Сопоставление и взаимосвязь структурного и объектно-ориентированного подходов к проектированию программного обеспечения распределенных информационных систем

итерации являются повторяющимися по отношению к разрабатываемому коду.

На каждой итерации некоторая часть существующего кода переписывается с целью сделать его более гибким.

Результатом стадии конструирования является продукт, готовый к передаче конечным пользователям. Он содержит следующие понятия:

программное обеспечение, интегрированное на требуемых платформах;

руководства пользователя;

описание текущей реализации.

Назначением стадии ввода в действие является передача готового продукта в распоряжение пользователей. Данная стадия включает:

бета-тестирование, позволяющее убедиться, что новая система соответствует ожиданиям пользователей;

параллельное функционирование с существующей (legacy) системой, которая подлежит постепенной замене;

конвертирование баз данных;

оптимизацию производительности;

обучение пользователей и специалистов службы сопровождения.

Статический аспект RUP представлен следующими основными элементами:

роли;

виды деятельности;

рабочие продукты;

дисциплины.

Понятие «роль» (role) определяет поведение и ответственность личности или группы личностей, составляющих проектную команду. Одна личность может играть в проекте много различных ролей.

Под видом деятельности конкретного исполнителя понимается единица выполняемой им работы. Вид деятельности (activity) соответствует понятию технологической операции. Он имеет четко определенную цель, обычно выражаемую в терминах получения или модификации некоторых рабочих продуктов (artifacts), таких, как модель, элемент модели, документ, исходный код или план. Каждый вид деятельности связан с конкретной ролью. Продолжительность вида деятельности составляет от нескольких часов до нескольких дней, он обычно выполняется одним исполнителем и порождает только один или весьма небольшое количество рабочих продуктов. Любой вид деятельности должен являться элементом процесса планирования. Примерами видов деятельности могут быть планирование итерации, определение вариантов использования и действующих лиц, выполнение теста на производительность. Каждый вид деятельности сопровождается набором руководств (guidelines), представляющих собой методики выполнения технологических операций.

Дисциплина (discipline) соответствует понятию технологического процесса и представляет собой последовательность действий, приводящую к получению значимого результата.

В рамках RUP определены следующие основные дисциплины:

построение бизнес-моделей;

определение требований;

анализ и проектирование;

реализация;

тестирование;

oразвертывание;

и вспомогательные:

управление конфигурацией и изменениями;

управление проектом;

создание инфраструктуры.

RUP как продукт входит в состав комплекса Rational Suite, причем каждая из перечисленных выше дисциплин поддерживается определенным инструментальным средством комплекса.

Адаптация RUP к потребностям конкретной организации или проекта обеспечивается с помощью Rational Process Workbench (RPW) - специального набора инструментов и шаблонов для настройки и публикации Web-сайтов на основе RUP. RPW поддерживает три основные функции моделирования технологических процессов:

определение процесса;

описание процесса;

представление процесса.

Библиотека элементов процесса содержит текстовую информацию о каждом элементе в модели процесса, все текстовые страницы RUP, а RPW - необходимые шаблоны для создания новых страниц описания. RPW генерирует описание процессов, включающее текст и графику, в виде Web-сайта, соединяя модели процессов и библиотеку описаний в единое целое.

Одно из основных инструментальных средств комплекса Rational Rose [9] представляет собой семейство объектно-ориентированных CASE-средств и предназначено для автоматизации процессов анализа и проектирования ПО, а также для генерации кодов на различных языках и выпуска проектной документации. Rational Rose реализует процесс объектно-ориентированного анализа и проектирования программного обеспечения, описанный в RUP. В основе работы Rational Rose лежит построение диаграмм и спецификаций UML, определяющих архитектуру системы, ее статические и динамические аспекты. В составе Rational Rose можно выделить шесть основных структурных компонентов: репозиторий, графический интерфейс пользователя, средства просмотра проекта (браузер), средства контроля проекта, средства сбора статистики и генератор документов. К ним добавляются генераторы кодов для каждого поддерживаемого языка, состав которых меняется от версии к версии.

Репозиторий представляет собой базу данных проекта. Браузер обеспечивает «навигацию» по проекту, в том числе перемещение по иерархиям классов и подсистем, переключение от одного вида диаграмм к другому и т. д. Средства контроля и сбора статистики дают возможность находить и устранять ошибки по мере развития проекта, а не после завершения его описания. Генератор отчетов формирует тексты выходных документов на основе содержащейся в репозитории информации.

Средства автоматической генерации кода, используя информацию, содержащуюся в диаграммах классов и компонентов, формируют файлы описаний классов. Создаваемый таким образом скелет программы может быть уточнен путем прямого программирования на соответствующем языке (основные языки, поддерживаемые Rational Rose - С++ и Java).

В результате разработки проекта с помощью Rational Rose формируются следующие документы:

диаграммы UML, в совокупности представляющие собой модель разрабатываемой программной системы;

спецификации классов, объектов, атрибутов и операций;

заготовки текстов программ.

Тексты программ являются заготовками для последующей работы программистов. Состав информации, включаемой в программные файлы, определяется либо по умолчанию, либо по усмотрению пользователя. В дальнейшем эти исходные тексты развиваются программистами в полноценные программы.

