Цели и задачи методологии проектирования ПО . Основные области проектирования ПО . Этапы создания ПО .
Программное обеспечение (Software) - интеллектуальный продукт, не зависящий от среды, на которой он записан, включающий программы, правила, и связанные данные, который при загрузке в область выполнения программы компьютера обеспечивает его функционирование.
Программные средства (Software product) - набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанных с ними документации и данных.
Программный продукт (Software product) - любой набор компьютерных программ, процедур и связанных с ними документации и данных, получаемых в результате разработки ПП и предназначенных для поставки пользователю [ИСО/МЭК 12207]. Примечание. Продукты включают промежуточные продукты и продукты, предназначенные для пользователей типа разработчиков и персонала сопровождения.
Разработка ПО (Software engineering) - форма разработки, которая применяет принципы информатики, информационной технологии, математики и прикладной области к достижению экономичных решений для практических проблем посредством ПО.
Проектирование программного обеспечения представляет собой процесс построения приложений реальных размеров и практической значимости, удовлетворяющих заданным требованиям функциональности и производительности.
Программирование - это один из видов деятельности, входящих в цикл разработки программного обеспечения.
Этапы создания ПО
1. Понять природу и сферу применения предлагаемого продукта.
2. Выбрать процесс разработки и создать план.
3. Собрать требования.
4. Спроектировать и собрать продукт.
5. Выполнить тестирование продукта.
6. Выпустить продукт и обеспечить его сопровождение.
Под жизненным циклом программы будем понимать совокупность этапов:
Анализ предметной области и создание ТЗ (взаимодействия с заказчиком)
Проектирование структуры программы
Кодирование (набор программного кода согласно проектной документации)
Тестирование и отладка
Внедрение программы
Сопровождение программы
Утилизация
Понятие жизненного цикла (ЖЦ) программного обеспечения. Определение ЖЦ международным стандартом ISO/IEC 12207:1995. Основные процессы ЖЦ ПО.
Жизненный цикл ПО – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.
Жизненный цикл (ЖЦ) программного обеспечения(ПО) определяется как период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.
Основным нормативным документом, регламентирующим состав процессов ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207: 1995 «Information Technology - Software Life Cycle Processes» (ISO - International Organization for 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.
В данном стандарте ПО (или программный продукт) определяется как набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанных с ними документации и данных.
Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий (набор взаимосвязанных работ), преобразующих некоторые исходные (входные данные) в выходные (результаты). Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными от других процессов, и результатами.
Каждый процесс разделен на набор действий, каждое действие – на набор задач . Каждый процесс, действие или задача инициируется и выполняется другим процессом по мере необходимости, причем не существует заранее определенных последовательностей выполнения (естественно, при сохранении связей по входным данным).
Основные процессы ЖЦ :
Заказ (приобретение);
Действие - инициирование приобретения
Действие – подготовка заявочных предложений
Действие - подготовка и корректировка договора
Действие - надзор за деятельностью поставщика
В процессе приемки подготавливаются и выполняются необходимые тесты. Завершение работ по договору осуществляется в случае удовлетворения всех условий приемки
Поставка;
Инициирование поставки
Планирование
Разработка;
Процесс разработки предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и включает следующие действия
Подготовительная работа
Анализ требований к системе
Проектирование архитектуры системы на высоком уровне заключается в определении компонентов ее оборудования, ПО и операций, выполняемых эксплуатирующим систему персоналом. Архитектура системы должна соответствовать требованиям, предъявляемым к системе, а также принятым проектным стандартам и методам.
Анализ требований к ПО
Проектирование архитектуры ПО
Кодирование и тестирование ПО
Интеграция ПО
Квалификационное тестирование ПО
Интеграция системы
Установка ПО
Приемка ПО
Эксплуатация; охватывает действия и задачи оператора – организации, эксплуатирующей систему и включает действия:
Подготовительная работа включает проведение оператором следующих задач:
планирование действий и работ, выполняемых в процессе эксплуатации, и установку эксплуатационных стандартов;
определение процедур локализации и разрешения проблем, возникающих в процессе эксплуатации.
Эксплуатационное тестирование осуществляется для каждой очередной редакции программного продукта, после чего она передается в эксплуатацию.
Эксплуатация системы
Поддержка пользователей
Процесс сопровождения предусматривает действия и задачи, выполняемые службой сопровождения. В соответствии со стандартом IEEE-90 под сопровождением понимается внесение изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.
Подготовительная работа службы сопровождения включает в себя следующие задачи:
планирование действий и работ, выполняемых в процессе сопровождения;
определение процедур локализации и разрешения проблем, возникающих в процессе сопровождения.
Анализ проблем и запросов на модификацию ПО
Модификация ПО
Проверка и приемка
Снятие ПО с эксплуатации осуществляется по решению заказчика при участии эксплуатирующей организации, службы сопровождения и пользователей. При этом программные продукты и соответствующая документация подлежат архивированию в соответствии с договором.
Понятие жизненного цикла (ЖЦ) программного обеспечения. Определение ЖЦ международным стандартом ISO/IEC 12207:1995. Вспомогательные процессы ЖЦ ПО.
См. пункт 2
Вспомогательные процессы ЖЦ :
Документирование ; формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО.
Процесс документирования включает действия:
подготовительную работу;
проектирование и разработку;
выпуск документации;
сопровождение
Управление конфигураци ей; для определения состояния компонентов ПО в системе, управления модификациями ПО, описания и подготовки отчетов о состоянии компонентов ПО и запросов на модификацию, обеспечения полноты, совместимости и корректности ПО, управления хранением и поставкой ПО. Согласно стандарте IEEE - 90 под конфигурацией ПО понимается совокупность ее функциональных и физических характеристик, установленных в технической документации и реализованных в ПО.
подготовительную работу
идентификацию конфигурации устанавливает правила, с помощью которых можно однозначно идентифицировать и различать компоненты ПО и их версии
контроль конфигурации предназначен для систематической оценки предполагаемых модификаций ПО и координированной их реализации с учетом эффективности каждой модификации и затрат на ее выполнение
учет состояния конфигурации (представляет собой регистрацию состояния компонентов ПО, подготовку отчетов обо всех реализованных и отвергнутых модификациях версий компонентов ПО). + история модификации
оценку конфигурации (заключается в оценке функциональной полноты компонентов ПО, а также соответствия их физического состояния текущему техническому описанию);
управление выпуском и поставку (охватывают изготовление эталонных копий программ и документации, их хранение и поставку пользователям в соответствии с порядком, принятым в организации).
Обеспечение качества;
Процесс обеспечения качества обеспечивает соответствующие гарантии того, что ПО и процессы его ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам. Под качеством ПО понимается совокупность свойств, которые характеризуют способность ПО удовлетворять заданным требованиям.
Процесс обеспечения качества включает действия:
подготовительная работа
обеспечение качества продукта гарантирование полного соответствия программных продуктов и их документации требованиям заказчика, предусмотренным в договоре;
обеспечение качества процесса соответствия процессов ЖЦ ПО, методов разработки, среды разработки и квалификации персонала условиям договора, установленным обеспечение прочих показателей качества системы
Верификация ; состоит в определении того, что программные продукты полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями (верификация в узком смысле означает формальное доказательство правильности ПО).
