Жизненный цикл процесса разработки. Жизненный цикл программного обеспечения ис. Жизненный цикл ПО

Понятие «жизненный цикл» предполагает нечто рождаю­щееся, развивающееся и умирающее. Подобно живому организму программные изделия создаются, эксплуатируются и развиваются во времени.

Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя все этапы его развития: от возникновения потребности в нем до полного прекращения его использования вследствие морального старения или потери необходимости решения соответствующих задач.

Можно выделить несколько фаз существования программного изделия в течение его жизненного цикла. Общепринятых названий для этих фаз и их числа пока еще нет. Но и особых разногласий по этому вопросу нет. Поэтому существует несколько вариантов разбиения жизненного цикла программного обеспечения на этапы. Вопрос о том, лучше ли данное конкретное разбиение, чем другие, не является основным. Главное, необходимо пра­вильно организовать разработку программного обеспечения с их учетом.

По длительности жизненного цикла программные изделия можно разделить на два класса: с малым и большим временем жизни. Этим классам программ соответствуют гибкий (мягкий) подход к их созданию и использованию и жесткий промыш­ленный подход регламентированного проектирования и эксплуа­тации программных изделий. В научных организациях и вузах, например, преобладают разработки программ первого класса, а в проектных и промышленных организациях - второго.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации создаются в основном для решения научных и инженерных задач, для получения конкретных результатов вычислений. Такие прог­раммы обычно относительно невелики. Они разрабатываются одним специалистом или маленькой группой. Главная идея программы обсуждается одним программистом и конечным пользователем. Некоторые детали заносятся на бумагу, и проект реализуется в течение нескольких дней или недель. Они не предназначены для тиражирования и передачи для последующего использования в другие коллективы. По существу, такие прог­раммы являются частью научно-исследовательской работы и не могут рассматриваться как отчуждаемые программные изделия.

Их жизненный цикл состоит из длительного интервала сис­темного анализа и формализации проблемы, значительного этапа проектирования программ и относительно небольшого времени эксплуатации и получения результатов. Требования, предъяв­ляемые к функциональным и конструктивным характеристикам, как правило, не формализуются, отсутствуют оформленные испытания программ. Показатели их качества контролируются только разработчиками в соответствии с их неформальными представлениями.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации

Сопровождение и модификация таких программ не обязатель­ны, и их жизненный цикл завершается после получения резуль­татов вычислений. Основные затраты в жизненном цикле таких программ приходятся на этапы системного анализа и проектирования, которые продолжаются от месяца до 1…2 лет, в результате

чего жизненный цикл программного изделия редко превышает 3 года.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации создаются для регулярной обработки информации и управления. Структура таких программ сложная. Их размеры могут изменяться в широких пределах (1...1000 тыс. команд), однако все они обладают свойствами познаваемости и возможности модифи­кации в процессе длительного сопровождения и использования различными специалистами. Программные изделия этого класса допускают тиражирование, они сопровождаются документацией как промышленные изделия и представляют собой отчуждаемые от разработчика программные продукты.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации

Их проектированием и эксплуатацией занимаются большие коллективы специалистов, для чего необходима формализация программной системы, а также формализованные испытания и определение достигнутых показателей качества конечного про­дукта. Их жизненный цикл составляет 10...20 лет. До 70...90 % этого времени приходится на эксплуатацию и сопровождение. Вследствие массового тиражирования и длительного сопровождения совокупные затраты в процессе эксплуатации и сопровождения таких программных изделий значительно превышают затраты на системный анализ и проектирование.

Все последующее изложение акцентирует внимание на теме разработки крупных (сложных) программных средств управления и обработки информации.

Обобщенная модель жизненного цикла программного изделия может выглядеть так:

I . Системный анализ:

а) исследования;

б) анализ осуществимости:

Эксплуатационной;

Экономической;

Коммерческой.

