Модели процесса создания программного обеспечения
 Скачать 179.35 Kb.
|
|
Модели процесса создания программного обеспечения Модель процесса создания программного обеспечения – это общее абстрактное представление данного процесса. Каждая такая модель представляет процесс создания ПО в каком-то своем "разрезе", используя только определенную часть всей информации о процессе. В настоящем разделе представлены обобщенные модели, основанные на архитектурном подходе. В этом случае можно увидеть всю структуру процесса создания ПО, абстрагируясь от частных деталей отдельных составляющих его этапов. Эти обобщенные модели не содержат точного описания всех стадий процесса создания ПО. Напротив, они являются полезными абстракциями, помогающими "приложить" различные подходы и технологии к процессу разработки. Кроме того, очевидно, что процесс создания больших систем не является единым, а состоит из множества различных процессов, ведущих к созданию отдельных частей большой системы. Модели создания программного обеспечения. 1. Каскадная модель. Основные базовые виды деятельности, выполняемые в процессе создания ПО (такие, как разработка спецификации, проектирование и производство, аттестация и модернизация ПО), представляются как отдельные этапы этого процесса. 2. Эволюционная модель разработки ПО. Здесь последовательно перемежаются этапы формирования требований, разработки ПО и его аттестации. Первоначальная программная система быстро разрабатывается на основе некоторых абстрактных общих требований. Затем они уточняются и детализируются в соответствии с требованиями заказчика. Далее система дорабатывается и аттестуется в соответствии с новыми уточненными требованиями. 3. Модель формальной разработки систем. Основана на разработке формальной математической спецификации программной системы и преобразовании этой спецификации посредством специальных математических методов в исполняемые программы. Проверка соответствия спецификации и системных компонентов также выполняется математическими методами. 4. Модель разработки ПО на основе ранее созданных компонентов. Предполагает, что отдельные составные части программной системы уже существуют, т.е. созданы ранее. В этом случае технологический процесс создания ПО основное внимание уделяет интеграции отдельных компонентов в общее целое, а не их созданию. Каскадная и эволюционная модели разработки широко используются на практике. Модель формальной разработки систем успешно применялась во многих проектах, но количество организаций-разработчиков, постоянно использующих этот метод, невелико. Использование готовых системных компонентов практикуется повсеместно, но большинство организаций не придерживаются в точности модели разработки ПО на основе ранее созданных компонентов. Вместе с тем этот метод должен получить широкое распространение в XXI столетии, поскольку сборка систем из готовых или ранее использованных компонентов значительно ускоряет разработку ПО. Итерационные модели разработки программного обеспечения Описанные модели процесса создания ПО имеют свои достоинства и недостатки. При создании больших систем, как правило, приходится использовать различные подходы к разработке разных частей системы, т.е. в целом к разработке системы применяются гибридные (смешанные) модели. Поэтому важную роль играет возможность выполнять отдельные процессы разработки подсистем и весь процесс создания ПО итерационно, когда в ответ на изменения требований повторно выполняются определенные этапы создания системы (чаще всего этапы проектирования и кодирования). В этом разделе представлены две гибридные итерационные модели, сочетающие несколько различных подходов к разработке ПО и разработанные специально для поддержки итерационного способа создания ПО. 1. Модель пошаговой разработки, где процессы специфицирования требований, проектирования и написания кода разбиваются на последовательность небольших шагов, которые ведут к созданию ПО. 2. Спиральная модель разработки, в которой весь процесс создания ПО, от начального эскиза системы до ее конечной реализации, разворачивается по спирали. Существенным отличием итерационных моделей является то, что здесь процесс разработки спецификации протекает параллельно с разработкой самой программной системы. Более того, в модели пошаговой разработки полную системную спецификацию можно получить только после завершения самого последнего шага процесса создания ПО. Очевидно, что такой подход входит в противоречие с моделью приобретения ПО, когда полная системная спецификация является составной частью контракта на разработку системы. Поэтому, чтобы применять итерационные модели для разработки больших систем, которые заказываются "серьезными" организациями, например, государственными агентствами, необходимо менять форму контракта, на что такие организации идут с большим трудом. Спецификация программного обеспечения В этом разделе, а также в трех последующих, рассматриваются основные базовые процессы создания ПО: формирование спецификации, разработка, аттестация и модернизация программных систем. Первый из этих процессов, формирование спецификации, предназначен для определения сервисов, которыми будет обладать проектируемое ПО, а также ограничений, накладываемых на функциональные возможности и разработку программной системы. Этот процесс в настоящее время обычно называют "разработка требований" (requirements engineering). Разработка требований часто является критическим этапом в создании ПО, поскольку ошибки, допущенные на этом этапе, ведут к возникновению проблем на этапах проектирования и разработки. Схема процесса разработки требований показана на рисунке. Результатом его выполнения является разработка документации, формализующей требования, предъявляемые к системе, т.