Типы жизненного цикла программных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Жизненным циклом программного обеспечения называют период от момента появления идеи создания некоторого программного обеспечения до момента завершения его поддержки фирмой-разработчиком или фирмой, выполнявшей сопровождение. Состав процессов жизненного цикла регламентируется международным стандартом ISO/1EC 12207: 1995 «Information Technologe - Software Life Cycle Processes» («Информационные технологии - Процесс жизненного цикла программного обеспечения»). ISO - International Organization for Standardization - Международная организация по стандартизации. IЕС - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике.

Существуют 4 стратегии конструирования ПО, четыре типа ЖЦ:

q однократный проход (водопадная стратегия) -- линейная последовательность этапов конструирования (классический жизненный цикл);

q инкрементная стратегия.(инкрементный жизненный цикл - развитие классического) В начале процесса определяются все пользовательские и системные требования, оставшаяся часть конструирования выполняется в виде последовательности версий. Первая версия реализует часть запланированных возможностей, следующая версия реализует дополнительные возможности и т. д., пока не будет получена полная система;

q эволюционная стратегия.(Спиральная модель) Система также строится в виде последовательности версий, но в начале процесса определены не все требования. Требования уточняются в результате разработки версий.

q XP-процесс, упрощенный процесс разработки и проектирования, базирующийся на облегченных процессах.

1. Классический жизненный цикл и его варианты

Старейшей парадигмой процесса разработки ПО является классический жизненный цикл (автор Уинстон Ройс, 1970).

Очень часто классический жизненный цикл называют каскадной или водопадной моделью, подчеркивая, что разработка рассматривается как последовательность этапов, причем переход на следующий, иерархически нижний этап происходит только после полного завершения работ на текущем этапе (рис. 1).

Охарактеризуем содержание основных этапов.

Подразумевается, что разработка начинается на системном уровне и проходит через анализ, проектирование, кодирование, тестирование и сопровождение. При этом моделируются действия стандартного инженерного цикла.

Системный анализ задает роль каждого элемента в компьютерной системе, взаимодействие элементов друг с другом. Поскольку ПО является лишь частью большой системы, то анализ начинается с определения требований ко всем системным элементам и назначения подмножества этих требований программному «элементу». Необходимость системного подхода явно проявляется, когда формируется интерфейс ПО с другими элементами (аппаратурой, людьми, базами данных). На этом же этапе начинается решение задачи планирования проекта ПО. В ходе планирования проекта определяются объем проектных работ и их риск, необходимые трудозатраты, формируются рабочие задачи и план-график работ. Анализ требований относится к программному элементу -- программному обеспечению. Уточняются и детализируются его функции, характеристики и интерфейс.

Все определения документируются в спецификации анализа. Здесь же завершается решение задачи планирования проекта.

Рис. 1. Классический жизненный цикл разработки ПО

Проектирование состоит в создании представлений:

q архитектуры ПО;

q модульной структуры ПО;

q алгоритмической структуры ПО;

q структуры данных;

q входного и выходного интерфейса (входных и выходных форм данных).

Исходные данные для проектирования содержатся в спецификации анализа, то есть в ходе проектирования выполняется трансляция требований к ПО во множество проектных представлений. При решении задач проектирования основное внимание уделяется качеству будущего программного продукта.

Кодирование состоит в переводе результатов проектирования в текст на языке программирования.

Тестирование -- выполнение программы для выявления дефектов в функциях, логике и форме реализации программного продукта.

Сопровождение -- это внесение изменений в эксплуатируемое ПО. Цели изменений:

q исправление ошибок;

q адаптация к изменениям внешней для ПО среды;

q усовершенствование ПО по требованиям заказчика.

Сопровождение ПО состоит в повторном применении каждого из предшествующих шагов (этапов) жизненного цикла к существующей программе но не в разработке новой программы.

Как и любая инженерная схема, классический жизненный цикл имеет достоинства и недостатки.