II . Проектирование программного обеспечения:

а) конструирование:

Функциональная декомпозиция системы, ее архитектура;

Внешнее проектирование программного обеспечения;

Проектирование базы данных;

Архитектура программного обеспечения;

б) программирование:

Внутреннее проектирование программного обеспечения;

Внешнее проектирование программных модулей;

Внутреннее проектирование программных модулей;

Кодирование;

Отладка программ;

Компоновка программ;

в) отладка программного обеспечения.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения.

IV . Использование программного обеспечения:

а) эксплуатация;

б) сопровождение.

I . Системный анализ. В начале разработки программного обеспечения проводят системный анализ (предварительное его проектирование), в ходе которого определяются потребность в нем, его назначение и основные функциональные характе­ристики. Оцениваются затраты и возможная эффективность применения будущего программного изделия.

На этом этапе составляется перечень требований, то есть четкое определение того, что пользователь ожидает от готового продукта. Здесь же осуществляется постановка целей и задач, ради реализации которых и разрабатывается сам проект. В фазе систем­ного анализа можно выделить два направления: исследование и анализ осуществимости.

Исследования начинаются с того момента, когда руководитель разработки осознает потребность в программном обеспечении.

Работа состоит в планировании и координации действий, необходимых для подготовки формального рукописного перечня требований к разрабатываемому программному изделию.

Исследования заканчиваются тогда, когда требования сформи­рованы в таком виде, что становятся обозримыми и при необ­ходимости могут быть модифицированы и одобрены ответствен­ным руководителем.

Анализ осуществимости есть техническая часть исследований и начинается тогда, когда намерение руководства окрепнет настолько, что назначается руководитель проекта, организующий проектирование и распределение ресурсов (рабочей силы).

Работа заключается в исследовании предполагаемого прог­раммного изделия с целью получения практической оценки возможности реализации проекта, в частности определяются:

- осуществимость эксплуатационная , будет ли изделие доста­точно удобно для практического использования?

- осуществимость экономическая , приемлема ли стоимость разрабатываемого изделия? Какова эта стоимость? Будет ли изделие экономически эффективным инструментом в руках пользователя?

- осуществимость коммерческая, будет ли изделие привлека­тельным, пользоваться спросом, легко устанавливаемым, прис­пособленным к обслуживанию, простым в освоении?

Эти и другие вопросы необходимо решать главным образом при рассмотрении указанных выше требований.

Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.

Прежде чем продолжить дальнейшую работу над проектом необходимо удостовериться, что вся необходимая информация получена. Эта информация должна быть точной, понятной и осуществимой. Она должна представлять собой полный комплекс требований удовлетворяющих пользователя к разрабатываемому программному продукту, оформляемый в виде спецификации.

При несоблюдении данного требования можно значительно замедлить реализацию проекта в будущем вследствие много­кратного повторного обращения к пользователю за уточнением неверно трактованных деталей, неоговоренных условий и, как следствие, потребуется переделка уже разработанных его частей.

Часто в период системного анализа принимается решение о прекращении дальнейшей разработки программного обеспе­чения.

II . Проектирование программного обеспечения. Проектиро­вание является основной и решающей фазой жизненного цикла программного обеспечения, во время которого создается и на 90% приобретает свою окончательную форму программное из­делие.

Эта фаза жизни охватывает различные виды деятельности проекта и может быть разделена на три основных этапа: конст­руирование, программирование и отладку программного из­делия.

Конструирование программного обеспечения обычно начи­нается ещё в фазе анализа осуществимости, как только оказы­ваются зафиксированными на бумаге некоторые предварительные цели и требования к нему.

К моменту утверждения требований работа в фазе конст­руирования будет в самом разгаре.

На этом отрезке жизни программного обеспечения осу­ществляют:

Функциональную декомпозицию решаемой задачи, на основе которой определяется архитектура системы этой задачи;

Внешнее проектирование программного обеспечения, вы­ражающееся в форме внешнего взаимодействия его с поль­зователем;

Проектирование базы данных, если это необходимо;

Проектирование архитектуры программного обеспечения - определение объектов, модулей и их сопряжения.

