2_Технологии создания программного обеспечения. Современные технологии создания программного обеспечения. Обзор А. М. Вендров, содержание
 Скачать 396 Kb.
|
|
Современные технологии создания программного обеспечения. Обзор А.М. Вендров , СОДЕРЖАНИЕ Введение Основные особенности и проблемы современных программных проектов Современные тенденции в программной инженерии Методические основы технологий создания ПО Визуальное моделирование Методы структурного анализа и проектирования ПО Методы объектно-ориентированного анализа и проектирования ПО. Язык UML Сопоставление и взаимосвязь структурного и объектно-ориентированного подходов Методы моделирования бизнес-процессов и спецификации требований Методы анализа и проектирования ПО Технологии создания программного обеспечения Требования, предъявляемые к ТС ПО Примеры ТС ПО различных компаний-поставщиков Технология Rational Unified Process (IBM Rational Software) Технология Oracle Технология Borland Технология Computer Associates Заключение Литература Введение Основные особенности и проблемы современных программных проектов Накопленный к настоящему времени опыт создания систем ПО показывает, что это сложная и трудоемкая работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до настоящего времени создание таких систем нередко выполняется на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ПО. По данным Института программной инженерии (Software Engineering Institute, SEI) в последние годы до 80% всего эксплуатируемого ПО разрабатывалось вообще без использования какой-либо дисциплины проектирования, методом "code and fix" (кодирования и исправления ошибок). Проблемы создания ПО следуют из его свойств. Еще в 1975 г. Фредерик Брукс, проанализировав свой уникальный по тем временам опыт руководства крупнейшим проектом разработки операционной системы OS/360, определил перечень неотъемлемых свойств ПО: сложность, согласованность, изменяемость и незримость [1]. Что же касается современных крупномасштабных проектов ПО, то они характеризуются, как правило, следующими особенностями: Характеристики объекта внедрения: структурная сложность (многоуровневая иерархическая структура организации) и территориальная распределенность; функциональная сложность (многоуровневая иерархия и большое количество функций, выполняемых организацией; сложные взаимосвязи между ними); информационная сложность (большое количество источников и потребителей информации (министерства и ведомства, местные органы власти, организации-партнеры), разнообразные формы и форматы представления информации, сложная информационная модель объекта - большое количество информационных сущностей и сложные взаимосвязи между ними), сложная технология прохождения документов; сложная динамика поведения, обусловленная высокой изменчивостью внешней среды (изменения в законодательных и нормативных актах, нестабильность экономики и политики) и внутренней среды (структурные реорганизации, текучесть кадров). Технические характеристики проектов создания ПО: различная степень унифицированности проектных решений в рамках одного проекта; высокая техническая сложность, определяемая наличием совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования (транзакционных приложений, предъявляющих повышенные требования к надежности, безопасности и производительности, и приложений аналитической обработки (систем поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема); отсутствие полных аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем, высокая доля вновь разрабатываемого ПО; большое количество и высокая стоимость унаследованных приложений (существующего прикладного ПО), функционирующих в различной среде (персональные компьютеры, миникомпьютеры, мэйнфреймы), необходимость интеграции унаследованных и вновь разрабатываемых приложений; большое количество локальных объектов внедрения, территориально распределенная и неоднородная среда функционирования (СУБД, операционные системы, аппаратные платформы); большое количество внешних взаимодействующих систем различных организаций с различными форматами обмена информацией (налоговая служба, налоговая полиция, Госстандарт, Госкомстат, Министерство финансов, МВД, местная администрация). Организационные характеристики проектов создания ПО: различные формы организации и управления проектом: централизованно управляемая разработка тиражируемого ПО, экспериментальные пилотные проекты, инициативные разработки, проекты с участием как собственных разработчиков, так и сторонних компаний на контрактной основе; большое количество участников проекта как со стороны заказчиков (с разнородными требованиями), так и со стороны разработчиков (более 100 человек), разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации, сложившимся традициям и опыту использования тех или иных инструментальных средств; значительная длительность жизненного цикла системы, в том числе значительная временная протяженность проекта, обусловленная масштабами организации-заказчика, различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ПО и нестабильностью финансирования проекта; высокие требования со стороны заказчика к уровню технологической зрелости организаций-разработчиков (наличие сертификации в соответствии с международными и отечественными стандартами). В конце 60-х годов прошлого века в США было отмечено явление под названием "software crisis" (кризис ПО). Это выражалось в том, что большие проекты стали выполняться с отставанием от графика или с превышением сметы расходов, разработанный продукт не обладал требуемыми функциональными возможностями, производительность его была низка, качество получаемого программного обеспечения не устраивало потребителей. Аналитические исследования и обзоры, выполняемые в течение ряда последних лет ведущими зарубежными аналитиками, показывали не слишком обнадеживающие