подготовительную работу;
верификацию;
В процесс верификации проверяются следующие условия:
непротиворечивость требований к системе и степень учета потребностей пользователей;
возможности поставщика выполнять заданные требования;
соответствие выбранных процессов ЖЦ ПО условиям договора;
адекватность стандартов, процедур и среды разработки процесса ЖЦ ПО;
соответствие проектных спецификаций ПО заданным требованиям;
корректность описания в проектных спецификациях входных и выходных данных, последовательности событий, интерфейсов, логики;
соответствие кода проектным спецификациям и требованиям;
тестируемость и корректность кода, его соответствие принятым стандартам кодирования;
корректность интеграции компонентов ПО в систему;
адекватность, полнота и непротиворечивость документации.
Аттестация ;
предусматривает определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы или программного продукта их конечному функциональному назначению. Под аттестацией обычно понимается подтверждение и оценка достоверности проеденного тестирования. Аттестацию рекомендуется выполнять путем тестирования во всех возможных ситуациях и использовать при этом независимых специалистов.
Совместная оценка (Совместный анализ); для оценки состояния работ по проекту и ПО.
Оценка применяется как на уровне управления проектом, так и на уровне технической реализации проекта и проводится в течение всего срока договора. Данный процесс может выполняться двумя любыми сторонами, участвующими в договоре, при этом одна сторона проверяет другую.
Процесс совместной оценки включает действия:
подготовительную работу;
оценку (анализ) управления проектом;
техническую оценку.
Аудит ;
определение соответствия требованиям, планам и условиям договора. Аудит может выполняться двумя любыми сторонами, участвующими в договоре, когда одна сторона проверяет другую. Аудит – это ревизия (проверка), проводимая компетентным органом (лицом) в целях обеспечения независимой оценки степени соответствия ПО или процессов установленным требованиям.
Разрешение (Решение) проблем .
предусматривает анализ и решение проблем (включая обнаруженные несоответствия) независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов. Каждая обнаруженная проблема должна быть идентифицирована, описана, проанализирована и разрешена.
Понятие жизненного цикла (ЖЦ) программного обеспечения. Определение ЖЦ международным стандартом ISO/IEC 12207:1995. Организационные процессы ЖЦ ПО. Взаимосвязь между процессами ЖЦ ПО.
См пункт2
Организационные процессы ЖЦ :
Управление;
состоит из действий (общих работ) и задач, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими ресурсами. Данная сторона (менеджер) отвечает за управление выпуском продукта, управление проектом и управление задачами соответствующих процессов, таких, как приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение и т.д. Например, администратор отвечает за управление проектом, поставкой, разработкой, эксплуатацией, сопровождением и др.
Процесс управления включает следующие действия:
подготовка и определение области управления . Менеджер должен убедиться, что необходимые для управления ресурсы (персонал, оборудование и технология) имеются в его распоряжении в достаточном количестве;
планирование подразумевает выполнение, как минимум, следующих задач:
составление графиков выполнения работ;
оценку затрат;
выделение требуемых ресурсов;
распределение ответственности;
оценку рисков, связанных с конкретными задачами;
создание инфраструктуры управления.
выполнение и контроль;
проверка и оценка;
завершение.
Создание инфраструктуры;
охватывает выбор и поддержку (сопровождение технологии), стандартов и инструментальных средств, выбор и установку аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО. Инфраструктура должна модифицироваться и сопровождаться в соответствии с изменениями требований к соответствующим процессам. Инфраструктура, в свою очередь, является одним из объектов управления конфигурацией.
Усовершенствование;
предусматривает оценку, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ ПО.
Обучение.
охватывает первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала.
Взаимосвязь между процессами ЖЦ ПО
Процессы ЖЦ ПО, регламентированные стандартом ISO/IEC 12207, могут использоваться различными организациями в конкретных проектах самым различным образом. Тем не менее, стандарт предлагает некоторый базовый набор взаимосвязей между процессами с различных точек зрения (рис.1). Такими аспектами являются:
договорный аспект;
аспект управления;
аспект эксплуатации;
инженерный аспект;
аспект поддержки.
В договорном аспекте заказчик и поставщик вступают в договорные отношения и реализуют соответственно процессы приобретения и поставки. В аспекте управления заказчик, поставщик, разработчик, оператор, служба сопровождения и другие участвующие в ЖЦ ПО стороны управляют выполнением своих процессов. В аспекте эксплуатации оператор, эксплуатирующий систему, предоставляет необходимые услуги пользователям. В инженерном аспекте разработчик или служба сопровождения решают соответствующие технические задачи, разрабатывая или модифицируя программные продукты. В аспекте поддержки службы, реализующие вспомогательные процессы, предоставляют необходимые услуги всем остальным участникам работ.
Взаимосвязи между процессами, описанные в стандарте, носят статический характер . Более важные динамические связи между процессами и реализующими их сторонами устанавливаются в реальных проектах.
Понятие модели и стадии ЖЦ ПО. Характеристика стадий создания ПО .
1) Международный стандарт ISO / IEC 12207: 1995 так определяет модель ЖЦ:
Под моделью ЖЦ ПО понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий, задач на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.
2) ГОСТ Р ИСО/ МЭК 12207-99 так определяет модель ЖЦ:
Модель жизненного цикла - структура, состоящая из процессов, работ и задач, включающих в себя разработку, эксплуатацию и сопровождение программного продукта, охватывающая жизнь системы от установления требований к ней до прекращения ее использования.
Под стадией создания ПО понимается часть процесса создания ПО, ограниченная некоторыми временными рамками, и заканчивающаяся выпуском какого-то конкретного продукта (моделей ПО, программных компонентов, документации), определяемого заданными для этой стадии требованиями. Стадии создания ПО выделяются по соображениям рационального планирования и организации работ, заканчивающихся заданными результатами.
В состав ЖЦ ПО обычно включают следующие стации:
Формирование требований к ПО.
Проектирование.
Реализация.
Тестирование.
Ввод в действие.
Эксплуатация и сопровождение.
Снятие с эксплуатации.
Понятие модели жизненного цикла программного обеспечения. Водопадная (каскадная) модель жизненного цикла программного обеспечения.
См пункт 5
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. 2). Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена командой специалистов на следующем этапе.
Преимущества применения каскадного способа :
на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий требованиям полноты и согласованности;
выполняемые в логической последовательности стадии работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.
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 технически как можно лучше.
В
то же время этот подход обладает рядом
недостатков, вызванных, прежде всего
тем, что реальный процесс создания
программного обеспечения никогда
полностью не укладывается в такую
жесткую схему. Процесс создания ПО
носит, как правило, итерационный
характер
:
результаты очередной стадии часто
вызывают изменения в проектных решениях,
выработанных на предыдущих стадиях.
Таким образом, постоянно возникает
потребность в возврате к предыдущим
стадиям и уточнении или пересмотре
ранее принятых решений. В результате
реальный процесс создания ПО принимает
иной вид (рис.2). 
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.
Понятие модели жизненного цикла программного обеспечения. Модель быстрой разработки приложений. См. п. 5
Одним из возможных подходов к разработке прикладного ПО в рамках спиральной модели ЖЦ является получивший широкое распространение способ так называемой быстрой разработки приложений, или RAD (Rapid Application Development). RAD предусматривает наличие трех составляющих:
небольших групп разработчиков (3-7 чел.), выполняющих работы по проектированию отдельных подсистем ПО. Это обусловлено требованием максимальной управляемости коллектива;
короткого, но тщательного проработанного производственного графика (до 3 месяцев);
повторяющегося цикла, при котором разработчики по мере того, как приложение начинает приобретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные в результате взаимодействия с заказчиком.
