Информационно-технологическая революция и проблема авторского права

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учебно-исследовательская лаборатория «Информационные технологии»

Учебно-исследовательская лаборатория

"Математические и программные технологии для современных компьютерных систем (Информационные технологии)"

Обзор моделей жизненного цикла разработки программного обеспечения

Куратор мини-проекта:

Карпенко С.Н.

Составители:

Вершинина Е.В.

Гонченко М.С.

Модели жизненного цикла разработки ПО

Определение модели ЖЦ разработки ПО

Проект - это уникальный процесс, в ходе выполнения которого получают уникальный продукт. Таким образом, для разработки продукта в проекте, скорее всего должен применяться уникальный процесс. Вместо создания каждого проекта «с нуля», менеджер проекта может воспользоваться обобщенной, проверенной на практике методикой, адаптировав ее для конкретного проекта. Как правило, всегда есть возможность выбора среди нескольких «начальных» жизненных циклов.

Выбор и адаптация жизненного цикла разработки проекта оказывает влияние на методики разработки продукта, навыки менеджмента проектов и навыки менеджмента персонала. Что касается методов разработки продукта, менеджер проекта должен прежде всего иметь представление о стандартах процесса, уметь оценить их применимость по отношению к данному проекту, оценить альтернативные процессы и при необходимости адаптировать процесс жизненного цикла к текущим потребностям. На выбор методов и инструментальных средств также может оказывать влияние выбор жизненного цикла.



Рис. 1. Обобщенная схема процесса

Модель жизненного цикла разработки ПО является единственным видом процесса, в котором представлен порядок его осуществления. Модель жизненного цикла разработки ПО (Software Life Cycle Model, SLCM) схематически объясняет, каким образом будут выполняться действия по разработке программного продукта, посредством описания «последовательности» этих действий. Такая последовательность может быть или не быть линейной, поскольку фазы могут следовать друг за другом, повторяться или происходить одновременно. На рис. 1 представлена простая обобщенная схема процесса.

Модель SLCM - это схема (или основа), используемая разработчиком ПО для определения повторяющегося процесса при создании программного продукта. Она определяет точные инструкции, которые разработчик может использовать для создания только высококачественных программных систем. Понятие жизненного цикла ПО относится ко всем программным проектам, причем независимо от их размеров.

Жизненный цикл - это своего рода «карта-путеводитель» для всех участников проекта, которая помогает им понять, не выходят ли они за определенные для них границы. Для управления программным проектом возникает необходимость в некотором роде карты для планирования действий и хронологий их выполнения.

В стандарт, разработанный для немецких ИТ-систем, были включены описания причин, объясняющих необходимость выполнения стандартизированного процесса. Этот стандарт помогает достичь следующих целей.

· Улучшение и обеспечение качества:

- с помощью стандартизированной процедуры можно наилучшим образом гарантировать завершенность результатов, которые необходимо предоставить;

- определение промежуточных результатов обеспечивает возможность ускорить выполнение оценочных процедур;

- контекст однородных продуктов облегчает их восприятие, я также работу с процедурами оценки.

· Возможность проверки затрат на выполнение полного жизненного цикла:

- упрощает процесс создания стандартов разработки для определенного проекта и его оценка;

- стандартизированные процедуры повышают степень «прозрачности» операций по определению затрат и позволяют более эффективно распознавать возможные риски, связанные с затратами;

- одинаковые стандарты уменьшают риск возникновения разногласий между клиентом и разработчиком, а также между главным разработчиком и субподрядчиком;

- в случае применения стандартизированной процедуры становятся «прозрачными» универсальные подходы к методам решения, а следовательно, их можно использовать повторно;

- нежелательный ход процесса разработки возможно выявить на ранней стадии;

- уменьшаются затраты на подготовку персонала.

· Улучшается обмен информацией между различными сторонами, участвующими в процессе разработки; происходит снижение зависимости клиента от подрядчика:

- использование определенных терминов уменьшает разногласия, возникающие между всеми задействованными в проекте сторонами;

- пользователь, покупатель и разработчик получают поддержку при формулировании своих требований, а также при описании своих ролей или полученных результатов;

- промежуточные / окончательные результаты стандартизируются таким образом, что другие задействованные в проекте стороны или персонал других компаний могут в случае необходимости подключиться к процессу разработки, не прилагая при этом больших дополнительных усилий.

«Каркасом» процесса разработки ПО служит модель зрелости функциональных возможностей (Capability Maturity Model, CMM). Она основана на практических действиях, отображает лучшие результаты и определяет потребности индивидов, работающих над усовершенствованием процесса разработки ПО и выполняющих оценочный анализ этого процесса. Модель СММ представляет собой схему, по которой этапы разработки соответствуют пяти уровням развития функциональных возможностей, на основе которых осуществляется непрерывное усовершенствование процесса разработки.

Исходный. Процесс разработки ПО можно охарактеризовать как специальный, подобранный для определенного случая процесс, а иногда и как хаотический. Определить можно лишь небольшое количество процессов, и успех зависит от приложенных усилий и предпринимаемых решительных действий.

Повторяющийся. Основные процессы управления проектом создаются для того, чтобы отслеживать затраты, график работы и функциональные возможности. Здесь соблюдается необходимый порядок выполнения процесса, предназначенный для повторения достижений, полученных ранее при выполнении подобных проектов.

Определенный. Во всех проектах используется испытанная, адаптированная версия стандартного процесса разработки ПО данной организации.

