Системный подход к разработке ПО. Временной и пространственный аспекты системного подхода. Каскадная модель жизненного цикла ПО

При рассмотрении технологии разработки ПО необходимо использовать системный подход, который предполагает рассмотрение не каких-то отдельных аспектов проблемы разработки ПО, а проблемы в целом. Системный подход реализуется в пространстве и во времени.

Системный подход во времени рассматривает последовательность этапов создания ПО от момента формирования неудовлетворенной потребности в ПО до момента её разрешения и сопровождения в эксплуатации полученного программного продукта.

Системный подход в "пространстве" предусматривает рассмотрение разрабатываемого ПО, как части системы. При этом на базе изучения информационных потребностей системы, в которую будет входить разрабатываемое ПО, формулируются цели и набор функций ПО, анализируются прототипы программных средств. Формируются и документируются требования к ПО.

Современная технология разработки ПО рассматривает программирование, как один из этапов разработки в цепи последовательных этапов цикла разработки. Все эти этапы объединяются понятием жизненный цикл ПО и должны быть поддержаны соответствующими инструментальными программными и аппаратными средствами.

В соответствии с международным стандартом ISO/IEC 12207 «информационные технологии – Процессы жизненного цикла ПО» процесс разработки ПО содержит следующие этапы жизненного цикла ПО:

1) анализ системных требований и области применения;

2) проектирование архитектуры системы;

3) анализ требований к ПО(спецификации, внешние интерфейсы,);

4) проектирование архитектуры ПО;

5) детальное проектирование каждой единицы ПО;

6) кодирование ПО (программирование)

7) тестирование единиц ПО;

8) интеграция (объединение ПО) и тестирование совокупности единиц ПО;

9) квалификационные испытания ПО (комплексное тестирование);

10) интеграция системы единицы структуры ПО должны быть объединены с единицами аппаратных средств;

11) квалификационные испытания системы;

12) установка ПО.

Таким образом, процесс разработки ПО имеет свое начало от системы, где это ПО будет использовано и завершается опять в системе.

После этапов разработки в жизненном цикле ПО следует этап эксплуатации ПО и сопровождения при эксплуатации. Иногда перечень этапов жизненного цикла ПО приводится с некоторыми обобщениями (укрупнениями) приведенных 12 этапов. Например, этапы проектирования системы и определение требований к ПО, проектирования программного комплекса, проектирования алгоритмов ПО, программирования (кодирования), автономной отладки ПО, комплексной отладки ПО, эксплуатации ПО.

Пренебрежения этапами проектирования ПО, стремление сразу начать программирование без достаточной проработки алгоритмов и вопросов взаимодействия структурных единиц ПО часто приводит к хаотическому процессу разработки ПО с малыми шансами на успех.

 

Спиральная модель жизненного цикла ПО. «Тяжелые и облегченные» (быстрые) технологии разработки ПО

Рассмотренная модель жизненного цикла (ЖЦ) относится к модели каскадного типа. Этот тип модели ЖЦ хорош для ПО, для которого в самом начале разработки возможно полно и точно сформулировать все требования к ПО.

Схема спирального ЖЦ ПО. Однако, реальный процесс создания ПО не всегда укладывается в такую жесткую схему и часто возникает потребность возврата предыдущим этапам с уточнением или пересмотром принятых решений.

Для ПО также как и для других сложных систем, первоначальные требования к которым недостаточно полны, характерен итеративный процесс разработки. При этом для некоторых типов ПО даже желательно переходить к следующему этапу как можно быстрее. При этом неизбежные при такой поспешной работе недостатки устраняются на следующей итерации или остаются на всегда.

Главная задача как можно быстрее достичь работоспособного ПО, активизируя тем самым процесс уточнения и дополнения требований. Это так называемая спиральная модель ЖЦ ПО.

На каждом витке спирали выполняется создание версии продукта, уточняются требования к ПО и планируются работы следующего витка. Спиральная модель ЖЦ ПО отражает объективно существующий процесс итеративной разработки ПО (рис. 8.2).

Считается, что спиральная схема ЖЦ ПО предназначена не столько для торопливых разработчиков, сколько для ПО, некачественные первые версии которого допустимы по функциональному назначению ПО.

Существует направление «Быстрых технологий» разработки ПО (Agile Software Development), дающее идеологическое обоснование взглядам, связанным с спиральной моделью ЖЦ. Эти технологии базируются на четырех идеях:

-интерактивное взаимодействие индивидуумов важнее формальных процедур и инструментов,

- работающее ПО важнее наличия документации на него,

- сотрудничество с заказчиком важнее формальных договоров,

- быстрое реагирование на внешние изменения важнее строгого следования намеченным планам.

 

 

 

Рис. 8.2 - Схема спирального ЖЦ ПО

 

Иными словами, быстрые технологии направлены на замену формальных и трудоемких документированных процедур взаимодействия при разработке на интерактивные, что возможно при малых размерах проекта, подобранных качеств сотрудников, размещения разработчиков и заказчиков «в одной комнате» и для разработки ПО некритических систем.