Команда разработчиков должна представлять собой группу профессионалов, имеющих опыт в проектировании, программировании и тестировании ПО, способных хорошо взаимодействовать с конечным пользователем и трансформировать их предложения в рабочие прототипы.
Выделяют следующие этапы процесса RAD-разработки :
Бизнес-моделирование . Моделируются информационные потоки между бизнес-функциями.
Моделирование данных . Информационный поток отображается в набор объектов данных.
Моделирование обработки . Определяются преобразования объектов данных, обеспечивающие реализацию бизнес-функций.
Генерация приложения . Используются языки программирования 4-го поколения, готовые компоненты, для конструирования утилиты автоматизации.
Тестирование и объединение . Применение повторно используемых компонентов уменьшает время тестирования.
Каждая главная функция разрабатывается отдельной группой разработчиков параллельно не более 3 месяцев, а затем они интегрируются в целую систему.
Недостатки применения RAD :
Для больших проектов требуются значительные людские ресурсы для создания групп.
Модель применима только для тех систем, которые могут декомпозироваться на отдельные модули и в которых производительность не является критической величиной.
Не применима в условиях высоких технических рисков, т.е. при использовании новой технологии.
Понятие модели жизненного цикла программного обеспечения. V-образная модель жизненного цикла программного обеспечения.
V-образная модель ЖЦ была создана с целью помочь работающей над проектом команде в планировании с обеспечением дальнейшей возможности тестирования системы. В этой модели особое значение придается действиям, направленным на верификацию и аттестацию продукта. Она демонстрирует, что тестирование продукта обсуждается, проектируется и планируется на ранних этапах жизненного цикла разработки.
План испытания приемки заказчиком разрабатывается на этапе планирования, а компоновочного испытания системы - на фазах анализа, разработки проекта и т.д. Этот процесс разработки планов испытания обозначен пунктирной линией между прямоугольниками V-образной модели.
V-образная модель была разработана как разновидность каскадной модели, а значит, унаследовала от нее такую же последовательную структуру. Каждая последующая фаза начинается по завершению получения результативных данных предыдущей фазы.
Модель демонстрирует комплексный подход к определению фаз процесса разработки ПО. В ней подчеркнуты взаимосвязи, существующие между аналитическими фазами и фазами проектирования, которые предшествуют кодированию, после которого следуют фазы тестирования. Пунктирные линии означают, что эти фазы необходимо рассматривать параллельно.
Рис. . V-модель жизненного цикла
Ниже дано краткое описание каждой фазы V-образной модели, начиная от планирования проекта и требований вплоть до приемочных испытаний:
планирование проекта и требований – определяются системные требования, а также то, каким образом будут распределены ресурсы организации с целью их соответствия поставленным требованиям (в случае необходимости на этой фазе выполняется определение функций для аппаратного и программного обеспечения);
анализ требований к продукту и его спецификации – анализ существующей на данный момент проблемы с программного обеспечения, завершается полной спецификацией ожидаемой внешней линии поведения создаваемой программной системы;
архитектура или проектирование на высшем уровне – определяет, каким образом функции ПО должны применяться при реализации проекта;
детализированная разработка проекта – определяет и документально обосновывает алгоритмы для каждого компонента, который был определен на фазе построения архитектуры. Эти алгоритмы в последствии будут преобразованы в код;
разработка программного кода – выполняется преобразование алгоритмов, определенных на этапе детализированного проектирования, в готовое программного обеспечения;
модульное тестирование – выполняется проверка каждого закодированного модуля на наличие ошибок;
интеграция и тестирование – установка взаимосвязей между группами ранее поэлементно испытанных модулей с целью подтверждения того, что эти группы работают также хорошо, как и модули, испытанные независимо друг от друга на этапе поэлементного тестирования;
системное и приемочное тестирование – выполняется проверка функционирования программной системы в целом (полностью интегрированная система), после помещения в ее аппаратную среду в соответствии со спецификацией требований к ПО;
производство, эксплуатация и сопровождение – программное обеспечение запускается в производство. На этой фазе предусмотрены также модернизация и внесение поправок;
приемочные испытания (на рис. не показаны) – позволяет пользователю протестировать функциональные возможности системы на соответствие исходным требованиям. После окончательного тестирования программного обеспечения и окружающее его аппаратное обеспечение становятся рабочими. После этого обеспечивается сопровождение системы.
преимуществ:
в модели особое значение придается планированию, направленному на верификацию и аттестацию разрабатываемого продукта на ранних стадиях его разработки. Фаза модульного тестирования подтверждает правильность детализированного проектирования. Фазы интеграции и тестирования реализуют архитектурное проектирование или проектирование на высшем уровне. Фаза тестирования системы подтверждает правильность выполнения этапа требований к продукту и его спецификации;
в модели предусмотрены аттестация и верификация всех внешних и внутренних полученных данных, а не только самого программного продукта;
в V-образной модели определение требований выполняется перед разработкой проекта системы, а проектирование программного обеспечения - перед разработкой компонентов;
модель определяет продукты, которые должны быть получены в результате процесса разработки, причем каждые полученные данные должны подвергаться тестированию;
благодаря модели менеджеры проекта может отслеживать ход процесса разработки, так как в данном случае вполне возможно воспользоваться временной шкалой, а завершение каждой фазы является контрольной точкой;
модель проста в использовании (относительно проекта, для которого она является приемлемом).
недостатки :
с ее помощью непросто справиться с параллельными событиями;
в ней не учтены итерации между фазами;
в модели не предусмотрено внесение требования динамических изменений на разных этапах ЖЦ;
тестирование требований в ЖЦ происходит слишком поздно, вследствие чего невозможно внести изменения, не повлияв при этом на график выполнения проекта;
в модель не входят действия, направленные на анализ рисков.
С целью преодоления этих недостатков V-образную модель можно модифицировать, включив в нее итерационные циклы, предназначенные для разрешения изменений в требованиях за рамками фазы анализа.
Подобно своей предшественнице, каскадной модели, V-образная модель лучше всего срабатывает тогда, когда вся информация о требованиях доступна заранее. Общераспространенная модификация V-образной модели, направленная на преодоление ее недостатков, включает в себя внесение итерационных циклов для разрешения изменения в требованиях за рамками фазы анализа.
Использование модели эффективно в том случае, когда доступными являются информация о методе реализации решения и технология, а персонал владеет необходимыми умениями и опытом в работе с данной технологией.
V-образная модель - это отличный выбор для систем, в которых требуется высокая надежность, таких как прикладные программы для наблюдения за пациентами в клиниках, а также встроенное программного обеспечения для устройств управления аварийными подушками безопасности в автомобилях.
Понятие модели жизненного цикла программного обеспечения. Спиральная модель Боэма жизненного цикла программного обеспечения.
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 ранее.
Как показано на рис. 3, модель определяет четыре действия, представляемые четырьмя квадрантами спирали:
Планирование - определение целей, вариантов и ограничений.
Анализ риска - анализ вариантов и распознавание/выбор риска.
Конструирование - разработка продукта следующего уровня.
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.
Структура ЖЦ ПО в соответствии со стандартом ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов (рис. 1):
· 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).
