Рис. 5.4.

Требования к разрабатываемой ПС, определенные на стадиях формирования и анализа, строго документируются в виде ТЗ и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации (ТЗ, ЭП, ТП, РП), достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Критерием качества разработки при таком подходе является точность выполнения спецификаций ТЗ. Основное внимание разработчиков сосредоточивается на достижении оптимальных значений технических характеристик разрабатываемой ПС – производительности, объема занимаемой памяти и др.

Преимущества каскадной модели :

• на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающей критериям 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 ПС, для которых в самом начале проекта можно полно и четко сформулировать все требования. Пока все это контролируется стандартами и различными комиссиями госприемки, схема работает хорошо.

Недостатки каскадной модели :

• выявление и устранение ошибок производится только на стадии тестирования, которое может существенно растянуться;
• реальные проекты часто требуют отклонения от стандартной последовательности шагов;
• цикл основан на точной формулировке исходных требований к ПС, реально в начале проекта требования заказчика определены лишь частично;
• результаты работ доступны заказчику только по завершении проекта.

Итерационная модель ЖЦ ПС

С ростом коммерческих проектов выяснилось, что не всегда удается детально проработать проект будущей системы, поскольку многие аспекты ее функционирования в динамических сферах деятельности (бизнес) меняются, пока система создается. Потребовалось изменить процесс разработки так, чтобы гарантировать внесение необходимых исправлений после завершения какого-либо этапа разработки. Так появилась итерационная модель ЖЦ ПС, называемая моделью с промежуточным контролем или моделью с циклическим повторением фаз.

Рис. 5.5.

Рис. 5.6.

В такой ситуации огромное значение приобретает этап формулирования требований, составление спецификаций и создание плана системы. Программные архитекторы несут личную ответственность за все последующие изменения проектных решений. Объем документации исчисляется тысячами страниц, число утверждающих заседаний огромно. Многие проекты так никогда и не покидают этап планирования, впав в " паралич анализа". Одним из возможных путей исключения подобных ситуаций является макетирование (прототипирование).

Макетирование

Часто заказчик не может сформулировать требования по вводу, обработке или выводу данных для будущего программного продукта. Разработчик может сомневаться в приспособленности продукта к операционной системе, в форме диалога с пользователем или эффективности алгоритма. В таких случаях целесообразно использовать макетирование. Основная цель макетирования – снять неопределенность в требованиях заказчика. Макетирование (прототипирование) – процесс создания модели требуемого продукта.

Модель может принимать следующие формы.

1. Бумажный макет (рисованная схема человеко-машинного диалога) или макет на основе ПК.
2. Работающий макет, реализующий некоторую часть требуемых функций.
3. Существующая программа, характеристики которой должны быть улучшены.

Как показано на рис.5.7 , макетирование основывается на многократном повторении итераций, в которых участвуют заказчик и разработчик.

Рис. 5.7.

Последовательность действий при макетировании представлена на рис.5.8 . Макетирование начинается со сбора и уточнения требований к создаваемой программной системе. Разработчик и заказчик совместно определяют цели ПО, устанавливают, какие требования известны, а какие предстоит доопределить. Затем выполняется быстрое проектирование. В нем сосредотачиваются на характеристиках, которые должны быть видимыми пользователю. Быстрое проектирование приводит к построению макета. Макет оценивается заказчиком и используется для уточнения требований к ПО. Итерации продолжаются до тех пор, пока макет не выявит все требования заказчика и даст возможность разработчику понять, что должно быть сделано.

Достоинства макетирования – возможность обеспечения определения полных требований к системе. Недостатки макетирования:

• заказчик может принять макет за продукт;
• разработчик может принять макет за продукт.

Следует пояснить суть недостатков. Когда заказчик видит работающую версию ПС, он перестает сознавать, что в погоне за работающим вариантом ПС оставлены нерешенными многие вопросы качества и удобства сопровождения системы. Когда же заказчику об этом говорит разработчик, то ответом может быть возмущение и требование скорейшего превращения макета в рабочий продукт. Это отрицательно сказывается на управлении разработкой ПО.

Рис. 5.8.

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

Прежде чем рассматривать другие модели ЖЦ ПО, которые пришли на смену каскадной модели , следует остановиться на стратегиях конструирования программных систем. Именно стратегия конструирования ПО во многом определяет модель ЖЦ ПО.