результаты. Так, например, результаты исследований, выполненных в 1995 году компанией Standish Group, которая проанализировала работу 364 американских корпораций и итоги выполнения более 23 тысяч проектов, связанных с разработкой ПО, выглядели следующим образом: только 16,2% завершились в срок, не превысили запланированный бюджет и реализовали все требуемые функции и возможности; 52,7% проектов завершились с опозданием, расходы превысили запланированный бюджет, требуемые функции не были реализованы в полном объеме; 31,1% проектов были аннулированы до завершения; для двух последних категорий проектов бюджет среднего проекта оказался превышенным на 89%, а срок выполнения - на 122%. В 1998 году процентное соотношение трех перечисленных категорий проектов лишь немного изменилось в лучшую сторону (26%, 46% и 28% соответственно). В последние годы процентное соотношение трех перечисленных категорий проектов также незначительно изменяется в лучшую сторону, однако, по оценкам ведущих аналитиков, это происходит в основном за счет снижения масштаба выполняемых проектов, а не за счет повышения управляемости и качества проектирования. В числе причин возможных неудач, по мнению разработчиков, фигурируют: нечеткая и неполная формулировка требований к ПО; недостаточное вовлечение пользователей в работу над проектом; отсутствие необходимых ресурсов; неудовлетворительное планирование и отсутствие грамотного управления проектом; частое изменение требований и спецификаций; новизна и несовершенство используемой технологии; недостаточная поддержка со стороны высшего руководства; недостаточно высокая квалификация разработчиков, отсутствие необходимого опыта. Объективная потребность контролировать процесс разработки сложных систем ПО, прогнозировать и гарантировать стоимость разработки, сроки и качество результатов привела в конце 60-х годов прошлого века к необходимости перехода от кустарных к индустриальным способам создания ПО и появлению совокупности инженерных методов и средств создания ПО, объединенных общим названием "программная инженерия" (software engineering). В основе программной инженерии лежит одна фундаментальная идея: проектирование ПО является формальным процессом, который можно изучать и совершенствовать. Освоение и правильное применение методов и средств создания ПО позволяет повысить его качество, обеспечить управляемость процесса проектирования ПО и увеличить срок его жизни. В то же время, попытки чрезмерной формализации процесса, а также прямого заимствования идей и методов из других областей инженерной деятельности (строительства, производства) привели к ряду серьезных проблем. После двух десятилетий напрасных ожиданий повышения продуктивности процессов создания ПО, возлагаемых на новые методы и технологии, специалисты в индустрии ПО пришли к пониманию, что фундаментальная проблема в этой области - неспособность эффективного управления проектами создания ПО. Невозможно достичь удовлетворительных результатов от применения даже самых совершенных технологий и инструментальных средств, если они применяются бессистемно, разработчики не обладают необходимой квалификацией для работы с ними, и сам проект выполняется и управляется хаотически, в режиме "тушения пожара". Бессистемное применение технологий создания ПО (ТС ПО), в свою очередь, порождает разочарование в используемых методах и средствах (анализ мнений разработчиков показывает, что среди факторов, влияющих на эффективность создания ПО, используемым методам и средствам придается гораздо меньшее значение, чем квалификации и опыту разработчиков). Если в таких условиях отдельные проекты завершаются успешно, то этот успех достигается за счет героических усилий фанатично настроенного коллектива разработчиков. Постоянное повышение качества создаваемого ПО и снижение его стоимости может быть обеспечено только при условии достижения организацией необходимой технологической зрелости, создании эффективной инфраструктуры как в сфере разработки ПО, так и в управлении проектами. В соответствии с моделью SEI СММ (Capability Maturity Model), в хорошо подготовленной (зрелой) организации персонал обладает технологией и инструментарием оценки качества процессов создания ПО на протяжении всего жизненного цикла ПО и на уровне всей организации. Одна из причин распространенности "хаотического" процесса создания ПО - стремление сэкономить на стадии разработки, не затрачивая времени и средств на обучение разработчиков и внедрение технологического процесса создания ПО. Эти затраты до недавнего времени были довольно значительными и составляли, по различным оценкам (в частности, Gartner Group), более $100 тыс. и около трех лет на внедрение развитой ТС ПО, охватывающей большинство процессов жизненного цикла ПО, в многочисленной команде разработчиков (до 100 чел.). Причина - в "тяжести" технологических процессов. "Тяжелый" процесс обладает следующими особенностями: необходимость документировать каждое действие разработчиков; множество рабочих продуктов (в первую очередь - документов), создаваемых в бюрократической атмосфере; отсутствие гибкости; детерминированность (долгосрочное детальное планирование и предсказуемость всех видов деятельности, а также распределение человеческих ресурсов на длительный срок, охватывающий большую часть проекта. Альтернативой "тяжелому" процессу является адаптивный (гибкий) процесс, основанный на принципах "быстрой разработки ПО", интенсивно развиваемых в последнее десятилетие. Современные тенденции в программной инженерии В начале 2001 года века ряд ведущих специалистов в области программной инженерии (Алистер Коберн, Мартин Фаулер, Джим Хайсмит, Кент Бек и другие) сформировали группу под названием Agile Alliance. Слово agile (быстрый, ловкий, стремительный) отражало в целом их подход к разработке ПО, основанный на богатом опыте участия в разнообразных проектах