1.4 Технология Oracle

Методическую основу технологических средств программного обеспечения корпорации Oracle (www. oracle. com) составляет метод Oracle (Oracle Method) - комплекс методов, охватывающий большинство процессов жизненного цикла программного обеспечения. В состав комплекса входят:

CDM (Custom Development Method) - разработка прикладного программного обеспечения;

PJM (Project Management Method) - управление проектом;

AIM (Application Implementation Method) - внедрение прикладного программного обеспечения;

BPR (Business Process Reengineering) - реинжиниринг бизнес-процессов;

OCM (Organizational Change Management) - управление изменениями, и др.

Метод CDM оформлен в виде консалтингового продукта CDM Advantage - библиотеки стандартов и руководств (включающего также PJM). Он представляет собой развитие достаточно давно созданного Oracle CASE-Method, известного по использованию CASE-средств фирмы Oracle и книгам Р. Баркера. CDM является методическим руководством по разработке прикладного программного обеспечения с использованием инструментального комплекса Oracle Developer Suite, а сам процесс проектирования и разработки тесно связан с Oracle Designer и Oracle Forms.

В соответствии с CDM жизненный цикл программного обеспечения формируется из определенных этапов (фаз) проекта и процессов, каждый из которых выполняется в течение нескольких этапов (Приложение Б) :

стратегия (определение требований) ;

анализ (формулирование детальных требований к системе) ;

проектирование (преобразование требований в детальные спецификации системы) ;

реализация (написание и тестирование приложений) ;

внедрение (установка новой прикладной системы, подготовка к началу эксплуатации) ;

эксплуатация.

На этапе стратегии определяются цели создания системы, приоритеты и ограничения, разрабатывается системная архитектура и составляется план разработки. На этапе анализа строятся модель информационных потребностей (диаграмма «сущность-связь»), диаграмма функциональной иерархии (на основе функциональной декомпозиции системы), матрица перекрестных ссылок и диаграмма потоков данных.

На этапе проектирования разрабатывается подробная архитектура системы, проектируются схема реляционной БД и программные модули, устанавливаются перекрестные ссылки между компонентами системы для анализа их взаимного влияния и контроля за изменениями.

На этапе реализации создается БД, строятся прикладные системы, производится их тестирование, проверка качества и соответствия требованиям пользователей. Создается системная документация, материалы для обучения и руководства пользователей.

На этапах внедрения и эксплуатации анализируются производительность и целостность системы, выполняется поддержка и, при необходимости, модификация системы.

Процессы CDM выполняют следующие действия:

определение бизнес-требований, или постановка задачи (Business Requirements Definition) ;

исследование существующих систем (Existing Systems Examination). Выполнение этого процесса должно обеспечить понимание состояния существующего технического и программного обеспечения для планирования необходимых изменений;

определение технической архитектуры (Technical Architecture) ;

проектирование и реализация базы данных (Database Design and Build). Процесс предусматривает проектирование и реализацию реляционной базы данных, включая создание индексов и других объектов БД;

проектирование и реализация модулей (Module Design and Build). Этот процесс является основным в проекте. Он включает непосредственное проектирование приложения и создание кода прикладной программы;

конвертирование данных (Data Conversion). Цель этого процесса - преобразовывать, перенести и проверить согласованность и непротиворечивость данных, оставшихся в наследство от «старой» системы и необходимых для работы в новой системе;

документирование (Documentation) ;

тестирование (Testing) ;

обучение (Training) ;

внедрение, или переход к новой системе (Transition). Этот процесс включает решение задач установки, ввода новой системы в эксплуатацию, прекращения эксплуатации старых систем;

поддержка и сопровождение (Post-System Support).

Процессы состоят из последовательностей взаимосвязанных задач.

CDM предоставляет возможность выбрать требуемый подход к разработке. Это возможно, поскольку каждый процесс базируется на известных зависимостях между задачами одного типа и не зависит от того, на какие этапы будет разбит проект.

При определении подхода к разработке оценивается масштаб, степень сложности и критичность будущей системы. При этом учитываются стабильность требований, сложность и количество бизнес-правил, количество автоматически выполняемых функций, разнообразие и количество пользователей, степень взаимодействия с другими системами, критичность приложения для основного бизнес-процесса компании и целый ряд других.

В соответствии с этими факторами в CDM выделяются два основных подхода к разработке:

Классический подход (Classic). Этапы данного подхода представлены. (Приложение Б) Классический подход применяется для наиболее сложных и масштабных проектов, он предусматривает последовательный и детерминированный порядок выполнения задач. Для таких проектов характерно большое количество реализуемых бизнес-правил, распределенная архитектура, критичность приложения. Применение классического подхода также рекомендуется при нехватке опыта у разработчиков, неподготовленности пользователей, нечетко определенной задаче. Продолжительность таких проектов от 8 до 36 месяцев.

Подход быстрой разработки (Fast Track). Данный подход, в отличие от каскадного классического, является итерационным и основан на методе DSDM (Dynamic Systems Development Method). В этом подходе четыре этапа - стратегия, моделирование требований, проектирование и генерация системы и внедрение в эксплуатацию. Подход используется для реализации небольших и средних проектов с несложной архитектурой системы, гибкими сроками и четкой постановкой задач. Продолжительность проекта от 4 до 16 месяцев.