Управляемый. Собираются детальные показатели процесса разработки ПО и качественные характеристики продукта. Управление процессом разработки программных продуктов осуществляется на количественном уровне.

Уровень оптимизации. Непрерывное усовершенствование процесса разработки достигается с помощью количественной обратной связи, достигаемой при осуществлении самого процесса, а также на базе новаторских идей и технологий.

Определение процесса включает в себя разработку и сопровождение стандартного процесса разработки определенной организации, а также относящиеся к нему ценные свойства процесса, такие как описательные характеристики жизненных циклов разработки ПО, руководящие принципы адаптации процесса и его критерии.

Цель определения организационной структуры процесса заключается в разработке и сопровождении стандартного процесса разработки ПО для данной организации.

Действия, формулирующие процесс построения организационной структуры, включают документирование и сопровождение описательных характеристик жизненных циклов разработки ПО, которые одобрены для использования в проектах. Руководящие принципы и критерии адаптации описывают выбор и адаптацию жизненного цикла разработки ПО и характеристик данного проекта.

Наиболее известными и широко используемыми жизненными циклами разработки ПО можно назвать следующие: каскад, V - образное эволюционное ускоренное прототипирование, быстрая разработка приложений, инкрементная и спиральная модели.

Каскадная модель жизненного цикла разработки ПО

Классическая каскадная модель, несмотря на полученную в последнее время негативную оценку, исправно служила специалистам по программному инжинирингу многие годы. Понимание ее сильных сторон и недостатков улучшает оценочный анализ других, зачастую более эффективных моделей жизненного цикла, основанных на данной модели.

В первые годы практики программирования сначала записывался программный код, а затем происходила его отладка. Общепринятым считалось правило начинать работу не с разработки плана, а с общего ознакомления с продуктом. Без лишних формальностей можно было спроектировать, закодировать, отладить и протестировать ПО еще до того, как оно будет готово к выпуску. Это напоминало процесс, изображенный на рис. 2. В структуре такого процесса есть несколько "неправильностей" (или недостатков). Во-первых, поскольку изначально не существовало официального проекта или анализа, невозможно было узнать о моменте завершения процесса. Также отсутствовал способ определения соответствия требованиям относительно достижения качества.

В 1970 году каскадная модель была впервые определена как альтернативный вариант метода разработки ПО по принципу кодирование-устранение ошибок, который был широко распространен в то время. Это была первая модель, которая формализовала структуру этапов разработки ПО, придавая особое значение исходным требованиям и проектированию, а также созданию документации на ранних этапах процесса разработки.

Рис. 2. Модель процесса "делать, пока, не будет сделано”

Начальный этап выполнения каскадной модели показан в левой верхней части рис. 3. Продолжение процесса выполнения реализуется с помощью упорядоченной последовательности шагов. В модели предусмотрено, что каждая последующая фаза начинается лишь тогда, когда полностью завершено выполнение предыдущей фазы Каждая фаза имеет определенные критерии входа и выхода: входные и выходные данные.

Рис. 3. Классическая каскадная модель с обратной связью

В результате выполнения генерируются внутренние или внешние данные проекта, включай документацию и ПО. Документы по анализу требований впоследствии передаются системным специалистам, которые в свою очередь передают их разработчикам программных систем более высокого уровня. Программисты передают детальные технические характеристики программистам, которые уже представляют готовый код тестерам.

Переход от одной фазы к другой осуществляется посредством формального обзора. Таким образом, клиент получает общее представление о процессе разработки, кроме того происходит проверка качества программного продукта. Как правило, прохождение стадии обзора указывает на договоренность между командой разработчиков и клиентом о том, что текущая фаза завершена и можно перейти к выполнению следующей фазы. Окончание фазы удобно принимать за стадию в процессе выполнения проекта.

В результате завершения определенных фаз формируется базовая линия, которая в данной точке "замораживает" продукты разработки. Если возникает потребность в их изменении, тогда для внесения изменений используется формальный процесс изменений.

В критических точках каскадной модели формируются базовые линии, последняя из которых является базовой линией продукта. После формирования заключительной базовой линии производится обзор приемки.

Попытки оптимизации каскадной модели привели к возникновению других циклов разработки ПО. Прототипирование программ позволяет обеспечить полное понимание требований, в то время как инкрементные и спиральные модели позволяют повторно возвращаться к фазам, соотнесенным с классической каскадной моделью, прежде чем полученный продукт будет признан окончательным.

Отличительным свойством каскадной модели можно назвать то, что она представляет собой формальный метод, разновидность разработки "сверху вниз", она состоит из независимых фаз, выполняемых последовательно, и подвержена частому обзору.

Краткое описание фаз каскадной модели

Приведенная ниже характеристика представляет собой краткое описание каждой фазы каскадной модели (включая фазы интеграции):

· исследование концепции - происходит исследование требований на системном уровне с целью определения возможности реализации концепции;

· процесс системного распределения - может быть пропущен для систем по разработке исключительно ПО. Для систем, в которых необходима разработка как аппаратного, так и программного обеспечения, требуемые функции применяются к ПО и оборудованию в соответствии с общей архитектурой системы;

· процесс определения требований - определяются программные требования для информационной предметной области системы, предназначение, линии поведения, производительность и интерфейсы. (В случае необходимости в процесс также включено функциональное распределение системных требований к аппаратному и программному обеспечению.);