Достоинства классического жизненного цикла: дает план и временной график по всем этапам проекта, упорядочивает ход конструирования.

Недостатки классического жизненного цикла:

1) реальные проекты часто требуют отклонения от стандартной последовательности шагов;

2)цикл основан на точной формулировке исходных требований к ПО (реально в начале проекта требования заказчика определены лишь частично);

3) результаты проекта доступны заказчику только в конце работы.

Парадигма каскадного ЖЦ модифицировалась для того , чтобы учпевать за изменением требований, например каскадная модель с макетирванием.

2. Макетирование

Достаточно часто заказчик не может сформулировать подробные требования по вводу, обработке или выводу данных для будущего программного продукта. С другой стороны, разработчик может сомневаться в приспосабливаемое™ продукта под операционную систему, форме диалога с пользователем или в эффективности реализуемого алгоритма. В этих случаях целесообразно использовать макетирование.

Основная цель макетирования -- снять неопределенности в требованиях заказчика.

Макетирование (прототипирование) -- это процесс создания модели требуемого программного продукта.

Модель может принимать одну из трех форм:

1) бумажный макет или макет на основе ПК (изображает или рисует человеко-машинный диалог);

2) работающий макет (выполняет некоторую часть требуемых функций);

3) существующая программа (характеристики которой затем должны быть улучшены).

Достоинство макетирования: обеспечивает определение полных требований к ПО.

Недостатки макетирования:

q заказчик может принять макет за продукт;

q разработчик может принять макет за продукт.

Поясним суть недостатков. Когда заказчик видит работающую версию ПО, он перестает сознавать, что детали макета скреплены «жевательной резинкой и проволокой»; он забывает, что в погоне за работающим вариантом оставлены нерешенными вопросы качества и удобства сопровождения ПО. Когда заказчику говорят, что продукт должен быть перестроен, он начинает возмущаться и требовать, чтобы макет «в три приема» был превращен в рабочий продукт. Очень часто это отрицательно сказывается на управлении разработкой ПО.

С другой стороны, для быстрого получения работающего макета разработчик часто идет на определенные компромиссы. Могут использоваться не самые подходящие язык программирования или операционная система. Для простой демонстрации возможностей может применяться неэффективный алгоритм. Спустя некоторое время разработчик забывает о причинах, по которым эти средства не подходят. В результате далеко не идеальный выбранный вариант интегрируется в систему.

Очевидно, что преодоление этих недостатков требует борьбы с житейским соблазном -- принять желаемое за действительное.

3. Инкрементная модель

Инкрементная модель является классическим примером инкрементной стратегии конструирования (рис. 2). Она объединяет элементы последовательной водопадной модели с итерационной философией макетирования.

Каждая линейная последовательность здесь вырабатывает поставляемый инкремент ПО. Например, ПО для обработки слов в 1-м инкременте реализует функции базовой обработки файлов, функции редактирования и документирования; во 2-м инкременте -- более сложные возможности редактирования и документирования; в 3-м инкременте -- проверку орфографии и грамматики; в 4-м инкременте -- возможности компоновки страницы.

Первый инкремент приводит к получению базового продукта, реализующего базовые требования (правда, многие вспомогательные требования остаются нереализованными).

План следующего инкремента предусматривает модификацию базового продукта, обеспечивающую дополнительные характеристики и функциональность.

По своей природе инкрементный процесс итеративен, но, в отличие от макетирования, инкрементная модель обеспечивает на каждом инкременте работающий продукт.

Рис. 2. Инкрементная модель

Забегая вперед, отметим, что современная реализация инкрементного подхода -- экстремальное программирование ХР (Кент Бек, 1999). Оно ориентировано на очень малые приращения функциональности.

4. Быстрая разработка приложений

Модель быстрой разработки приложений (Rapid Application Development) -- второй пример применения инкрементной стратегии конструирования.