в течение многих лет. Этот подход под названием "Быстрая разработка ПО" (Agile software development) [10] базируется на четырех идеях, сформулированных ими в документе "Манифест быстрой разработки ПО" (Agile Alliance's Manifesto) и заключающихся в следующем: индивидуумы и взаимодействия между ними ценятся выше процессов и инструментов; работающее ПО ценится выше всеобъемлющей документации; сотрудничество с заказчиками ценится выше формальных договоров; реагирование на изменения ценится выше строгого следования плану. При таком подходе технология занимает в процессе создания ПО вполне определенное место. Она повышает эффективность деятельности разработчиков при наличии любых из следующих четырех условий: когда она позволяет людям легче выразить свои мысли; когда она выполняет задачи, невыполнимые вручную; когда она автоматизирует утомительные и подверженные ошибкам действия.; когда она облегчает общение между людьми; Технология не должна действовать против характера культурных ценностей и познавательной способности человека. При этом следует четко понимать: при всех достоинствах быстрой разработки ПО этот подход не является универсальным и применим только в проектах определенного класса. Для характеристики таких проектов Алистер Коберн ввел два параметра - критичность и масштаб. Критичность определяется последствиями, вызываемыми дефектами в ПО, ее уровень может иметь одно из четырех значений: C - дефекты вызывают потерю удобства; D - дефекты вызывают потерю возместимых средств (материальных или финансовых); E - дефекты вызывают потерю невозместимых средств; L - дефекты создают угрозу человеческой жизни. Масштаб определяется количеством разработчиков, участвующих в проекте: от 1 до 6 человек - малый масштаб; от 6 до 20 человек - средний масштаб; свыше 20 человек - большой масштаб. По оценке Коберна, быстрая разработка ПО применима только в проектах малого и среднего масштаба с низкой критичностью (C или D). Общие принципы оценки технологий в таких проектах заключаются в следующем: интерактивное общение лицом к лицу - это самый дешевый и быстрый способ обмена информацией; избыточная "тяжесть" технологии стоит дорого; более многочисленные команды требуют более "тяжелых" и формальных технологий; большая формальность подходит для проектов с большей критичностью; возрастание обратной связи и коммуникации сокращает потребность в промежуточных и конечных продуктах; дисциплина, умение и понимание противостоят процессу, формальности и документированию; потеря эффективности в некритических видах деятельности вполне допустима. Одним из наиболее известных примеров практической реализации подхода быстрой разработки ПО является "Экстремальное программирование" (Extreme Programming - XP) [10]. Этот метод предназначен для небольших компактных команд, нацеленных на получение как можно более высокого качества и продуктивности, и достигает этого посредством насыщенной, неформальной коммуникации, придания на персональном уровне особого значения умению и навыкам, дисциплине и пониманию, сводя к минимуму все промежуточные рабочие продукты. Методические основы технологий создания ПО Визуальное моделирование Под моделью ПО в общем случае понимается формализованное описание системы ПО на определенном уровне абстракции. Каждая модель определяет конкретный аспект системы, использует набор диаграмм и документов заданного формата, а также отражает точку зрения и является объектом деятельности различных людей с конкретными интересами, ролями или задачами. Графические (визуальные) модели представляют собой средства для визуализации, описания, проектирования и документирования архитектуры системы. Разработка модели системы ПО промышленного характера в такой же мере необходима, как и наличие проекта при строительстве большого здания. Это утверждение справедливо как в случае разработки новой системы, так и при адаптации типовых продуктов класса R/3 или BAAN, в составе которых также имеются собственные средства моделирования. Хорошие модели являются основой взаимодействия участников проекта и гарантируют корректность архитектуры. Поскольку сложность систем повышается, важно располагать хорошими методами моделирования. Хотя имеется много других факторов, от которых зависит успех проекта, но наличие строгого стандарта языка моделирования является весьма существенным. Состав моделей, используемых в каждом конкретном проекте, и степень их детальности в общем случае зависят от следующих факторов: сложности проектируемой системы; необходимой полноты ее описания; знаний и навыков участников проекта; времени, отведенного на проектирование. Визуальное моделирование оказало большое влияние на развитие ТС ПО вообще и CASE-средств в частности. Понятие CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение этого понятия, ограниченное только задачами автоматизации разработки ПО, в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий большинство процессов жизненного цикла ПО. CASE-технология представляет собой совокупность методов проектирования ПО, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализировать эту модель на всех стадиях разработки и сопровождения ПО и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей. Большинство существующих CASE-средств основано на методах структурного или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств. Методы структурного анализа и проектирования ПО В структурном анализе и проектировании используются различные модели, описывающие: Функциональную структуру системы; Последовательность выполняемых действий; Передачу информации между функциональными процессами; Отношения между данными. Наиболее распространенными моделями первых трех групп являются: функциональная модель SADT (Structured Analysis and Design Technique); модель IDEF3; DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных. |