Лекция: Жизненный цикл и этапы разработки программного обеспечения
Жизненным циклом программного обеспечения называют период от момента появления идеи создания некоторого программного обеспечения до момента завершения его поддержки фирмой-разработчиком или фирмой, выполнявшей сопровождение.
Состав процессов жизненного цикла регламентируется международным стандартом ISO/IEC 12207: 1995 «Information Technologe — Software Life Cycle Processes» («Информационные технологии — Процессы жизненного цикла программного обеспечения»). ISO — International Organization for Standardization — Международная организация по стандартизации. IEC -International Electrotechnical Commission — Международная комиссия по электротехнике.
Этот стандарт описывает структуру жизненного цикла программного обеспечения и его процессы. Процесс жизненного цикла определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. На рис. 1.9 представлены процессы жизненного цикла по указанному стандарту. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, а также исходными данными и результатами.
Процесс разработки (development process) в соответствии со стандартом предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию программного обеспечения и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, а также подготовку материалов, необходи-
Рис. 1.9.Структура процессов жизненного цикла программного
обеспечения
мых для проверки работоспособности и соответствия качества программных продуктов, материалов, необходимых для обучения персонала, и т. д. По стандарту процесс разработки включает следующие действия:
• подготовительную работу — выбор модели жизненного цикла (см. да
лее), стандартов, методов и средств разработки, а также составление плана
работ;
• анализ требований к системе — определение ее функциональных воз
можностей, пользовательских требований, требований к надежности и безо
пасности, требований к внешним интерфейсам и т. д.;
• проектирование архитектуры системы — определение состава необ
ходимого оборудования, программного обеспечения и операций, выполняе
мых обслуживающим персоналом;
• анализ требований к программному обеспечению — определение функ
циональных возможностей, включая характеристики производительности,
среды функционирования компонентов, внешних интерфейсов, специфика-
ций надежности и безопасности, эргономических требований, требований к используемым данным, установке, приемке, пользовательской документации, эксплуатации и сопровождению;
• проектирование архитектуры программного обеспечения — определе
ние структуры программного обеспечения, документирование интерфейсов
его компонентов, разработку предварительной версии пользовательской до
кументации, а также требований к тестам и плана интеграции;
• детальное проектирование программного обеспечения — подробное
описание компонентов программного обеспечения и интерфейсов между ни
ми, обновление пользовательской документации, разработка и документиро
вание требований к тестам и плана тестирования компонентов программно
го обеспечения, обновление плана интеграции компонентов;
• кодирование и тестирование программного обеспечения — разработку
и документирование каждого компонента, а также совокупности тестовых
процедур и данных для их тестирования, тестирование компонентов, обнов
ление пользовательской документации, обновление плана интеграции про
граммного обеспечения;
• интеграцию программного обеспечения — сборку программных компо
нентов в соответствии с планом интеграции и тестирование программного
обеспечения на соответствие квалификационным требованиям, представля
ющих собой набор критериев или условий, которые необходимо выполнить,
чтобы квалифицировать программный продукт, как соответствующий своим
спецификациям и готовый к использованию в заданных условиях эксплуата
ции;
• квалификационное тестирование программного обеспечения — тести
рование программного обеспечения в присутствии заказчика для демон
страции его соответствия требованиям и готовности к эксплуатации; при
этом проверяется также готовность и полнота технической и пользователь
ской документации
• интеграцию системы — сборку всех компонентов системы, включая
программное обеспечение и оборудование;
• квалификационное тестирование системы — тестирование системы на
соответствие требованиям к ней и проверка оформления и полноты докумен
тации;
• установку программного обеспечения — установку программного обес
печения на оборудовании заказчика и проверку его работоспособности;
• приемку программного обеспечения — оценку результатов квалифика
ционного тестирования программного обеспечения и системы в целом и до
кументирование результатов оценки совместно с заказчиком, окончательную
передачу программного обеспечения заказчику.
Указанные действия можно сгруппировать, условно выделив следующие основные этапы разработки программного обеспечения [10] (в скобках
указаны соответствующие стадии разработки по ГОСТ 19.102-77 «Стадии разработки»):
• постановка задачи (стадия «Техническое задание»);
• анализ требований и разработка спецификаций (стадия «Эскизный
проект»);
• проектирование (стадия «Технический проект»);
• реализация (стадия «Рабочий проект»).
Традиционно разработка также включала этап сопровождения (началу этого этапа соответствует стадия «Внедрение» по ГОСТ). Однако по международному стандарту в соответствии с изменениями, произошедшими в индустрии разработки программного обеспечения, этот процесс теперь рассматривается отдельно.
Условность выделения этапов связана с тем, что на любом этапе возможно принятие решений, которые потребуют пересмотра решений, принятых ранее (см. § 1.5).
