модели жизненного цикла ПО , которые тяжело использовать при организации конкретного проекта.

В рамках специфических моделей жизненного цикла , которые предписывают правила организации разработки ПО в рамках данной отрасли или организации, определяются более конкретные процессы разработки . Отличаются они от стандартов, прежде всего, большей детальностью и четким описанием связей между отдельными видами деятельности , определением потоков данных (документов и артефактов) в ходе жизненного цикла . Таких моделей довольно много, ведь фактически каждый раз, когда некоторая организация определяет собственный процесс разработки , в качестве основы этого процесса разрабатывается некоторая модель жизненного цикла ПО . В рамках данной лекции мы рассмотрим лишь несколько моделей. К сожалению, очень тяжело выбрать критерии, по которым можно было бы дать хоть сколько-нибудь полезную классификацию известных моделей жизненного цикла .

Наиболее широко известной и применяемой долгое время оставалась так называемая каскадная или водопадная (waterfall) модель жизненного цикла , которая, как считается, была впервые четко сформулирована в работе и впоследствии запечатлена в стандартах министерства обороны США в 70-80-х годах XX века. Эта модель предполагает последовательное выполнение различных видов деятельности , начиная с выработки требований и заканчивая сопровождением, с четким определением границ между этапами, на которых набор документов, созданный на предыдущей стадии, передается в качестве входных данных для следующей. Таким образом, каждый вид деятельности выполняется на какой-то одной фазе жизненного цикла . Предлагаемая в статье последовательность шагов разработки показана на рис. 2.2 . "Классическая" каскадная модель предполагает только движение вперед по этой схеме: все необходимое для проведения очередной деятельности должно быть подготовлено в ходе предшествующих работ .

Однако, если внимательно прочитать статью , оказывается, что она не предписывает следование именно этому порядку работ , а, скорее, представляет модель итеративного процесса (см. рис.2.3) - в ее последовательном виде эта модель закрепилась, по -видимому, в представлении чиновников из министерств и управленцев компаний, работающих с этими министерствами по контрактам. При реальной работе в соответствии с моделью, допускающей движение только в одну сторону, обычно возникают проблемы при обнаружении недоработок и ошибок, сделанных на ранних этапах. Но еще более тяжело иметь дело с изменениями окружения, в котором разрабатывается ПО (это могут быть изменения требований, смена подрядчиков, изменения политик разрабатывающей или эксплуатирующей организации, изменения отраслевых стандартов, появление конкурирующих продуктов и пр.).

Работать в соответствии с этой моделью можно, только если удается предвидеть заранее возможные перипетии хода проекта и тщательно собирать и интегрировать информацию на первых этапах, с тем чтобы впоследствии можно было пользоваться их результатами без оглядки на возможные изменения.

Среди разработчиков и исследователей, имевших дело с разработкой сложного ПО , практически с самого зарождения индустрии производства программ (см., например, ) большую популярность имели модели эволюционных или итеративных процессов, поскольку они обладают большей гибкостью и способностью работать в меняющемся окружении.

Итеративные или инкрементальные модели (известно несколько таких моделей) предполагают разбиение создаваемой системы на набор кусков, которые разрабатываются с помощью нескольких последовательных проходов всех работ или их части.

На первой итерации разрабатывается кусок системы, не зависящий от других. При этом большая часть или даже полный цикл работ проходится на нем, затем оцениваются результаты и на следующей итерации либо первый кусок переделывается, либо разрабатывается следующий, который может зависеть от первого, либо как-то совмещается доработка первого куска с добавлением новых функций. В результате на каждой итерации можно анализировать промежуточные результаты работ и реакцию на них всех заинтересованных лиц, включая пользователей, и вносить корректирующие изменения на следующих итерациях. Каждая итерация может содержать полный набор видов деятельности - от анализа требований до ввода в эксплуатацию очередной части ПО .

Каскадная модель с возможностью возвращения на предшествующий шаг при необходимости пересмотреть его результаты, становится итеративной .

Итеративный процесс предполагает, что разные виды деятельности не привязаны намертво к определенным этапам разработки, а выполняются по мере необходимости, иногда повторяются, до тех пор, пока не будет получен нужный результат.