Программирование начинается уже в фазе конструирования, как только станут доступными основные спецификации на отдельные компоненты программного изделия, но не ранее утверждения соглашения о требованиях. Перекрытие фаз прог­раммирования и конструирования приводит к экономии общего времени разработки, а также к обеспечению проверки пра­вильности проектных решений, и в некоторых случаях влияет на решение ключевых вопросов.

На этом этапе выполняется работа, связанная со сборкой программного изделия. Она состоит в подробном внутреннем конструировании программного продукта, в разработке внут­ренней логики каждого модуля системы, которая затем выра­жается текстом конкретной программы.

Фаза программирования завершается, когда разработчики закончат документирование, отладку и компоновку отдельных частей программного изделия в одно целое.

Отладка программного обеспечения осуществляется после того, когда все его компоненты будут отлажены по отдельности и собраны в единый программный продукт.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения. В этой фазе программное изделие подвергается строгому системному испы­танию со стороны группы лиц, не являющихся разработчиками.

Это делается для того, чтобы гарантировать, что готовое программное изделие удовлетворяет всем требованиям и спецификациям, может быть использовано в среде пользователя, свободно от каких-либо дефектов и содержит необходимую документацию, которая точно и полно описывает программное изделие.

Фаза оценки начинается, как только все компоненты (мо­дули) собраны вместе и испытаны, т.е. после полной отладки готового программного продукта. Она заканчивается после полу­чения подтверждения, что программное изделие прошло все испытания и готово к эксплуатации.

Она продолжается так же долго, как и программирование.

IV . Использование программного обеспечения. Если системный анализ - сигнал к бою, проектирование - атака и возвращение с победой, то использование программного изделия -это ежедневная оборона, жизненно необходимая, но обычно не почетная для разработчиков.

Такое сравнение уместно ввиду того, что во время исполь­зования программного изделия исправляются ошибки, вкрав­шиеся в процессе его проектирования.

Фаза использования программного изделия начинается тогда, когда изделие передается в систему распределения.

Это то время, в течение которого изделие находится в действии и используется эффективно.

В это время выполняются обучение персонала, внедрение, настройка, сопровождение и, возможно, расширение прог­раммного изделия - так называемое продолжающееся проек­тирование.

Фаза использования заканчивается, когда изделие изымается из употребления и упомянутые выше действия прекращаются. Отметим, однако, что программное изделие может долго приме­няться кем-либо еще и после того, как фаза использования в том виде, как она определена здесь, завершится. Потому что этот некто может плодотворно использовать программное изделие у себя даже без помощи разработчика.

Использование программного продукта определяется его эксплуатацией и сопровождением.

Эксплуатация программного изделия заключается в испол­нении, функционировании его на ЭВМ для обработки инфор­мации и в получении результатов, являющихся целью его соз­дания, а также, в обеспечении достоверности и надежности выдаваемых данных.

Сопровождение программного обеспечения состоит в эксплу­атаци­ он­ ном обслуживании, развитии функциональных возможностей и повышении эксплуатационных характеристик прог­рам­ мно­ го изделия, в тиражировании и переносе программного изделия на различные типы вычислительных средств.

Сопровождение играет роль необходимой обратной связи от этапа эксплуатации.

В процессе функционирования программного обеспечения возможно обнаружение ошибок в программах, и появляется необходимость их модификации и расширения функций.

Эти доработки, как правило, ведутся одновременно с эксплу­атацией текущей версии программного изделия. После проверки подготовленных корректировок на одном из экземпляров прог­рамм очередная версия программного изделия заменяет ранее эксплуатировавшиеся или некоторые из них. При этом процесс эксплуатации программного изделия может быть практически непрерывным, так как замена версии программного изделия является кратковременной. Эти обстоятельства приводят к тому, что процесс эксплуатации версии программного изделия обычно идет параллельно и независимо от этапа сопровождения.

Перекрытие между фазами жизненного цикла программного изделия

Возможны и обычно желательны перекрытия между разными фазами жизненного цикла программного изделия. Однако не должно быть никакого перекрытия между несмежными про­цессами.