· процесс разработки проекта- разрабатывается и формулируется логически последовательная техническая характеристика программной системы, включая структуры данных, архитектуру ПО, интерфейсные представления и процессуальную (алгоритмическую) детализацию;

· процесс реализации - в результате его выполнения эскизное описание ПО превращается в полноценный программный продукт. При этом создается исходный код, база данных и документация, которые лежат в основе физического преобразования проекта. Если программный продукт представляет собой приобретенный пакет прикладных программ, основными действиями по его реализации будут являться установка и тестирование пакета программ. Если программный продукт разрабатывается на заказ, основными действиями являются программирование и код-тестирование;

· процесс установки - включает установку ПО, его проверку и официальную приемку заказчиком для операционной среды;

· процесс эксплуатации и поддержки - подразумевает запуск пользователем системы и текущее обеспечение, включая предоставление технической помощи, обсуждение возникших вопросов с пользователем, регистрацию запросов пользователя на модернизацию и внесение изменений, а также корректирование или устранение ошибок;

· процесс сопровождения- связан с разрешением программных ошибок, неисправностей, сбоев, модернизацией и внесением изменений, генерируемых процессом поддержки. Состоит из итераций разработки и предполагает обратную связь по предоставлению информации об аномалиях;

· процесс вывода из эксплуатации - вывод существующей системы из ее активного использования либо путем прекращения ее работы, либо благодаря ее замене новой системой или модернизированной версией существующей системы;

· интегральные задачи - включают начало работы над проектом, мониторинг проекта и его управление, управление качеством, верификацию и аттестацию, менеджмент конфигурации, разработку документации и профессиональную подготовку на протяжении всего жизненного цикла.

Преимущества каскадной модели

Нетрудно заметить, что каскадная модель имеет множество преимуществ, если ее использовать в проекте, для которого она достаточно приемлема. Ниже перечислены эти преимущества:

· модель хорошо известна потребителям, не имеющим отношения к разработке и эксплуатации программ, и конечным пользователям (она часто используется другими организациями для отслеживания проектов, не связанных с разработкой ПО);

· она упорядочение справляется со сложностями и хорошо срабатывает для тех проектов, которые достаточно понятны, но все же трудно разрешимы;

· она весьма доступна для понимания, так как преследуется простая цель - выполнить необходимые действия;

· она проста и удобна в применении, так как процесс разработки выполняется поэтапно;

· ее структурой может руководствоваться даже слабо подготовленный в техническом плане или неопытный персонал;

· она отличается стабильностью требований;

· она представляет собой шаблон, в который можно поместить методы для выполнения анализа, проектирования, кодирования, тестирования и обеспечения;

· она хорошо срабатывает тогда, когда требования к качеству доминируют над требованиями к затратам и графику выполнения проекта;

· она способствует осуществлению строгого контроля менеджмента проекта;

· при правильном использовании модели дефекты можно обнаружить на более ранних этапах, когда их устранение еще не требует относительно больших затрат;

· она облегчает работу менеджеру проекта по составлению плана и Комплектации команды разработчиков;

· она позволяет участникам проекта, завершившим действия на выполняемой ими фазе, принять участие в реализации других проектов;

· она определяет процедуры по контролю за качеством. Каждые полученные данные подвергаются обзору. Такая процедура используется командой разработчиков для определения качества системы;

· стадии модели довольно хорошо определены и понятны;

· ход выполнения проекта легко проследить с помощью использования временной шкалы (или диаграммы Гантта), поскольку момент завершения каждой фазы используется в качестве стадии.

Недостатки каскадной модели

Но при использовании каскадной модели для проекта, который трудно назвать подходящим для нее, проявляются следующими недостатки:

· в основе модели лежит последовательная линейная структура, в результате чего каждая попытка вернуться на одну или две фазы назад, чтобы исправить какую-либо проблему или недостаток, приведет к значительному увеличению затрат и сбою в графике;

· она не может предотвратить возникновение итераций между фазами, которые так часто встречаются при разработке ПО, поскольку сама модель создается согласно стандартному циклу аппаратного инжиниринга;

· она не отображает основное свойство разработки ПО, направленное на разрешение задач. Отдельные фазы строго связаны с определенными действиями, что отличается от реальной работы персонала или коллективов;

· она может создать ошибочное впечатление о работе над проектом. Выражение типа "35 процентов выполнено" - не несет никакого смысла и не является показателем для менеджера проекта;

· интеграция всех полученных результатов происходит внезапно в завершающей стадии работы модели. В результате такого единичного прохода через весь процесс, связанные с интегрированием проблемы, как правило, дают о себе знать слишком поздно. Следовательно, проявятся не обнаруженные ранее ошибки или конструктивные недостатки, повысить степень риска при небольшом задаче времени на восстановление продукта;

· у клиента едва ли есть возможность ознакомиться с системой заранее, это происходит лишь в самом конце жизненного цикла. Клиент не имеет возможности воспользоваться доступными промежуточными результатами, и отзывы пользователей нельзя передать обратно разработчикам. Поскольку готовый продукт не доступен вплоть до окончания процесса, пользователь принимает участие в процессе разработки только в самом начале - при сборе требований, и в конце - во время приемочных испытаний;

· пользователи не могут убедиться в качестве разработанного продукта до окончания всего процесса разработки. Они не имеют возможности оценить качество, если нельзя увидеть готовый продукт разработки;

· у пользователя нет возможности постепенно привыкнуть к системе. Процесс обучения происходит в конце жизненного цикла, когда ПО уже запущено в эксплуатацию;

