Понятие жизненного цикла программы. Жизненный цикл программного обеспечения

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

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

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

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

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

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

Основные этапы процесса разработки:

анализ требований заказчика;

проектирование;

реализация (программирование).

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

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

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

Модели жизненного цикла программного обеспечения

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

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

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

Рисунок 1– Основные этапы разработки каскадной модели

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

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

2. Проектирование состоит в создании:

архитектуры программного обеспечения;

модульной структуры программного обеспечения;

алгоритмической структуры программного обеспечения;

структуры данных;

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

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

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

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

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

исправления ошибок;

адаптации к изменениям внешней для программного обеспечения среды;

усовершенствование программного обеспечения в соответствии с требованиями заказчика.

Достоинства применения каскадной модели:

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

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

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

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

Недостатки каскадной модели:

реальные проекты часто требуют отклонений от стандартной последовательности шагов;

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

результаты реализации проекта доступны заказчику только после завершения всех работ.

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

Рисунок 2 – Процесс разработки программного обеспечения на основе каскадной модели

Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) ИС, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ , получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ , роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ ИС позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом.

Жизненный цикл ИС можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования.

Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла - структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения ее использования.

В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла :

Каскадная модель ( рис. 2.1) предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.
( рис. 2.2). Разработка ИС ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.
Спиральная модель ( рис. 2.3). На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка.Особое внимание уделяется начальным этапам разработки - анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов ( макетирования ).

Рис. 2.1.

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

На практике наибольшее распространение получили две основные модели жизненного цикла :

каскадная модель (характерна для периода 1970-1985 гг.);
спиральная модель (характерна для периода после 1986.г.).

В ранних проектах достаточно простых ИС каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно независимый блок. Для разработки такого типа приложений эффективным оказался каскадный способ. Каждый этап завершался после полного выполнения и документального оформления всех предусмотренных работ .

Можно выделить следующие положительные стороны применения каскадного подхода:

на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении относительно простых ИС, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования к системе. Основным недостатком этого подхода является то, что реальный процесс создания системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ИС оказывается соответствующим поэтапной модели с промежуточным контролем .

Однако и эта схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к системе. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ , а общие требования к ИС зафиксированы в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи зачастую получают систему, не удовлетворяющую их реальным потребностям.

Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации.

Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем и решить главную задачу - 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 вводятся временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла , и переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование производится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Жизненный цикл программного обеспечения

Жизненный цикл программного обеспечения - период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. (Стандарт IEEE Std 610.12)

Необходимость определения этапов жизненного цикла (ЖЦ) ПО обусловлена стремлением разработчиков к повышению качества ПО за счет оптимального управления разработкой и использования разнообразных механизмов контроля качества на каждом этапе, начиная от постановки задачи и заканчивая авторским сопровождением ПО. Наиболее общим представлением жизненного цикла ПО является модель в виде базовых этапов - процессов, к которым относятся:

Системный анализ и обоснование требований к ПО;

Предварительное (эскизное) и детальное (техническое) проектирование ПО;

Разработка программных компонент, их комплексирование и отладка ПО в целом;

Испытания, опытная эксплуатация и тиражирование ПО;

Регулярная эксплуатация ПО, поддержка эксплуатации и анализ результатов;

Сопровождение ПО, его модификация и совершенствование, создание новых версий.

Данная модель является общепринятой и соответствует как отечественным нормативным документам в области разработки программного обеспечения, так и зарубежным. С точки зрения обеспечения технологической безопасности целесообразно рассмотреть более подробно особенности представления этапов ЖЦ в зарубежных моделях, так как именно зарубежные программные средства являются наиболее вероятным носителем программных дефектов диверсионного типа.

Стандарты жизненного цикла ПО

ГОСТ 34.601-90

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

Графическое представление моделей ЖЦ позволяет наглядно выделить их особенности и некоторые свойства процессов.

Первоначально была создана каскадная модель ЖЦ, в которой крупные этапы начинались друг за другом с использованием результатов предыдущих работ. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. 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. Неточность какого-либо требования или некорректная его интерпретация в результате приводит к тому, что приходится «откатываться» к ранней фазе проекта и требуемая переработка не просто выбивает проектную команду из графика, но приводит часто к качественному росту затрат и, не исключено, к прекращению проекта в той форме, в которой он изначально задумывался. Основное заблуждение авторов водопадной модели состоит в предположениях, что проект проходит через весь процесс один раз, спроектированная архитектура хороша и проста в использовании, проект осуществления разумен, а ошибки в реализации легко устраняются по мере тестирования. Эта модель исходит из того, что все ошибки будут сосредоточены в реализации, а потому их устранение происходит равномерно во время тестирования компонентов и системы. Таким образом, водопадная модель для крупных проектов мало реалистична и может быть эффективно использована только для создания небольших систем.