Стратегии конструирования ПО

Существует три стратегии конструирования программных систем:

• однократный проход (каскадная стратегия, рассмотренная выше) – линейная последовательность этапов конструирования;
• инкрементная стратегия. В начале процесса определяются все пользовательские и системные требования, оставшаяся часть конструирования выполняется в виде последовательности версий. Первая версия реализует часть запланированных возможностей, следующая версия реализует дополнительные возможности и т. д., пока не будет получена полная система;
• эволюционная стратегия. Система также строится в виде последовательности версий, но в начале процесса определяются не все требования. Требования уточняются в результате разработки версий. Характеристики стратегий конструирования ПО с соответствии с требованиями стандарта IEEE/EIA 12207 приведены в

Стандарты жизненного цикла ПО

• ГОСТ 34.601-90
• ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Методологии разработки ПО

• Rational Unified Process (RUP).
• Microsoft Solutions Framework (MSF). Включает 4 фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования.
• Экстремальное программирование (Extreme Programming , XP). В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС. Разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

Стандарт ГОСТ 34.601-90

Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:

1. Формирование требований к АС
   1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
   2. Формирование требований пользователя к АС
   3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
2. Разработка концепции АС
   1. Изучение объекта
   2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
   3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
   4. Оформление отчета о проделанной работе
3. Техническое задание
   1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
4. Эскизный проект
   1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
5. Технический проект
   1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
   2. Разработка документации на АС и ее части
   3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
   4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
6. Рабочая документация
   1. Разработка рабочей документации на АС и ее части
   2. Разработка и адаптация программ
7. Ввод в действие
   1. Подготовка объекта автоматизации
   2. Подготовка персонала
   3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
   4. Строительно-монтажные работы
   5. Пусконаладочные работы
   6. Проведение предварительных испытаний
   7. Проведение опытной эксплуатации
   8. Проведение приемочных испытаний
8. Сопровождение АС.
   1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
   2. Послегарантийное обслуживание

Эскизный, технический проекты и рабочая документация - это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.

Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.

Стандарт ISO/IEC 12207/ и его применение

Стандарт ISO/IEC 12207:1995 «Information Technology - Software Life Cycle Processes» является основным нормативным документом, регламентирующим состав процессов жизненного цикла ПО. Он определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы , действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

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. Связи по входным данным при этом сохраняются.

Процессы жизненного цикла ПО

• Основные:
  • Приобретение (действия и задачи заказчика, приобретающего ПО)
  • Поставка (действия и задачи поставщика, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой)
  • Разработка (действия и задачи, выполняемые разработчиком: создание ПО, оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка тестовых и учебных материалов и т. д.)
  • Эксплуатация (действия и задачи оператора - организации, эксплуатирующей систему)
  • Сопровождение (действия и задачи, выполняемые сопровождающей организацией, то есть службой сопровождения). Сопровождение - внесений изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.
• Вспомогательные
  • Документирование (формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО)
  • Управление конфигурацией (применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО, управления его модификациями).
  • Обеспечение качества (обеспечение гарантий того, что ИС и процессы ее ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам)
  • Верификация (определение того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями)
  • Аттестация (определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы их конкретному функциональному назначению)
  • Совместная оценка (оценка состояния работ по проекту: контроль планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой, инструментальными средствами)
  • Аудит (определение соответствия требованиям, планам и условиям договора)
  • Разрешение проблем (анализ и решение проблем, независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов)
• Организационные
  • Управление (действия и задачи, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами)
  • Создание инфраструктуры (выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО)
  • Усовершенствование (оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ)
  • Обучение (первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала)

Каждый процесс включает ряд действий. Например, процесс приобретения охватывает следующие действия:

1. Инициирование приобретения
2. Подготовка заявочных предложений
3. Подготовка и корректировка договора
4. Надзор за деятельностью поставщика
5. Приемка и завершение работ

Каждое действие включает ряд задач. Например, подготовка заявочных предложений должна предусматривать:

1. Формирование требований к системе
2. Формирование списка программных продуктов
3. Установление условий и соглашений
4. Описание технических ограничений (среда функционирования системы и т. д.)

Стадии жизненного цикла ПО, взаимосвязь между процессами и стадиями

Модель жизненного цикла ПО - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 не предлагает конкретную модель жизненного цикла. Его положения являются общими для любых моделей жизненного цикла, методов и технологий создания ИС. Он описывает структуру процессов жизненного цикла, не конкретизируя, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Модель ЖЦ ПО включает в себя:

1. Стадии;
2. Результаты выполнения работ на каждой стадии;
3. Ключевые события - точки завершения работ и принятия решений.

Стадия - часть процесса создания ПО, ограниченная определенными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

На каждой стадии могут выполняться несколько процессов, определенных в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99, и наоборот, один и тот же процесс может выполняться на различных стадиях. Соотношение между процессами и стадиями также определяется используемой моделью жизненного цикла ПО.

Модели жизненного цикла ПО

Под моделью жизненного цикла понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики информационной системы и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели жизненного цикла:

• Задачная модель;

• каскадная модель (или системная) (70-85 г.г.);

• спиральная модель (настоящее время).

Задачная модель

При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе (задачная модель) единый поход к разработке неизбежно теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов. Как правило, по мере увеличения количества задач трудности нарастают, приходится постоянно изменять уже существующие программы и структуры данных. Скорость развития системы замедляется, что тормозит и развитие самой организации. Однако в отдельных случаях такая технология может оказаться целесообразной:

• Крайняя срочность (надо чтобы хоть как-то задачи решались; потом придется все сделать заново);

• Эксперимент и адаптация заказчика (не ясны алгоритмы, решения нащупываются методом проб и ошибок).