· проект можно выполнить, применив упорядоченную каскадную модель, и привести его в соответствие с письменными требованиями, что, однако, не гарантирует его запуска в эксплуатацию;

· каждая фаза является предпосылкой для выполнения последующих действий, что превращает такой метод в рискованный выбор для систем, не имеющих аналогов, так как он не поддается гибкому моделированию;

· для каждой фазы создаются результативные данные, которые по его завершению считаются замороженными. Это означает, что они не должны изменяться на следующих этапах жизненного цикла продукта. Если элемент результативных данных какого-либо этапа изменяется (что встречается весьма часто), на проект окажет негативное влияние изменение графика, поскольку ни модель, ни план не были рассчитаны на внесение и разрешение изменения на более поздних этапах жизненного цикла;

· все требования должны быть известны в начале жизненного цикла, но клиенты редко могут сформулировать все четко заданные требования на этот момент разработки. Модель не рассчитана на динамические изменения в требованиях на протяжении всего жизненного цикла, так как получаемые данные "замораживаются". Использование модели может повлечь за собой значительные затраты, если требования в недостаточной мере известны или подвержены динамическим изменениям во время протекания жизненного цикла;

· возникает необходимость в жестком управлении и контроле, поскольку в модели не предусмотрена возможность модификации требований;

· модель основана на документации, а значит, количество документов может быть избыточным;

· весь программный продукт разрабатывается за один раз. Нет возможности разбить систему на части. В результате взятых разработчиками обязательств разработать целую систему за один раз могут возникнуть проблемы с финансированием проекта. Происходит распределение больших денежных средств, а сама модель едва ли позволяет повторно распределить средства, не разрушив при этом проект в процессе его выполнения;

· отсутствует возможность учесть переделку и итерации за рамками проекта.

Область применения каскадной модели

Из-за недостатков каскадной модели ее применение необходимо ограничить ситуациями, в которых требования и их реализация максимально четко определены и понятны.

Каскадная модель хорошо функционирует при ее применении в циклах разработки программного продукта, в которых используется неизменяемое определение продукта и вполне понятные технические методики.

Если компания имеет опыт построения определенного рода системы - автоматизированного бухгалтерского учета, начисления зарплаты, ревизии, компиляции, производства, - тогда в проекте, ориентированном на построение еще одного продукта такого же типа, возможно, даже основанного на существующих разработках, можно эффективно использовать каскадную модель. Другим примером надлежащего применения модели может служить создание и выпуск новой версии уже существующего продукта, если вносимые изменения вполне определены и управляемы. Перенос уже существующего продукта на новую платформу часто приводят в качестве идеального примера использования каскадной модели в проекте.

При всей справедливости критики этой модели все же следует признать, что модифицированная версия каскадной модели является в значительной степени менее жесткой, чем ее первоначальная форма. Здесь включаются итерации между фазами, параллельные фазы и менеджмент изменений. Обратные стрелки предполагают возможность существования итераций между действиями в рамках фаз. Чтобы отобразить согласованность между этапами, их объединяют прямоугольниками или под прямоугольниками перечисляют выполняемые на данных этапах действия, чтобы продемонстрировать согласованность между ними. Несмотря на то, что модифицированная каскадная модель является значительно более гибкой, чем классическая модель, она все же не является наилучшим выбором для выполнения проектов по ускоренной разработке.

Каскадные модели на протяжении всего времени их существования используются при выполнении больших проектов, в которых задействовано несколько больших команд разработчиков.

V-образная модель жизненного цикла разработки ПО

обеспечение программный модель каскадный

V-образная модель была создана с целью помочь работающей над проектом команде в планировании с обеспечением дальнейшей возможности тестирования системы. В этой модели особое значение придается действиям, направленным на верификацию и аттестацию продукта. Она демонстрирует, что тестирование продукта обсуждается, проектируется и планируется на ранних этапах жизненного цикла разработки. План испытания приемки заказчиком разрабатывается на этапе планирования, а компоновочного испытания системы - на фазах анализа, разработки проекта и т.д. Этот процесс разработки планов испытания обозначен пунктирной линией между прямоугольниками V-образной модели.

V-образная модель, показанная на рис. 4, была разработана как разновидность каскадной модели, а значит, унаследовала от нее такую же последовательную структуру. Каждая последующая фаза начинается по завершению получения результативных данных предыдущей фазы. Модель демонстрирует комплексный подход к определению фаз процесса разработки ПО. В ней подчеркнуты взаимосвязи, существующие между аналитическими фазами и фазами проектирования, которые предшествуют кодированию, после которого следуют фазы тестирования. Пунктирные линии означают, что эти фазы необходимо рассматривать параллельно.