RAD-модель обеспечивает экстремально короткий цикл разработки. RAD -- высокоскоростная адаптация линейной последовательной модели, в которой быстрая разработка достигается за счет использования компонентно-ориентированного конструирования. Если требования полностью определены, а проектная область ограничена, RAD-процесс позволяет группе создать полностью функциональную систему за очень короткое время (60-90 дней). RAD-подход ориентирован на разработку информационных систем и выделяет следующие этапы. Применение RAD возможно в том случае, когда каждая главная функция может быть завершена за 3 месяца. Каждая главная функция адресуется отдельной группе разработчиков, а затем интегрируется в целую систему.

Применение RAD имеет- и свои недостатки, и ограничения.

1. Для больших проектов в RAD требуются существенные людские ресурсы (необходимо создать достаточное количество групп).

2. RAD применима только для таких приложений, которые могут декомпозироваться на отдельные модули и в которых производительность не является критической величиной.

3. RAD не применима в условиях высоких технических рисков (то есть при использовании новой технологии).

5. Спиральная модель

Спиральная модель -- классический пример применения эволюционной стратегии конструирования.

Спиральная модель (автор Барри Боэм, 1988) базируется на лучших свойствах классического жизненного цикла и макетирования, к которым добавляется новый элемент -- анализ риска, отсутствующий в этих парадигмах.

Рис. 3. Спиральная модель: 1 -- начальный сбор требований и планирование проекта; 2 -- та же работа, но на основе рекомендаций заказчика; 3 -- анализ риска на основе начальных требований; 4 -- анализ риска на основе реакции заказчика; 5 -- переход к комплексной системе; 6 -- начальный макет системы; 7 -- следующий уровень макета; 8 -- сконструированная система; 9 -- оценивание заказчиком

Как показано на рис. 3, модель определяет четыре действия, представляемые четырьмя квадрантами спирали.

1. Планирование -- определение целей, вариантов и ограничений.

2. Анализ риска -- анализ вариантов и распознавание/выбор риска.

3. Конструирование -- разработка продукта следующего уровня.

4. Оценивание -- оценка заказчиком текущих результатов конструирования.

Интегрирующий аспект спиральной модели очевиден при учете радиального измерения спирали. С каждой итерацией по спирали (продвижением от центра к периферии) строятся все более полные версии ПО.

В первом витке спирали определяются начальные цели, варианты и ограничения, распознается и анализируется риск. Если анализ риска показывает неопределенность требований, на помощь разработчику и заказчику приходит макетирование (используемое в квадранте конструирования). Для дальнейшего определения проблемных и уточненных требований может быть использовано моделирование. Заказчик оценивает инженерную (конструкторскую) работу и вносит предложения по модификации (квадрант оценки заказчиком). Следующая фаза планирования и анализа риска базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали результаты анализа риска формируются в виде «продолжать, не продолжать». Если риск слишком велик, проект может быть остановлен.

В большинстве случаев движение по спирали продолжается, с каждым шагом продвигая разработчиков к более общей модели системы. В каждом цикле по спирали требуется конструирование (нижний правый квадрант), которое может быть реализовано классическим жизненным циклом или макетированием. Заметим, что количество действий по разработке (происходящих в правом нижнем квадранте) возрастает по мере продвижения от центра спирали.

Достоинства спиральной модели:

1) наиболее реально (в виде эволюции) отображает разработку программного обеспечения;

2) позволяет явно учитывать риск на каждом витке эволюции разработки;

3) включает шаг системного подхода в итерационную структуру разработки;

4) использует моделирование для уменьшения риска и совершенствования программного изделия.

Недостатки спиральной модели:

1) новизна (отсутствует достаточная статистика эффективности модели);

2) повышенные требования к заказчику;

3) трудности контроля и управления временем разработки.

