сопровождения. Возможные цели сопровождения - адаптация ПО к конкретным условиям применения, устранение ошибок, модификация. Во всех случаях требуется тщательное структурирование ПО и носителем информации о структуре ПО должна быть программная документация. Адаптация во многих случаях м.б. передоверена пользователю - при тщательной отработке и описании сценариев инсталляции и настройки. Исправление ошибок требует развитой сервисной службы, собирающей информацию об ошибках и формирующей исправляющие пакеты. Модификация предполагает изменение спецификаций на ПО. При этом, как правило, должны поддерживаться и старые спецификации. Эволюционное развитие ПО экономит вложения пользователей. Существуют различные направления программирования: - искусственный интеллект; - распознавание образов (изображения, звуки, анализ движения, ..); - автоматное проектирование/программирование; - теория алгоритмов ( например, методы кодирования, сжатия, шифрования, параллельная обработка информации); - компьютерная лингвистика; - объектно-ориентированное проектирование/программирование; - математическое программирование; - информационная безопасность (в том числе компьютерная вирусология, взлом/защита вычислительных систем) - исследования в области обеспечения надёжности и эффективности разрабатываемого программного обеспечения; - системы массового обслуживания (электронные платёжные системы, массовое распространение информации - электронная почта, медиа-сервисы, онлайн –клиники и магазины, поисковые системы, переводчики и т.д.); - разработка приложений и игр на мобильные платформы (Android/ IPhone и т.д.) - системное программирование; - разработка игр и приложений для lin/win; - разработка баз данных; - низкоуровневое программирование. При разработке программ применяются различные языки программирования. Выделяют: - низкоуровневыйязык программирования - близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. (ассемблер) - высокоуровневый язык программирования - разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Они имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Основная черта высокоуровневых языков - это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания. Языкам высокого уровня свойственно умение работать с комплексными структурами данных. В большинстве из них интегрирована поддержка строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п. (C++, C#, Java, JavaScript, Python, PHP, Ruby, Perl, Паскаль, Delphi, Лисп) Языки высокого уровня делятся на: · процедурные (алгоритмические) (Basic, Pascal, C и др.), которые предназначены для однозначного описания алгоритмов; для решения задачи процедурные языки требуют в той или иной форме явно записать процедуру ее решения; · логические (Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на систематическое и формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания; · объектно-ориентированные (Object Pascal, C++, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и действия над нами. Программа на объектно-ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути описывает часть мира, относящуюся к этой задаче. Описание действительности в форме системы взаимодействующих объектов естественнее, чем в форме взаимодействующих процедур. - ультра-высокоуровневый язык программирования - характеризуется наличием дополнительных структур и объектов, ориентированных на прикладное использование. Использование его снижает временные затраты на разработку программного обеспечения и повышает качество конечного продукта за счет уменьшения объёма исходных кодов. - сверхвысокоуровневый язык программирования - с очень высоким уровнем абстракции. В отличие от языков программирования высокого уровня, где описывается принцип «как нужно сделать», в сверхвысокоуровневых языках программирования описывается лишь принцип «что нужно сделать». Термин впервые появился в середине 1990-х годов для идентификации группы языков, используемых для быстрого прототипирования, написания одноразовых скриптов и подобных задач (пример Icon). К языкам сверхвысокого уровня также часто относят такие современные сценарные и декларативные (в частности функциональные) языки как Ruby и Haskell, а также Perl. - предметно-ориентированный язык - большой класс языков сверхвысокого уровня, используемые для специфических приложений и задач. Примеры: · TeX/LaTeX для подготовки (компьютерной вёрстки) текстовых документов; · Perl для манипулирования текстами; · SQL для СУБД; · Tcl/Tk для графического интерфейса пользователя; · HTML и SGML для разметки документов; · Verilog и VHDL для описания аппаратного обеспечения; · Mathematica и Maple для символьных вычислений; · AutoLisp для компьютерного моделирования (САПР); · Prolog для задач, сформулированных в терминах исчисления предикатов; · ML и Haskell для задач, сформулированных в терминах функций. По