PJM - это определенная дисциплина ведения проекта, позволяющая гарантировать, что цели проекта, четко определенные в его начале, остаются в центре внимания на протяжении всего проекта. В основе PJM лежит метод, ориентированный на выполнение самостоятельных процессов (под процессом понимается набор связанных задач, выполнением которых достигается определенная цель проекта). Так же, как и CDM, метод руководства проектом представляется в виде четко определенной операционной схемы, в которой выделяются процессы, этапы, задачи, результаты решения задач и зависимости между задачами:

Управление проектом и предоставление отчетности (Control and Reporting). Этот процесс содержит задачи, в результате решения которых определяются границы проекта и подход к разработке, происходит управление изменениями и контролируется возможный риск;

Управление работой (Work Management). Процесс содержит задачи, помогающие контролировать работы, выполняемые в проекте;

Управление ресурсами (Resource Management). Здесь решаются задачи, связанные с обеспечением каждого этапа исполнителями;

Управление качеством (Quality Management). Процесс управления качеством гарантирует, что проект отвечает требованиям пользователя в течение всего процесса разработки;

Управление конфигурацией (Configuration Management).

Цикл решения задач PJM состоит из отдельных этапов. Количество этапов зависит от выбранного подхода к разработке. Задачи PJM распределяются внутри каждого процесса по трем группам - задачи планирования, управления и завершения, и по уровням - отнести задачу на уровень проекта или на уровень отдельного этапа.

По аналогии с CDM, в PJM предусмотрено широкое использование шаблонов разрабатываемых документов.

Комплекс Oracle Developer Suite содержит набор интегрированных средств разработки для быстрого создания приложений. Он включает средства моделирования, программирования на Java, разработки компонентов, бизнес-анализа и составления отчетов. Все эти средства используют общие ресурсы, что позволяет совместно работать над одним проектом группе разработчиков. Oracle Developer Suite интегрирован с Oracle Database и Oracle Application Server, образуя единую платформу для создания и установки приложений.

В Oracle Developer Suite встроена поддержка языка UML для разработки приложений на основе моделей. Модели хранятся в общем репозитории Oracle, который предназначен для поддержки больших коллективов разработчиков.

CASE-средство Oracle Designer является интегрированным средством, обеспечивающим в совокупности со средствами разработки приложений поддержку жизненного цикла программного обеспечения.

Oracle Designer представляет собой семейство методов и поддерживающих их программных продуктов. Базовый метод Oracle Designer (CDM) - структурный метод проектирования систем, охватывающий полностью все стадии жизненного цикла программного обеспечения. Версия Oracle Designer для объектно-реляционной СУБД Oracle содержит также расширение в виде средств объектного моделирования, базирующихся на стандарте UML.

Oracle Designer обеспечивает графический интерфейс при разработке различных моделей (диаграмм) предметной области. В процессе построения моделей информация о них заносится в репозиторий. В состав Oracle Designer входят следующие компоненты:

Repository Administrator - средства управления репозиторием (создание и удаление приложений, управление доступом к данным со стороны различных пользователей, экспорт и импорт данных) ;

Repository Object Navigator - средство доступа к репозиторию, обеспечивающее многооконный объектно-ориентированный интерфейс доступа ко всем элементам репозитория;

Process Modeler - средство анализа и моделирования бизнес-процессов;

Systems Modeler - набор средств построения функциональных и информационных моделей проектируемой системы, включающий средства для построения диаграмм «сущность-связь» (Entity-Relationship Diagrammer), диаграмм функциональных иерархий (Function Hierarchy Diagrammer), диаграмм потоков данных (Data Flow Diagrammer) и средство анализа и модификации связей объектов репозитория различных типов (Matrix Diagrammer) ;

Systems Designer - набор средств проектирования программного обеспечения, включающий средство построения структуры реляционной базы данных (Data Diagrammer), а также средства построения диаграмм, отображающих взаимодействие с данными, иерархию, структуру и логику приложений, реализуемую хранимыми процедурами на языке PL/SQL (Module Data Diagrammer, Module Structure Diagrammer и Module Logic Navigator) ;

Server Generator - генератор описаний объектов БД Oracle (таблиц, индексов, ключей, последовательностей и т. д.) ;

Forms Generator - генератор приложений для Oracle Forms. Генерируемые приложения включают в себя различные экранные формы, средства контроля данных, проверки ограничений целостности и автоматические подсказки;

Repository Reports - генератор стандартных отчетов, интегрированный с Oracle Reports.

Репозиторий Oracle Designer представляет собой хранилище всех проектных данных и может работать в многопользовательском режиме, обеспечивая параллельное обновление информации несколькими разработчиками. В процессе проектирования автоматически поддерживаются перекрестные ссылки между объектами словаря и могут генерироваться более 70 стандартных отчетов о моделируемой предметной области. Физическая среда хранения репозитория - база данных Oracle.

1.5 Технология Borland

Компания Borland (www. borland. com) в результате развития собственных разработок и приобретения целого ряда компаний представила интегрированный комплекс инструментальных средств, реализующих управление полным жизненным циклом приложений (Application Life Cycle Management, ALM). В соответствии с технологией Borland процесс создания программного обеспечения включает в себя пять основных этапов:

определение требований;

анализ и проектирование;

разработка;

тестирование и профилирование;

развертывание.

Выполнение всех этапов координируется процессом управления конфигурацией и изменениями.

Определение требований реализуется с помощью системы управления требованиями CaliberRM, которая стала частью семейства продуктов Borland в результате покупки компании Starbase. CaliberRM сохраняет требования в базе данных, документы с их описанием создаются с помощью встроенного механизма генерации документов MS Word на базе заданных шаблонов. Система обеспечивает экспорт данных в таблицы MS Access и импорт из MS Word. CaliberRM поддерживает различные методы визуализации зависимостей между требованиями, с помощью которых пользователь может ограничить область анализа, необходимого в случае изменения того или иного требования. Имеется модуль, который использует данные требования для оценки трудозатрат, рисков и расходов, связанных с реализацией требований.