6. Компонентно-ориентированная модель

Компонентно-ориентированная модель является развитием спиральной модели и тоже основывается на эволюционной стратегии конструирования. В этой модели конкретизируется содержание квадранта конструирования -- оно отражает тот факт, что в современных условиях новая разработка должна основываться на повторном использовании существующих программных компонентов (рис. 4).

Рис. 4. Компонентно-ориентированная модель

программный макетирование инкрементный

Программные компоненты, созданные в реализованных программных проектах, хранятся в библиотеке. В новом программном проекте, исходя из требований заказчика, выявляются кандидаты в компоненты. Далее проверяется наличие этих кандидатов в библиотеке. Если они найдены, то компоненты извлекаются из библиотеки и используются повторно. В противном случае создаются новые компоненты, они применяются в проекте и включаются в библиотеку.

Достоинства компонентно-ориентированной модели:

1) уменьшает на 30% время разработки программного продукта;

2) уменьшает стоимость программной разработки до 70%;

3) увеличивает в полтора раза производительность разработки.

7. ХР-процесс

Экстремальное программирование (eXtreme Programming, XP) -- облегченный (подвижный) процесс (или методология), главный автор которого -- Кент Бек (1999). ХР-процесс ориентирован на группы малого и среднего размера, строящие программное обеспечение в условиях неопределенных или быстро изменяющихся требований. ХР-группу образуют до 10 сотрудников, которые размещаются в одном помещении.

Основная идея ХР -- устранить высокую стоимость изменения, характерную для приложений с использованием объектов, паттернов* и реляционных баз данных. Поэтому ХР-процесс должен быть высокодинамичным процессом. ХР-группа имеет дело с изменениями требований на всем протяжении итерационного цикла разработки, причем цикл состоит из очень коротких итераций. Четырьмя базовыми действиями в ХР-цикле являются: кодирование, тестирование, выслушивание заказчика и проектирование. Динамизм обеспечивается с помощью четырех характеристик: непрерывной связи с заказчиком (и в пределах группы), простоты (всегда выбирается минимальное решение), быстрой обратной связи (с помощью модульного и функционального тестирования).

Тот, кто принимает принцип «минимального решения» за хакерство, ошибается, в действительности ХР -- строго упорядоченный процесс. Простые решения, имеющие высший приоритет, в настоящее время рассматриваются как наиболее ценные части системы, в отличие от проектных решений, которые пока не нужны, а могут (в условиях изменения требований и операционной среды) и вообще не понадобиться.

Базис ХР образуют перечисленные ниже двенадцать методов.

1. Игра планирования (Planning game) -- быстрое определение области действия следующей реализации путем объединения деловых приоритетов и технических оценок. Заказчик формирует область действия, приоритетность и сроки с точки зрения бизнеса, а разработчики оценивают и прослеживают продвижение (прогресс).

2. Частая смена версий (Small releases) -- быстрый запуск в производство простой системы. Новые версии реализуются в очень коротком (двухнедельном) цикле.

3. Метафора (Metaphor) -- вся разработка проводится на основе простой, общедоступной истории о том, как работает вся система.

4. Простое проектирование (Simple design) -- проектирование выполняется настолько просто, насколько это возможно в данный момент.

5.Тестирование (Testing) -- непрерывное написание тестов для модулей, которые должны выполняться безупречно; заказчики пишут тесты для демонстрации законченности функций. «Тестируй, а затем кодируй» означает, что входным критерием для написания кода является «отказавший» тестовый вариант.

6. Реорганизация (Refactoring) -- система реструктурируется, но ее поведение не изменяется; цель -- устранить дублирование, улучшить взаимодействие, упростить систему или добавить в нее гибкость.

7. Парное программирование (Pair programming) -- весь код пишется двумя программистами, работающими на одном компьютере.

8. Коллективное владение кодом (Collective ownership) -- любой разработчик может улучшать любой код системы в любое время.