Общий вывод: достаточно большую эффективную информационной системы таким способом создать невозможно.

Каскадная модель

Каскадная модель жизненного цикла была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе(рис. 1). Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия 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.

Этапы проекта в соответствии с каскадной моделью:

1. Формирование требований;
2. Проектирование;
3. Реализация;
4. Тестирование;
5. Внедрение;
6. Эксплуатация и сопровождение.

Рис. 1. Каскадная схема разработки

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении информационных систем, 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 систем никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему. В процессе создания постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания программного обеспечения принимал следующий вид (рис. 2):

Рис. 2. Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

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 информационным системам "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 программного обеспечения, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением. Сущность системного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. Таким образом, данная модель основным достоинством имеет системность разработки, а основные недостатки - медленно и дорого.

Спиральная модель

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла (рис. 3), которая была разработана в середине 1980-х годов Барри Боэмом. Она основывается на начальных этапах жизненного цикла: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов.

Прототип - действующий компонент ПО, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия (или подмножества конечного продукта), которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой.

Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного обеспечения, 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 на текущем. 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.

Рис 3. Спиральная модель ЖЦ ИС

Одним из возможных подходов к разработке программного обеспечения в рамках спиральной модели жизненного цикла является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки программного обеспечения, содержащий 3 элемента:

• небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

• короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

• повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Жизненный цикл программного обеспечения по методологии RAD состоит из четырех фаз:

• фаза определения требований и анализа;

• фаза проектирования;

• фаза реализации;

• фаза внедрения.

На каждой итерации оцениваются:

• риск превышения сроков и стоимости проекта;
• необходимость выполнения еще одной итерации;
• степень полноты и точности понимания требований к системе;
• целесообразность прекращения проекта.

Преимущества итерационного подхода:

• Итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика.
• При использовании спиральной модели отдельные элементы информационной системы интегрируются в единое целое постепенно. При итерационном подходе интеграция производится фактически непрерывно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (по некоторым оценкам, при использовании каскадной модели разработки интеграция занимает до 40 % всех затрат в конце проекта).
• Итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, давая возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие.
• Итерационный подход упрощает повторное использование компонентов (реализует компонентный подход к программированию). Это обусловлено тем, что гораздо проще выявить (идентифицировать) общие части проекта, когда они уже частично разработаны, чем пытаться выделить их в самом начале проекта. Анализ проекта после проведения нескольких начальных итераций позволяет выявить общие многократно используемые компоненты, которые на последующих итерациях будут совершенствоваться.
• Спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации. Одновременно могут корректироваться критические параметры эффективности, что в случае каскадной модели доступно только перед внедрением системы.
• Итерационный подход дает возможность совершенствовать процесс разработки - анализ, проводимый в конце каждой итерации, позволяет проводить оценку того, что должно быть изменено в организации разработки, и улучшить ее на следующей итерации.

За десятилетия опыта построения программных систем был наработан ряд типичных схем выполнения работ при проектировании и разработке. Такие схемы получили название моделей ЖЦ. Модель жизненного цикла - это схема выполнения работ и задач на процессах, обеспечивающих разработку, эксплуатацию и сопровождение программного продукта, отражающая жизнь П П, начиная от формулировки требований к нему до прекращения его использования. Исторически модель жизненного цикла включает в себя:

• 1) разработку требований или технического задания;
• 2) разработку системы или технического проекта;
• 3) программирование или рабочее проектирование;
• 4) пробную эксплуатацию;
• 5) сопровождение и улучшение;
• 6) снятие с эксплуатации.

Выбор и построение модели ЖЦ ПП базируется на концептуальной идее проектируемой системы, с учетом ее сложности и в соответствии со стандартами, позволяющих формировать схему выполнения работ по усмотрению разработчика и заказчика.

Модель ЖЦ разбивается на процессы реализации, которые должны включать отдельные работы и задачи, реализуемые в данном процессе, и при их завершении осуществлять переход к следующему процессу.

При выборе общей схемы модели ЖЦ для конкретной предметной области решаются вопросы включения или невключения отдельных работ, очень важных для создаваемого вида продукта. В настоящее время основой формирования новой модели ЖЦ для конкретной прикладной системы является стандарт 180/1ЕС12207, который описывает полный набор процессов (более 40), охватывающий все возможные виды работ и задач, связанных с построением ПС.

Из этого стандарта нужно выбрать только те процессы, которые более всего подходят для реализации данного ПС. Обязательными являются основные процессы, которые присутствуют во всех известных моделях ЖЦ. В зависимости от целей и задач предметной области они могут быть пополнены процессами из группы вспомогательных либо организационных процессов (или подпроцессов) этого стандарта. Например, это касается вопроса включения в новую модель ЖЦ процесса обеспечение качества компонентов и системы в целом или определения набора проверочных (верификационных) процедур для обеспечения правильности и соответствия разрабатываемой ПС заданным требованиям (валидация), а также процесса обеспечения возможности внесения изменений в требования или компоненты системы и т.п.