Вместе с гибкостью и возможностью быстро реагировать на изменения, итеративные модели привносят дополнительные сложности в управление проектом и отслеживание его хода. При использовании итеративного подхода значительно сложнее становится адекватно оценить текущее состояние проекта и спланировать долгосрочное развитие событий, а также предсказать сроки и ресурсы, необходимые для обеспечения определенного качества результата.

Развитием идеи итераций является

Стандарты жизненного цикла ПО

• ГОСТ 34.601-90
• ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Методологии разработки ПО

• Rational Unified Process (RUP).
• Microsoft Solutions Framework (MSF). Включает 4 фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования.
• Экстремальное программирование (Extreme Programming , XP). В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС. Разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

Стандарт ГОСТ 34.601-90

Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:

1. Формирование требований к АС
   1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
   2. Формирование требований пользователя к АС
   3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
2. Разработка концепции АС
   1. Изучение объекта
   2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
   3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
   4. Оформление отчета о проделанной работе
3. Техническое задание
   1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
4. Эскизный проект
   1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
5. Технический проект
   1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
   2. Разработка документации на АС и ее части
   3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
   4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
6. Рабочая документация
   1. Разработка рабочей документации на АС и ее части
   2. Разработка и адаптация программ
7. Ввод в действие
   1. Подготовка объекта автоматизации
   2. Подготовка персонала
   3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
   4. Строительно-монтажные работы
   5. Пусконаладочные работы
   6. Проведение предварительных испытаний
   7. Проведение опытной эксплуатации
   8. Проведение приемочных испытаний
8. Сопровождение АС.
   1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
   2. Послегарантийное обслуживание

Эскизный, технический проекты и рабочая документация - это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.

Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.

Стандарт ISO/IEC 12207/ и его применение

Стандарт ISO/IEC 12207:1995 «Information Technology - Software Life Cycle Processes» является основным нормативным документом, регламентирующим состав процессов жизненного цикла ПО. Он определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы , действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Каждый процесс разделен на набор действий, каждое действие - на набор задач. Каждый процесс, действие или задача инициируется и выполняется другим процессом по мере необходимости, причем не существует заранее определенных последовательностей выполнения. Связи по входным данным при этом сохраняются.

Процессы жизненного цикла ПО

• Основные:
  • Приобретение (действия и задачи заказчика, приобретающего ПО)
  • Поставка (действия и задачи поставщика, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой)
  • Разработка (действия и задачи, выполняемые разработчиком: создание ПО, оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка тестовых и учебных материалов и т. д.)
  • Эксплуатация (действия и задачи оператора - организации, эксплуатирующей систему)
  • Сопровождение (действия и задачи, выполняемые сопровождающей организацией, то есть службой сопровождения). Сопровождение - внесений изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.
• Вспомогательные
  • Документирование (формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО)
  • Управление конфигурацией (применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО, управления его модификациями).
  • Обеспечение качества (обеспечение гарантий того, что ИС и процессы ее ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам)
  • Верификация (определение того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями)
  • Аттестация (определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы их конкретному функциональному назначению)
  • Совместная оценка (оценка состояния работ по проекту: контроль планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой, инструментальными средствами)
  • Аудит (определение соответствия требованиям, планам и условиям договора)
  • Разрешение проблем (анализ и решение проблем, независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов)
• Организационные
  • Управление (действия и задачи, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами)
  • Создание инфраструктуры (выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО)
  • Усовершенствование (оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ)
  • Обучение (первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала)

Каждый процесс включает ряд действий. Например, процесс приобретения охватывает следующие действия:

1. Инициирование приобретения
2. Подготовка заявочных предложений
3. Подготовка и корректировка договора
4. Надзор за деятельностью поставщика
5. Приемка и завершение работ

Каждое действие включает ряд задач. Например, подготовка заявочных предложений должна предусматривать:

1. Формирование требований к системе
2. Формирование списка программных продуктов
3. Установление условий и соглашений
4. Описание технических ограничений (среда функционирования системы и т. д.)

