Життєвий цикл програмного забезпечення. Моделі розробки програмного забезпечення.

 

Життєвий цикл програмного забезпечення — сукупність окремих етапів робіт, що проводяться у заданому порядку протягом періоду часу, який починається з вирішення питання про розроблення програмного забезпечення і закінчується припиненням використання програмного забезпечення.

Загальні поняття. В загальному випадку, життєвий цикл визначається моделлю й описується у формі методології (методу). Модель або парадигма життєвого циклу визначає загальну організацію і, як правило, основні його фази та принципи переходу між ними. Методологія (метод) визначає комплекс робіт, їх детальний зміст і рольову відповідальність спеціалістів на всіх етапах вибраної моделі.

Життєвий цикл програмного забезпечення супроводжується розробленням, обігом та використанням програмної документації.

Програмна документація — сукупність документів, що містять відомості, необхідні для розробки, виготовлення, супроводу та експлуатації програм. Програмна документація є одним з видів технічної документації.

Комплекс державних стандартів, що встановлюють взаємопов'язані правила розробки, оформлення та обігу програм і програмної документації називається «Єдина система програмної документації» (ЄСПД).

Моделі життєвого циклу програмного забезпечення. Модель життєвого циклу - це структура, що складається із процесів, робіт та задач, які включають в себе розробку, експлуатацію і супровід програмного продукту; охоплює життя системи від визначення вимог до неї до припинення її використання. На сьогодні найбільшого розповсюдження набули дві моделі:

 

· каскадна модель;

· спіральна модель.

Каскадна модель. Однією з перших почала застосовуватися каскадна модель, де кожна робота виконується один раз і в такому порядку, який подано на рис.1.1.

Рис. 1.1. Каскадна модель ЖЦ програмних систем

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/95/%D0%98%D0%BB%D0%BB%D1%8E%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_3_%D0%B4%D0%BE_%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F.gif)

Тобто вважається, що кожна робота має бути виконана настільки ретельно, що після її закінчення і переходу до наступного етапу, повертатися до попереднього не буде потреби. Розробник перевіряє проміжний результат відомими методами верифікації і фіксує його як готовий еталон для наступного процесу.

Згідно з даною моделлю роботи і завдання процесу розроблення зазвичай виконуються послідовно, як це наведено у схемі.

Проте допоміжні і організаційні процеси (контроль вимог, керування якістю і ін.), як правило, виконуються разом з процесами розробки ПЗ. У даній моделі повернення до початкового процесу передбачається після супроводження і виправлення помилок.

Особливість такої моделі полягає у фіксації послідовних процесів розроблення програмного продукту. В її основу покладена модель фабрики, де продукт проходить стадії від задуму до виробництва, потім його передають замовнику у вигляді готового виробу, де заміна не передбачена, хоча можна подати інший подібний виріб. Недоліки цієї моделі такі:

· процес створення ПС не завжди вкладається в таку жорстку форму і послідовність дій;

· не враховуються змінювані потреби користувачів, нестабільні умови зовнішнього середовища, які впливають на зміни вимог до ПС під час ї розроблення;

· значний розрив між часом внесення помилки (наприклад, на процесі проектування) і часом її виявлення (при супроводі), що призводить до суттєвої переробки ПС.

При застосуванні каскадної моделі можуть спостерігатися такі чинники ризику:

· вимоги до ПС недостатньо чітко сформульовані, або не враховують перспективи розвитку ОС, середовищ і т.п.;

· громіздка система, що не допускає компонентної декомпозиції, може викликати проблеми щодо розміщення її в пам'яті або на платформах, не передбачених у вимогах;

· внесення швидких змін до технології і у вимоги може погіршити процес розроблення окремих частин системи або системи в цілому;

· обмеження на ресурси (людські, програмні, технічні і ін.) в ході розробки можуть звузити окремі можливості реалізації системи;

· отриманий продукт може виявитися не придатним для застосування внаслідок нерозуміння розробниками вимог або функцій системи або недостатньо проведеного тестування.

Переваги реалізації системи за допомогою каскадної моделі такі:

· всі завдання підсистем і системи реалізуються одночасно, завдяки чому не можна забути жодного завдання, а це сприяє встановленню стабільних зв'язків між ними;

· повністю розроблену систему з документацією на неї легше супроводжувати, тестувати, фіксувати помилки і вносити зміни не хаотично, а цілеспрямовано, починаючи з вимог, наприклад, додавати або замінювати деякі функції і повторювати процес.

Каскадну модель можна розглядати як модель ЖЦ, придатну для створення першої версії ПЗ з метою перевірки реалізованих в ній функцій. При супроводі і експлуатації можуть бути виявлені різного роду помилки, виправлення яких спричинить повторне виконання всіх процесів, починаючи з уточнення вимог.

Спіральна модель. Розробка ітераціями відображає об'єктивно існуючий спіральний цикл створення системи. Неповне завершення робіт на кожному етапі дозволяє переходити на наступний етап, не чекаючи повного завершення роботи на поточному. При ітеративному способі розробки відсутню роботу можна буде виконати на наступній ітерації. Головне ж завдання - щонайшвидше показати користувачам системи працездатний продукт, тим самим активізуючи процес уточнення і доповнення вимог.