Средство анализа и проектирования Together ControlCenter [8] разработано компанией TogetherSoft. В основе его применения лежит один из вариантов подхода «Быстрой разработки программного обеспечения» под названием Feature Driven Development (FDD) [18].

Together ControlCenter - интегрированная среда проектирования и разработки, поддерживающая визуальное моделирование на UML с последующим написанием приложений для платформ J2EE (Java) и. Net (С#, C++ и Visual Basic). Кроме базовой версии, имеется уменьшенный вариант системы для индивидуальных разработчиков и небольших групп (Together Solo), а также редакции для платформы IBM WebSphere и среды разработки Jbuilder.

В системе реализована технология LiveSource, которая обеспечивает синхронизацию между проектом приложения и изменениями - при внесении изменений в исходные тексты меняется модель программы, а при изменении модели надлежащим образом изменяется текст на языке программирования. Это исключает необходимость вручную модифицировать модель или переписывать код. Контроль версий осуществляется благодаря функциональной интеграции Together и системы StarTeam. Поддерживается также интеграция с системой управления конфигурацией Rational ClearCase.

Инструментальные средства тестирования появились в составе комплекса Borland в результате покупки компании Optimizeit. К ним относятся Optimizeit Suite 5, Optimizeit Profiler for. NET и Optimizeit ServerTrace. Первые две системы позволяют выявить потенциальные проблемы использования аппаратных ресурсов - памяти и процессорных мощностей на платформах J2EE и. Net соответственно. Интеграция Optimizeit Suite 5 в среду разработки Jbuilder, а Optimizeit Profiler - в C#Builder и Visual Basic. Net позволяет проводить контрольные испытания приложений по мере разработки и ликвидировать узкие места производительности. Система Optimizeit ServerTrace предназначена для управления производительностью серверных J2EE-приложений с точки зрения достижения заданного уровня обслуживания и сбора контрольных данных по виртуальным Java-машинам.

Сущность концепции ALM сосредоточена в системе управления конфигурацией и изменениями: именно она объединяет основные фазы жизненного цикла программного обеспечения. Такой системой является StarTeam, разработанная компанией Starbase. Она выполняет функции контроля версий, управления изменениями, отслеживания дефектов, управления требованиями (в интеграции с CaliberRM), управления потоком задач и управления проектом.

StarTeam совместима с интерфейсом Microsoft Source Code Control и интегрируется с любой системой разработки, которая поддерживает этот API. Кроме того, в системе реализованы средства интеграции со средствами разработки и моделирования Together, JBuilder, Delphi, C++Builder и C#Builder.

В технологии Borland выделяется три уровня интеграции. Функциональная (touch-point) интеграция позволяет обратиться из одной системы к функциям другой, выбрав соответствующий пункт меню. Например, интерфейс управления изменениями StarTeam непосредственно отображается в системах Together, C#Builder и Visual Studio. Net. Такая интеграция дает возможность разделять информацию между системами, но не обеспечивает единого рабочего пространства, вынуждает пользователя переключать окна и приводит к дублированию процессов управления структурой проекта. Встроенная (embedded) интеграция обеспечивает работу с одной системой непосредственно в среде другой. Например, не выходя из среды разработки Jbuilder, можно просматривать графики производительности, которые создает система Optimizeit. Самый высокий уровень интеграции -синергетический (synergistic), позволяющий сочетать функции двух различных продуктов незаметно для разработчиков. Для большинства продуктов Borland и других поставщиков синергетическая интеграция пока остается делом будущего, однако ее принципы уже начинают реализовываться.

2. Методические основы технологий создания программного обеспечения

2.1 Визуальное моделирование

На сегодняшний день одной из важнейших процедур в информационных технологиях является отображение данных. Зрение является наиболее активным органом чувств человека. Поэтому процедуры отображения информационных данных, преследуют цель как можно лучше представить информацию для визуального наблюдения и анализа.

С помощью графического режима представления данных проще анализировать любую информацию, кроме этого, появляется возможность изменять масштаб, проекцию, цвет и т. п. изображения.

Визуальное моделирование возникло как синтез визуализации других направлений.

Визуальное моделирование использует в своей основе изображения. Изображение обычно обладает большей информативностью (на 2-3 порядка больше чем текст) и меньшей степенью абстрактности, то есть является более гибким каналом, чем текст или цифра.

Поэтому в настоящее время возрастает роль изображения в современном коммуникативном процессе. Визуальное моделирование развивается, опираясь, прежде всего, на иконические знаки. Поэтому при создании систем визуального моделирования необходимо учитывать специфику этих процессов.

Визуальная модель как знаковая система первична по отношению к символическим знакам, в том числе и к печатному слову. Первоначально знак, обозначающий определенный предмет, представлял собой всего лишь изображение этого предмета и включал две функции: изображения и понятия (значения).

В процессе эволюции человечества и коммуникативных процессов понятие все более отделялось от изображения, что привело к письменным (символическим) знакам, которые с одной стороны абстрагировались от обозначаемых ими предметов, а затем преобразовались в специальные системы (алфавиты). В этих системах понятия объектов отображались словами, состоящими из знаков алфавита.

На этих принципах построено лингвистическое моделирование, цифровое моделирование, математическое моделирование, экономико-математическое моделирование, и другие виды, работающие с символическими знаками. Только картографическое моделирование сохранило в себе два первоначальных свойства: изображения и символа.