9. Непрерывная интеграция (Continuous integration) -- система интегрируется и строится много раз в день, по мере завершения каждой задачи. Непрерывное регрессионное тестирование, то есть повторение предыдущих тестов, гарантирует, что изменения требований не приведут к регрессу функциональности.

10.40-часовая неделя (40-hour week) -- как правило, работают не более 40 часов в неделю. Нельзя удваивать рабочую неделю за счет сверхурочных работ.

11. Локальный заказчик (On-site customer) -- в группе все время должен находиться представитель заказчика, действительно готовый отвечать на вопросы разработчиков.

12. Стандарты кодирования (Coding standards) -- должны выдерживаться правила, обеспечивающие одинаковое представление программного кода во всех частях программной системы.

Игра планирования и частая смена версий зависят от заказчика, обеспечивающего набор «историй» (коротких описаний), характеризующих работу, которая будет выполняться для каждой версии системы. Версии генерируются каждые две недели, поэтому разработчики и заказчик должны прийти к соглашению о том, какие истории будут осуществлены в пределах двух недель. Полную функциональность, требуемую заказчику, характеризует пул историй; но для следующей двухнедельной итерации из пула выбирается подмножество историй, наиболее важное для заказчика. В любое время в пул могут быть добавлены новые истории, таким образом, требования могут быстро изменяться. Однако процессы двухнедельной генерации основаны на наиболее важных функциях, входящих в текущий пул, следовательно, изменчивость управляется. Локальный заказчик обеспечивает поддержку этого стиля итерационной разработки.

«Метафора» обеспечивает глобальное «видение» проекта. Она могла бы рассматриваться как высокоуровневая архитектура, но ХР подчеркивает желательность проектирования при минимизации проектной документации. Точнее говоря, ХР предлагает непрерывное перепроектирование (с помощью реорганизации), при котором нет нужды в детализированной проектной документации, а для инженеров сопровождения единственным надежным источником информации является программный код. Обычно после написания кода проектная документация выбрасывается. Проектная документация сохраняется только в том случае, когда заказчик временно теряет способность придумывать новые истории. Тогда систему помещают в «нафталин» и пишут руководство страниц на пять-десять по «нафталиновому» варианту системы. Использование реорганизации приводит к реализации простейшего решения, удовлетворяющего текущую потребность. Изменения в требованиях заставляют отказываться от всех «общих решений».

Парное программирование -- один из наиболее спорных методов в ХР, оно влияет на ресурсы, что важно для менеджеров, решающих, будет ли проект использовать ХР. Может показаться, что парное программирование удваивает ресурсы, но исследования доказали: парное программирование приводит к повышению качества и уменьшению времени цикла. Для согласованной группы затраты увеличиваются на 15%, а время цикла сокращается на 40-50%. Для Интернет-среды увеличение скорости продаж покрывает повышение затрат. Сотрудничество улучшает процесс решения проблем, улучшение качества существенно снижает затраты сопровождения, которые превышают стоимость дополнительных ресурсов по всему циклу разработки.

Коллективное владение означает, что любой разработчик может изменять любой фрагмент кода системы в любое время. Непрерывная интеграция, непрерывное регрессионное тестирование и парное программирование ХР обеспечивают защиту от возникающих при этом проблем.

«Тестируй, а затем кодируй» -- эта фраза выражает акцент ХР на тестировании. Она отражает принцип, по которому сначала планируется тестирование, а тестовые варианты разрабатываются параллельно анализу требований, хотя традиционный подход состоит в тестировании «черного ящика». Размышление о тестировании в начале цикла жизни -- хорошо известная практика конструирования ПО (правда, редко осуществляемая практически).

Основным средством управления ХР является метрика, а среда метрик -- «большая визуальная диаграмма». Обычно используют 3-4 метрики, причем такие, которые видимы всей группе. Рекомендуемой в ХР метрикой является «скорость проекта» -- количество историй заданного размера, которые могут быть реализованы в итерации.

Размещено на Allbest.ru