Наиболее специфической является спиралевидная модель ЖЦ. В этой модели внимание концентрируется на итерационном процессе начальных этапов проектирования. На этих этапах последовательно создаются концепции, спецификации требований, предварительный и детальный проект. На каждом витке уточняется содержание работ и концентрируется облик создаваемого ПО, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации. На каждой итерации оцениваются:

Риск превышения сроков и стоимости проекта;

Необходимость выполнения ещё одной итерации;

Степень полноты и точности понимания требований к системе;

Целесообразность прекращения проекта.

Стандартизация ЖЦ ПО проводится по трем направлениям. Первое направление организуется и стимулируется Международной организацией по стандартизации (ISO - International Standard Organization) и Международной комиссией по электротехнике (IEC - International Electro-technical Commission). На этом уровне осуществляется стандартизация наиболее общих технологических процессов, имеющих значение для международной кооперации. Второе направление активно развивается в США Институтом инженеров электротехники и радиоэлектроники (IEEE - Institute of Electrotechnical and Electronics Engineers) совместно с Американским национальным институтом стандартизации (American Na-tional Standards Institute-ANSI). Стандарты ISO/IEC и ANSI/IEEE в основном имеют рекомендательный характер. Третье направление стимулируется Министерством обороны США (Department of Defense-DOD). Стандарты DOD имеют обязательный характер для фирм, работающих по заказу Министерства обороны США.

Для проектирования ПО сложной системы, особенно системы реального времени, целесообразно использовать общесистемную модель ЖЦ, основанную на объединении всех известных работ в рамках рассмотренных базовых процессов. Эта модель предназначена для использования при планировании, составлении рабочих графиков, управлении различными программными проектами.

Совокупность этапов данной модели ЖЦ целесообразно делить на две части, существенно различающихся особенностями процессов, технико-экономическими характеристиками и влияющими на них факторами.

В первой части ЖЦ производится системный анализ, проектирование, разработка, тестирование и испытания ПО. Номенклатура работ, их трудоемкость, длительность и другие характеристики на этих этапах существенно зависят от объекта и среды разработки. Изучение подобных зависимостей для различных классов ПО позволяет прогнозировать состав и основные характеристики графиков работ для новых версий ПО.

Вторая часть ЖЦ, отражающая поддержку эксплуатации и сопровождения ПО, относительно слабо связана с характеристиками объекта и среды разработки. Номенклатура работ на этих этапах более стабильна, а их трудоемкость и длительность могут существенно изменяться, и зависят от массовости применения ПО. Для любой модели ЖЦ обеспечение высокого качества программных комплексов возможно лишь при использовании регламентированного технологического процесса на каждом из этих этапов. Такой процесс поддерживается средствами автоматизации разработки, которые целесообразно выбирать из имеющихся или создавать с учетом объекта разработки и адекватного ему перечня работ.

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

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

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

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

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

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

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации

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

чего жизненный цикл программного изделия редко превышает 3 года.

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

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации

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

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

Обобщенная модель жизненного цикла программного изделия может выглядеть так:

I . Системный анализ:

а) исследования;

б) анализ осуществимости:

Эксплуатационной;

Экономической;

Коммерческой.

II . Проектирование программного обеспечения:

а) конструирование:

Функциональная декомпозиция системы, ее архитектура;

Внешнее проектирование программного обеспечения;

Проектирование базы данных;

Архитектура программного обеспечения;

б) программирование:

Внутреннее проектирование программного обеспечения;

Внешнее проектирование программных модулей;

Внутреннее проектирование программных модулей;

Кодирование;

Отладка программ;

Компоновка программ;

в) отладка программного обеспечения.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения.

IV . Использование программного обеспечения:

а) эксплуатация;

б) сопровождение.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.

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

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

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

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

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

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

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

На этом отрезке жизни программного обеспечения осуществляют:

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

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

Проектирование базы данных, если это необходимо;

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

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

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

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

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

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

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

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

Она продолжается так же долго, как и программирование.

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

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

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

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

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

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

Использование программного продукта определяется его эксплуатацией и сопровождением.