Виходячи з можливості внесення змін, як в процес, так і в проміжний продукт було створено спіральну модель ЖЦ, що зображена на рис.1.2.

Внесення змін орієнтоване на задоволення потреби користувачів одразу, як тільки буде встановлено, що створені артефакти або елементи документації не відповідають дійсному стану розробки.

Дана модель ЖЦ допускає аналіз продукту на витку розробки, його перевірку, оцінку правильності та прийняття рішення про перехід на наступний виток або повернення на попередній виток для доопрацювання на ньому проміжного продукту.

Відмінність цієї моделі від каскадної полягає в можливості багато разів повертатися до процесу формулювання вимог і до повторної розробки версії системи з будь-якого процесу моделі.

Рис. 1.2. Спіральна модель ЖЦ розробки програмних систем

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/%D0%98%D0%BB%D0%BB%D1%8E%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%BA_%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F.jpeg)

Для програмного продукту така модель не дуже підходить з декількох причин. По-перше, висловлення вимог замовником носить суб'єктивний характер, вимоги можуть багаторазово уточнюватися протягом розробки ПС i навіть після завершення та випробовування, і часом може з'ясуватися, що замовник «хотів зовсім інше». По-друге, змінюються обставини та умови використання системи, тому загальновизнаним законом програмної інженерії є закон еволюції, який сформулюємо так: кожна діюча ПС з часом потребує внесення змін або виводиться з експлуатації.

При необхідності внесення змін до системи на кожному витку з метою отримання нової версії системи обов'язково вносяться зміни в заздалегідь зафіксовані вимоги, після чого повертаються на попередній виток спіралі для продовження реалізації нової версії системи з урахуванням усіх змін.

Еволюційна модель. У разі еволюційної моделі система послідовно розробляється з блоків конструкцій. На відміну від інкрементної моделі в еволюційній моделі вимоги встановлюються частково і уточнюються в кожному наступному проміжному блоці структури системи.

Використання еволюційної моделі припускає проведення дослідження предметної області для вивчення потреб її замовника і аналізу можливості застосування цієї моделі для реалізації. Модель використовується для розробки нескладних і некритичних систем, де головною вимогою є реалізація функцій системи. При цьому вимоги не можуть бути визначені відразу і повністю. Тому розробка системи здійснюється ітераційним шляхом її еволюційного розвитку з отриманням деякого варіанта системи–прототипу, на якому перевіряється реалізація вимог. Іншими словами, такий процес за своєю суттю є ітераційним, з етапами розробки, що повторюються, починаючи від змінених вимог і закінчуючи отриманням готового продукту. В деякому розумінні до цього типу моделі можна віднести спіральну модель.

Розвитком цієї моделі є модель еволюційного прототипування в рамках усього ЖЦ розробки, рис.1.3.

Рис. 1.3. Модель еволюційного прототипування

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6e/%D0%98%D0%BB%D0%BB%D1%8E%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_2_%D0%BA_%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F.gif)

У літературі вона часто називається моделлю швидкої розробки програм RAD (Rapid Application Development).

У даній моделі наведені дії, які пов'язані з аналізом її застосовності для конкретного виду системи, а також обстеженням замовника для визначення потреб користувача при розробці плану створення прототипу.

У моделі є дві головні ітерації розробки функціонального прототипу, проектування і реалізації системи з метою перевірки, чи задовольняє вона всі функціональні і нефункціональні вимоги. Основною ідеєю цієї моделі є моделювання окремих функцій системи в прототипі і поступове еволюційне його доопрацювання до виконання всіх заданих функціональних вимог.

Ітерацій з отримання проміжних варіантів прототипу може бути декілька, в кожній з яких додається функція і повторно моделюється робота прототипу. І так до тих пір, поки не будуть промодельовані всі функції, задані у вимогах до системи. Після цього виконується ще одна ітерація – остаточне програмування для отримання готової системи.

Ця модель застосовується для систем, в яких найбільш важливими є функціональні можливості, і які необхідно швидко продемонструвати на CASE-засобах.

Оскільки проміжні прототипи системи відповідають реалізації деяких функціональних вимог, їх можна перевіряти і під час супроводу і експлуатації, тобто разом з процесом розробки чергових прототипів системи.

При цьому допоміжні і організаційні процеси можуть виконуватися разом з процесом розроблення і накопичувати відомості за даними кількісних і якісних оцінок на процесах розроблення.

При цьому враховуються такі чинники ризику:

· реалізація всіх функцій системи одночасно може призвести до громіздкості;

· обмежені людські ресурси зайняті розробкою протягом тривалого часу.

Переваги застосування даної моделі ЖЦ такі:

· швидка реалізація деяких функціональних можливостей системи і їх апробація;

· використання проміжного продукту в наступному прототипі;

· виділення окремих функціональних частин для реалізації їх у вигляді прототипу;

· можливість збільшення фінансування системи;

· зворотний зв'язок із замовником для уточнення функціональних вимог;

· спрощення внесення змін у зв'язку із заміною окремих функції.

Модель розвивається у напряму додавання нефункціональних вимог до системи, пов'язаних із захистом і безпекою даних, несанкціонованим доступом до них і ін.