В современных условиях актуальна задача исследования комплексного взаимодействия различных знаковых систем в процессе визуального моделирования. Наиболее часто приходится сталкиваться с одномоментным использованием иконических знаков и вербальных элементов, при помощи которых и формируется визуальная модель.

Под моделью программного обеспечения в общем случае понимается формализованное описание системы программного обеспечения на определенном уровне абстракции. Каждая модель определяет конкретный аспект системы, использует набор диаграмм и документов заданного формата, а также отражает точку зрения и является объектом деятельности различных людей с конкретными интересами, ролями или задачами.

Графические (визуальные) модели представляют собой средства для визуализации, описания, проектирования и документирования архитектуры системы. Разработка модели системы программного обеспечения промышленного характера в такой же мере необходима, как и наличие проекта при строительстве большого здания. Хорошие модели являются основой взаимодействия участников проекта и гарантируют корректность архитектуры. Поскольку сложность систем повышается, важно располагать хорошими методами моделирования. Хотя имеется много других факторов, от которых зависит успех проекта, но наличие строгого стандарта языка моделирования является весьма существенным.

Состав моделей, используемых в каждом конкретном проекте, и степень их детальности в общем случае зависят от следующих факторов:

сложности проектируемой системы;

необходимой полноты ее описания;

знаний и навыков участников проекта;

времени, отведенного на проектирование.

Визуальное моделирование (visual modeling) является методом, применяемым в разработке программного обеспечения, который:

использует графовые модели для визуализации программного обеспечения;

предлагает моделировать программное обеспечение с разных точек зрения;

может применяться в разработки и эволюции программного обеспечения, а также в различных видах деятельности по его созданию.

Визуальные модели, как правило, не составляют «сплошных» спецификаций, подобно программам, но часто являются, скорее, фрагментами, формально не связанными друг с другом. Эти модели описывают отдельные аспекты программного обеспечения, которые нужно прояснить в определенной ситуации для той или иной категории лиц, участвующих в проекте или как-либо с ним связанных. В целом визуальное моделирование служит для повышения понимания решений проекта людьми - разными категориями задействованных в проекте специалистов (инженеров-электронщиков, менеджеров, заказчика и т. д.).

Визуальное моделирование может применяться как при разработке, так и при сопровождении программного обеспечения. При разработке - главным образом при проектировании и анализе системы, которые предшествуют непосредственному программированию. При сопровождении - когда новые разработчики изучают доставшееся им программное обеспечение. Визуальное моделирование может также использоваться в разных видах деятельности процесса разработки программного обеспечения: главным образом при анализе и проектировании, но также и при документировании, тестировании, разработке требований и т. д.

Визуальное моделирование применяется на практике с помощью методов, языков и соответствующих программных инструментов (Приложение В).

Средства, реализующие языки и методы визуального моделирования, бывают двух видов - универсальные и предметно-ориентированные.

Универсальные инструменты являются коробочными и многофункциональными пакетами, предназначенными для анализа и проектирования программного обеспечения, то есть без какой-либо специализированной ориентации. Как правило, сегодня такие пакеты строятся на базе языка UML и называются CASE-пакетами. Самыми известными CASE-пакетами являются IBM Rational Rose, Borland Together, Telelogic Tau, Microsoft Visio/UML Add-on. Эти средства поддерживают различные виды диаграмм, удобную среду их разработки с такими функциями, как печать и копирование диаграмм, различные способы редактирования графических символов, средства просмотра и поиска в визуальной модели, различные режимы отображения диаграмм и многое другое. Они также обеспечивают генерацию программного кода в разные целевые платформы программирования, версионный контроль визуальных моделей, часто являются кросс-платформенными (например, работают под управлением операционных систем Windows и Linux), обеспечивают интеграционные «мосты» с другими средствами разработки программного обеспечения, например, со средствами управления требованиями. Как правило, все современные CASE-пакеты имеют открытые программные интерфейсы и позволяют расширять свою базовую функциональность.

Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) появился в индустрии разработки программного обеспечения в начале 1980-х годов. Довольно быстро он стал обозначать графические средства анализа и проектирования программного обеспечения, отражая надежды и упования создать на основе визуального моделирования универсальный процесс разработки программного обеспечения. Пик развития этих средств приходится на начало 1990-х годов, когда они стали использоваться на базе платформы IBM Mainframe для автоматизации бизнеса крупных компаний. CASE-системы предоставляли мощные средства генерации кода, являясь не только инструментами анализа и проектирования, но и средами разработки программного обеспечения. CASE-средства интегрировали многообразные и разрозненные средства разработки под Mainframe-платформой - инструменты разработки пользовательского интерфейса и баз данных, средства взаимодействия основного приложения с операционной системой и пр. Типичное крупное Mainframe-приложение состояло из тестов примерно на 3-5 разных языках программирования, для которых существовало (и активно использовалось в других приложениях) множество альтернативных вариаций. Одна из самых известных систем такого рода - ADW (Application Developing Workbench). В итоге было разработано много промышленных информационных систем с использованием этих CASE-средств, успешно работающих и по сей день. В результате данные CASE-системы до сих пор поддерживаются и развиваются, чтобы созданные на их основе информационные системы могли успешно функционировать и модернизироваться под современные бизнес-потребности. Почти все подобные CASE-системы и, в частности, ADWб, в настоящее время куплены компанией Computer Associates International.

С середины 1990-х годов, в связи с прекращением распространения Mainframe-платформ, развитие этих CASE-систем прекратилось, и стали появляться CASE-системы для персональных компьютеров. Современные CASE-пакеты не являются комплексными средами разработки, а заняли нишу средств анализа и проектирования, и в основном используются без средств кода генерации, а лишь как инструменты для построения проектных спецификаций.