Рис. 4. V -образная модель жизненного цикла разработки ПО

Фазы V-образной модели

Ниже подано краткое описание каждой фазы V-образной модели, начиная от планирования проекта и требований вплоть до приемочных испытаний:

· планирование проекта и требований - определяются системные требования, а также то, каким образом будут распределены ресурсы организации с целью их соответствия поставленным требованиям. (в случае необходимости на этой фазе выполняется определение функций для аппаратного и программного обеспечения);

· анализ требований к продукту и его спецификации - анализ существующей на данный момент проблемы с ПО, завершается полной спецификацией ожидаемой внешней линии поведения создаваемой программной системы;

· архитектура или проектирование на высшем уровне - определяет, каким образом функции ПО должны применяться при реализации проекта;

· детализированная разработка проекта - определяет и документально обосновывает алгоритмы для каждого компонента, который был определен на фазе построения архитектуры. Эти алгоритмы в последствии будут преобразованы в код;

· разработка программного кода - выполняется преобразование алгоритмов, определенных на этапе детализированного проектирования, в готовое ПО;

· модульное тестирование - выполняется проверка каждого закодированного модуля на наличие ошибок;

· интеграция и тестирование - установка взаимосвязей между группами ранее поэлементно испытанных модулей с целью подтверждения того, что эти группы работают также хорошо, как и модули, испытанные независимо друг от друга на этапе поэлементного тестирования;

· системное и приемочное тестирование - выполняется проверка функционирования программной системы в целом (полностью интегрированная система), после помещения в ее аппаратную среду в соответствии со спецификацией требований к ПО;

· производство, эксплуатация и сопровождение - ПО запускается в производство. На этой фазе предусмотрены также модернизация и внесение поправок;

· приемочные испытания (на рис. не показаны) - позволяет пользователю протестировать функциональные возможности системы на соответствие исходным требованиям. После окончательного тестирования ПО и окружающее его аппаратное обеспечение становятся рабочими. После этого обеспечивается сопровождение системы.

Преимущества V-образной модели

При использовании V-образной модели при разработке проекта, для которого она в достаточной мере подходит, обеспечивается несколько преимуществ:

· в модели особое значение придается планированию, направленному на верификацию и аттестацию разрабатываемого продукта на ранних стадиях его разработки. Фаза модульного тестирования подтверждает правильность детализированного проектирования. Фазы интеграции и тестирования реализуют архитектурное проектирование или проектирование на высшем уровне. Фаза тестирования системы подтверждает правильность выполнения этапа требований к продукту и его спецификации;

· в модели предусмотрены аттестация и верификация всех внешних и внутренних полученных данных, а не только самого программного продукта;

· в V-образной модели определение требований выполняется перед разработкой проекта системы, а проектирование ПО - перед разработкой компонентов;

· модель определяет продукты, которые должны быть получены в результате процесса разработки, причем каждые полученные данные должны подвергаться тестированию;

· благодаря модели менеджеры проекта может отслеживать ход процесса разработки, так как в данном случае вполне возможно воспользоваться временной шкалой, а завершение каждой фазы является контрольной точкой;

· модель проста в использовании (относительно проекта, для которого она является приемлемом).

Недостатки V-образной модели

При использовании V-образной модели в работе над проектом, для которого она не является в достаточной степени приемлемой, становятся очевидными ее недостатки:

· с ее помощью непросто справиться с параллельными событиями;

· в ней не учтены итерации между фазами;

· в модели не предусмотрено внесение требования динамических изменений на разных этапах жизненного цикла;

· тестирование требований в жизненном цикле происходит слишком поздно, вследствие чего невозможно внести изменения, не повлияв при этом на график выполнения проекта;

· в модель не входят действия, направленные на анализ рисков.

Графически модель зачастую изображается (как показано на рис. 4) без указания интегральных задач. Этот вопрос достаточно легко решается, он здесь упоминается только для того, чтобы напомнить читателю о том, что интегральные задачи имеют место при использовании всех моделей жизненного цикла.

С целью преодоления этих недостатков V-образную модель можно модифицировать, включив в нее итерационные циклы, предназначенные для разрешения изменений в требованиях за рамками фазы анализа.

Область применения V-образной модели

Подобно своей предшественнице, каскадной модели, V-образная модель лучше всего срабатывает тогда, когда вся информация о требованиях доступна заранее. Общераспространенная модификация V-образной модели, направленная на преодоление ее недостатков, включает в себя внесение итерационных циклов для разрешения изменения в требованиях за рамками фазы анализа.

Использование модели эффективно в том случае, когда доступными являются информация о методе реализации решения и технология, а персонал владеет необходимыми умениями и опытом в работе с данной технологией.

V-образная модель - это отличный выбор для систем, в которых требуется высокая надежность, таких как прикладные программы для наблюдения за пациентами в клиниках, а также встроенное ПО для устройств управления аварийными подушками безопасности в автомобилях.

Модель прототипирования жизненного цикла разработки ПО

Ставшее классикой произведение Фреда Брукса (Fred Brook) под названием "Легендарный человек-месяц" (The Mythical Man-Month) сегодня столь же актуально, как и в 1975 году. Технологии радикально изменили мир, но многие недостатки менеджмента программных проектов по-прежнему те же. Десятки лет тому назад Брукс сказал:

"В большинстве проектов первая построенная система едва ли пригодна к употреблению. Она может быть слишком медленной, слишком объемной, неудобной в использовании или обладать всеми тремя перечисленными недостатками. Нет другого выбора, кроме как начать с самого начала, приложив все усилия, и построить модернизированную версию, в которой решались бы все три проблемы...

В случае, когда в проекте используется новая системная концепция или новая технология, разработчик вынужден построить систему, которой впоследствии не воспользуется, поскольку даже при наилучшем планировании невозможно предвидеть достижение нужного результата.

Следовательно, вопрос менеджмента заключается не в том, создавать или нет экспериментальную систему, которой затем не воспользуются. Вы в любом случае так и сделаете. Единственный вопрос в том, нужно ли планировать создание продукта одноразового использования заранее или обещать поставить его заказчикам..."