мнению Валида Тахи, с позиции языково-ориентированного програмирования Microsoft Excel оказывается едва ли не наиболее широко применяемым в мире языком программирования. Другими примерами предметно-ориентированных языков служат FoxPro, командные языки операционных систем (языки пакетных заданий, такие как JCL, языки интерактивной командной оболочки, такие как bash и batch), языки структурирования данных (XML, .ini, .conf), язык Вики- разметки, языки моделирования (UML, GPSS), Erlang для многопользовательских серверов, функционирующих в бесперебойном режиме. Следует отметить, что примеры не всегда являются показательными, некоторые предметно-ориентированные языки подвергаются критике. При разработке программного продукта мы пользуемся различными инструментами, т.е. средствами, которые обеспечивают и облегчают выполнение поставленных задач. Инструмента́льное програ́ммное обеспе́чение - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ, в отличие от прикладного и системного программного обеспечения. Инструментальное ПО условно можно разбить на четыре группы: 1) необходимое – те, без которых невозможно в принципе получить исполняемый код; К необходимым можно отнести: - редакторы текстов (Word, WordPad, Блокнот); - компиляторы и ассемблеры; - компоновщики или редакторы связей (linkers); 2) часто используемое – средства, использования которых, в отличие от необходимых, можно избежать. Но без них процесс разработки весьма затрудняется и удлиняется; Из часто используемых средств стоит назвать: - утилиты автоматической сборки проекта; - отладчики; - программы создания инсталляторов; - редакторы ресурсов; - профилировщики; - программы поддержки версий; - программы создания файлов помощи (документации). 3) специализированное – используются в исключительных случаях, решают довольно специфичные задачи: - программы отслеживания зависимостей; - парсеры; - дизассемблеры; - декомпиляторы; - hex-редакторы; - программы отслеживания активности системы и изменений, происходящих в системе; - программы-вериферы и контейнеры; - программы для защиты разрабатываемого программного обеспечения (протекторы); - CASE-средства для моделирования и проектирования ПО (BP Win, MS Visio, MS Net и др. средства логического проектирования (Ration Rose или любой UML-редактор и RBin, Coad) - и т.д. - специфическое– используются при разработке определенных видов программного обеспечения: 1) SDK, DDK, PDK, JDK; 2) API; 3) различные dll-библиотеки; 4) пользовательские компоненты. 5) технологические стандарты (Microsoft - OLE,ODBC, MAPI) 4) интегрированные среды – включают в себя большую часть выше перечисленных средств и обеспечивают их взаимосвязь. Представители: Borland Delphi, Borland C++ Builder, Kylix (Borland Software Corporation), Power Builder(SY Base), Designer, Developer(Oracle), Visual Bаsic, Visual C++, Microsoft Visual Studio (.Net) (Microsoft Corp.), NuMega Driver Studio (NuMega), Eclipse (IBM). Отдельно стоит отметить такие инструменты как методологии разработки ПО (например, RUP) и языки моделирования (например, ER- диаграммы, IDEF, DFD, UML), которые применяются в различных CASE- средствах, но могут использоваться и без них. В каждом классе существуют огромное число продуктов, каждый со своими особенностями, достоинствами и недостатками. Дадим краткую характеристику названным классам программ и приведем некоторые критерии оценки, по которым можно сравнивать программы из одного класса. Но сначала укажем на характеристики, универсальные для всех программ: - фирма-производитель, автор (зачастую имя производителя значит больше, чем все остальное). - название продукта; - номер последней версии; - класс продукта, который установил для него производитель (например, HackersViewer, который включает в себя неплохой дизассемблер и редактор PE-файлов, поставляется просто как hex-редактор); - тип дистрибьюции программы (с открытыми кодами/бесплатная (freeware)/условно-бесплатная (shareware)/платная) и стоимость; - наличие и тип поддержки, ее стоимость; - доступность и качество документации; - простота и понятность интерфейса; - наличие пробных версий (для платных программ); - сайт программы и возможность ее скачки; - размер дистрибутива и его состав; - дополнительные (не основные) возможности, предоставляемые программой; Теперь рассмотрим отдельно основные классы инструментов. Отладчики. Предназначены для поиска ошибок в других программах, ядрах операционных систем, SQL-запросах и других видах кода. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения кода, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки, отслеживать изменение состояния процессора во время работы программы и т.