Рис. 1. Процессы жизненного цикла программного обеспечения.
Процесс приобретения (acquisition process). Он состоит из действий
и задач заказчика, приобретающего ПО. Данный процесс охватывает следующие действия:
1) инициирование приобретения;
2) подготовку заявочных предложений;
3) подготовку и корректировку договора;
4) надзор за деятельностью поставщика;
5) приемку и завершение работ.
Процесс поставки (supply process). Он охватывает действия и задачи, выполняемые поставщиком, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой. Данный процесс включает следующие действия:
1) инициирование поставки;
2) подготовку ответа на заявочные предложения;
3) подготовку договора;
4) планирование;
5) выполнение и контроль;
6) проверку и оценку;
7) поставку и завершение работ.
Процесс разработки (development process). Он предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию ПО и его компонентов 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.
Процесс разработки включает следующие действия:
1) анализ требований к системе;
2) проектирование архитектуры системы;
3) анализ требований к ПО;
4) проектирование архитектуры ПО;
5) детальное проектирование ПО;
6) кодирование и тестирование ПО;
7) интеграцию ПО;
8) квалификационное тестирование ПО;
9) интеграцию системы;
10) квалификационное тестирование системы;
11) установку ПО;
12) приемку ПО.
Процесс эксплуатации (operation process). Он охватывает действия и задачи оператора - организации, эксплуатирующей систему. Данный процесс включает следующие действия:
1) эксплуатационное тестирование;
2) эксплуатацию системы;
3) поддержку пользователей.
Процесс сопровождения (maintenance process). Он предусматривает действия и задачи, выполняемые сопровождающей организацией (службой сопровождения). Данный процесс активизируется при изменениях (модификациях) программного продукта и соответствующей документации, вызванных возникшими проблемами или потребностями в модернизации либо адаптации ПО. В соответствии со стандартом IEEE-90 под сопровождением понимается внесение изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или
требованиям. Изменения, вносимые в существующее ПО, не должны нарушать
его целостность. Процесс сопровождения включает перенос ПО в другую среду (миграцию) и заканчивается снятием ПО с эксплуатации.
Процесс сопровождения охватывает следующие действия:
1) анализ проблем и запросов на модификацию ПО;
2) модификацию ПО;
3) проверку и приемку;
4) перенос ПО в другую среду;
5) снятие ПО с эксплуатации.
В группу вспомогательных процессов включены:
Документирование;
Управление конфигурацией; обеспечение качества;
Верификация; аттестация;
Совместная оценка;
Разрешение проблем.
Процесс документирования (documentation process). Он предусматривает формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО. Процесс документирования включает следующие действия:
1) проектирование и разработку;
2) выпуск документации;
3) сопровождение документации.
Процесс управления конфигурацией (configuration management process). Он предполагает применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО в системе, управления модификациями ПО, описания и подготовки отчетов о состоянии компонентов ПО и запросов на модификацию, обеспечения полноты, совместимости и корректности компонентов ПО, управления хранением и поставкой ПО. Согласно стандарту IEEE-90 под конфигурацией ПО понимается совокупность его функциональных и физических ха-
рактеристик, установленных в технической документации и реализованных в ПО.
Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации по управлению конфигурацией ПО отражены в проекте стандарта ISO/I EC CD 12207-2: 1995 "Information Technology - Software Life Cycle Processes. Part 2.
Configuration Management for Software". Процесс управления конфигурацией включает следующие действия:
1) идентификацию конфигурации;
2) контроль конфигурации;
3) учет состояния конфигурации;
4) оценку конфигурации;
5) управление выпуском и поставку.
Процесс обеспечения качества (quality assurance process). Он обеспечивает соответствующие гарантии того, что ПО и процессы его ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам. Под качеством ПО понимается совокупность свойств, которые характеризуют способность ПО удовлетворять заданным требованиям. Для получения достоверных оценок создаваемого ПО процесс обеспечения его качества должен происходить независимо от субъектов, непосредственно связанных с разработкой ПО. При этом могут использоваться результаты других вспомогательных процессов, таких, как верификация, аттестация, совместная оценка, аудит и разрешение проблем. Процесс обеспечения качества включает следующие действия:
1) обеспечение качества продукта;
2) обеспечение качества процесса;
3) обеспечение прочих показателей качества системы.
Процесс верификации (verification process). Он состоит в определении того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями (верификация в узком смысле означает формальное доказательство правильности ПО).
Процесс аттестации (validation process). Он предусматривает определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы или программного продукта их конкретному функциональному назначению. Под аттестацией обычно понимается подтверждение и оценка достоверности проведенного тестирования ПО.
Процесс совместной оценки (joint review process). Он предназначен для оценки состояния работ по проекту и ПО, создаваемого при выполнении данных работ (действий). Он сосредоточен в основном на контроле планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой и инструментальными средствами проекта.
Процесс аудита (audit process). Он представляет собой определение соответствия требованиям, планам и условиям договора.
Процесс разрешения проблем (problem resolution process). Он предусматривает анализ и решение проблем (включая обнаруженные несоответствия) независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов. Каждая обнаруженная проблема должна быть идентифицирована, описана, проанализирована и разрешена.
В группу организационных процессов ЖЦ ПО входят:
Управление;
Создание инфраструктуры;
Усовершенствование;
Выпуск новых версий;
Обучение.
Процесс управления (management process). Он состоит из действий и задач, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами. Данная сторона (менеджер) отвечает за управление выпуском продукта, управление проектом и управление задачами соответствующих процессов, таких, как приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение и др.
Процесс создания инфраструктуры (infrastructure process). Он охватывает выбор и поддержку (сопровождение) технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установку аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО. Инфраструктура должна модифицироваться и сопровождаться в соответствии с изменениями требований к соответствующим процессам. Инфраструктура, в свою очередь, является одним из объектов управления конфигурацией.
Процесс усовершенствования (improvement process). Он предусматривает оценку, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ ПО. Усовершенствование процессов ЖЦ ПО направлено на повышение производительности труда всех участвующих в них специалистов за счет совершенствования используемой технологии, методов управления, выбора инструментальных средств и обучения
персонала.
Процесс обучения (training process). Он охватывает первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала.
Процесс управления конфигурацией включает административные и технические процедуры на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО , описания и подготовки отчетов о состоянии компонентов ПО и запросов на модификацию, обеспечения полноты, совместимости и корректности компонентов ПО , управления хранением и поставкой ПО .
Согласно стандарту IEEE-90 под конфигурацией ПО понимается совокупность его функциональных и физических характеристик, установленных в технической документации и реализованных в ПО . Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации по управлению конфигурацией ПО отражены в стандарте ISO / IEC 15288 " Information Technology . Software Life Cycle Process. Configuration Management for Software ".
Процесс управления конфигурацией включает следующие действия:
Процесс обеспечения качества должен обеспечивать гарантии того, что ПО и процессы его ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам. Под качеством ПО понимается совокупность свойств, которая характеризует способность ПО удовлетворять заданным требованиям. Для получения достоверных оценок о создаваемом ПО процесс обеспечения его качества должен происходить независимо от субъектов, непосредственно связанных с разработкой программного продукта. При этом могут использоваться результаты других вспомогательных процессов, таких как верификация , аттестация , совместная оценка, аудит и разрешение проблем.