Именно эта концепция построения экспериментальной, или прототипной системы привела к возникновению "структурной", "эволюционной" модели быстрого прототипирования (RAD), и спиральной модели. В своей боле поздней, в равной степени полной плодотворных идей работе под названием "No Silver Bullet, the Essence and Accidents of Programming" Брукс считает, что большинство ошибок, возникающих при разработке ПО, все же связаны с неправильным пониманием концепции системы, а не с синтаксисом или логикой. Разработка ПО всегда будет трудной задачей, и мы никогда не найдем чудодейственную панацею или "серебряную пулю". Он подчеркивает положительный момент в применении методов быстрого прототипирования:

"Самой тяжелой составляющей процесса построения программной системы является принятие однозначного решения о том, что именно необходимо построить. Ни одна из остальных составляющих работы над концепцией не представляет собой такую трудность, как определение детальных технических требований, включая все аспекты соприкосновения продукта с людьми, машинами и другими программными системами. Ни одна другая составляющая работы в такой степени не наносит ущерб полученной в результате системе, если она выполнена неправильно. Именно эту составляющую процесса разработки тяжелее всего исправить на более поздних этапах.

Следовательно, самая важная функция, которую выполняет разработчик клиентских программ, заключается в итеративном извлечении и уточнении требований к продукту. Ведь на самом деле клиент не имеет представления о том, что именно он хочет получить.

На данный момент времени одной из самых обещающих среди технологических попыток, сосредоточенных на сущности, а не на трудностях решения проблемы разработки ПО, является разработка методов и средств для ускоренного прототипиро-вания систем как составляющей итеративной спецификации требований".

Уотте Хэмфри (Watts Humphrey), который известен как вдохновитель создания модели СММ, разработанной Институтом SEI, поддерживает Брукса в его подходе к важности требований и их разработки:

"В большинстве систем заключен основной принцип, который включает в себя больше, чем незначительное эволюционное изменение. Система может изменить само эксплуатационное окружение. Поскольку пользователи могут рассуждать о том или ином явлении только в рамках известного им окружения, требования к таким системам всегда формулируются в рамках текущего окружения. Следовательно, эти требования непременно будут неполными, неточными и обманчивыми. Главной задачей для системного разработчика является изобретение процесса разработки, с помощью которого можно будет обнаружить, определить и разработать реальные требования. Этого можно достичь только при максимальном включении пользователя в процесс разработки и зачастую с помощью периодического тестирования прототипов или версий, полученных на ранних этапах разработки. Оказывается, что такие процессы всегда занимают больше времени, но неизменно в конце приводят к разработке лучшей системы намного быстрее, чем при использовании какой-либо другой стратегии".

Определения прототипирования

Согласно Джону Коннэллу (Connell) и Линде Шафер (Shafer), эволюционным ускоренным прототипом является "легко поддающаяся модификации и расширению рабочая модель предполагаемой системы, не обязательно представляющая собой все свойства системы, благодаря которой пользователи данного приложения получают физическое представление о ключевых частях системы до ее непосредственной реализации; это - легко создаваемая, без труда поддающаяся модификации, максимально расширяемая, частично заданная рабочая модель основных аспектов предполагаемой системы" .

Бернард Боар (Bernard Boar) определил прототип как "метод, предназначенный для определения требований, при котором потребности пользователя извлекаются, представляются и разрабатываются посредством построения рабочей модели конечной системы - быстро и в требуемом контексте".

Описание структурной модели эволюционного прототипирования

Прототипирование - это процесс построения рабочей модели системы. Прототип - это эквивалент экспериментальной модели или "макета" в мире аппаратного обеспечения.

Выполнение эволюционных программ происходит в рамках контекста плана, направленного на достижение предельно высокой производительности. Этот метод также предполагает, что разработка инкрементов программы очевидна для пользователя, который принимает участие в течение всего процесса разработки.

Рис. 5. Структурная эволюционная модель быстрого прототипирования

"Быстрая" частичная реализация системы создается перед этапом определения требований или на его протяжении. Конечные пользователи системы используют ускоренный прототип, а затем путем обратной связи сообщают о своем достижении команде, работающей над проектом, для дальнейшего уточнения требований к системе. Процесс уточнения продолжается до тех пор, пока пользователь не получит то, что ему требуется. После завершения процесса определения требований путем разработки ускоренных прототипов, получают детальный проект системы, а ускоренный прототип регулируется при использовании кода или внешних утилит, в результате чего получают конечный рабочий продукт. В идеале можно вывести, при чем без излишних затрат, модель прототипирования высокого качества, не экономя на документации, анализе, проектировании, тестировании и т.д. Следовательно, она получила название "структурной модели быстрого прототипирования", как показано на рис. 5.

Начало жизненного цикла разработки помещено в центре эллипса. Пользователь и программист разрабатывают предварительный план проекта, руководствуясь при этом предварительными требованиями. Используя методы ускоренного анализа, пользователь и программист совместно работают над определением требований и спецификаций для важнейших частей воображаемой системы. Планирование проекта - это первое действие на этапе быстрого анализа, с помощью которого получают документ, описывающий в общих чертах примерные графики и результативные данные.