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

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

Сопровождение играет роль необходимой обратной связи от этапа эксплуатации.

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

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

Перекрытие между фазами жизненного цикла программного изделия

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

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

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

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

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

Понятие жизненного цикла программного обеспечения

Понятие жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО) является одним из базовых в программной инженерии. Жизненный цикл определяют как период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

В соответствии со стандартом ISO/IEC 12207 все процессы ЖЦ разделены на три группы (рис. 2.1).

Под моделью жизненного цикла ПО понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ. Она зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует. В состав жизненного цикло ПО обычно включаются следующие стадии:

1. Формирование требований к ПО.

2. Проектирование.

3. Реализация.

4.Тестирование.

5. Ввод в действие.

6. Эксплуатация и сопровождение.

7. Снятие с эксплуатации.

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие основные модели ЖЦ ПО:

a) каскадная и

b) спиральная (эволюционная).

Первая применялась для программ небольшого объема, представляющих собой единое целое. Принципиальной особенностью каскадного подхода является то, что переход на следующую стадию осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на текущей, и возвратов на пройденные стадии не предусматривается. Ее схема приведена на рис. 2.2.

Преимущества применения каскадной модели заключаются в следующем:

На каждой стадии формируется законченный набор проектной документации;

Выполняемые стадии работ позволяют планировать срок их завершения и соответствующие затраты.

Такая модель применяется для систем, к которым уже в начале разработки можно точно сформулировать все требования. К ним относятся, например, системы, в которых решаются, в основном, задачи вычислительного типа. Реальные процессы обычно имеют итерационный характер: результаты очередной стадии часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних стадиях. Таким образом, более распространенной является модель с промежуточным контролем, которая приведена на рис. 2.3.

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов и, как следствие, достаточно высокий риск создания системы, не удовлетворяющей изменившимся потребностям пользователей.

Эти проблемы устраняются в спиральной модели жизненного цикла (рис. 2.4). Ее принципиальной особенность является то, что прикладное ПО создается не сразу, как в случае каскадного подхода, а по частям с использованием метода прототипирования . Под прототипом понимается действующий программный компонент, реализующий отдельные функции и внешний интерфейс разрабатываемого ПО. Создание прототипов осуществляется в несколько итераций - витков спирали.

Каскадную (эволюционную) модель можно представить в виде диаграммы, которая приведена на рисунке 2.5.

Одним из результатов применения спиральной модели ЖЦ является получивший широкое распространение способ так называемой быстрой разработки приложений , или RAD (Rapid Application Development). Жизненный цикл ПО в соответствии с этим способом включает в себя четыре стадии:

1) анализ и планирование требований;

2) проектирование;

3) реализация;

4) внедрение.

Анализ жизненного цикла программ позволяет уточнить содержание и выделить следующие процессы проектирования сложных систем.

1) Стратегия;

2) Анализ;

3) Проектирование;

4) Реализация;

5) Тестирование;

6) Внедрение;

7) Эксплуатация и техническая поддержка.

Стратегия

Определение стратегии предполагает обследование системы. Основная задача обследования - оценка реального объема проекта, его целей и задач, а также получение определений сущностей и функций на высоком уровне. На этом этапе привлекаются высококвалифицированные бизнес-аналитики, которые имеют постоянный доступ к руководству фирмы. Кроме того, предполагается тесное взаимодействие с основными пользователями системы и бизнес-экспертами. Основная задача такого взаимодействия - получить как можно более полную информацию о системе, однозначно понять требования заказчика и передать полученную информацию в формализованном виде системным аналитикам. Как правило, информация о системе может быть получена на основании ряда бесед (или семинаров) с руководством, экспертами и пользователями.

Итогом этапа определения стратегии становится документ, в котором четко сформулировано следующее:

Что именно причитается заказчику, если он согласится финансировать проект;

Когда он сможет получить готовый продукт (график выполнения работ);

Во сколько это ему обойдется (график финансирования этапов работ для крупных проектов).

В документе должны быть отражены не только затраты, но и выгода, например срок окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

Рассматриваемый этап жизненного цикла ПО может быть представлен в модели только один раз, особенно если модель имеет циклическую структуру. Это не означает, что в циклических моделях стратегическое планирование производится раз и навсегда. В таких моделях этапы определения стратегии и анализа как бы объединяются, а их разделение существует лишь на самом первом витке, когда руководство предприятия принимает принципиальное решение о старте проекта. В целом стратегический этап посвящен разработке документа уровня руководства предприятия.