Правильность этих принципов в определенной мере, когда разработку ПО ведет небольшое количество квалифицированных и преданных делу «фанатов») для разработки некоторых видов ПО оспаривать трудно. Однако, Agile технологии и это признают их идеологи применимы в программных проектах определенного класса и масштаба, так же, как и вообще спиральная модель ЖЦ, а именно там, где ошибки ПО приводят к некоторым неудобствам либо потерям возместимых средств.

Там, где неверно работающее ПО приводит к угрозе человеческой жизни либо к большим материальным потерям должны использоваться полновесные продуманные технологии, обеспечивающие надежность программного продукта.

С увеличением масштаба программного проекта- увеличением количества участвующих в нем людей потребность в жесткой технологии разработки, составляющих каскадный ЖЦ ПО, возрастает. Здесь необходима документация, так как в любой момент возможна потеря любого из разработчиков, необходима формализация межпрограммных связей, управление изменениями ПО и т. п. Не даром в стандарты разработки ПО заведена именно каскадная модель жизненного цикла. При этом она также позволяет реализовать итеративный процесс разработки за счет предусмотренной этапности проектирования СТС и ПО для них.

Для очень больших программных проектов (коллектив разработчиков более 100) технология разработки является ключевым фактором, влияющим не только на качество ПО, но и на саму возможность его создания.

«Тяжелые и облегченные» технологии разработки ПО. Разработчики многих видов ПО считают каскадную модель жизненного цикла слишком регламентированной, слишком документированной и тяжелой и поэтому нерациональной. Существует направление «Быстрых технологий» (легких технологий) разработки ПО (Agile Software Development), дающее идеологическое обоснование этим взглядам. Эти технологии базируются на четырех идеях:

1. интерактивное взаимодействие индивидуумов важнее формальных процедур и инструментов,

2. работающее ПО важнее наличия документации на него,

3. сотрудничество с заказчиком важнее формальных договоров с ним,

4. быстрое реагирование на внешние изменения важнее строгого следования намеченным планам.

Правильность этих принципов кроме третьего в определенной мере (разработку ПО ведет небольшое количество квалифицированных программистов - «фанатов», не нуждающихся в контроле и дополнительной мотивации) для разработки ПО оспаривать трудно. Однако, Agile технологии и это признают их идеологи применимы в программных проектах определенного класса и масштаба, так же как и вообще спиральная модель ЖЦ, а именно там, где ошибки ПО приводят к некоторым неудобствам либо потерям возместимых средств и там где требования к ПО постоянно меняются, так как были заранее плохо определены, и требуется быстрая адаптация к этим изменениям.

Быстрые технологии – попытки достичь компромисса между строгой дисциплиной разработки и полным её отсутствием во имя уменьшения потока бумаг, сопровождающих разработку.Быстрые технологии не могут обеспечить высокую надежность программного продукта именно из-за минимизации бумаг, юридически подтверждающих ответственность разработчика.

Примером Agile технологий является «Экстремальное программирование» (ХР). Итерации в ХР очень короткие и состоят из четырех операций: кодирования, тестирования, выслушивание заказчика, проектирование. Принципы ХР – минимальность, простота, участие заказчика, короткий цикл, тесные взаимодействия разработчиков – они должны сидеть в одной комнате, ежедневных оперативных совещаний совместно с заказчиком представляются разумными и давно применяются не только в быстрых технологиях, но в ХР они доведены до экстремальных значений.

Анализ множества программных проектов показал, что облегченные технологии, проповедующие принципы самоорганизации, акцентирующие использование индивидуальных способностей разработчиков, короткие итерации разработки в спиральной модели, ХР, SCRUM распространены и часто также приводят к успеху, максимально используя особенности работы в малых коллективах.

Там, где неверно работающее ПО приводит к угрозе человеческой жизни либо к большим материальным потерям должны использоваться упорядоченные, полностью продуманные и прогнозируемые формализованные «тяжелые» технологии, обеспечивающие надежность программного продукта даже в случае разработчиков средней квалификации. С увеличением масштаба программного проекта - увеличением количества участвующих в нем людей потребность в жесткой и формальной технологии разработки, фиксирующей ответственность каждого участника разработки, составляющих каскадный ЖЦ ПО, возрастает. Не даром в стандарты разработки ПО заведена именно каскадная модель жизненного цикла.

В больших коллективах разработчиков проблема управления – выходит на передний план.

Для очень больших программных проектов вопросы упорядоченной скоординированной разработки: структурирования, интеграции, обеспечения правильного взаимодействия программ, организации правильного и скоординированного проведения неизбежных изменений являются ключевыми и влияют на саму возможность их создания.

В малых проектах ПО алгоритмические изыски, влияние отдельных талантливых личностей играют определяющую роль, тогда как в больших проектах эти факторы нивелируются и не оказывают определяющего влияния на ход разработки.

Разработчики ПО, обладающие средними возможностями, а таких большинство, и соблюдающие технологическую дисциплину в рамках правильной технологии, должны разрабатывать ПО требуемого качества. «Поддерживай порядок и он поддержит тебя».