Возможна обратная связь между фазами. Например, во время одного из шагов внешнего проектирования могут быть обна­ружены погрешности в формулировке целей, тогда нужно не­медленно вернуться и исправить их.

Рассмотренная модель жизненного цикла программного изде­лия с некоторыми изменениями, может служить моделью и для малых проектов.

Например, когда проектируется единственная программа, то часто обходятся без проектирования архитектуры системы и

проектирования базы данных; процессы исходного и детального внешнего проектирования зачастую сливаются воедино и т.п.

Жизненный цикл ПО

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО).

ЖЦ – это модель различных состояний программного изделия, начиная с момента возникновения необходимости в данном программном изделии и заканчивая моментом его выхода из употребления у всех пользователей.

ЖЦ баз данных пока стандартами не регламентирован – существующие стандарты относятся только к ЖЦ программных средств.

Стандарты ЖЦ ПС могут использоваться как директивные, руководящие или рекомендательные документы.

Наиболее полно ЖЦ, технология разработки и обеспечения качества ПС отражены в стандартах ISO (International Standards Organisation – Международная организация по стандартизации). Стандарт ISO 12207:1995 – «Процессы жизненного цикла программных средств» - наиболее полно отражает архитектуру, работы, организацию и управление ЖЦ ПС.

Используемые реально в фирмах модели ЖЦ ПС в последнее время изменяются относительно приведенных в стандартах в связи с внедрением и развитием объектно-ориентированного анализа и методов быстрой разработки ПП, CASE-систем и языков четвертого поколения. В новых моделях сокращаются работы по непосредственному созданию программных компонентов и детализируются работы по системному анализу и проектированию ПС и БД.

Вообще, при создании проектов ПС и обеспечении их ЖЦ целесообразно применять выборку из всей совокупности представленных стандартов (как международных, так и национальных), а имеющиеся пробелы в стандартизации заполнять стандартами де-факто и ведомственными нормативными документами.

Профиль – это совокупность нескольких базовых стандартов и других нормативных документов, предназначенная для реализации заданной функции или группы функций.

На базе одной и той же совокупности базовых стандартов могут формироваться различные профили для разных проектов.

При сертификации информационных систем как специальный вид испытаний выделяют сертификацию на соответствие профилю. И здесь следует учитывать, что в международной стандартизации ИС принята жесткая трактовка понятия профиля - считается, что основой профиля могут быть только международные и национальные утвержденные стандарты (то есть не допускается использование стандартов де-факто и нормативных документов фирм).

Исходя уже из конкретного профиля планируется написание документации. Причем для каждого этапа жизненного цикла пишется своя документация, которая в свою очередь подразделяется на виды, в зависимости от того для каких специалистов она создается.

ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO /IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO /IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

· вспомогательные процессы , обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д.

Разработка ПО включает в себя , как правило:

· анализ;

· проектирование;

· реализацию (программирование).

Фаза разработки начинается с анализа осуществимости проекта, а далее происходит преобразование от требований пользователя в форму, доступную для реализа­ции на компьютерах.

На эту фазу прихо­дятся, как правило, 50% стоимости ПИ и 32% трудозатрат.

Эксплуатация начинается тогда, когда изделие пере­дается пользователю, находится в действии и используется.

Включает в себя:

Работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей;

Обеспечение эксплуатационной документацией;

Проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения,

Модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

Фазу сопровождения также называют фазой продолжаю­щейся разработки.

Состоит из выявления и устранения ошибок в программах и изменения их функциональных возможностей .

Практиками признано, что эта часть жизнен­ного цикла (ЖЦ) должна приниматься во внимание с момента начала разработки с целью совершенствования ПИ в соответ­ствии с потребностями пользователя.

Процесс сопровождения , продолжатся собственно параллельно эксплуатации ПИ.

Структура трудозатрат на различные виды деятельности по сопровождению такова, что на изменение функциональных возможностей ПИ уходит около 78% времени, а на выявление ошибок - 17%.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO 12207-2.

Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация - это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием , которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний ПО, обучение персонала и т.п.