Стадии жизненного цикла ПО, взаимосвязь между процессами и стадиями

Модель жизненного цикла ПО - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 не предлагает конкретную модель жизненного цикла. Его положения являются общими для любых моделей жизненного цикла, методов и технологий создания ИС. Он описывает структуру процессов жизненного цикла, не конкретизируя, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Модель ЖЦ ПО включает в себя:

1. Стадии;
2. Результаты выполнения работ на каждой стадии;
3. Ключевые события - точки завершения работ и принятия решений.

Стадия - часть процесса создания ПО, ограниченная определенными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

На каждой стадии могут выполняться несколько процессов, определенных в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99, и наоборот, один и тот же процесс может выполняться на различных стадиях. Соотношение между процессами и стадиями также определяется используемой моделью жизненного цикла ПО.

Модели жизненного цикла ПО

Под моделью жизненного цикла понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики информационной системы и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели жизненного цикла:

• Задачная модель;

• каскадная модель (или системная) (70-85 г.г.);

• спиральная модель (настоящее время).

Задачная модель

При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе (задачная модель) единый поход к разработке неизбежно теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов. Как правило, по мере увеличения количества задач трудности нарастают, приходится постоянно изменять уже существующие программы и структуры данных. Скорость развития системы замедляется, что тормозит и развитие самой организации. Однако в отдельных случаях такая технология может оказаться целесообразной:

• Крайняя срочность (надо чтобы хоть как-то задачи решались; потом придется все сделать заново);

• Эксперимент и адаптация заказчика (не ясны алгоритмы, решения нащупываются методом проб и ошибок).

Общий вывод: достаточно большую эффективную информационной системы таким способом создать невозможно.

Каскадная модель

Каскадная модель жизненного цикла была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе(рис. 1). Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия 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.

Этапы проекта в соответствии с каскадной моделью:

1. Формирование требований;
2. Проектирование;
3. Реализация;
4. Тестирование;
5. Внедрение;
6. Эксплуатация и сопровождение.

Рис. 1. Каскадная схема разработки

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении информационных систем, 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 систем никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему. В процессе создания постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания программного обеспечения принимал следующий вид (рис. 2):

Рис. 2. Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

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 информационным системам "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 программного обеспечения, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением. Сущность системного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. Таким образом, данная модель основным достоинством имеет системность разработки, а основные недостатки - медленно и дорого.

Спиральная модель

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла (рис. 3), которая была разработана в середине 1980-х годов Барри Боэмом. Она основывается на начальных этапах жизненного цикла: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов.

Прототип - действующий компонент ПО, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия (или подмножества конечного продукта), которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой.

Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного обеспечения, 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 на текущем. 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.

Рис 3. Спиральная модель ЖЦ ИС

Одним из возможных подходов к разработке программного обеспечения в рамках спиральной модели жизненного цикла является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки программного обеспечения, содержащий 3 элемента:

• небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

• короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

• повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Жизненный цикл программного обеспечения по методологии RAD состоит из четырех фаз:

• фаза определения требований и анализа;

• фаза проектирования;

• фаза реализации;

• фаза внедрения.

На каждой итерации оцениваются:

• риск превышения сроков и стоимости проекта;
• необходимость выполнения еще одной итерации;
• степень полноты и точности понимания требований к системе;
• целесообразность прекращения проекта.

Преимущества итерационного подхода:

• Итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика.
• При использовании спиральной модели отдельные элементы информационной системы интегрируются в единое целое постепенно. При итерационном подходе интеграция производится фактически непрерывно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (по некоторым оценкам, при использовании каскадной модели разработки интеграция занимает до 40 % всех затрат в конце проекта).
• Итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, давая возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие.
• Итерационный подход упрощает повторное использование компонентов (реализует компонентный подход к программированию). Это обусловлено тем, что гораздо проще выявить (идентифицировать) общие части проекта, когда они уже частично разработаны, чем пытаться выделить их в самом начале проекта. Анализ проекта после проведения нескольких начальных итераций позволяет выявить общие многократно используемые компоненты, которые на последующих итерациях будут совершенствоваться.
• Спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации. Одновременно могут корректироваться критические параметры эффективности, что в случае каскадной модели доступно только перед внедрением системы.
• Итерационный подход дает возможность совершенствовать процесс разработки - анализ, проводимый в конце каждой итерации, позволяет проводить оценку того, что должно быть изменено в организации разработки, и улучшить ее на следующей итерации.

Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) ИС, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ , получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ , роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ ИС позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом.

Жизненный цикл ИС можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования.

Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла - структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования.

В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла :

• Каскадная модель ( рис. 2.1) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.
• ( рис. 2.2). Разработка ИС 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.
• Спиральная модель ( рис. 2.3). 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 ( макетирования ).

Рис. 2.1.

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

На практике наибольшее распространение получили две основные модели жизненного цикла :

• каскадная модель (характерна для периода 1970-1985 гг.);
• спиральная модель (характерна для периода после 1986.г.).

В ранних проектах достаточно простых ИС каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно независимый блок. Для разработки такого типа приложений эффективным оказался каскадный способ. Каждый этап завершался после полного выполнения и документального оформления всех предусмотренных работ .

Можно выделить следующие положительные стороны применения каскадного подхода:

• на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
• выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении относительно простых ИС, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования к системе. Основным недостатком этого подхода является то, что реальный процесс создания системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ИС оказывается соответствующим поэтапной модели с промежуточным контролем .

Однако и эта схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к системе. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ , а общие требования к ИС зафиксированы в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи зачастую получают систему, не удовлетворяющую их реальным потребностям.

Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. 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.

Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем и решить главную задачу - 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 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.

Процесс функционирования и сопровождения

Процесс функционирования представляет стадию жизненного цикла, когда программный продукт ежедневно используется, а работа предыдущей системы (ручной или автоматизированной) постепенно сокращается. Постепенное сокращение - обычно поэтапный процесс. В ситуациях, где это возможно и выполнимо, организация обычно использует новую и старую системы параллельно в течение некоторого времени. Это обеспечивает отход назад, если новое изделие не удовлетворяет бизнес-требованиям.

Процесс функционирования совпадает с началом сопровождения изделия . В программной инженерии сопровождение имеет несколько отличное значение по сравнению с обычным использованием этого слова. Во-первых, сопровождение - это не только незапланированная фиксация возникающих проблем. Сопровождение планируется и оплачивается на ранних стадиях жизненного цикла. Во-вторых, сопровождение включает развитие изделия. В некоторых итеративных моделях жизненного цикла, могут даже оказаться трудноразличимыми разработка и сопровождение. В литературе сопровождение обычно разделяется на:

● корректирующее (действия по обслуживанию) - выявление дефектов и ошибок, обнаруженных при работе;

● адаптивное - изменение ПО в ответ на изменения в вычислениях или в бизнес-среде;

● совершенствующее - развитие изделия путем добавления новых особенностей или улучшения его качества.

Стоимость сопровождения значительна за время жизни ПО. Она значительна потому, что изделие остается в действии в течение долгого времени. Большие системы предприятий настолько фундаментальны, что они сохраняются действующими с помощью использования любых доступных технологий«поддержки жизни». Такие системы называются унаследованными системами .

Конечно, их следовало бы удалить, но для них нет никакой замены. Действительно, когда решение об удалении системы, в конечном счете, принято, это делается не потому, что унаследованная система больше не полезна для организации, а потому, что нет технических возможностей дальше сохранять ее в работе. Не должно быть сюрпризом, что сопровождение является главной причиной, почему это технически невозможно - через какое-то время сопровождение настолько уничтожает структурную ясность ПО, что оно дальше не может поддерживаться.

Жизненный цикл ПО определяет «что», но не «как» выполнять в процессе программной инженерии. Программная инженерия в значительной степени - социальное явление, определяемое внутренней организационной культурой предприятия. Предприятие может выбрать базовую модель жизненного цикла , но специфические особенности жизненного цикла и то, как работа будет сделана, уникальны для каждой организации и могут даже значительно отличаться от проекта к проекту. Программный продукт не изготавливается, он реализуется. Процесс создания и эксплуатации ПО - не эксперимент, который может быть повторен много раз с той же самой степенью успеха.