е. создание системной спецификации. В этой документации требования обычно представлены на двух уровнях детализации. На самом верхнем уровне представлены требования, определяемые конечными пользователями или заказчиками ПО; но для разработчиков необходима более детализированная системная спецификация.  Процесс разработки требований Процесс разработки требований включает четыре основных этапа. 1. Предварительные исследования. Оценивается степень удовлетворенности пользователей существующими программными продуктами и аппаратными средствами, а также экономическая эффективность будущей системы и возможность уложиться в существующие бюджетные ограничения при ее разработке. Этот этап должен быть по возможности коротким и дешевым. 2. Формирование и анализ требований. Формируются системные требования путем изучения существующих аналогичных систем, обсуждения будущей системы с потенциальными пользователями и заказчиками, анализа задач, которые должна решать система, и т.п. Этот этап может включать разработку нескольких моделей системы и ее прототипов, что помогает сформировать функциональные требования к системе. 3. Специфицирование требований. Осуществляется перевод всей совокупности информации, собранной на предыдущем этапе, в документ, определяющий множество требований. Этот документ обычно содержит два типа требований: пользовательские – обобщенные представления заказчиков и конечных пользователей о системе; системные – детальное описание функциональных показателей системы. 4. Утверждение требований. Проверяется выполнимость, согласованность и полнота множества требований. В процессе формирования ограничений неизбежно возникновение каких-либо ошибок. На этом этапе они должны быть по возможности выявлены и устранены. Конечно, процесс разработки требований трудно уложить в описанную последовательность этапов. Например, анализ требований выполняется на протяжении всего процесса их разработки, поэтому внесение новых или изменение уже сформулированных требований возможно на любом этапе. Как правило, этапы разработки требований перекрываются во времени. Проектирование и реализация программного обеспечения Реализация программного обеспечения – это процесс перевода системной спецификации в работоспособную систему. Этап реализации всегда включает процессы проектирования и программирования, но если для разработки ПО применяется эволюционный подход, этап реализации также может включать процесс внесения изменений в системную спецификацию. На этапе проектирования ПО определяется его структура, данные, которые являются частью системы, интерфейсы взаимодействия системных компонентов и иногда используемые алгоритмы. Проектировщики сразу никогда не получают законченный результат – процесс проектирования обычно проходит через разработку нескольких промежуточных версий ПО. Проектирование предполагает последовательную формализацию и детализацию создаваемого ПО с возможностью внесения изменений в решения, принятые на более ранних стадиях проектирования. Процесс проектирования может включать разработку нескольких моделей системы различных уровней обобщения. Поскольку проектирование – это процесс декомпозиции, такие модели помогают выявить ошибки, допущенные на ранних стадиях проектирования, а, следовательно, позволяют внести изменения в ранее созданные модели. На рисунке показана схема процесса проектирования ПО с указанием результата каждого этапа проектирования. Эта схема построена в предположении, что все этапы процесса проектирования выполняются последовательно. На практике эти этапы перекрываются вследствие неизбежных обратных связей от одного этапа к предыдущему и повторного выполнения некоторых проектных работ. Результатом каждого этапа проектирования является спецификация, необходимая для выполнения следующего этапа. Эта спецификация может быть абстрактной и формальной, т.е. такой, какая необходима для детализации системных требований; но она может быть и частью разрабатываемой системы. Так как процесс проектирования непрерывен, спецификации постепенно становятся все более детализированными. Конечными результатами процесса проектирования являются точные спецификации на алгоритмы и структуры данных, которые будут реализованы на следующем этапе создания ПО. Ниже перечислены отдельные этапы процесса проектирования. 1. Архитектурное проектирование. Определяются и документируются подсистемы и взаимосвязи между ними. 2. Обобщенная спецификация. Для каждой подсистемы разрабатывается обобщенная спецификация на ее сервисы и ограничения. 3. Проектирование интерфейсов. Для каждой подсистемы определяется и документируется ее интерфейс. Спецификации на эти интерфейсы должны быть точно выраженными и однозначными, чтобы использование подсистем не требовало знаний о том, как они реализуют свои функции. На этом этапе можно применить методы формальных спецификаций. 4. Компонентное проектирование. Проводится распределение системных функций (сервисов) по различным компонентам и их интерфейсам. 5. Проектирование структур данных. Детально разрабатываются структуры данных, необходимые для реализации программной системы. 6. Проектирование алгоритмов. Детально разрабатываются алгоритмы, предназначенные для реализации системных сервисов.  