Этап анализа предполагает подробное исследование бизнес-процессов (функций, определенных на предыдущем этапе) и информации, необходимой для их выполнения (сущностей, их атрибутов и связей (отношений)). Этот этап дает информационную модель, а следующий за ним этап проектирования - модель данных.

Вся информация о системе, собранная на этапе определения стратегии, формализуется и уточняется на этапе анализа. Особое внимание уделяется полноте полученной информации, ее анализу на непротиворечивость, а также поиску неиспользуемой или дублирующейся информации. Как правило, заказчик вначале формирует требования не к системе в целом, а к отдельным ее компонентам. И в этом конкретном случае циклические модели жизненного цикла ПО имеют преимущество, поскольку с течением времени с большой вероятностью потребуется повторный анализ, так как у заказчика зачастую аппетит приходит во время еды. На этом же этапе определяются необходимые компоненты плана тестирования.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

a) функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе;

b) сущности - информация о предметах, которые имеют значение для организации и о которых что-либо известно.

При этом строятся диаграммы компонентов, потоков данных и жизненных циклов, которые описывают динамику системы. Они будут рассмотрены позднее.

Проектирование

На этапе проектирования формируется модель данных. Проектировщики обрабатывают данные анализа. Конечным продуктом этапа проектирования являются схема базы данных (если таковая существует в проекте) или схема хранилища данных (ER-модель) и набор спецификаций модулей системы (модель функций).

В небольшом проекте (например, в курсовом) одни и те же люди могут выступать в роли и аналитиков, и проектировщиков, и разработчиков. Перечисленные выше схемы и модели помогают найти, например, не описанные вообще, нечетко описанные, противоречиво описанные компоненты системы и прочие недостатки, что способствует предотвращению потенциальных ошибок.

Все спецификации должны быть очень точными. План тестирования системы также дорабатывается на этом этапе разработки. Во многих проектах результаты этапа проектирования оформляются в виде единого документа - так называемой технической спецификации. При этом широкое применение получил язык UML, который позволяет получить одновременно как документы анализа, отличающиеся меньшей детализацией (их потребители - менеджеры производства), так и документы проектирования (их потребители - менеджеры групп разработки и тестирования). Этот язык будет рассмотрен позднее. Программное обеспечение, построенное с применением UML, позволяет проще осуществить генерацию кода - как минимум иерархию классов, а также некоторые части кода самих методов (процедур и функций).

Задачами проектирования являются:

Рассмотрение результатов анализа и проверка их полноты;

Семинары с заказчиком;

Определение критических участков проекта и оценка его ограничений;

Определение архитектуры системы;

Принятие решения об использовании продуктов сторонних разработчиков, а также о способах интеграции и механизмах обмена информацией с этими продуктами;

Проектирование хранилища данных: модель базы данных;

Проектирование процессов и кода: окончательный выбор средств разработки, определение интерфейсов программ, отображение функций системы на ее модули и определение спецификаций модулей;

Определение требований к процессу тестирования;

Определение требований к безопасности системы.

Реализация

При реализации проекта особенно важно координировать группу (группы) разработчиков. Все разработчики должны подчиняться жестким правилам контроля исходных текстов. Они, получив технический проект, начинают писать код модулей. Основная задача разработчиков состоит в том, чтобы уяснить спецификацию: проектировщик написал, что надо сделать, а разработчик определяет, как это сделать.

На этапе разработки осуществляется тесное взаимодействие проектировщиков, разработчиков и групп тестировщиков. В случае интенсивной разработки тестировщик буквально неразлучен с разработчиком, фактически становясь членом группы разработки.

Чаще всего на этапе разработки меняются интерфейсы пользователя. Это обусловлено периодической демонстрацией модулей заказчику. Он также может существенно изменять запросы к данным.

Этап разработки сопряжен с этапом тестирования, и оба процесса идут параллельно. Синхронизирует действия тестеров и разработчиков система bug tracking.

Ошибки должны быть классифицированы согласно приоритетам. Для каждого класса ошибок должна быть определена четкая структура действий: «что делать», «как срочно», «кто ответственен за результат». Каждая проблема должна отслеживаться проектировщиком/разработчиком/тестировщиком, отвечающим за ее устранение. То же самое касается ситуаций, когда нарушаются запланированные сроки разработки и передачи модулей на тестирование.