Каждый процесс характеризуется:

определенными задачами и методами их решения,

исходными данными, полученными на предыдущем этапе,

результатами.

Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер : результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.

Модели жизненного цикла ПО

Стандарт ISO/IEC 12207 не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО. (Модель ЖЦ зависит от специфики ИС и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует). Его регламенты являются общими для любых моделей ЖЦ, методологий и технологий разработки. Стандарт ISO/IEC 12207 описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует в деталях, как реализовать или выполнить действия и задачи , включенные в эти процессы.

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие две основные модели ЖЦ:

· каскадная модель (70-85 г.г.);

· спиральная модель (86-90 г.г.).

В изначально существовавших однородных ИС каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки такого типа приложений применялся каскадный способ . Его основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем (рис. 1). Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

· на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

· выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Рис. 1. Каскадная схема разработки ПО

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ИС, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. В эту категорию попадают сложные расчетные системы, системы реального времени и другие подобные задачи. Однако, в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания ПО никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему:

· Выявление причин, по которым необходимо изменять проект на поздних стадиях : проверка работоспособности и реализуемости проекта приложения на ранних стадиях, как правило, не выполняется.

· Неадекватное управление рисками : риски связанные с проектом, выявляются на поздних стадиях выполнения проекта.

· Отсутствие процедуры пересмотра требований : в этой модели требования должны быть сформулированы и зафиксированы на первых стадиях разработки. Как правило, цели и задачи проекта в начале работы над проектом осознаются не полностью, и поэтому их приходится пересматривать на поздних стадиях, что приводит к значительному росту затрат на разработку и задержке выпуска продукта. Если же изменившиеся требования не учтены в проекте, заказчик не будет считать приложение отвечающим поставленным задачам.

Рис. 2 Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

Итак, основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ПО, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением.

Таким образом, в процессе создания ПО постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ПО принимал следующий вид (рис. 2):

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ (рис. 3), делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО. На нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы текущего этапа. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

В спиральной модели ЖЦ делается упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Рис. 3. Спиральная модель ЖЦ

При создании ПО может быть использована «Модель переиспользования и реверсивной инженерии».

В ней основной вес проектных решений падает на проектирование. Целью данной модели является повторное использование (переиспользование) в текущих проектах хорошо проверенных на практике «старых» проектных решений, зафиксированных в библиотеках уже законченных проектов. В процессе анализа и предварительного проектирования намечаются планы работ, в которые включены, в том числе задачи проверки альтернативных проектных решений. Затем запускаются работы по созданию запланированных прототипов по каскадной схеме. В результате выбирается одно из альтернативных решений, разрабатываемых в параллельных витках для остаточного цикла разработки продукта. Возможен выбор смешанного варианта на основе объединения результатов нескольких витков.

В случае неудачи реализованной версии возможен откат по проекту (Reengineering).

Жизненный цикл – это модель создания и использования программной системы. Он отражает различные состояния программной системы, начиная с момента возникновения необходимости в этой программной системе и принятия решения о ее создании и заканчивая полным изъятием программной системы из эксплуатации.

Международный стандарт ISOIES 12207 регламентирует структуру жизненного цикла, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания программного обеспечения. По этому стандарту жизненный цикл программного обеспечения базируется на трех группах процессов:

основные процессы жизненного цикла, то есть приобретение, поставка, разработка, эксплуатация и сопровождение;

вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов, то есть документирование, верификация, аттестация, оценка качества и другие;

организационные процессы, то есть управление проектами, создание инфраструктуры проекта и обучение.

Разработка включает в себя все работы по созданию программного обеспечения в соответствии с заданными требованиями. Сюда включаются оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка материалов, необходимых для проверки работоспособности и качества программных продуктов.

Основные этапы процесса разработки:

анализ требований заказчика;

проектирование;

реализация (программирование).

Процесс эксплуатации включает в себя работы по внедрению программного обеспечения в эксплуатацию, в том числе конфигурирование рабочих мест, обучение персонала, локализация проблем эксплуатации и устранение причин их возникновения, модификация программного обеспечения в рамках установленного регламента и подготовка предложений по модернизации системы.

Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, а также исходными данными и результатами.

Жизненный цикл программного обеспечения носит, как правило, итерационный характер, то есть реализуются этапы, начиная с самых ранних, которые циклически повторяются в соответствии с изменением требований внешних условий и введением ограничений.

Модели жизненного цикла программного обеспечения

Существует несколько моделей жизненного цикла, которые определяют порядок исполнения этапов разработки и критерии перехода от этапа к этапу. К настоящему времени наибольшее распространение получили две модели жизненного цикла: каскадная и спиральная .

В существующих ранее однородных информационных системах каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки таких приложений применялась каскадная модель жизненного цикла, которую также называют классической или водопадной .

При использовании каскадной модели разработка рассматривалась как последовательность этапов, причем переход на следующий более низкий этап происходит только после того, как полностью завершены все работы на текущем этапе. Подразумевается, что в каскадной модели разработка начинается на системном уровне и происходит через анализ, проектирование, кодирование, тестирование и сопровождение.

Рисунок 1– Основные этапы разработки каскадной модели

1. Системный анализ задает роль каждого элемента в компьютерной системе и взаимодействие элементов друг с другом. Поскольку программное обеспечение рассматривается как часть большой системы, то анализ начинается с определения требований по всем системным элементам. Необходимость системного анализа явно проявляется, когда формируется интерфейс программного обеспечения с другими элементами, т.е. с аппаратурой или базами данных. На этом же этапе начинается решение задач планирования проекта. В ходе планирования проекта определяется объем проектных работ и их риск, необходимые трудозатраты, формируются рабочие задачи и план-график работ.

Анализ требований относится к отдельному программному элементу. На этом этапе уточняются и детализируются функции каждого элемента, его характеристики и интерфейс. На этом же этапе завершается решение задачи планирования проекта.

2. Проектирование состоит в создании:

архитектуры программного обеспечения;

модульной структуры программного обеспечения;

алгоритмической структуры программного обеспечения;

структуры данных;

входного/выходного интерфейса (входных/выходных форм данных).

При решении задач проектирования основное внимание уделяется качеству будущего программного продукта.

3. Кодирование или разработка состоит в переводе результатов проектирования в код программы.

4. Тестирование – это выполнение программы на выявление дефектов в функциях, логике и форме реализации программного продукта.

5. Сопровождение – это внесение изменений в эксплуатируемое программное обеспечение с целью:

исправления ошибок;

адаптации к изменениям внешней для программного обеспечения среды;

усовершенствование программного обеспечения в соответствии с требованиями заказчика.

Достоинства применения каскадной модели:

дает план и временной график по всем этапам проекта, упорядочивая, таким образом, ход разработки;

на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, проверенный на полноту и согласованность;

выполняемые в логической последовательности этапы работы позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадная модель хорошо себя зарекомендовала при построении информационных систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно сформулировать все требования в системе, например, сложные расчетные системы, различные системы реального времени и т.д.

Недостатки каскадной модели:

реальные проекты часто требуют отклонений от стандартной последовательности шагов;

каскадная модель основана на точной формулировке исходных требований к программному обеспечению, однако реально в ряде случаев в начале проекта требования заказчика определены только частично;

результаты реализации проекта доступны заказчику только после завершения всех работ.

Из-за необходимости в процессе создания программного обеспечения постоянного возврата к предыдущим этапам и уточнения или пересмотра ранее принятых решений реальный процесс разработки программного обеспечения на основе каскадной модели может быть представлен следующей схемой (рис.2).

Рисунок 2 – Процесс разработки программного обеспечения на основе каскадной модели

Жизненный цикл программы.

Жизненный цикл программного обеспечения (ПО) - период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл - процесс построения и развития ПО.