Процессы, включенные в модель ЖЦ, предназначены для реализации уникальной функции ЖЦ и могут привлекать другие процессы для выполнения специализированных возможностей системы (например, защиты данных). Интерфейсы между двумя любыми процессами ЖЦ должны быть минимальными и каждый из них привязан к архитектуре системы.

Если работа или задача требуется более чем одному процессу, то они могут стать процессом, используемым однократно или на протяжении жизни системы. Каждый процесс должен иметь внутреннюю структуру, соответствующую действиям, которые должны выполняться на этом процессе.

Процессы модели ЖЦ ориентированы на разработчика системы. Он может выполнять один или несколько процессов. В свою очередь, процесс может быть выполнен одним или несколькими разработчиками, при этом кто-то из них назначается ответственным за один процесс или за все процессы модели.

Создаваемая модель ЖЦ увязывается с конкретными методиками разработки систем и соответствующими стандартами в области программной инженерии. Иными словами, каждый процесс ЖЦ подкрепляется выбранными для реализации его задач средствами и методами.

Важную роль при формировании модели ЖЦ имеют организационные аспекты: планирование последовательности работ и сроков их исполнения; подбор и подготовка ресурсов (людских, программных и технических) для выполнения работ; оценка возможностей реализации проекта в заданные сроки и с заданной стоимостью и др.

Внедрение модели ЖЦ в практическую деятельность по созданию программного продукта позволяет упорядочить взаимоотношения между субъектами процесса и максимально учитывать динамику модификации требований к проекту и системе.

Эти и другие не менее важные вопросы послужили источником формирования различных видов моделей ЖЦ, основанных на процессном подходе к разработке программных проектов. Основными среди них, положительно зарекомендовавшими себя в практике программирования, являются каскадная, спиральная, инкрементная, эволюционная и стандартизованная модели.

Каскадная модель. Каскадная (водопадная - vaterfaH) модель включает в себя выполнение следующих фаз (рис. 2.2):

• 1) исследование концепции: происходит исследование требований, разрабатывается видение продукта и оценивается возможность его реализации;
• 2) выработка требований: определяются программные требования для информационной предметной области системы, а также предназначение, линия поведения, производительность и интерфейсы;
• 3) проектирование: разрабатывается и формулируется логически последовательная техническая характеристика программной системы, включая структуру данных, архитектуру ПО, интерфейсные представления и процессуальную (алгоритмическую) детализацию;
• 4) реализация: эскизное описание ПС превращается в полноценный программный продукт, результатом является исходный код, база данных и документация; в реализации обычно выделяют два этапа: реализацию компонентов ПО и интеграцию компонент в готовый продукт; на обоих этапах выполняется кодирование и тестирование, которые тоже иногда рассматривают как два подэтапа;
• 5) эксплуатация и поддержка: подразумевает запуск и текущее обеспечение, включая предоставление технической помощи, обсуждение возникших вопросов с пользователем, регистрацию запросов пользователя на модернизацию и внесение изменений, а также корректирование и/или устранение ошибок;
• 6) сопровождение: устранение программных ошибок, неисправностей, сбоев, модернизация и внесение изменений, что обычно приводит к повторению или итерации отдельных этапов разработки.

Исследование концепции

Выработка требований

Проектирование

Реализация компонент

Интеграция компонент

Эксплуатация

Сопровождение

Рис. 2.2. Каскадная модель ЖЦ ПП

Основной принцип построения каскадной модели заключается в строго последовательном выполнении фаз, т.е. каждая последующая фаза начинается лишь тогда, когда полностью завершено выполнение предыдущей фазы.

Каждая фаза имеет входные и выходные данные, которые соответствуют определенным критериям входа и выхода. Каждая фаза полностью документируется, переход от одной фазы к другой осуществляется посредством формального обзора с участием заказчика.

Основой модели служат сформулированные в техническом задании (ТЗ) требования, которые меняться не должны. Критерием качества результата является соответствие продукта установленным требованиям.

Преимущества каскадной модели состоят в следующем. Модель проста, удобна в применении и понятна заказчикам, так как часто используется другими организациями для отслеживания проектов, не связанных с разработкой ПО. Процесс разработки выполняется поэтапно, и ее структурой может руководствоваться даже слабо подготовленный в техническом плане или неопытный персонал. Она способствует осуществлению строгого контроля менеджмента проекта, каждую стадию могут выполнять независимые команды, все документировано, что позволяет достаточно точно планировать сроки и затраты.

При использовании каскадной модели для «неподходящего» проекта могут проявляться следующие ее недостатки :

• попытка вернуться на одну или две фазы назад, чтобы исправить какую-либо проблему или недостаток, приведет к значительному увеличению затрат и сбою в графике;
• интеграция компонентов, на которой обычно выявляется большая часть ошибок, выполняется в конце разработки, что сильно увеличивает стоимость устранения ошибок;
• запаздывание с получением результатов (если в процессе выполнения проекта требования изменились, то получится устаревший результат).