д. Различают два основных типа отладчиков: - отладчики пользовательского режима; - отладчики режима ядра. Первые могут лишь следить за работой программ пользовательского режима и не способны ни отслеживать системные вызовы, ни следить за работой ядра. Кроме того, для использования таких отладчиков программа должна быть соответствующим образом подготовлена (скомпилирована). Отладчики же режима ядра, напротив, позволяют полностью контролировать работу системы, а, следовательно, и всех программ. Характеристики: - тип (режима ядра/пользовательский); - поддержка символьной отладки (способность читать исходные коды программы и работать с ними). Набор поддерживаемых языков (сред/диалектов); - набор отображаемой информации: регистры процессора, стек, память (режимы отображения содержимого памяти); - поддерживаемые режимы отладки: пошаговый, с точками останова, с реакцией на события в системе; - состав отслеживаемых событий в системе: аппаратные прерывания, обращения к драйверу (другому модулю ядра), вызов функции и т.д. - (обычно для отладчиков режима ядра) требования к аппаратной поддержке, возможность работы на «живой» системе; - возможность анализа файлов дампа. Представители: Отладчики пользовательского режима: Turbo Debugger (Borland Software Corporation), Cool Debugger (Wei Bao), W32Dasm, AQtime, FlexTracer, GNU Debugger. Отладчики режима ядра: i386kd/alphakd/ia64kd и WinDbg (Microsoft Corporation) (для работы в “живую” требуют 2 машины. Для обхода этого ограничения существует надстройка LiveKd (MarkE. Russinovich)), SoftIce (NuMega). Программы создания инсталляторов Предназначены для создания дистрибутивов программ и пакетов программ. Задачи, выполняемые подобными программами для различных платформ, могут сильно различаться. Мало того, с выходом WindowsInstaller и опубликования его API для платформы Win32 началось разделение программ на поддерживающие WindowsInstaller и использующие свои средств. Как правило, все дистрибутивы имеют интерфейс программ-мастеров (т.е. пошаговое уточнение настроек). Кроме того, почти всегда имеется возможность удаления установленной программы. Характеристики: - ориентированны на использование Windows Installer или используют свои средства; - возможность автоматического отслеживания зависимостей исполнимых файлов и разделяемых библиотек; - наличие встроенного языка сценариев; - возможность и пределы, в которых можно изменять поведения мастера инсталляции; - возможность использования и поддержка национальных языков; - функции, поддерживаемые в процессе установки (кроме копирования файлов): - создание ключей реестра; - регистрация COM-объектов; - перезагрузка системы после или в процессе установки; - возможность удаления установленной программы; - возможность контроля версий устанавливаемой программы (перезапись, если необходимо) и разделяемых библиотек; - возможность и степень сжатия дистрибутива; - возможность создания дистрибутива, состоящего из одного, или заданного количества файлов; Представители: InstallShield (Install Shield Corp.), Wise InstallMaster Setup (Wise Solutions), Factory (Indigo Rose Corp.), Ghost Installer Studio; GkSetup (Gero Kuehn), Nullsoft Install System (Nullsoft), GP-Install (Quality Software Components), Little Setup Builder (http://www.ammasw.eboard.com), Inno Setup (http://www.gentee.com), Setup Generator (http://www.jrsoftware.org), Ghost Installer (http://www.ginstall.com). Дизассемблеры и декомпиляторы. Предназначены для получения исходного кода на языке программирования из исполняемого модуля. Характеристики: - поддерживаемые языки (компиляторы); - возможность использования символьной информации о файле (отладочной и др.); - возможность интерактивной работы с листингом (замены имен переменных и функций, отслеживания вызовов, модификация кода). Представители: Interactive DisAssembler (Data Resource), Sourcer, Decafe Pro, DeDe. Программы отслеживания активности системы и изменений, происходящих в системе. Позволяют отслеживать действия программ по изменению реестра, файловой системы, вызовов системных сервисов и т.д. Следят за загруженностью системы в целом. Характеристики: - тип отслеживаемых изменений/активности; - возможность протоколирования (логирования); - возможность фильтрации получаемой информации; - возможность уведомления. Представители: Microsoft: Spy++, Process Viewer, ApiMon, SysMon (для Win2000/XP – ActiveX компонентдля mmc). Winternals Systems (Mark E. Russinovich): RegMon, FileMon, HandleEx. Программы-вериферы и контейнеры. Создают виртуальную среду для отдельных классов программ, в которой можно исследовать поведение программы). Представители: Driver Verifier, ActiveX Control Test Container (Microsoft Corp.) Программы для защиты разрабатываемого программного обеспечения (протекторы). Позволяют создавать систему защиты ПО от несанкционированного копирования исполняемых файлов, непрофессионального реверс- инжиниринга, а также создавать регистрационные ключи, оценочные или демо-версии приложений (к примеру, программу, работающую 30 дней), шифровать и сжимать данные и т.