Этапы жизненного цикла :

2. Проектирование

3. Реализация

4. Сборка, тестирование, испытание

5. Внедрение (выпуск)

6. Сопровождение

Различают 2 случая производства ПО: 1) ПО делается для конкретного заказчика. В этом случае нужно прикладную задачу преврашать в программистскую. Нужно понять как функционирует та среда, которую нужно автоматизировать (анализ бизнес-процессов). В результате появляется документация-спецификация требования, где указаны какие именно задачи д.б. решены и при каких условиях. Эту работу выполняет системный аналитик (аналитик бизнес-процессов).

2) ПО разрабатывается для рынка. Нужно проводить маркетинговые исследования и найти какого продукта на рынке нет. Это связано с большим риском. Цель – разработка спецификации требований.

Проектирование

Цель – определение общей структуры (архитектуры) ПО. Результат – спецификация ПО. Эту работу выполняет системный программист.

Реализация

Написание программного кода. Реализация включает и разработку, и тестирование, и документацию.

Сборка, тестирование, испытние

Сборка всего, что сделано разными программистами. Тестирование всего программного комплекса. Отладка – поиск и устранение причин ошибок. Испытание – уточнение технических характеристик. В результате – гарантия работоспособносит программы.

Внедрение (выпуск)

Внедрение – когда работают на одного заказчика. Включает постановку программы у заказчика, обучение заказчика, консультации, устранение ошибок и явных недостатков. Должно произойти отчуждение ПО – пользователь может работать с ПО без участия автора.

Выпуск – когда ПО разрабатывается на рынок. Начинается с этапа бета-тестирования. Соотв. версия – бета-версияю. Альфа-тестирование – тестирование людьми из той же организации, не участвовавших в разработке программ. Бета-тестирование – изготовление нескольких экземпляров ПО и отправка потенциальным заказчикам. Цель – еще раз проверить разработку ПО.

Если на рынок выпускается принципиально новый ПО, то возможно несколько бета-тестирований. После бета-тестирование – выпуск коммерческой версии.

Сопровождение

Устранение замеченных в ходе эксплуатации ошибок. Внесение непринципиальных усовершенствований. Накопление предложений для разработки следующей версии.

Модели жизненного цикла

1. Waterfall («водопад», каскадная модель)

2. Прототипирование

Сначала разрабатывается не сам программный продукт, а его прототип, содержащий решение главных проблем, стоящих перед разработчиками. После успешного завершения разработки прототипа по тем же принципам разрабатывается и настоящий программный продукт. Прототип позволяет лучше понимать требования к разрабатываемой программе. Используя прототип заказчик также может точнее сформулировать свои требования. Разработчик имеет возможность с помощью прототипа предъявить заказчику предварительные результаты своей работы.

3. Итерационная модель

Задача разделяется на подзадачи и определяется очередность их реализации т.о., чтобы каждая следующая подзадачи расширяла возможности ПО. Успех существенно зависит от того сколь удачно разделены задачи на подзадачи и как выбрана очередность. Преимущества: 1) возможность активного участия заказчика в разработке, он имеет возможность уточнить свои требования в ходе разработки; 2) возможность тестирования вновь разрабатываемых частей совместно с ранее разработанными, это уменьшит затраты на комплексную отладку; 3) во время разработки можно начинать внедрение по частям.

Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя шесть этапов:

– анализ требований;

– определение спецификаций;

– проектирование;

– кодирование;

– тестирование;

– сопровождение.

Анализ требований . При разработке программного обеспечения он исключительно важен. Ошибки, допущенные на этом этапе, даже при условии безупречного выполнения последующих этапов могут привести к тому, что разработанный программный продукт не будет соответствовать требованиям практики, сферы его применения. Для создания конкурентоспособных продуктов в ходе выполнения этого этапа должны быть получены четкие ответы на следующие вопросы:

– Что должна делать программа?

– В чем состоят реальные проблемы, разрешению которых она должна способствовать?

– Что представляют собой входные данные?

– Какими должны быть выходные данные?

– Какими ресурсами располагает проектировщик?