Недостатки каскадной модели особо остро проявляются в случае, когда трудно (или невозможно) сформулировать требования или требования могут меняться в процессе разработки.

Каскадная модель была впервые четко сформулирована в 1970 г. У. Ройсом. На начальном периоде она сыграла ведущую роль как метод регулярной разработки сложного ПО. В 70-80-х гг. XX в. модель была принята как стандарт министерства обороны США.

Со временем недостатки каскадной модели стали проявляться все чаще и возникло мнение, что она безнадежно устарела. Между тем каскадная модель не утратила своей актуальности при решении определенного типа задач, когда требования и их реализация максимально четко определены и понятны или используется неизменяемое определение продукта и вполне понятные технические методики, например при решении задач научно-вычислительного характера (разработка пакетов и библиотек научных программ); при разработке операционных систем и компиляторов, систем реального времени управления конкретными объектами; при повторной разработке типового продукта (автоматизированного бухгалтерского учета, начисления зарплаты); при выпуске новой версии уже существующего продукта, если вносимые изменения вполне определены и управляемы (перенос уже существующего продукта на новую платформу); и наконец, принципы каскадной модели находят применение в элементах моделей других типов.

Спиральная модель. На практике при решении достаточно большого количества задач разработка ПО имеет циклический характер, когда после выполнения некоторых стадий приходится возвращаться на предыдущие. Можно указать две основные причины таких возвратов. Во-первых, это ошибки разработчиков, допущенные на ранних стадиях и обнаруженные на более поздних (ошибки анализа, проектирования или кодирования, выявляемые, как правило, на стадии тестирования). Во-вторых, это изменения требований в процессе разработки («ошибки» заказчика). Это или неготовность заказчика сформулировать требования («сказать, что должна делать программа, я смогу только после того, когда увижу, как она работает»), или изменения требований, вызванные изменениями ситуации в процессе разработки (изменения рынка, новые технологии и т.д.).

Циклический характер разработки ПО отражается в спиральной модели ЖЦ, описанной Б. Боэмом в 1988 г. Эта модель, учитывающая повторяющийся характер разработки ПО (рис. 2.3), была предложена как альтернатива каскадной модели.

Основные принципы спиральной модели можно сформулировать следующим образом.

• 1. Разработка нескольких вариантов продукта, соответствующих различным вариантам требований, с возможностью вернуться к более ранним вариантам.
• 2. Создание прототипов ПО как средства общения с заказчиком для уточнения и выявления требований.

Определение целей, альтернатив, ограничений

Суммарная

стоимость

Оценка альтернатив выявить и решить риски

разработки

Планирование следующих фаз

Разработка следующего уровня

Рис. 2.3. Спиральная модель ЖЦ ПП: АР - анализ рисков; П - прототип

• 3. Планирование следующих вариантов с оценкой альтернатив и анализом рисков, связанных с переходом к следующему варианту
• 4. Переход к разработке следующего варианта до завершения предыдущего в случае, когда риск завершения очередного варианта/ прототипа становится неоправданно высок.
• 5. Использование каскадной модели как схемы разработки очередного варианта продукта.
• 6. Активное привлечение заказчика к работе над проектом. Заказчик участвует в оценке очередного прототипа, уточнении требований при переходе к следующему, оценке предложенных альтернатив очередного варианта и оценке рисков.

Разработка вариантов продукта в спиральной модели представляется как набор циклов раскручивающейся спирали (см. рис. 2.3). Каждому циклу соответствует такое же количество стадий, как и в каскадной модели. При этом начальные стадии, связанные с анализом и планированием, представлены более подробно с добавлением новых элементов. В каждом цикле выделяются четыре базовые фазы:

• 1) определение целей, альтернативных вариантов и ограничений;
• 2) оценка альтернативных вариантов, идентификация и разрешение рисков;
• 3) разработка продукта следующего уровня;
• 4) планирование следующей фазы.

«Раскручивание» проекта начинается с анализа общей постановки задачи на разработку ПП. На этой фазе определяются общие цели, устанавливаются предварительные ограничения, определяются возможные альтернативные подходы к решению задачи; на следующей фазе проводится оценка подходов, устанавливаются их риски; и наконец, на фазе разработки создается общая концепция (видение) продукта и путей его создания.

Следующий цикл начинается с планирования требований и деталей ЖЦ продукта для оценки затрат. На фазе определения целей устанавливаются альтернативные варианты требований, связанные с ранжированием требований по важности и стоимости их выполнения. На фазе оценки устанавливаются риски вариантов требований. На фазе разработки - спецификация требований (с указанием рисков и стоимости), готовится демоверсия ПО для анализа требований заказчиком.

Цикл разработки проекта начинается с планирования разработки. На фазе определения целей устанавливаются ограничения проекта (по срокам, объему финансирования, ресурсам), определяются альтернативы проектирования, связанные с альтернативами требований, применяемыми технологиями проектирования, привлечением субподрядчиков. На фазе оценки альтернатив устанавливаются риски вариантов и делается выбор варианта для дальнейшей реализации. На фазе разработки выполняется проектирование и создается демоверсия, отражающая основные проектные решения.