Рассмотрим, почему специфические особенности жизненного цикла должны быть приспособлены к организационной культуре и почему они отличаются от проекта к проекту:

● Опыт программной инженерии, навыки и знания коллектива разработчиков (если их недостаточно, должно быть включено в процесс разработки и время в соответствии с «кривой обучения»).

● Деловой опыт и знания (это намного более неприятно, чем предыдущий момент, потому что деловой опыт и знания легко не приобретаются).

● Вид предметной области (необходимы различные процессы, чтобы совершенствовать бухгалтерский учет или систему контроля электростанции).

● Изменения деловой атмосферы (изменения внешнеполитических, экономических, социальных, технологических и конкурентных факторов).

● Внутренние деловые изменения (изменения в управлении, условиях работы, финансовое здоровье предприятия и т. д.).

Размер проекта (большой проект требует различных процессов, начиная с небольших; очень маленький проект может даже вообще не нуждаться в каких-либо процессах, поскольку разработчики могут сотрудничать и обмениваться информацией неофициально).

При условии вышеупомянутого обсуждения подходы к жизненному циклу ПО могут быть грубо разделены на две главные категории:

● «водопад с обратной связью»;

● итеративный пошаговый.

1 Жизненный цикл «водопад с обратной связью»

Модель водопада - традиционный жизненный цикл, реализованный и популяризируемый в 1970-х годах. Об этой модели было сказано, что она успешно использовалась во многих больших проектах прошлого. Большинство этих проектов было связано с пакетными (то есть не диалоговыми) системами, реализованными на языке КОБОЛ. Сегодня жизненный цикл «водопад» используется менее часто.

Жизненный цикл «водопад с обратной связью» может быть представлен так, как изображено на рис. 1.3. Это линейная последовательность стадий, из которых предыдущая стадия должна быть закончена прежде, чем может начаться следующая.

Завершение каждой стадии отмечается подписанием документа для этой стадии проекта. Обратные связи (обратные стрелки на рис. 3) между стадиями возможны и даже целесообразны. Обратная связь показывает не документированное, но необходимое изменение в более поздней стадии, которое должно быть завершено соответствующим изменением в предыдущей стадии.

Такой возврат может (хотя это бывает редко) продолжаться до начальной стадии - анализа требований.

Рисунок 1.3. Жизненный цикл «водопад с обратной связью»

Критический момент относительно методов водопада - то, что они являются монолитными : они применяются при разработке по принципу «выполнять одновременно» ко всей системе в целом и задают единственную дату поставки системы. Пользователь подключается только на ранних стадиях анализа требований и заканчивает техническим заданием. Позже в течение жизненного цикла пользователь находится в полном неведении, пока изделие не может быть протестировано им до его внедрения. Поскольку время задержки между началом проекта и поставкой ПО может быть существенным (месяцы или даже годы), доверие между пользователями и разработчиками может быть утеряно, и разработчикам придется все сложнее защищать проект и оправдывать израсходованные ресурсы.

Преимущества водопада с обратной связью:

1 Предписывает дисциплинированный подход к разработке ПО. Определяет ясные вехи в стадиях ЖЦ, облегчая, таким образом, руководство проектом.

2 Производит полную документацию для системы.

3 Требует завершения проектной документации перед переходом на следующие стадии.

4 Требует тщательного планирования проекта.

Недостатки водопада с обратной связью:

1 Критерии завершения анализа требований и проектирования системы часто не определены. Сложно определить, когда останавливаться. Опасность превышения крайних сроков.

2 Монолитный подход может потребовать много времени для получения конечного продукта. Это может быть недопустимо для современного предприятия, требующего короткого срока возвращения инвестиций.

3 Нет никаких возможностей для абстракции и декомпозиции в предметной области, чтобы справиться с проблемой сложности системы.

4 Документация может давать ложное представление относительно прогресса в проектировании. Имеется риск бюрократизировать работу.

5 Замораживание результатов каждой стадии идет вразрез с программной инженерией как социальным процессом, в котором требования могут меняться независимо от наших желаний.

6 Планирование проекта проводится на ранних этапах ЖЦ, когда имеется ограниченное понимание проекта. Риск неверной оценки требуемых ресурсов.

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).