Таким образом, создается план проекта, а затем выполняется быстрый анализ, после чего проектируется база данных, пользовательский интерфейс и разработка функций. Второе действие - это быстрый анализ, на протяжении которого предварительные опросы пользователей используются для разработки умышленно неполной высокоуровневой модели системы на уровне документации. В результате выполнения этой задачи получают документ, содержащий частичную спецификацию требований, который используется для построения исходного прототипа, создаваемого на последующих трех этапах. Дизайнер конструирует модель (используя для этого инструментальные средства), то есть частичное представление системы, которое включает в себя только те базовые свойства, которые необходимы для удовлетворения требований заказчика. Затем начинается итерационный цикл быстрого прототипирования. Разработчик проекта демонстрирует прототип, а пользователь оценивает его функционирование. После этого определяются проблемы, над устранением которых совместно работают пользователь и дизайнер. Этот процесс продолжается до тех пор, пока пользователь не будет удовлетворен тем, каким образом система отображает поставленные к ней требования. Команда разработчиков проекта продолжает выполнять этот процесс до тех пор, пока пользователь не согласится, что быстрый прототип в точности отображает системные требования. Создание базы данных представляет собой первую из этих двух фаз. После создания исходной базы данных можно начать разработку меню, после чего следует разработка функций, то есть создается рабочая модель. Затем модель демонстрируют пользователю с целью получения предложений по ее усовершенствованию, которые объединяются в последовательные итерации до тех пор, пока рабочая модель не окажется удовлетворительной. Затем получают официальное одобрение пользователем функциональных возможностей прототипа. После этого создается документ предварительного проекта системы. Основным компонентом является фаза итерации прототипа, на протяжении которого при использовании сценариев, предоставленных рабочей моделью, пользователь может разыграть роли и потребовать, чтобы последовательное уточнение модели продолжалось до тех пор, пока не будут удовлетворены все функциональных требования. Получив одобрение пользователя, быстрый прототип преобразуют детальный проект, и систему настраивают на производственное использование. Именно на этом этапе настройки ускоренный прототип становится полностью действующей системой, которая заменяет собой частичную систему, полученную в итерационном цикле прототипирования.

Детализированный проект можно также получить на основе прототипов. В этом случае настройка прототипа выполняется при использовании кода или внешних утилит. Дизайнер использует утвержденные требования в качестве основы для проектирования производственного ПО.

При разработке производственной версии программы, может возникнуть необходимость в дополнительной работе. Может понадобиться более высокий уровень функциональных возможностей, различные системные ресурсы, необходимых для обеспечения полной рабочей нагрузки, или ограничения во времени. После этого следуют тестирование в предельных режимах, определение измерительных критериев и настройка, а затем, как обычно, функциональное сопровождение.

Заключительная фаза представляет собой функционирование и сопровождение, отображают действия, направленные на перемещение системы в стадию производственного процесса.

Не существует "правильного" способа использования метода прототипирования. Полученный результат может не пригодиться, может быть использован в качестве основания для последующей модернизации или превращен в продукт, используемого процесса и желаемого качества в зависимости от исходных целей. Понятно, что при использовании эволюционного прототипирования снижаются затраты и оптимизируется соблюдение графиков, поскольку каждый из его компонентов находит свое применение.

Преимущества структурной эволюционной модели быстрого прототипирования

При использовании структурной эволюционной модели быстрого прототипирования для приемлемого проекта проявляются следующие преимущества:

· конечный пользователь может "увидеть" системные требования в процессе их сбора командой разработчиков; таким образом, взаимодействие заказчика с системой начинается на раннем этапе разработки;

· исходя из реакции заказчиков на демонстрации разрабатываемого продукта, разработчики получают сведения об одном или нескольких аспектах поведения системы, благодаря чему сводится к минимуму количество неточностей в требованиях;

· снижается возможность возникновения путаницы, искажения информации или недоразумений при определении системных требований, что несомненно приводит к созданию более качественного конечного продукта;

· в процесс разработки можно внести новые или неожиданные требования пользователя, что порой необходимо, так как реальность может отличаться от концептуальной модели реальности;

· модель представляет собой формальную спецификацию, воплощенную в рабочую модель;

· модель позволяет выполнять гибкое проектирование и разработку, включая несколько итераций на всех фазах жизненного цикла;

· при использовании модели образуются постоянные, видимые признаки прогресса в выполнении проекта, благодаря чему заказчики чувствуют себя уверенно;

· возможность возникновения разногласий при общении заказчиков с разработчиками минимизирована;

· ожидаемое качество продукта определяется при активном участии пользователя в процесс на ранних фазах разработки;

· возможность наблюдать ту или иную функцию в действии пробуждает очевидную необходимость в разработке функциональных дополнительных возможностей;

· благодаря меньшему объему доработок уменьшаются затраты на разработку;

· благодаря тому что проблема выявляется до привлечения дополнительных ресурсов сокращаются общие затраты;

· обеспечивается управление рисками;

· документация сконцентрирована на конечном продукте, а не на его разработке;

· принимая участие в процессе разработки на протяжении всего жизненного цикла, пользователи в большей степени будут довольны полученными результатами.

Недостатки структурной эволюционной модели быстрого прототипирования

· модель может быть отклонена из-за создавшейся среди консерваторов репутации о ней как о "разработанном на скорую руку" методе;

· разработанные "на скорую руку" прототипы, в отличие от эволюционных ускоренных прототипов, страдают от неадекватной или недостающей документации;

· если цели прототипирования не согласованы заранее, процесс может превратиться в упражнение по созданию хакерского кода;

· с учетом создания рабочего прототипа, качеству всего ПО или долгосрочной эксплуатационной надежности может быть уделено недостаточно внимания.