Цикл реализации также начинается с планирования. Альтернативными вариантами реализации могут быть применяемые технологии реализации, привлекаемые ресурсы. Оценка альтернатив и связанных с ними рисков определяется степенью «отработанности» технологий и «качеством» имеющихся ресурсов. Фаза разработки выполняется по каскадной модели с выходом в виде действующего варианта/прототипа продукта.

Следует отметить некоторые особенности спиральной модели. До начала разработки ПП есть несколько полных циклов анализа требований и проектирования. Количество циклов (в части анализа, проектирования и реализации) не ограничено и определяется сложностью и объемом задачи. В модели предполагаются возвраты на оставленные варианты при изменении стоимости рисков.

Спиральная модель (по сравнению с каскадной) имеет очевидные преимущества. Появляется возможность более тщательного проектирования (несколько начальных итераций) с оценкой результатов проектирования, что позволяет выявить ошибки проектирования на более ранних стадиях. Поэтапно уточняются требования заказчика в процессе выполнения итераций, что позволяет обеспечить более точное их удовлетворение. Заказчик может принимать участие в выполнении проекта с использованием прототипов программы. Заказчик видит, что и как создается, и не выдвигает необоснованных требований, реально оценивает объемы финансирования. Планирование и управление рисками при переходе на следующие итерации позволяют разумно распределять ресурсы и обосновывать финансирование работ. Возможна разработка сложного проекта «по частям» с выделением на первых этапах наиболее значимых требований.

Основные недостатки спиральной модели связаны с такими факторами, как:

• сложность анализа и оценки рисков при выборе вариантов;
• сложность поддержания версий продукта (хранение версий, возврат к ранним версиям, комбинация версий);
• сложность оценки точки перехода на следующий цикл;
• «бесконечность» модели (на каждом витке заказчик может выдвигать новые требования, которые приводят к необходимости следующего цикла разработки).

Спиральную модель целесообразно применять в следующих случаях: когда пользователи не уверены в своих потребностях; требования слишком сложны и могут меняться в процессе выполнения проекта, поэтому необходимо прототипирование для анализа и оценки требований; достижение успеха не гарантировано и необходима оценка рисков продолжения проекта; проект является сложным, дорогостоящим и обоснование его финансирования возможно только в процессе его выполнения; когда речь идет о применении новых технологий; при выполнении очень больших проектов, которые в силу ограниченности ресурсов можно делать только по частям.

Каскадная и спиральная модели устанавливают определенные принципы организации ЖЦ создания программного продукта. Каждая из них имеет преимущества, недостатки и области применимости. Каскадная модель проста, но применима в случае, когда требования известны и меняться не будут. Спиральная модель учитывает такие важные показатели проекта, как изменяемость требований, невозможность оценить заранее объем финансирования, риски выполнения проекта. Но спиральная модель сложна и требует больших затрат на сопровождение.

Существуют и другие модели, которые можно рассматривать как «промежуточные» между каскадной и спиральной. Они используют отдельные преимущества каскадной и спиральной моделей и достигают успеха при решении определенных типов задач.

Итерационная модель. Эта модель жизненного цикла является развитием классической каскадной модели, но предполагает возможность возврата на ранее выполненные этапы (рис. 2.4). Причинами возврата в классической итерационной модели являются выявленные ошибки, устранение которых и требует возврата на предыдущие этапы в зависимости от типа ошибки (ошибки кодирования, проектирования, спецификации или определения требований). Реально итерационная модель является более жизненной, чем классическая каскадная модель, так как создание ПО всегда связано с устранением ошибок. Следует отметить, что уже в первой статье, посвященной каскадной модели, Б. Боэм отмечал это обстоятельство и описал итерационный вариант каскадной модели.

Рис. 2.4.

Практически все применяемые модели жизненного цикла имеют итерационный характер, но цели итераций могут быть разными.

У-образная модель. Данная модель также была предложена как итерационная разновидность каскадной модели (рис. 2.5). Целью итераций в этой модели является обеспечение процесса тестирования. Тестирование продукта обсуждается, проектируется и планируется на ранних этапах ЖЦ разработки. План испытания приемки заказчиком разрабатывается на этапе планирования, а компоновочного испытания системы - на фазах анализа, разработки проекта и т.д.

Рис. 2.5.

Этот процесс разработки планов испытания на рисунке обозначен пунктирной линией между прямоугольниками У-образной модели. Помимо планов, на ранних этапах разрабатываются также и тесты, которые будут выполняться при завершении параллельных этапов.

Инкрементная (пошаговая) модель. Инкрементная разработка представляет собой процесс пошаговой реализации всей системы и поэтапного наращивания (приращения) функциональных возможностей (рис. 2.6). На первом шаге (инкремент 1) необходим полный, заранее сформулированный набор требований, которые разделяются по некоторому признаку на группы. Далее выбирается первая группа

требований и выполняется полный «проход» по каскадной модели. После того как первый вариант системы, выполняющий первую группу требований, сдан заказчику, разработчики переходят к следующему шагу (инкременту 2) по разработке варианта, выполняющего вторую группу требований, и т.д.

Особенностью инкрементной модели является разработка приемочных тестов на этапе анализа требований, что упрощает приемку варианта заказчиком и устанавливает четкие цели разработки очередного варианта системы.

Инкрементная модель особенно эффективна в случае, когда задача разбивается на несколько относительно независимых подзадач (например, разработка подсистем «Зарплата», «Бухгалтерия», «Склад», «Поставщики»), При этом для внутренней итерации в инкрементной модели можно использовать не только каскадную, но и другие типы моделей.

Здравствуйте, уважаемые хабровчане! Думаю будет кому-то интересно вспомнить какие модели разработки, внедрения и использования программного обеспечения существовали ранее, какие модели в основном используются сейчас, зачем и что это собственно такое. В этом и будет заключаться моя небольшая тема.

Собственно, что же такое жизненный цикл программного обеспечения - ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и дальнейшего использования. Говоря другими словами, это время от начального момента создания какого либо программного продукта, до конца его разработки и внедрения. Жизненный цикл программного обеспечения можно представить в виде моделей.

Модель жизненного цикла программного обеспечения - структура, содержащая процессы действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, использования и сопровождения программного продукта.
Эти модели можно разделить на 3 основных группы:

1. Инженерный подход
2. С учетом специфики задачи
3. Современные технологии быстрой разработки

Теперь рассмотрим непосредственно существующие модели (подклассы) и оценим их преимущества и недостатки.

Модель кодирования и устранения ошибок

Совершенно простая модель, характерная для студентов ВУЗов. Именно по этой модели большинство студентов разрабатывают, ну скажем лабораторные работы.
Данная модель имеет следующий алгоритм:

1. Постановка задачи
2. Выполнение
3. Проверка результата
4. При необходимости переход к первому пункту

Модель также ужасно устаревшая. Характерна для 1960-1970 гг., по-этому преимуществ перед следующими моделями в нашем обзоре практически не имеет, а недостатки на лицо. Относится к первой группе моделей.

Каскадная модель жизненного цикла программного обеспечения (водопад)

Алгоритм данного метода, который я привожу на схеме, имеет ряд преимуществ перед алгоритмом предыдущей модели, но также имеет и ряд весомых недостатков.

Преимущества:

• Последовательное выполнение этапов проекта в строгом фиксированном порядке
• Позволяет оценивать качество продукта на каждом этапе

Недостатки:

• Отсутствие обратных связей между этапами
• Не соответствует реальным условиям разработки программного продукта

Относится к первой группе моделей.

Каскадная модель с промежуточным контролем (водоворот)

Данная модель является почти эквивалентной по алгоритму предыдущей модели, однако при этом имеет обратные связи с каждым этапом жизненного цикла, при этом порождает очень весомый недостаток: 10-ти кратное увеличение затрат на разработку . Относится к первой группе моделей.

V модель (разработка через тестирование)

Данная модель имеет более приближенный к современным методам алгоритм, однако все еще имеет ряд недостатков. Является одной из основных практик экстремального программирования.

Модель на основе разработки прототипа

Данная модель основывается на разработки прототипов и прототипирования продукта.
Прототипирование используется на ранних стадиях жизненного цикла программного обеспечения:

1. Прояснить не ясные требования (прототип UI)
2. Выбрать одно из ряда концептуальных решений (реализация сцинариев)
3. Проанализировать осуществимость проекта

Классификация протопипов:

1. Горизонтальные и вертикальные
2. Одноразовые и эволюционные
3. бумажные и раскадровки

Горизонтальные прототипы - моделирует исключительно UI не затрагивая логику обработки и базу данных.
Вертикальные прототипы - проверка архитектурных решений.
Одноразовые прототипы - для быстрой разработки.
Эволюционные прототипы - первое приближение эволюционной системы.

Модель принадлежит второй группе.

Спиральная модель жизненного цикла программного обеспечения

Спиральная модель представляет собой процесс разработки программного обеспечения, сочетающий в себе как проектирование, так и постадийное прототипирование с целью сочетания преимуществ восходящей и нисходящей концепции.

Преимущества:

• Быстрое получение результата
• Повышение конкурентоспособности
• Изменяющиеся требования - не проблема

Недостатки:

• Отсутствие регламентации стадий

Третьей группе принадлежат такие модели как экстремальное программирование (XP), SCRUM , инкриментальная модель (RUP), но о них я бы хотел рассказать в отдельном топике.

Большое спасибо за внимание!

представление окончательных документов, метрик процесса, критериев начала и завершения задач и перехода к следующему шагу процесса; подбор методов тестирования для выбранного класса ПС для проверки правильности выполнения задач тестирования; разработка специальных шаблонов документов для документирования процесса тестирования относительно каждого шага процесса тестирования.