Процесс обеспечения качества включает следующие действия:
Процесс верификации состоит в определении того факта, что ПО , являющееся результатом некоторой деятельности, полностью удовлетворяет требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями. Для повышения эффективности всего процесса ЖЦ ПО верификация должна как можно раньше интегрироваться с использующими ее процессами (т.е. с поставкой, разработкой, эксплуатацией). Процесс верификации может включать анализ , оценку и тестирование.
Верификация может проводиться с различными степенями независимости (от самого исполнителя до специалистов другой организации, не зависящей от поставщика, разработчика и т.д.). В процессе верификации проверяются следующие условия:
Процесс аттестации предназначен для определения полноты соответствия заданных требований и созданного ПО их конкретному функциональному назначению (тому, что требуется потребителю). Под аттестацией обычно понимается подтверждение и оценка достоверности проведенного тестирования программного продукта. Аттестация должна гарантировать полное соответствие ПО спецификациям, требованиям и документации, а также возможность безопасного и надежного применения ПО пользователем.
Аттестация , как и верификация , может осуществляться с различными степенями независимости (вплоть до организации, не зависящей от поставщика, разработчика, оператора или службы сопровождения).
Процесс совместной оценки предназначен для оценки состояния работ по проекту и программному продукту, создаваемому при выполнении этих работ . Он сосредоточен в основном на контроле планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой и инструментальными средствами проекта.
Оценка применяется как на уровне управления проектом, так и на уровне технической реализации проекта и проводится в течение всего срока действия договора. Данный процесс может выполняться двумя сторонами, участвующими в договоре, при этом одна сторона проверяет другую.
Процесс аудита представляет собой определение соответствия проекта и продукта требованиям, планам и условиям договора. Аудит может выполняться двумя любыми сторонами, участвующими в договоре, когда одна сторона проверяет другую.
Аудит – это ревизия (проверка), проводимая компетентным органом (лицом) в целях обеспечения независимой оценки степени соответствия ПО или процессов установленным требованиям.
Аудит служит для установления соответствия реальных работ и отчетов требованиям, планам и контракту. Аудиторы не должны иметь прямой зависимости от разработчиков ПО . Они определяют состояние работ , использование ресурсов, соответствие документации спецификациям и стандартам, корректность тестирования и др.
Процесс разрешения проблем предусматривает анализ и разрешение проблем (включая обнаруженные несоответствия), которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации или других процессов независимо от их происхождения или источника.
Процесс управления состоит из действий и задач, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами. Данная сторона ( менеджер ) отвечает за управление выпуском продукта,
В области ИТ наиболее значимые с точки зрения практики стандарты публикуются следующими организациями:
Необходимость стандартизации разработки программного обеспечения наиболее удачно описана во введении стандарта ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 «Информационная технология. Процессы жизненного цикла программных средств» : «Программное обеспечение является неотъемлемой частью информационных технологий и традиционных систем, таких, как транспортные, военные, медицинские и финансовые. Имеется множество разнообразных стандартов, процедур, методов, инструментальных средств и типов операционной среды для разработки и управления программным обеспечением. Это разнообразие создает трудности при проектировании и управлении программным обеспечением, особенно при объединении программных продуктов и сервисных программ. Стратегия разработки программного обеспечения требует перехода от этого множества к общему порядку, который позволит специалистам, практикующимся в программном обеспечении, «говорить на одном языке» при разработке и управлении программным обеспечением. Этот международный стандарт обеспечивает такой общий порядок».
Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 определяет базовое понятие программной системы – «жизненный цикл» (ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 15271-2002 «Информационная технология. Руководство по применению ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207»).
ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 вводит понятие модели жизненного цикла как структуры, состоящей из процессов, и охватывающей жизнь системы от установления требований к ней до прекращения ее использования. Предлагается это определение подкорректировать и разделить на два определения:
Процессы ЖЦ разделены на три группы: основные, вспомогательные и организационные.
Группа основных процессов включает в себя: приобретение, поставку, разработку, эксплуатацию и сопровождение. Основные процессы жизненного цикла реализуются под управлением основных сторон, вовлеченных в жизненный цикл программных средств. Под основной стороной понимают одну из тех организаций, которые инициируют или выполняют разработку, эксплуатацию или сопровождение программных продуктов. Основными сторонами являются заказчик, поставщик, разработчик, оператор и персонал сопровождения программных продуктов.
Рисунок – Основные процессы ЖЦ ИС
Группа вспомогательных процессов включает в себя процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов:
Группа организационных процессов включает в себя процессы:
В тексте ГОСТ 12207-99
работы, входящие в состав основных, вспомогательных и организационных процессов охарактеризованы очень общо, фактически намечены только их направления, поэтому для того, что бы приступить к проектированию понадобятся стандарты и дополнительная литература, раскрывающая содержание каждого отдельного процесса или, что еще лучше, отдельной работы.
Из группы основных процессов наибольший интерес представляет процесс разработки.
Следует отметить, что ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания» процесс создания автоматизированной системы разделяет на следующие стадии:
Стадии разделены на этапы, содержание которых перекликается с содержанием рядя задач, описанных в ГОСТ 12207-99.
Процесс разработки (development process) предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию ПС и его компонентов 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.
Рисунок – Структура процесса разработки
начинается с выбора модели ЖЦ ПС, соответствующей масштабу, значимости и сложности проекта. Действия и задачи процесса разработки должны соответствовать выбранной модели. Разработчик должен выбрать, адаптировать к условиям проекта и использовать согласованные с заказчиком стандарты, методы и средства разработки, а также составить план выполнения работ.
Анализ требований к ПС предполагает определение следующих характеристик для каждого компонента ПС:
системы на высоком уровне заключается в определении компонентов ее оборудования, ПС и операций, выполняемых эксплуатирующим систему персоналом. Архитектура системы должна соответствовать требованиям, предъявляемым к системе, а также принятым проектным стандартам и методам.
Проектирование архитектуры ПС включает следующие задачи (для каждого компонента ПС):
ПС включает следующие задачи:
ПС охватывают следующие задачи:
Для каждого из агрегированных компонентов разрабатываются наборы тестов и тестовые процедуры, предназначенные для проверки каждого из квалификационных требований при последующем квалификационном тестировании. Квалификационное требование - это набор критериев или условий, которые необходимо выполнить, чтобы квалифицировать программный продукт как соответствующий своим спецификациям и готовый к использованию в условиях эксплуатации.
ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000 «Информационная технология. Пакеты программ. Требования к качеству и тестирование»
содержит указания, которые определяют порядок тестирования продукта на соответствие его требованиям к качеству. Тестирование является трудоемким процессом. Согласно оценкам некоторых специалистов процентное
распределение времени между процессами проектирование – разработка – тестирование находится в отношении 40-20-40. В этой связи широкое распространение получают системы автоматизации тестирования. В стандарте IEEE 1209-1992 «Recommended Practice for the Evaluation and Selection of CASE Tools» сформулированы общие требования к функциям средств автоматизации тестирования.
заключается в сборке всех ее компонентов, включая ПС и оборудование. После интеграции система, в свою очередь, подвергается квалификационному тестированию на соответствие совокупности требований к ней. При этом также производятся оформление и проверка полного комплекта документации на систему.
осуществляется разработчиком в соответствии с планом в той среде и на том оборудовании, которые предусмотрены договором. В процессе установки проверяется работоспособность ПС и баз данных.