Обобщенная схема процесса проектирования Описанная схема процесса проектирования является достаточно общей и на практике может (и должна) адаптироваться применительно к разработке конкретного программного продукта. Например, два последних этапа, проектирование структур данных и алгоритмов, могут быть как составными частями процесса проектирования, так и входить в процесс реализации ПО. Если для создания программной системы используются некоторые уже готовые компоненты, это может наложить ограничения на архитектуру системы и интерфейсы системных модулей. Это означает, что количество компонентов, требующих проектирования, значительно уменьшится. Если в процессе проектирования используется метод проб и ошибок, то системные интерфейсы могут разрабатываться после определения структур данных. Эволюция программных систем Одна из основных причин того, что в настоящее время в большие сложные системы все шире внедряется программное обеспечение, заключается в гибкости программных систем. После принятия решения о разработке и производстве аппаратных компонентов системы внесение в них изменений становится весьма дорогостоящим. С другой стороны, в программное обеспечение можно вносить изменения в течение всего процесса разработки системы. Эти изменения также могут быть крайне дорогостоящими, но все-таки они значительно дешевле изменений в аппаратном оборудовании системы. Исторически сложилось так, что существует четкая "демаркационная линия" между процессом разработки системы и процессом ее совершенствования, точнее, процессом сопровождения системы. Разработка системы рассматривается как творческий процесс, начиная с этапа выработки общей концепции системы и заканчивая получением работающего программного продукта. Сопровождение системы – это внесение изменений в систему, которая уже находится в эксплуатации. И хотя стоимость сопровождения может в несколько раз превышать стоимость разработки, все равно процесс сопровождения считается менее творческим и ответственным, чем процесс первоначального создания системы. В настоящее время упомянутая демаркационная линия между процессами разработки и сопровождения постепенно стирается. Только немногие вновь созданные программные системы можно назвать полностью новыми. Поэтому имеет смысл рассматривать процесс сопровождения как непрерывное продолжение процесса разработки. Вместо двух отдельных процессов рациональнее принять эволюционный подход инженерии программного обеспечения, где программные продукты в течение своего жизненного цикла непрерывно изменяются (эволюционируют) в ответ на изменения в системных требованиях и потребностях пользователей. Схема этого эволюционного процесса программных систем показана на рисунке.  Эволюция систем Автоматизированные средства разработки программного обеспечения Аббревиатура CASE (Computer-aided Software Engineering – автоматизированная разработка ПО) обозначает специальный тип программного обеспечения, предназначенного для поддержки таких процессов создания ПО, как разработка требований, проектирование, кодирование и тестирование программ. Поэтому к CASE-средствам относятся редакторы проектов, словари данных, компиляторы, отладчики, средства построения систем и т.п. CASE-технологии предлагают поддержку процесса создания ПО путем автоматизации некоторых этапов разработки, а также создания и предоставления информации, необходимой для разработки. Приведем примеры тех процессов, которые можно автоматизировать с помощью CASE-средств. 1. Разработка графических моделей системы на этапах создания спецификации и проектирования. 2. Проектирование структуры ПО с использованием словарей данных, хранящих информацию об объектах структуры и связях между ними. 3. Генерирование пользовательских интерфейсов на основе графического описания интерфейса, создаваемого в диалоговом режиме. 4. Отладка программ на основе информации, получаемой в ходе выполнения программы. 5. Автоматическая трансляция программ, написанных на устаревших языках программирования (например, COBOL), в программы, написанные на современных языках. В настоящее время подходящие CASE-технологии существуют для большинства процессов, выполняемых в ходе разработки ПО. Это ведет к определенному улучшению качества создаваемых программ и повышению производительности труда разработчиков программного обеспечения. Вместе с тем эти достижения значительно уступают тем ожиданиям, которые присутствовали при зарождении CASE-технологии. Тогда считалось, что стоит только внедрить CASE-средства – и можно получить весьма значительное повышение и качества программ, и производительности труда. Фактически это повышение составляет примерно 40% . Хотя и это повышение весьма значительно, CASE-технологии не совершили революции в инженерии программного обеспечения, как ожидалось. Расширение применения CASE-технологии ограничивают два фактора. 1. Создание ПО, особенно этап проектирования, во многом является творческим процессом. Существующие CASE-средства автоматизируют рутинные процессы, попытки привлечь их к решению интеллектуальных и творческих задач проектирования особым успехом не увенчались. 2. Во многих организациях-разработчиках создание ПО – результат работы команды специалистов по программному обеспечению. При этом много времени тратится на "пустое" общение между членами команды разработчиков. В этой ситуации CASE-технологии не могут предложить ничего такого, что способно повысить производительность труда разработчиков. Отомрут ли эти факторы в будущем, пока неясно. Но, на сегодняшний день маловероятно появление CASE-технологии, поддерживающих творческие элементы процесса проектирования систем и коллективный труд команды разработчиков. Однако системы поддержки общего процесса проектирования и групповой работы существуют и используются в процессе создания ПО. В настоящее время сложилась развитая индустрия CASE-средств, круг возможных поставщиков и разработчиков этих программных продуктов очень широк. |