Кроме того, должны быть организованы хранилища готовых модулей проекта и библиотек, которые используются при сборке модулей. Это хранилище постоянно обновляется. Контролировать процесс обновления должен один человек. Одно хранилище создается для модулей, прошедших функциональное тестирование, второе - для модулей, прошедших тестирование связей. Первое - это черновики, второе - то, из чего уже можно собирать дистрибутив системы и демонстрировать его заказчику для проведения контрольных испытаний или для сдачи каких-либо этапов работ.

Тестирование

Группы тестирования могут привлекаться к сотрудничеству уже на ранних стадиях разработки проекта. Обычно комплексное тестирование выделяют в отдельный этап разработки. В зависимости от сложности проекта тестирование и исправление ошибок может занимать треть, половину общего времени работы над проектом и даже больше.

Чем сложнее проект, тем больше будет потребность в автоматизации системы хранения ошибок - bug tracking, которая обеспечивает следующие функции:

Хранение сообщения об ошибке (к какому компоненту системы относится ошибка, кто ее нашел, как ее воспроизвести, кто отвечает за ее исправление, когда она должна быть исправлена);

Система уведомления о появлении новых ошибок, об изменении статуса известных в системе ошибок (уведомления по электронной почте);

Отчеты об актуальных ошибках по компонентам системы;

Информация об ошибке и ее история;

Правила доступа к ошибкам тех или иных категорий;

Интерфейс ограниченного доступа к системе bug tracking для конечного пользователя.

Подобные системы берут на себя множество организационных проблем, в частности вопросы автоматического уведомления об ошибках.

Собственно тесты систем принято подразделять на несколько категорий:

a) автономные тесты модулей; они используются уже на этапе разработки компонентов системы и позволяют отслеживать ошибки отдельных компонентов;

b) тесты связей компонентов системы; эти тесты также используются и на этапе разработки, они позволяют отслеживать правильность взаимодействия и обмена информацией компонентов системы;

c) системный тест ; он является основным критерием приемки системы; как правило, это группа тестов, включающая и автономные тесты, и тесты связей и модели; такой тест должен воспроизводить работу всех компонентов и функций системы; его основная цель - внутренняя приемка системы и оценка ее качества;

d) приемосдаточный тест ; основное его назначение - сдать систему заказчику;

e) тесты производительности и нагрузки ; эта группа тестов входит в системный, именно она является основной для оценки надежности системы.

В каждую группу обязательно входят тесты моделирования отказов. Они проверяют реакцию компонента, группы компонентов, а также системы в целом на следующие отказы:

Отдельного компонента информационной системы;

Группы компонентов системы;

Основных модулей системы;

Операционной системы;

Жесткий сбой (отказ питания, жестких дисков).

Эти тесты позволяют оценить качество подсистемы восстановления корректного состояния информационной системы и служат основным источником информации для разработки стратегий предотвращения негативных последствий сбоев при промышленной эксплуатации.

Еще одним важным аспектом программы тестирования информационных систем является наличие генераторов тестовых данных. Они используются для проведения тестов функциональности, надежности и производительности системы. Задачу оценки характеристик зависимости производительности информационной системы от роста объемов обрабатываемой информации без генераторов данных решить невозможно.

Внедрение

Опытная эксплуатация перекрывает процесс тестирования. Система редко вводится полностью. Как правило, это процесс постепенный или итерационный (в случае циклического жизненного цикла).

Ввод в эксплуатацию проходит как минимум три стадии:

2) накопление информации;

3) выход на проектную мощность (то есть собственно переход к этапу эксплуатации).

информации может вызвать довольно узкий спектр ошибок: в основном, рассогласование данных при загрузке и собственные ошибки загрузчиков. Для их выявления и устранения применяют методы контроля качества данных. Такие ошибки должны быть исправлены как можно быстрее.

В период накопления информации в информационной системе выявляется наибольшее количество ошибок, связанных с многопользовательским доступом. Вторая категория исправлений связана с тем, что пользователя не устраивает интерфейс. При этом циклические модели и модели с обратной связью этапов позволяют снизить затраты. Рассматриваемый этап является также наиболее серьезным тестом - тестом одобрения пользователем (customer acceptance tests).

Выход системы на проектную мощность в хорошем варианте - это доводка мелких ошибок и редкие серьезные ошибки.

Эксплуатация и техническая поддержка

На этом этапе последним документом для разработчиков является акт технической приемки. Документ определяет необходимый персонал и требуемое оборудование для поддержки работоспособности системы, а также условия нарушения эксплуатации продукта и ответственность сторон. Помимо этого обычно в виде отдельного документа оформляются условия технической поддержки.

Статьи по теме