Предметно-ориентированные (domain-specific) программные инструменты поддержки визуального моделирования предназначены для определенных областей разработки программного обеспечения и тоже могут быть коробочными, как, например, пакет WebRatio для моделирования web-приложений. Однако предметно-ориентированные инструменты могут создаваться и отдельными компаниями для своих собственных проектов, особенно в рамках линеек программных продуктов (product lines). Это особенно удобно, поскольку во-первых, такие средства могут хорошо решать задачи именно того процесса, той компании, для которых они создаются. А во-вторых, сейчас на рынке имеются развитые среды для разработки средств визуального моделирования, самые известные из которых - Microsoft Visio, Microsoft DSL Tools и Eclipse/GMF. Эти и другие пакеты делают задачу создания собственного графического редактора посильной для обычных, рядовых компаний-разработчиков.

2.2 Методы структурного анализа и проектирования программного обеспечения

В структурном анализе и проектировании используются различные модели, которые описывают следующие действия:

функциональную структуру системы;

последовательность выполняемых действий;

передачу информации между функциональными процессами;

отношения между данными.

Наиболее распространенными моделями первых трех групп являются:

функциональная модель SADT (Structured Analysis and Design Technique) ;

модель IDEF3;

DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных.

Метод SADT [17] представляет собой совокупность правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т. е. производимые им действия и связи между этими действиями.

Метод SADT разработан Дугласом Россом (SoftTech, Inc.) в 1969 году для моделирования искусственных систем средней сложности. Данный метод успешно использовался в военных, промышленных и коммерческих организациях США для решения широкого круга задач, таких, как долгосрочное и стратегическое планирование, автоматизированное производство и проектирование, разработка программного обеспечения для оборонных систем, управление финансами и материально-техническим снабжением и др. Метод SADT поддерживается Министерством обороны США, которое было инициатором разработки семейства стандартов IDEF (Icam DEFinition), являющегося основной частью программы ICAM (интегрированная компьютеризация производства), проводимой по инициативе ВВС США. Метод SADT реализован в одном стандарте этого семейства - IDEF0, который был утвержден в качестве федерального стандарта США в 1993 г., его подробные спецификации можно найти на сайте http: //www. idef. com.

Модели SADT (IDEF0) традиционно используются для моделирования организационных систем (бизнес-процессов). Следует отметить, что метод SADT успешно работает только при описании хорошо специфицированных и стандартизованных бизнес-процессов в зарубежных корпорациях, поэтому он и принят в США в качестве типового метода. Достоинствами применения моделей SADT для описания бизнес-процессов являются:

полнота описания бизнес-процесса (управление, информационные и материальные потоки, обратные связи) ;

жесткие требования метода, обеспечивающие получение моделей стандартного вида;

соответствие подхода к описанию процессов стандартам ISO 9000.

Метод моделирования IDEF3 [22], являющийся частью семейства стандартов IDEF, был разработан в конце 1980-х годов для закрытого проекта ВВС США. Этот метод предназначен для таких моделей процессов, в которых важно понять последовательность выполнения действий и взаимозависимости между ними. Хотя IDEF3 и не достиг статуса федерального стандарта США, он приобрел широкое распространение среди системных аналитиков как дополнение к методу функционального моделирования IDEF0 (модели IDEF3 могут использоваться для детализации функциональных блоков IDEF0, не имеющих диаграмм декомпозиции). Основой модели IDEF3 служит так называемый сценарий процесса, который выделяет последовательность действий и подпроцессов анализируемой системы.

Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagrams - DFD) [6] представляют собой иерархию функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

Для построения DFD традиционно используются две различные нотации, соответствующие методам Йордона-ДеМарко и Гейна-Сэрсона. Эти нотации незначительно отличаются друг от друга графическим изображением символов. В соответствии с данными методами модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи потребителю. Практически любой класс систем успешно моделируется при помощи DFD-ориентированных методов. Они с самого начала создавались как средство проектирования информационных систем (тогда как SADT - как средство моделирования систем вообще) и имеют более богатый набор элементов, адекватно отражающих специфику таких систем (например, хранилища данных являются прообразами файлов или баз данных, внешние сущности отражают взаимодействие моделируемой системы с внешним миром).

С другой стороны, эти разновидности средств структурного анализа примерно одинаковы с точки зрения возможностей изобразительных средств моделирования. При этом одним из основных критериев выбора того или иного метода является степень владения им со стороны консультанта или аналитика, грамотность выражения своих мыслей на языке моделирования. В противном случае в моделях, построенных с использованием любого метода, будет невозможно разобраться.

Наиболее распространенным средством моделирования данных (предметной области) является модель «сущность-связь» (Entity-Relationship Model - ERМ) [12]. Она была впервые введена Питером Ченом в 1976 г. Эта модель традиционно используется в структурном анализе и проектировании, однако, по существу, представляет собой подмножество объектной модели предметной области. Одна из разновидностей модели «сущность-связь» используется в методе IDEF1Х, входящем в семейство стандартов IDEF и реализованном в ряде распространенных CASE-средств (в частности, AllFusion ERwin Data Modeler).