предусматривает оценку результатов квалификационного тестирования ПС и системы и документирование результатов оценки, которые проводятся заказчиком с помощью разработчика. Разработчик выполняет окончательную передачу ПС заказчику в соответствии с договором, обеспечивая при этом необходимое обучение и поддержку. Наш курс преимущественно нацелен на детальное рассмотрение первых четырех работ процесса разработки ПС. Каждой из этих работ будет посвящен отдельный раздел, а сейчас для дальнейшего изложения необходимо несколько слов сказать о моделях ЖЦ ПС.
Модель жизненного цикла – структура, определяющая последовательность осуществления процессов, работ и задач, выполняемых на протяжении жизненного цикла информационной системы, а также взаимосвязи между ними.
К настоящему времени наибольшее распространение получили две основные модели жизненного цикла:
Каскадная модель
демонстрирует классический подход к разработке различных систем в различных прикладных областях. Для разработки информационных систем данная модель широко использовалась в 70-х и первой половине 80-х годов. Именно каскадная модель положена в основу ГОСТ серии 34.xxx и стандарта Министерства обороны США DOD-STD-2167A. Процессы ГОСТ 12207-99 в ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания»
названы стадиями и немного различаются по составу.
Каскадная модель предусматривает последовательную организацию процессов. Причем переход к следующему процессу происходит только после того, как полностью завершены все работы на предыдущем. Каждый процесс завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы работа могла быть продолжена другой командой разработчиков.
Главный недостаток каскадной модели заключается в том, что ошибки и недоработки на любом из этапов проявляются, как правило, на последующих этапах работ, что приводит к необходимости возврата назад. По сведениям консалтинговой компании The Standish Group в 1998 г. в США более 28 % проектов корпоративных информационных систем (IT-проектов) заканчивались неудачей; почти 46% IT-проектов завершались с перерасходом бюджета (в среднем на 189%); и только 26% проектов укладывается и в выделенный срок, и бюджет.
Кроме того, к недостаткам каскадной модели следует отнести:
В отличие от каскадной, предполагает итерационный процесс разработки информационной системы. Спиральную модель предложил в середине 1980-х годов Барри Боэм. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного изделия, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы на следующем витке спирали. На каждой итерации углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, собираются метрические данные, которые используются для оптимизации последующих итераций. Однако усложняется механизмы обеспечения целостности документации (когда то или иное требование или определение приводится в тексте только один раз), что требует использования специальных инструментальных средств.
Принципиальные особенности спиральной модели:
В 90-е годы XX века на основе спиральной модели была основана практическая технология, получившая название «быстрая разработка приложения» - RAD (Rapid Application Development). При этом ЖЦ состоял из четырех стадий:
Основные принципы RAD:
В начале 2001 г. ряд ведущих специалистов в области программной инженерии (Мартин Фаулер, Кент Бек и др.) сформировали группу под названием Agile Alliance для поддержания и развития нового подхода к проектированию – «быстрая разработка ПО» (Agile Software Development). Одной из реализаций этого подхода является «Экстремальное программирование» (Extreme Programming - XP).
Принципы экстремального программирования заключаются в следующем:
Подход быстрой разработки ПО не является универсальным и применим только в проектах определенного класса. Для характеристики таких проектов Алистер Коберн ввел два параметра - критичность и масштаб.
Критичность определяется последствиями, вызываемыми дефектами в ПО, и может иметь один из четырех уровней:
Масштаб определяется количеством разработчиков, участвующих в проекте:
По оценке Коберна, быстрая разработка ПО применима только в проектах малого и среднего масштаба с низкой критичностью (С или D). Это означает, что технологии RAD и XP наиболее хорошо подходят для относительно небольших проектов, разрабатываемых для конкретного заказчика, и не применимы для построения сложных расчетных программ, операционных систем или программ управления сложными объектами в реальном масштабе времени, а также систем, от которых зависит безопасность людей.
В настоящее время продолжаются работы по созданию некоторого универсального процесса разработки ИС. В 1999г. сотрудниками компании Rational Айваром Джекобсоном, Гради Бучем и Джеймсом Рамбо была издана книга Unified Software Development Process (Унифицированный процесс разработки ПО), которая была переведена на русский язык и издана издательством «Питер» в 2002. Унифицированный процесс представляет собой попытку объединения водопадной и итеративной моделей ЖЦ.
При этом, ЖЦ разделен на 4 фазы:
Каждая фаза USDP может включать в свой состав одну или несколько итераций в зависимости от размера проекта. На протяжении каждой итерации может выполняться 5 основных и некоторое количество дополнительных рабочих потоков.
К основным рабочим потокам в USDP относятся:
К дополнительным рабочим потокам могут относиться:
Рисунок - Модель ЖЦ согласно унифицированного процесса разработки ПО
Выбор модели ЖЦ во многом зависит от типа и масштаба разрабатываемой системы. Для разработки большинства АСОИУ со свободным временем применима итерационная модель ЖЦ, в то время как для систем реального времени больше подходит водопадная модель. На лекциях при проработке вопросов проектирования ИС особое внимание мы уделим использованию Унифицированного языка моделирования (UML), а поскольку его создателями являются Гради Буч и Джеймс Рамбо, то мы будем обращаться и к идеологии Унифицированный процесс разработки.
Рисунок – Нормативные документы, сопровождающие процесс разработки
Процесс обеспечения качества (quality assurance process) обеспечивает соответствующие гарантии того, что ПС и процессы его ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам. Под качеством ПС понимается совокупность свойств, которые характеризуют способность ПС удовлетворять заданным требованиям.
Рисунок – Структура вспомогательных процессов ЖЦ
В контексте ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93. «Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению» под характеристикой качества понимается «набор свойств (атрибутов) программной продукции, по которым ее качество описывается и оценивается».
Стандарт определяет шесть комплексных характеристик, которые с минимальным дублированием описывают качество ПС:
ГОСТ 28195-89 «Оценка качества программных средств. Общие положения» на верхнем, первом, уровне выделяет 6 показателей – факторов качества: надежность, корректность, удобство применения, эффективность, универсальность и сопровождаемость. Эти факторы детализируются в совокупности 19 критериями качества на втором уровне. Дальнейшая детализация показателей качества представлена метриками и оценочными элементами, которых насчитывается около 240. Каждый из них рекомендуется экспертно оценивать в пределах от 0 до 1. Состав используемых факторов, критериев и метрик предлагается выбирать в зависимости от назначения, функций и этапов жизненного цикла ПС.
В стандарте ГОСТ 28806-90 «Качество программных средств. Термины и определения»
формализуются общие понятия программы, программного средства, программного продукта и их качества. Даются определения 18 наиболее употребляемых терминов, связанных с оценкой характеристик программ. Уточнены понятия базовых показателей качества, приведенных в ГОСТ 28195-89.
Вопрос обеспечения качества ПС требует особого внимания, поскольку согласно постановления правительства РФ №113 от 02.02.1998 соблюдение требований международного стандарта обеспечения и управления качеством ISO 9000 – обязательное условие для получения госзаказа.
На современном этапе недостаточно иметь только методы оценки качества произведенного и используемого программного средства (выходной контроль), необходимо иметь возможность планировать качество, измерять его на всех этапах жизненного цикла программного средства и корректировать процесс производства программного обеспечения для улучшения качества.