п. Представители: ASProtect, Obsidium, Armadillo, VMProtect,ORiEN SDK. SDK (от англ. software development kit) - комплект средств разработки, который позволяет специалистам по программному обеспечению создавать приложения для определённого пакета программ, программного обеспечения базовых средств разработки, аппаратной платформы, компьютерной системы, игровых консолей, операционных систем и прочих платформ. Программист, как правило, получает SDK непосредственно от разработчика целевой технологии или системы. Часто SDK распространяется через Интернет. Многие SDK распространяются бесплатно для того, чтобы побудить разработчиков использовать данную технологию или платформу. Поставщики SDK иногда подменяют слово «software» в словосочетании «software development kit» на более точное слово. Например, Microsoft и Apple предоставляют Driver Development Kit (DDK) для разработки драйверов устройств, PalmSource называет свой инструментарий для разработки PalmOS Development Kit (PDK), а Oracle -Java Development Kit (JDK). Примеры SDK: Windows Phone SDK, Adobe Flex, DirectX, Eclipse, iPhone SDK, Java Development Kit, Opera Devices SDK, Source SDK. Краткий исторический обзор развития инструментальные средства разработки ПО Этап 1: до середины 50-х. Основные затраты связаны с кодированием (в машинных кодах). Появляются автокоды (языки с использованием мнемонических обозначений команд) и трансляторы с них (ассемблеры). Реализуются возможности раздельной компиляции и перемещаемости программ. Появляются загрузчики и компоновщики программ. Этап 2: середина 50-х – середина 60-х гг. Увеличиваются размеры программ, выявляется разрыв между понятиями проблемных областей и машинно-ориентированных языков. Появляются различные языки высокого уровня (алгоритмические, универсальные): - Fortran (1954-1957); - Algol-60 (1958-1960); - Cobol (1959-1961); - Lisp (1959); - Basic (1964); - PL/1 (1964). и трансляторы с них (компиляторы). Изобретаются и опробуются почти все основные типы данных, операции над ними, управляющие структуры и способы изображения их в программах, различные варианты параметризации подпрограмм. Этап 3: середина 60-х – начало 70-х гг. Резко увеличиваются размеры ПО, происходит переход к коллективному характеру работ. Повышаются требования к ПО вследствие перехода к товарному производству. Изменяется соотношение затрат на разработку ПО (40% и более тратится на отладку, проектирование и документирование), кодирование – один из самых простых видов работ. Используются и создаются "большие" языки программирования – ПЛ/1, АЛГОЛ-68, СИМУЛА-67, обобщающие и интегрирующие ранее найденные решения. Появляются развитые системы программирования с оптимизирующими и отладочными трансляторами, макробиблиотеками, библиотеками стандартных программ, специализированных текстовыми редакторами, средствами анализа и диалоговой отладки в терминах входного языка. Разрабатываются развитые операционные системы, первые СУБД, многочисленные системы автоматизации документирования, системы управления программной конфигурацией (отслеживания модификаций и сборки версий ПО). Этап 4 (“этап кризиса в развитии ПО”): начало 70-х–середина 70-х гг. Несмотря на развитие инструментальных средств, производительность труда программистов не растёт. Более того, вследствие повышения требований к ПО и нелинейного роста его сложности, производительность труда падает. Срываются сроки разработки ПО, растёт его стоимость, непредсказуемо его качество, не срабатывают традиционные методы (предоставление дополнительных человеческих и материальных ресурсов), что характеризуется как "кризис ПО". Получают признание методологии структурного программирования (Дейкстра, 1968г.), формируются основы технологии программирования (язык Паскаль (Н.Вирт), 1971г.). Этап 5:1976г.– наше время. Этап посткризисного развития инструментальных средств. 1976г. – публикация работы Боэма, где вводится понятие жизненного цикла ПО и указывается, что основные затраты приходятся не на разработку, а на сопровождение программ. Языки программирования: - C (начало 1970-х, впервые достаточно полно описан в 1978 г.); - Modula-2 (1978 г., развитие – язык Oberon (1988)); - Ada (1980); - Prolog (1972 г., распространение получил с 1980 г.); - Smalltalk (1970-е годы, в 1980 был представлен как Smalltalk-80); - C++ (начало 1980-х гг., название – 1983, в привычном сегодня виде существует с 1990 г.); - Java (версия Java 1.0 – 1996 г., Java 2.0 – 1998, Java 5 – 2004...); - C# (1998–2001, версия 1.0 – 2000–2002, версия 2.0 – 2003-2005, версия 3.0 – 2004–2008, версия 4.0 – 2008–2010). Развиваются интегрированные инструментальные среды разработки программ. Получает признание объектно-ориентированный подход к проектированию и программированию. Разрабатываются программы, поддерживающие создание ПО на каждом этапе. Лекция 2 |