2.3 Методы объектно-ориентированного анализа и проектирования программного обеспечения

Методология объектно-ориентированного программирования пришла на смену процедурной или алгоритмической организации структуры программного кода, когда стало очевидно, что традиционные методы процедурного программирования не способны справиться ни с растущей сложностью программ и их разработки, ни с повышением их надежности. Во второй половине 80-х годов возникла настоятельная потребность в новой методологии программирования, которая бы позволила решить весь этот комплекс проблем. Такой методологией стало объектно-ориентированное программирование.

Концептуальной основой объектно-ориентированного анализа и проектирования программного обеспечения является объектная модель. Ее основные принципы (абстрагирование, инкапсуляция, модульность и иерархия) и понятия (объект, класс, атрибут, операция, интерфейс и др.) наиболее четко сформулированы Гради Бучем в его фундаментальной книге [2] и последующих работах.

Большинство современных методов объектно-ориентированного анализа и проектирования [5], [9], [14], [20] основаны на использовании языка UML. Унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) [3], [19], [21] представляет собой язык для определения, представления, проектирования и документирования программных систем, организационно-экономических систем, технических систем и других систем различной природы. UML содержит стандартный набор диаграмм и нотаций самых разнообразных видов.

UML - это преемник того поколения методов объектно-ориентированного анализа и проектирования, которые появились в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Создание UML фактически началось в конце 1994 г., когда Гради Буч и Джеймс Рамбо начали работу по объединению их методов Booch и OMT (Object Modeling Technique) под эгидой компании Rational Software. К концу 1995 г. они создали первую спецификацию объединенного метода, названного ими Unified Method, версия 0. 8. Тогда же в 1995 году к ним присоединился создатель метода OOSE (Object-Oriented Software Engineering) Ивар Якобсон. Таким образом, UML является прямым объединением и унификацией методов Буча, Рамбо и Якобсона, однако дополняет их новыми возможностями. Главными в разработке UML были следующие цели:

предоставить пользователям готовый к использованию выразительный язык визуального моделирования, позволяющий им разрабатывать осмысленные модели и обмениваться ими;

предусмотреть механизмы расширяемости и специализации для расширения базовых концепций;

обеспечить независимость от конкретных языков программирования и процессов разработки;

обеспечить формальную основу для понимания этого языка моделирования (язык должен быть одновременно точным и доступным для понимания, без лишнего формализма) ;

стимулировать рост рынка объектно-ориентированных инструментальных средств;

интегрировать лучший практический опыт.

UML находится в процессе стандартизации, проводимом OMG (Object Management Group) - организацией по стандартизации в области объектно-ориентированных методов и технологий, в настоящее время принят в качестве стандартного языка моделирования и получил широкую поддержку в индустрии ПО. UML принят на вооружение практически всеми крупнейшими компаниями - производителями программного обеспечения (Microsoft, Oracle, IBM, Hewlett-Packard, Sybase и др.). Кроме того, практически все мировые производители CASE-средств, помимо IBM Rational Software, поддерживают UML в своих продуктах (Oracle Designer, Together Control Center (Borland), AllFusion Component Modeler (Computer Associates), Microsoft Visual Modeler и др.). Полное описание UML можно найти на сайтах http: //www. omg. org и http: //www. rational. com.

Стандарт UML версии 1. 1, принятый OMG в 1997 году, содержит следующий набор диаграмм:

Структурные (structural) модели:

диаграммы классов (class diagrams) - для моделирования статической структуры классов системы и связей между ними;

диаграммы компонентов (component diagrams) - для моделирования иерархии компонентов (подсистем) системы;

диаграммы размещения (deployment diagrams) - для моделирования физической архитектуры системы.

Модели поведения (behavioral) :

диаграммы вариантов использования (use case diagrams) - для моделирования функциональных требований к системе (в виде сценариев взаимодействия пользователей с системой) ;

диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) :

диаграммы последовательности (sequence diagrams) и кооперативные диаграммы (collaboration diagrams) - для моделирования процесса обмена сообщениями между объектами;

диаграммы состояний (statechart diagrams) - для моделирования поведения объектов системы при переходе из одного состояния в другое;

диаграммы деятельности (activity diagrams) - для моделирования поведения системы в рамках различных вариантов использования, или потоков управления.

Диаграммы вариантов использования показывают взаимодействия между вариантами использования и действующими лицами, отражая функциональные требования к системе с точки зрения пользователя. Цель построения диаграмм вариантов использования - это документирование функциональных требований в самом общем виде, поэтому они должны быть предельно простыми.

Вариант использования представляет собой последовательность действий (транзакций), выполняемых системой в ответ на событие, инициируемое некоторым внешним объектом (действующим лицом). Вариант использования описывает типичное взаимодействие между пользователем и системой и отражает представление о поведении системы с точки зрения пользователя. В простейшем случае вариант использования определяется в процессе обсуждения с пользователем тех функций, которые он хотел бы реализовать, или целей, которые он преследует по отношению к разрабатываемой системе.

Диаграмма вариантов использования является самым общим представлением функциональных требований к системе. Для последующего проектирования системы требуются более конкретные детали, которые описываются в документе, называемом «сценарием варианта использования» или «потоком событий» (flow of events). Сценарий подробно документирует процесс взаимодействия действующего лица с системой, реализуемого в рамках варианта использования [11]. Основной поток событий описывает нормальный ход событий (при отсутствии ошибок). Альтернативные потоки описывают отклонения от нормального хода событий (ошибочные ситуации) и их обработку.

Достоинства модели вариантов использования заключаются в том, что она:

определяет пользователей и границы системы;

определяет системный интерфейс;

удобна для общения пользователей с разработчиками;

используется для написания тестов;

является основой для написания пользовательской документации;

хорошо вписывается в любые методы проектирования (как объектно-ориентированные, так и структурные).