Стандарты серии ISO 9000 являются слишком общими. Каждая компания, производящая программное обеспечение и желающая внедрить у себя действенную систему управления качеством на основе стандартов ISO 9000-й серии, должна учесть специфику своей отрасли и разработать систему показателей качества, которая бы отражала реальное влияние факторов качества на программный продукт. С этой целью многие организации определили процесс раздельной систематической и полной проверки – контроль качества (Quality Assurance), который начинается вместе с запуском проекта, предусматривает инспектирование и тестирование и проводится в идеале некоторой независимой организацией. В действительности, чаще всего, контроль качества проводится группой коллег автора работы.
Цель инспектирования состоит в проверке частей проекта на наличие дефектов:
Актуальность инспектирования показывает сравнение стоимости и обнаружения и исправления дефекта во время инспектирования и во время интеграции по данным Fagin, M., «Design and Code Inspections to Reduce Errors in Program Development, IBM Systems Journal. Некоторые авторы считают эти данные весьма заниженными.
К вопросам отыскания дефектов стали относится намного серьезнее после того как американский спутник стоимостью несколько миллиардов долларов, посланный на Венеру, потерял управление из-за опечатки в подпрограмме коррекции траектории – вместо запятой была поставлена точка с запятой.
Оценка и улучшение качества выполняется посредством использования метрик – количественных характеристик некоторых показателей процесса.
Для проведения инспектирования требуется выполнение следующих шагов:
В компании ведется учет времени, потраченного на инспектирование и объема проверенной работы с целью их дальнейшего использования при оценке инспектирования в будущем. В условиях жесткого временного ограничения используется т.н. система «опеки», при которой каждый член команды опекается своим коллегой.
Для учета всех факторов контроля качества удобно пользоваться списками контрольных вопросов. Такие списки содержат пункты, которые необходимо последовательно проверить.
Например, план контроля качества программного обеспечения (Software Quality Assurance Plan – SQAP) в соответствии со стандартом IEEE 739-1989 определяет:
Одной из наиболее значимых характеристик, входящих в понятие качество, является свойство надежности.
По определению, установленному в ГОСТ 13377-75 «Надежность в технике. Термины и определения», надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Таким образом, надежность является внутренним свойством системы, заложенным при ее создании и проявляющимся во времени при функционировании и эксплуатации.
Надежность функционирования ПС наиболее широко характеризуется устойчивостью, или способностью к безотказному функционированию, и восстанавливаемостью работоспособного состояния после произошедших сбоев или отказов.
Контроль надежности и безопасности создаваемых и модифицируемых программ должен сопровождать весь жизненный цикл ПС посредством специально организованной эффективной технологической системы обеспечения их качества. Проверка и подтверждение качества сложных и критических ПС должна обеспечиваться сертификацией аттестованными проблемно-ориентированными сертифицированными лабораториями.
Стандарты в области информационной безопасность делят на две группы:
К наиболее значимым оценочным стандартам можно отнести:
Ко второй группе можно отнести следующие документы:
Верификация, аттестация и аудит являются составной частью плана контроля качества SQAP IEEE 739-1989.
Верификация отвечает на вопрос: «Делаем ли мы на данном этапе то, что запланировано?». Аттестация и аудит отвечает на вопрос: «Отвечает ли строящийся объект нуждам заказчика?».
Стандарт IEEE 1012-1986 Software Verification and Validation Plan (SVVP) объединяет процессы аттестации и аудита под названием валидация и определяет порядок их проведения.
В процессе верификации проверяются следующие условия:
Процесс совместной оценки (joint review process)
предназначен для оценки состояния работ по проекту и сосредоточен, в основном, на контроле планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой и инструментальными средствами проекта.
Оценка применяется как во время управления проектом, так и при технической реализации проекта и проводится в течение всего срока действия договора. Данный процесс может выполняться двумя любыми сторонами, участвующими в договоре, при этом одна сторона проверяет другую.
Процесс разрешения проблем (problem resolution process) предусматривает анализ и решение проблем (включая обнаруженные несоответствия) независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов. Процесс разрешения проблем тесно связан с управлением рисками. Факторы, приводящие проект к срыву, проявляются в виде рисков. Управление рисками состоит из идентификации, планирования устранения, выбора приоритетов, устранение (или уменьшение влияния).
Причинами появления рисков могут выступать следующие:
Имеется два способа предупреждения рисков:
В процессе управления проектом руководитель должен время от времени инициировать процесс идентификации рисков в различных частях проекта с целью составления списка рисков, ожидающих своей обработки. Для каждого риска определяются три величины: вероятность осуществления риска; ущерб, наносимый проекту данным риском в случае его осуществления; оценка стоимости устранения риска. Для всех величин используется одна шкала, например 1 – 10.
«Управление документацией программного проекта требует значительных организационных усилий, т.к. документация – это сложная система, подверженная постоянным изменениям, которые могут вноситься одновременно множеством людей» (Э. Брауде)
Процесс документирования предусматривает формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПС. Данный процесс состоит из набора действий, с помощью которых планируют, проектируют, разрабатывают, выпускают, редактируют, распространяют и сопровождают документы, необходимые для всех заинтересованных лиц (руководители, технические специалисты и пользователи системы).
ГОСТ Р ИСО/МЭК 9294-93. «Информационная технология. Руководство по управлению документированием программного обеспечения» устанавливает рекомендации по эффективному управлению документированием ПС. Целью стандарта является оказание помощи в определении стратегии документирования ПС; выборе стандартов по документированию; выборе процедур документирования; определении необходимых ресурсов; составлении планов документирования.
Управление документацией подразумевает поддержание ее полны и согласованности (некоторые авторы включают сюда управление конфигурацией).
Полнота документации
характеризуется количеством стандартов и нормативных документов, которые легли в основу комплекта документации, сопровождающего тот или иной процесс жизненного цикла ПС.
Согласованность документации
означает, что набор документов не одержит внутренних противоречий. Это достигается посредством размещения каждой спецификации только в одном месте – такую документацию называют целостной. Целостность документации обеспечивается за счет использования гиперссылок.
Каждое требование должно быть прослеживаемым , для этого каждое требование снабжают уникальным номером, на который ссылаются затем при разработке концепции, проектировании и вплоть до листингов методов.
Части проекта включают в себя не только исходный текст программ, но и всю документацию, включая план проекта. За время жизни проекты претерпевают изменения в двух направлениях:
Для отслеживания частей проекта необходимо определить их границы и выделить элементы конфигурации (Configuration Items - CIs).
Элементами конфигурации могут быть классы, реже функции, значимые наборы данных – глобальные таблицы, документация. Учет состояния конфигурации осуществляется посредством регистрации состояния компонентов ПС, подготовку отчетов обо всех реализованных и отвергнутых модификациях версий компонентов ПС. Совокупность отчетов обеспечивает однозначное отражение текущего состояния системы и ее компонентов, а также ведение истории модификаций.
Существуют специальные программные средства для управления конфигурацией (например, Microsoft Visual SourceSafe, Microsoft Visual Studio Team Foundation Server, IBM Rational ClearCase, Subversion и др.).
Обычно системы управления конфигурациями удовлетворяют следующим минимальным требованиям:
IEEE разработал стандарт IEEE 828-1990 «План управления конфигурациями программного обеспечения (Software Configuration Management Plan – SCMP)». Заголовок стандарта и пример составление План управления конфигурациями приведен в книге Эрика Брауде.