Т.е. делается предположение, что каждая работа будет выполнена настолько тщательно, что после ее завершения и перехода к следующему этапу возвращения к предыдущему не потребуется.

Разработчик проверяет промежуточный результат разными известными методами верификации и фиксирует его в качестве готового эталона для следующего процесса.

Согласно данной модели ЖЦ работы и задачи процесса разработки обычно выполняются последовательно, как это представлено в схеме. Однако вспомогательные и организационные процессы (контроль требований, управление качеством и др.) обычно выполняются параллельно с процессом разработки. В данной модели возвращение к начальному процессу предусматривается после сопровождения и исправления ошибок.

Особенность такой модели состоит в фиксации последовательных процессов разработки программного продукта. В ее основу положена модель фабрики, где продукт проходит стадии от замысла до производства, затем передается заказчику как готовое изделие, изменение которого не предусмотрено, хотя возможна замена на другое подобное изделие в случае рекламации или некоторых ее деталей, вышедших из строя.

Недостатки этой модели:

• процесс создания ПС не всегда укладывается в такую жесткую форму и последовательность действий;
• не учитываются изменившиеся потребности пользователей, изменения во внешней среде, которые вызовут изменения требований к системе в ходе ее разработки;
• большой разрыв между временем внесения ошибки (например, на этапе проектирования) и временем ее обнаружения (при сопровождении), что приводит к большой переделке ПС.

При применении каскадной модели могут иметь место следующие факторы риска:

• требования к ПС недостаточно четко сформулированы, либо не учитывают перспективы развития ОС, сред и т.п.;
• большая система, не допускающая компонентной декомпозиции, может вызвать проблемы с размещением ее в памяти или на платформах, не предусмотренных в требованиях;
• внесение быстрых изменений в технологию и в требования может ухудшить процесс разработки отдельных частей системы или системы в целом;
• ограничения на ресурсы (человеческие, программные, технические и др.) в ходе разработки могут сузить отдельные возможности реализации системы;

полученный продукт может оказаться плохим для применения по причине недопонимания разработчиками требований или функций системы или недостаточно проведенного тестирования. Преимущества реализации системы с помощью каскадной модели следующие:

• все задачи подсистем и системы реализуются одновременно (т.е. ни одна задача не забыта), а это способствует установлению стабильных связей и отношений между ними;
• полностью разработанную систему с документацией на нее легче сопровождать, тестировать, фиксировать ошибки и вносить изменения не беспорядочно, а целенаправленно, начиная с требований (например, добавить или заменять некоторые функции) и повторить процесс.

Каскадную модель можно рассматривать как модель ЖЦ, пригодную для создания первой версии ПО с целью проверки реализованных в ней функций. При сопровождении и эксплуатации могут быть обнаружены разного рода ошибки, исправление которых потребует повторного выполнения всех процессов, начиная с уточнения требований.

2.2.2. Инкрементная модель ЖЦ

Первая создаваемая промежуточная версия системы (выпуск 1) реализует часть требований, в последующую версию (выпуск 2) добавляют дополнительные требования и так до тех пор, пока не будут окончательно выполнены все требования и решены задачи разработки системы. Для каждой промежуточной версии на этапах ЖЦ выполняются необходимые процессы, работы и задачи, в том числе, анализ требований и создание новой архитектуры, которые могут быть выполнены одновременно.

Процессы разработки технического проекта ПС, его программирование и тестирование, сборка и квалификационные испытания ПС выполняются при создании каждой последующей версии.

В соответствии с данной моделью ЖЦ, процессы которой практически такие же, что и в каскадной модели, ориентир делается на разработку некоторой законченной промежуточной версии, а задачи процесса разработки выполняются последовательно или частично параллельно для ряда отдельных промежуточных структур версии.

Работы и задачи процесса разработки следующей версии системы с дополнительными требованиями или функциями могут выполняться неоднократно в той же последовательности для всех промежуточных версий системы. Процессы сопровождения и эксплуатации могут быть реализованы параллельно с процессом разработки версии путем проверки частично реализованных требований в каждой промежуточной версии и так до получения законченного варианта системы. Вспомогательные и организационные процессы ЖЦ обычно выполняются параллельно с процессом разработки версии системы и к концу разработки будут собраны данные, на основании которых может быть установлен уровень завершенности и качества изготовленной системы.

При применении данной модели необходимо учитывать следующие факторы риска:

• требования составлены с учетом возможности их изменения при реализации продукта;
• все возможности системы требуется реализовать с начала;
• быстрое изменение технологии и требований к системе может привести к нарушению полученной структуры системы;
• ограничения в ресурсном обеспечении (исполнители, финансы) могут привести к затягиванию сроков сдачи системы в эксплуатацию.

Данную модель ЖЦ целесообразно использовать, в случаях когда:

• желательно реализовать некоторые возможности системы быстро за счет создания промежуточной версии продукта;
• система декомпозируется на отдельные составные части, которые можно реализовывать как некоторые самостоятельные промежуточные или готовые продукты;
• возможно увеличение финансирования на разработку отдельных частей системы.