Диаграммы взаимодействия описывают поведение взаимодействующих групп объектов (в рамках варианта использования или некоторой операции класса). Как правило, диаграмма взаимодействия охватывает поведение объектов в рамках только одного потока событий варианта использования. На такой диаграмме отображается ряд объектов и те сообщения, которыми они обмениваются между собой. Существует два вида диаграмм взаимодействия: диаграммы последовательности и кооперативные диаграммы.

Диаграммы последовательности отражают временную последовательность событий, происходящих в рамках варианта использования, а кооперативные диаграммы концентрируют внимание на связях между объектами.

Диаграмма классов определяет типы классов системы и различного рода статические связи, которые существуют между ними. На диаграммах классов изображаются также атрибуты классов, операции классов и ограничения, которые накладываются на связи между классами. Вид и интерпретация диаграммы классов существенно зависит от точки зрения (уровня абстракции) : классы могут представлять сущности предметной области (в процессе анализа) или элементы программной системы (в процессах проектирования и реализации).

Диаграммы состояний определяют все возможные состояния, в которых может находиться конкретный объект, а также процесс смены состояний объекта в результате наступления некоторых событий. Диаграммы состояний не надо создавать для каждого класса, они применяются только в сложных случаях. Если объект класса может существовать в нескольких состояниях и в каждом из них ведет себя по-разному, для него может потребоваться такая диаграмма.

Диаграммы деятельности, в отличие от большинства других средств UML, заимствуют идеи из нескольких различных методов, в частности, метода моделирования состояний SDL и сетей Петри. Эти диаграммы особенно полезны в описании поведения, включающего большое количество параллельных процессов. Диаграммы деятельности являются также полезными при параллельном программировании, поскольку можно графически изобразить все ветви и определить, когда их необходимо синхронизировать.

Диаграммы деятельности можно применять для описания потоков событий в вариантах использования. С помощью текстового описания можно достаточно подробно рассказать о потоке событий, но в сложных и запутанных потоках с множеством альтернативных ветвей будет трудно понять логику событий. Диаграммы деятельности предоставляют ту же информацию, что и текстовое описание потока событий, но в наглядной графической форме.

Диаграммы компонентов моделируют физический уровень системы. На них изображаются компоненты программного обеспечения и связи между ними. На такой диаграмме обычно выделяют два типа компонентов: исполняемые компоненты и библиотеки кода.

Каждый класс модели (или подсистема) преобразуется в компонент исходного кода. Между отдельными компонентами изображают зависимости, соответствующие зависимостям на этапе компиляции или выполнения программы.

Диаграммы компонентов применяются теми участниками проекта, кто отвечает за компиляцию и сборку системы. Они нужны там, где начинается генерация кода.

Диаграмма размещения отражает физические взаимосвязи между программными и аппаратными компонентами системы. Она является хорошим средством для того, чтобы показать размещение объектов и компонентов в распределенной системе.

Диаграмма размещения показывает физическое расположение сети и местонахождение в ней различных компонентов. Ее основными элементами являются узел (вычислительный ресурс) и соединение - канал взаимодействия узлов (сеть).

Диаграмма размещения используется менеджером проекта, пользователями, архитектором системы и эксплуатационным персоналом, чтобы понять физическое размещение системы и расположение ее отдельных подсистем.

UML обладает механизмами расширения, предназначенными для того, чтобы разработчики могли адаптировать язык моделирования к своим конкретным нуждам, не меняя при этом его метамодель. Наличие механизмов расширения принципиально отличает UML от таких средств моделирования, как IDEF0, IDEF1X, IDEF3, DFD и ERM. Перечисленные языки моделирования можно определить как сильно типизированные (по аналогии с языками программирования), поскольку они не допускают произвольной интерпретации семантики элементов моделей. UML, допуская такую интерпретацию (в основном за счет стереотипов), является слабо типизированным языком. К его механизмам расширения относятся:

стереотипы;

тегированные (именованные) значения;

ограничения.

Стереотип - это новый тип элемента модели, который определяется на основе уже существующего элемента. Стереотипы расширяют нотацию модели и могут применяться к любым элементам модели. Стереотипы классов - это механизм, позволяющий разделять классы на категории. Разработчики программного обеспечения могут создавать свои собственные наборы стереотипов, формируя тем самым специализированные подмножества UML (например, для описания бизнес-процессов, Web-приложений, баз данных и т. д.). Такие подмножества (наборы стереотипов) в стандарте языка UML носят название профилей языка.

Именованное значение - «тег = значение», или «имя = содержимое», в которых, хранится дополнительная информация о каком-либо элементе системы, например, время создания, статус разработки или тестирования, время окончания работы над ним и т. п.

Ограничение - это семантическое ограничение, имеющее вид текстового выражения на естественном или формальном языке (OCL - Object Constraint Language), которое невозможно выразить с помощью нотации UML.

2.4 Методы моделирования бизнес-процессов и спецификации требований

В 70-80-х годах началось массовое снижение конкурентоспособности американских бизнес-компаний. В частности, японские компании стали успешно конкурировать с американскими прямо на внутреннем рынке США. В связи с этим в начале 90-ъ годов появилась новая стратегия организации бизнеса, основанная на поддержке процессов. Вошли в обиход такие термины как бизнес-процесс (business process), реинжиниринг бизнеса (business reengineering), реинжиниринг бизнес-процессов (business process reengineering), моделирование бизнес-процессов (business process modeling).

...