Определение спецификаций . Спецификация – точное и полное формальное описание свойств, характеристик и функций программы, элемента данных или другого объекта. В определенной степени этот этап можно рассматривать как формулировку выводов, следующих из результатов предыдущего этапа. Требования к программе должны быть представлены в виде ряда спецификаций, явно определяющих рабочие характеристики будущей программы. В число таких характеристик могут входить скорость выполнения, объем потребляемой памяти, гибкость применения и др.

Проектирование . На этом этапе создается общая структура программы, которая должна удовлетворять спецификациям; определяются общие принципы управления и взаимодействия между различными компонентами программы.

Кодирование . Заключается в переводе на язык программирования конструкций, записанных на языке проектирования.

Тестирование . На этом этапе производится всесторонняя проверка программ.

Сопровождение. Это этап эксплуатации системы. Каким бы изощренным ни было тестирование программ, к сожалению, в больших программных комплексах чрезвычайно тяжело устранить абсолютно все ошибки. Устранение обнаруженных при эксплуатации ошибок – первейшая задача этого этапа. Однако это далеко не все, что выполняется при сопровождении. Выполняемый в ходе сопровождения анализ опыта эксплуатации программы позволяет обнаруживать «узкие места» или неудачные проектные решения в тех или иных частях программного комплекса. В результате такого анализа может быть принято решение о проведении работ по совершенствованию разработанной системы. Сопровождение может также включать в себя проведение консультаций, обучение пользователей системы, оперативное снабжение пользователей информацией о новых версиях системы. Качественное проведение этапа сопровождения в большой степени определяет коммерческий успех программного продукта.

Тестирование . Существуют три аспекта проверки программы на:

– правильность;

– эффективность реализации;

– вычислительную сложность.

Проверка правильности удостоверяет, что программа делает в точности то, для чего она была предназначена. Математическая безупречность алгоритма не гарантирует правильности его перевода в программу. Аналогично, ни отсутствие диагностических сообщений компилятора, ни разумный вид получаемых результатов не дают достаточной гарантии правильности программы. Как правило, проверка правильности заключается в разработке и проведении набора тестов. Кроме этого, для расчета программ иногда можно сверять получаемые решения с уже известным решением. В общем случае, нельзя дать общего решения для проведения проверки на правильность программы.

Проверка вычислительной сложности, как правило, заключается в экспериментальном анализе сложности алгоритма или экспериментальном сравнении двух алгоритмов и более, решающих одну и ту же задачу.

Проверка эффективности реализации направлена на отыскание способа заставить правильную программу работать быстрее или расходовать меньше памяти. Чтобы улучшить программу, пересматриваются результаты реализации в процессе построения алгоритма. Не рассматривая все возможные варианты и направления оптимизации программ, приведем здесь некоторые полезные способы, направленные на увеличение скорости выполнения программ.

Первый способ основан на следующем правиле. Сложение и вычитание выполняются быстрее, чем умножение и деление. Целочисленная арифметика быстрее арифметики вещественных чисел. Таким образом, Х+Х лучше, чем 2*Х, где * – знак умножения. При выполнении операций над целыми числами следует помнить, что благодаря применению двоичной системы счисления умножение на числа, кратные двум, можно заменить соответствующим количеством сдвигов влево.

Второй способ заключается в удалении избыточных вычислений.

Третий способ проверки эффективности реализации основан на способности некоторых компиляторов строить коды для вычисления логических выражений так, что вычисления прекращаются, если результат становится очевидным. Например, в выражении A or В or С, если А имеет значение «истина», то переменные В и С уже не проверяются. Таким образом, можно сэкономить время, разместив переменные А, В, С так, чтобы первой стояла переменная, которая вероятнее всего будет истинной, а последней та, которая реже всего принимает истинное значение.

Четвертый прием – исключение циклов.

Пятый прием – развертывание циклов.

Это далеко не полный перечень способов оптимизации. Здесь приведены лишь самые очевидные из них. Следует, кроме того, заметить, что не всегда стоит увлекаться погоней за быстродействием, так как при этом чаще всего ухудшается удобочитаемость программ. В том случае, когда выигрыш получается «мизерный», вряд ли стоит предпочитать его ясности и читабельности программы.