· иногда в результате использования модели получают систему с низкой рабочей характеристикой, особенно если в процессе ее выполнения пропускается этап подгонки;

· при использовании модели решение трудных проблем может отодвигаться на будущее. В результате это приводит к тому, что последующие полученные продукты могут не оправдать надежды, которые возлагались на прототип;

· если пользователи не могут участвовать в проекте на итерационной фазе быстрого прототипирования жизненного цикла, на конечном продукте могут отразиться неблагоприятные воздействия, включая проблемы, связанные с его качественной характеристикой;

· на итерационном этапе прототипирования быстрый прототип представляет собой частичную систему. Если выполнение проекта завершается досрочно, у конечного пользователя останется только лишь частичная система;

· несовпадение представлений заказчика и разработчиков об использовании прототипа может привести к созданию другого пользовательского интерфейса;

· заказчик может предпочесть получить прототип, вместо того, чтобы ждать появления полной, хорошо продуманной версии;

· если язык или среда прототипирования не сочетаются с производственным языком или окружением, всесторонняя реализация продукционной системы может быть задержана;

· прототипирование вызывает зависимость и может продолжаться слишком долго. Нетренированные разработчики могут попасть в так называемый цикл "кодирование - устранение ошибок" (code-and-fix cycle), что приводит к дорогостоящим незапланированным итерациям прототипирования;

· разработчики и пользователи не всегда понимают, что когда прототип превращается в конечный продукт, все еще существует необходимость в традиционной Документации. Если она отсутствует, модифицировать модель на более поздних этапах может оказаться более дорогостоящим занятием, чем просто не воспользоваться созданным прототипом;

· когда заказчики, удовлетворенные прототипом, требуют его немедленной поставки, перед менеджером программного проекта возникает соблазн пойти им навстречу;

· на заказчиков могут неблагоприятно повлиять сведения об отличии между прототипом и полностью разработанной системой, готовой к реализации;

· на заказчиков может оказать негативное влияние тот факт, что они не располагают информацией о точном количестве итераций, которые будут необходимы;

· на разработку системы может быть потрачено слишком много времени, так как итерационный процесс демонстрации прототипа и его пересмотр могут продолжаться бесконечно без надлежащего управления процессом. У пользователей может возникнуть стремление пополнять список элементов, предназначенных для прототипирования, до тех пор, пока проект ни достигнет масштаба, значительно превышающего рамки, определенные анализом осуществимости проектного решения;

· при выборе инструментальных средств прототипирования (операционные системы, языки и малопродуктивные алгоритмы) разработчики могут остановить свой выбор на менее подходящем решении, только чтобы продемонстрировать свои способности;

· структурные методы не используются, чтобы не помешать выполнению анализа. При прототипировании необходимо провести "реальный" анализ требований, осуществить проектирование и обратить внимание на качество с целью создания программы, допускающей сопровождение, точно так же, как и в любой другой модели жизненного цикла (хотя на эти действия может понадобиться меньше времени и ресурсов).

Область применения структурной эволюционной модели быстрого прототипирования

Менеджер проекта может быть уверен в необходимости применения структурной эволюционной модели быстрого прототипирования, если:

· требования не известны заранее;

· требования не постоянны или могут быть неверно истолкованы или неудачно сформулированы;

· следует уточнить требования;

· существует потребность в разработке пользовательских интерфейсов;

· нужна проверка концепции;

· осуществляются временные демонстрации;

· построенное по принципу структурной модели, эволюционное быстрое прототипирование можно успешно использовать в больших системах, в которых некоторые модели подвергаются прототипированию, а некоторые- разрабатываются более традиционным образом;

· выполняется новая, не имеющая аналогов разработка (в отличие от эксплуатации продукта на уже существующей системе);

· требуется уменьшить неточности в определении требований; т.е. уменьшается риск создания системы, которая не имеет никакой ценности для заказчика;

· требования подвержены быстрым изменениям, когда заказчик неохотно соглашается на фиксированный набор требований или если о прикладной программе отсутствует четкое представление;

· разработчики не уверены в том, какую оптимальную архитектуру или алгоритмы следует применять;

· алгоритмы или системные интерфейсы усложнены;

· требуется продемонстрировать техническую осуществимость, когда технический риск высок;

· задействованы высокотехнологические системы с интенсивным применением ПО, где можно лишь обобщенно, но не точно сформулировать требования, лежащие за пределами главной характеристики;

· разрабатывается ПО, особенно в случае программ, когда проявляется средняя и высокая степень риска;

· осуществляется применение в комбинации с каскадной моделью: на начальном этапе проекта используется прототипирование, а на последнем - фазы каскадной модели с целью обеспечения функциональной эффективности системы и качества;

· прототипирование всегда следует использовать вместе с элементами анализа и проектирования, применяемыми при объектно-ориентированной разработке. Быстрое прототипирование особенно хорошо подходит для разработки интенсивно используемых систем пользовательского интерфейса, таких как индикаторные панели для контрольных приборов, интерактивные системы, новые в своем роде продукты, а также системы обеспечения принятия решений, среди которых можно назвать подачу команд, управление или медицинскую диагностику.

Модель быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development)

Благодаря методу RAD пользователь задействован на всех фазах жизненного цикла разработки проекта - не только при определении требований, но и при проектировании, разработке, тестировании, а также конечной поставке программного продукта.

Это обеспечивается наличием средств разработки графического пользовательского интерфейса и кодогенераторов. Такие инструментальные средства, как Oracle Designer/2000, JavaJbuilder 3, Linux, Visual C++, Visual Basic 6, SAS, и другие можно использовать в качестве средств для быстрой разработки приложений.

...