Постановка задачи.В процессе постановки задачи четко формулируют назначение программного обеспечения и определяют основные требования к нему. Каждое требование представляет собой описание необходимого или желаемого свойства программного обеспечения. Различают функциональные требования, определяющие функции, которые должно выполнять разрабатываемое программное обеспечение, и эксплуатационные требования, определяющие особенности его функционирования.
Требования к программному обеспечению, имеющему прототипы, обычно определяют по аналогии, учитывая структуру и характеристики уже существующего программного обеспечения. Для формулирования требований к программному обеспечению, не имеющему аналогов, иногда необходимо провести специальные исследования, называемые предпроект-ными. В процессе таких исследований определяют разрешимость задачи, возможно, разрабатывают методы ее решения (если они новые) и устанавливают наиболее существенные характеристики разрабатываемого программного обеспечения. Для выполнения предпроектных исследований, как правило, заключают договор на выполнение научно-исследовательских работ. В любом случае этап постановки задачи заканчивается разработкой технического задания, фиксирующего принципиальные требования, и принятием основных проектных решений (см. гл. 3).
Анализ требований и определение спецификаций.Спецификациями называют точное формализованное описание функций и ограничений разрабатываемого программного обеспечения. Соответственно различают функциональные и эксплуатационные спецификации. Совокупность спецификаций представляет собой общую логическую модель проектируемого программного обеспечения.
Для получения спецификаций выполняют анализ требований технического задания, формулируют содержательную постановку задачи, выбирают
-ЗЛ
математический аппарат формализации, строят модель предметной области, определяют подзадачи и выбирают или разрабатывают методы их решения. Часть спецификаций может быть определена в процессе предпроектных исследований и, соответственно, зафиксирована в техническом задании.
На этом этапе также целесообразно сформировать тесты для поиска ошибок в проектируемом программном обеспечении, обязательно указав ожидаемые результаты.
Проектирование.Основной задачей этого этапа является определение подробных спецификаций разрабатываемого программного обеспечения. Процесс проектирования сложного программного обеспечения обычно включает:
• проектирование общей структуры — определение основных компонен
тов и их взаимосвязей;
• декомпозицию компонентов и построение структурных иерархий в со
ответствии с рекомендациями блочно-иерархического подхода;
• проектирование компонентов.
Результатом проектирования является детальная модель разрабатываемого программного обеспечения вместе со спецификациями его компонентов всех уровней. Тип модели зависит от выбранного подхода (структурный, объектный или компонентный) и конкретной технологии проектирования. Однако в любом случае процесс проектирования охватывает как проектирование программ (подпрограмм) и определение взаимосвязей между ними, так и проектирование данных, с которыми взаимодействуют эти программы или подпрограммы.
Принято различать также два аспекта проектирования:
• логическое проектирование, которое включает те проектные операции,
которые непосредственно не зависят от имеющихся технических и про
граммных средств, составляющих среду функционирования будущего про
граммного продукта;
• физическое проектирование — привязка к конкретным техническим и
программным средствам среды функционирования, т. е. учет ограничений,
определенных в спецификациях.
Реализация.Реализация представляет собой процесс поэтапного написания кодов программы на выбранном языке программирования (кодирование), их тестирование и отладку.
Сопровождение.Сопровождение — это процесс создания и внедрения новых версий программного продукта. Причинами выпуска новых версий могут служить:
• необходимость исправления ошибок, выявленных в процессе эксплуа
тации предыдущих версий;
• необходимость совершенствования предыдущих версий, например,
улучшения интерфейса, расширения состава выполняемых функций или по
вышения его производительности;
• изменение среды функционирования, например, появление новых тех
нических средств и/или программных продуктов, с которыми взаимодейст
вует сопровождаемое программное обеспечение.
На этом этапе в программный продукт вносят необходимые изменения, которые так же, как в остальных случаях, могут потребовать пересмотра проектных решений, принятых на любом предыдущем этапе. С изменением модели жизненного цикла программного обеспечения (см. далее) роль этого этапа существенно возросла, так как продукты теперь создаются итерационно: сначала выпускается сравнительно простая версия, затем следующая с большими возможностями, затем следующая и т. д. Именно это и послужило причиной выделения этапа сопровождения в отдельный процесс жизненного цикла в соответствии с стандартом ISO/IEC 12207.
Рассматриваемый стандарт только называет и определяет процессы жизненного цикла программного обеспечения, не конкретизируя в деталях, как реализовывать или выполнять действия и задачи, включенные в эти процессы. Эти вопросы регламентируются соответствующими методами, методиками и т. п. Прежде, чем перейти к подробному рассмотрению последних, проанализируем эволюцию схем разработки программного обеспечения от момента их появления до настоящего времени.