Рисунок – Нормативные документы вспомогательных процессов ЖЦ
Организационные процессы ЖЦ включают в свой состав: процесс создания инфраструктуры, процесс усовершенствования, процесс обучения, процесс управления.
Рисунок – Структура организационных процессов ЖЦ
является процессом установления и обеспечения (сопровождения) инфраструктуры, которая может содержать технические и программные средства, инструментальные средства, методики, стандарты и условия для разработки, эксплуатации или сопровождения. На 1-ом этапе создания инфраструктуры осуществляется выбор CASE-системы поддержки проектирования, выбор языка программирования, СУБД; организацию службы поддержки – системных администраторов, сетевых, администраторов БД, секретарей и т.д.
При решении задачи выбора с использованием литературных источников необходимо проанализировать возможности наиболее распространенных инструментальных систем для того, что построить классификацию, а затем в рамках определенной классификационной группы определить параметры, по которым будет проводиться выбор.
Собственно процедура выбора включает следующие шаги:
является процессом обеспечения первоначального и продолженного обучения персонала. Заказ, поставка, разработка, эксплуатация и сопровождение программных продуктов в значительной степени зависят от квалификации персонала. Поэтому обязательно должно быть запланировано и заранее выполнено обучение персонала с целью готовности его к работам по заказу, поставке, разработке, эксплуатации или сопровождению программного проекта.
является процессом установления, оценки, измерения, контроля и улучшения любого процесса жизненного цикла программных средств. В инженерной практике при разработке ИС используют метрики – количественные характеристики некоторых показателей.
Метрики, которыми приходится пользоваться чаще всего следующие:
Предварительные или желаемые значения метрик заранее прогнозируются, а затем сравниваются с полученными результатами.
Поскольку метрики, связанные с дефектностью, играют особую роль, перечислим некоторые из них:
Когда результаты обнаружения дефектов сравниваются с нормами организации, происходит оценка всего процесса создания системы в целом, а не только конкретного проекта. Накопленные данные о дефектах на каждой стадии сводятся в таблицу так, как показано, например, в табл.
| Стадии, на которых были обнаружены дефекты (в данном проекте / норма) | Стадии, содержащие дефекты | ||
|---|---|---|---|
| Формирование требований | Техническое задание | Эскизный проект | |
| Формирование требований | 2/5 | ||
| Техническое задание | 0,5/1,5 | 3/1 | |
| Эскизный проект | 0,1/0,3 | 1/3 | 2/2 |
Анализ стадии «Формирование требований» показывает, что степень обнаружения дефектов меньше нормы на всех стадиях проекта. Обнаружено больше дефектов проектирования непосредственно на той фазе, когда они были произведены и на более поздних фазах было обнаружено меньше дефектов. Как правило, это достигается посредством проведения инспектирования.
Последовательность действий, которые необходимо предпринимать на протяжении жизненного цикла проекта с целью его улучшения, может быть, например, такой:
Процесс совершенствования технологии создания ПО отражается в стратегических планах организации, ее структуре, используемых технологиях, общей социальной культуре и системе управления.
В начале 1990-х годов американский Институт программной инженерии (Software Engineering Institute – SEI университета Карнеги-Меллона (г. Питтсбурге, шт. Пенсильвания, США)) сформировал модель технологической зрелости организаций СММ (Capability [кэпэбилити] Maturity [мэтшэрити] Model). В настоящее время на западе компания-разработчик испытывает значительные трудности в получении заказа, если она не аттестована по CMM.
СММ представляет собой методический материал, определяющий правила формирования системы управления созданием и сопровождением ПО и методы постепенного и непрерывного повышения культуры производства. Назначение СММ – предоставление организациям-разработчикам необходимых инструкций по выбору стратегии повышения качества процессов путем анализа степени их технологической зрелости и факторов, в наибольшей степени влияющих на качество выпускаемой продукции. На каждом уровне СММ устанавливаются требования, при выполнении которых достигается стабилизация наиболее существенных показателей процессов.
Управление проектом – это достижение баланса между стоимостью, возможностями, качеством и сроками. С процессом управления проектом связано несколько аспектов: управление персоналом, составление плана-графика, оценка стоимости проекта.
Известны эмпирические данные по определению оптимального количества членов команды.
Рисунок – Зависимость эффективности команды разработчиков от ее состава
Такая зависимость приводит к необходимости использования иерархической структур управления
Рисунок – Иерархическая структура управления
Несмотря на то, что количество связей каждого сотрудника является удовлетворительным они не участвуют в постановке задачи, что нарушает одно из главных требований системного анализа – в обсуждении проблемы должны принимать участие максимально возможное число стейкхолдеров.
Альтернативная схема организации коллектива сотрудников называется «команда равных». В этом случае все участники команды находятся на одном уровне иерархии и между ними распределяются роли. Причем распределение ролей может меняться по истечении определенного периода времени. Проблема увеличения числа связей в большом проекте в этом случае решается посредством выделения роли ответственного за внешние коммуникации.
В концепции экстремального программирования, предложенной Кентом Бэком. делается упор на непрерывную взаимосвязь между разработчиками и заказчиком (причем, заказчика делают одним из участников разработки), стремление к радикальному упрощению процесса разработки системы и парное программирование. Причем, при парном программировании разработчики работают только вдвоем за одним компьютером по очереди. Тем самым реализуется форма непрерывного инспектирования.
Существует множество стандартов, описывающих создание и поддержание планов управления программным проектом. Рекомендуется использовать стандарт IEEE 1058.1-1987 план управления программным проектом (Software Project Management Plan – SPMP). В SPMP приводят расписание, определяющее, как и когда должны быть выполнены различные этапы проекта. По окончании выполнения каждого последующего этапа проектирования план-график нуждается в дополнении и корректировке. Наиболее распространенной формой представления плана-графика проекта является диаграмма Ганта.
Рисунок – Примерный вид диаграммы Ганта
Рекомендуется в плане предусматривать буферные периоды, когда не планируется выполнение никаких процессов. План-график в виде диаграммы Ганта, в большинстве случаев, строят с помощью Microsoft Office Project.
Процесс планирования работ по выполнению проекта в частности и управления проектом в целом связан с оценкой стоимости и длительности проекта. Эта информация приводится в разделе 5.4. «Выделение бюджета и ресурсов» SPMP и, кроме того, предварительная оценка стоимости проекта может повлиять на окончательную версию договора между заказчиком и исполнителем, а значит должна быть проведена до подписания ТЗ.
Процесс оценки трудоемкости, как правило, начинается одновременно со стартом проекта и продолжается даже на стадии написания программного кода.
Среди наиболее распространенных методов оценки трудоемкости выделяют следующие:
Каждый метод оценки имеет слабые и сильные стороны, поэтому в настоящее время используют подходы, сочетающие в себе различные методы.
Процедура оценки трудоемкости разработки ПО состоит из следующих действий:
Основными единицами измерения размера ПО являются:
Методология оценивания функционального размера (FP – Functional Points)
заключается в единообразном измерении всех возможностей приложения и выражении размера приложения в виде одного числа. Затем это число можно использовать для оценки числа строк кода, стоимости и сроков проекта.
Для вычисления функционального размера определяют ранг и сложность для каждой информационной характеристики системы. Международная группа пользователей функционального измерения (IFPUG – International Function Point Users Group, www.ifpug.org) опубликовала критерии, по которым следует выделять информационные характеристики, которые делят на пять групп:
