Водопадная модель Анализ требований Проектирование Реализация Интеграция Тестирование Составляется спецификация продукта Составляется архитектура продукта Разработка исходного кода Интеграция отдельных частей исходного кода Тестирование и устранение дефектов

Унифицированный процесс разработки программного обеспечения (USDP) Модель вариантов использования, описывает случаи, в которых приложение будет использоваться. Аналитическая модель описывает базовые классы для приложения. Модель проектирования описывает связи и отношения между классами и выделенными объектами Модель развертывания описывает распределение программного обеспечения по компьютерам. Модель реализации описывает внутреннюю организацию программного кода. Модель тестирования состоит из тестирующих компонентов, тестовых процедур и различных вариантов тестирования

Типичные компоненты архитектуры программного продукта и типичные требования к ПО Организация программы Основные классы системы Организация данных Бизнес–правила Пользовательский интерфейс Управление ресурсами Безопасность Производительность Масштабируемость Взаимодействие с другими системами (интеграция) Интернационализация, локализация Ввод-вывод данных Обработка ошибок

Типичные компоненты архитектуры программного продукта и типичные требования к ПО Отказоустойчивость – совокупность свойств системы, повышающая ее надежность путем обнаружения ошибок, восстановления и локализации плохих последствий для системы. При разработке любой реальной системы для обеспечения отказоустойчивости необходимо предусматривать всевозможные ситуации, которые могут привести к сбою системы и разработать механизмы обработки сбоев. Надежность – способность системы противостоять различным отказам и сбоям. Отказ – это переход системы в результате ошибки в полностью неработоспособное состояние. Сбой – ошибка в работе системы, которая не приводит к выходу системы из строя. Чем меньше отказов и сбоев за какой-то определенный интервал времени, тем система считается надежнее.

Типичные компоненты архитектуры программного продукта и типичные требования к ПО Возможности реализации разрабатываемой архитектуры. Возможности реализации разрабатываемой архитектуры. Избыточная функциональность. Избыточная функциональность. Принятие решение о приобретении готовых компонент ПО. Принятие решение о приобретении готовых компонент ПО. Стратегия изменений. Стратегия изменений.

Ясно ли описана общая организация программы; включает ли спецификация обзор архитектуры и ее обоснование. Ясно ли описана общая организация программы; включает ли спецификация обзор архитектуры и ее обоснование. Адекватно ли определены основные компоненты программы, их области ответственности и взаимодействие с другими компонентами. Адекватно ли определены основные компоненты программы, их области ответственности и взаимодействие с другими компонентами. Все ли функции, указанные в спецификации требований, реализованы разумным количеством компонентов системы. Все ли функции, указанные в спецификации требований, реализованы разумным количеством компонентов системы. Приведено ли описание самых важных классов и их обоснование. Приведено ли описание самых важных классов и их обоснование. Приведено ли описание организации БД. Приведено ли описание организации БД. Определены ли все бизнес правила. Определены ли все бизнес правила. Описано ли их влияние на систему. Описано ли их влияние на систему. Контрольный список вопросов, который позволяет сделать вывод о качестве архитектуры:

Контрольный список вопросов, который позволяет сделать вывод о качестве архитектуры: Описана ли стратегия проектирования пользовательского интерфейса. Описана ли стратегия проектирования пользовательского интерфейса. Сделан ли пользовательский интерфейс модульным, чтобы его изменения не влияли на оставшуюся часть системы. Сделан ли пользовательский интерфейс модульным, чтобы его изменения не влияли на оставшуюся часть системы. Приведено ли описание стратегии ввода-вывода данных. Приведено ли описание стратегии ввода-вывода данных. Проведен ли анализ производительности системы, которая будет реализовываться с использованием данной архитектуры. Проведен ли анализ производительности системы, которая будет реализовываться с использованием данной архитектуры. Проведен ли анализ надежности проектируемой системы. Проведен ли анализ надежности проектируемой системы. Проведен ли анализ вопросов масштабируемости и расширяемости системы. Проведен ли анализ вопросов масштабируемости и расширяемости системы.

Рефакторинг ПО Код повторяется; реализация метода слишком велика; слишком большая вложенность циклов, или же сам цикл очень большой; класс имеет плохую связность (свойства и методы класса должны описывать только 1 объект); интерфейс класса не формирует согласованную абстракцию; метод принимает слишком много параметров. Необходимо стараться, чтобы количество параметров было разумно минимальным; отдельные части класса изменяются независимо от других частей класса; Рефакторинг предполагает адаптацию программного обеспечения к новому аппаратному обеспечению и к новым ОС, новым средствам разработки, новым требованиям, а также архитектуре и функциональности ПО. Это изменение внутренней структуры ПО без изменения его внешнего поведения, призванное обеспечить модификацию ПО. Разумные причины проведения рефакторинга:

Рефакторинг ПО при изменении программы требуется параллельное изменение нескольких классов. При возникновении такой ситуации необходимо провести реорганизацию классов с целью минимизации в будущем мест возможных изменений; приходиться параллельно изменять несколько иерархий наследования; приходиться изменять несколько блоков case. Необходимо провести модификацию программы таким образом, чтобы сделать реализацию блока case, а вызывать ее в нужном количестве раз в программе; родственные элементы данных, используемые вместе, не организованы в классы. Если вы неоднократно используете один и тот же набор элементов данных, то целесообразно рассмотреть объединение этих данных и выполняемые над ними операции поместить в отдельный класс;

Рефакторинг ПО метод использует больше элементов другого класса, чем собственного. Это означает, что метод нужно переместить в другой класс и вызывать его из старого; элементарный тип данных перегружен. Для описания сущности реального мира лучше использовать какой- либо класс, чем перегружать какой-либо существующий тип данных; класс имеет слишком ограниченную функциональность. Лучше от этого класса избавиться, перенеся его функциональность в другой класс; по цепи методов передаются «бродячие» данные. Данные, передаваемые в метод только для того, чтобы он их передал другому методу, называются «бродячими». При возникновении таких ситуаций постарайтесь изменить архитектуру классов и методов, чтобы от них избавиться.

Рефакторинг ПО объект-посредник ничего не делает. Если роль класса сводится к перенаправлению вызовов методов в другие классы, то лучше всего такой объект-посредник устранить и выполнять вызовы других классов непосредственно; один класс слишком много знает о другом классе. В этой ситуации необходимо сделать инкапсуляцию более строгой, чтобы обеспечить минимальное знание наследника о своем родителе; метод имеет неудачное имя; данные-члены являются открытыми. Это стирает грань между интерфейсом и реализацией, неизбежно нарушает инкапсуляцию, и ограничивает гибкость программы; размещать комментарии в исходном коде;

Рефакторинг ПО подкласс использует только малую долю методов своих предков. Такая ситуация возникает тогда, когда новый класс создается только лишь для наследования нескольких методов из базового класса, а не для того, чтобы описать какую-либо новую сущность. Для того, чтобы этого избежать, необходимо преобразовать базовый класс, таким образом, чтобы он давал доступ новому классу только к необходимым ему методам; код содержит глобальные переменные. Глобальными должны быть только те переменные, которые в действительности используются всей программной. Все остальные переменные должны быть либо локальными, либо должны стать свойствами каких-либо объектов; программа содержит код, который может когда-нибудь понадобиться. При разработке системы целесообразно предусмотреть места, куда в будущем может быть добавлен исходный код.

Сейчас в программной инженерии е два основных подхода к разработке ПО ИС, принципиальное различие между которыми обусловлено разными способами декомпозиции систем: функционально-модульный (структурный) подход, в основу которого положен принцип функциональной декомпозиции, при которой структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами, и объектно ориентированный подход, что использует объектную декомпозицию, описывает структуру ИС в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы - в терминах обмена сообщениями между объектами.

Итак, сущность структурного подхода к разработке ПО ИС заключается в ее декомпозиции на автоматизированные функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, они - на задачи и так до конкретных процедур. При этом ИС сохраняет целостность представления, где все составляющие взаимосвязаны. При разработке системы "снизу вверх", от отдельных задач ко всей системе, целостность теряется, возникают проблемы при описании информационного взаимодействия отдельных компонентов.

Базовыми принципами структурного подхода являются:

o принцип "разделяй и властвуй";

o принцип иерархического упорядочения - принцип организации составных системы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне. Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы второстепенные, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям.

Основными из этих принципов являются:

o абстрагирование - выделение существенных аспектов системы;

o непротиворечивости - обоснованность и согласованность элементов системы;

o структурирование данных - данные должны быть структуро-ване и иерархически организованы.

Методические основы технологий создания программного обеспечения

Визуальное моделирование. Моделью ПО в общем случае называют формализованное описание системы ПО на определенном уровне абстракции. Каждая модель определяет конкретный аспект системы, использует набор диаграмм и документов заданного формата, а также отражает мысли и является объектом деятельности различных людей с конкретными интересами, ролями или задачами.

Графические (визуальные) модели являются средствами для визуализации, описания, проектирования и документирования архитектуры системы. Состав моделей, используемых в каждом конкретном проекте, и степень их детальности в общем случае зависят от следующих факторов:

o трудностей проектируемой системы;

o необходимой полноты ее описания;

o знаний и навыков участников проекта;

o времени, отведенного на проектирование.

Визуальное моделирование очень повлияло на развитие CASE-средств в частности. Понятие CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в широком смысле. Первоначальное значение этого понятия, ограничено только задачами автоматизации разработки ПО, в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий большинство процессов жизненного цикла ПО.

CASE-технология представляет собой совокупность методов проектирования ПО, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализировать эту модель на всех стадиях разработки и сопровождения ПО и разрабатывать применение в соответствии с информационными потребностями пользователей. Большинство существующих CASE-средств основано на методах структурного или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств.

1. Каскадная (англ. waterfall) - стандартная модель разработки

Каскадная модель разработки - модель, при которой все этапы разработки ведутся последовательно - последующий этап начинается после полного завершения предыдущего.

Такая модель включает следующие этапы процесса разработки ПО:

В первую очередь определяются технические параметры будущей программы, в результате утверждается список требований к программному обеспечению. Далее происходит переход к проектированию, в процессе которого создается документация, описывающая для программистов план и способ реализации требований.

После полного завершения проектирования программистами выполняется реализация (конструирование) проекта. На стадии воплощения происходит интеграция всех компонентов проекта. Только после полного завершения этих стадий производится тестирование и отладка готового продукта. Далее программный продукт можно внедрять и после внедрения осуществлять поддержку - вносить новый функционал и устранять ошибки.

Основные плюсы каскадной разработки:

2. Гибкая методология разработки программного обеспечения (Agile software development)

Ряд методологий разработки программного обеспечения, предусматривающий совместную работу представителей заказчика и разработчиков. В основе гибкого метода разработки лежит итеративный подход, динамическое формирование требований и их реализация короткими этапами.

Результатом каждого такого этапа, включающего цикл итерраций, является некий миниатюрный программный проект,

Методов гибкой разработки несколько, из наиболее известных - Scrum, экстремальное программирование, DSDM.

Основные плюсы гибкой разработки:

Принципы гибкой разработки:

Итак, сущность структурного подхода к разработке ПО ЭИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые, в свою очередь, делятся на подфункции, те - на задачи и так далее до конкретных процедур. При этом система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы «снизу-вверх», от отдельных задач ко всей системе, целостность теряется, возникают проблемы при описании информационного взаимодействия отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методы структурного подхода базируются на ряде общих принципов:

1. Принцип «разделяй и властвуй»;

2. Принцип иерархического упорядочения- принцип организации составных частей системы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, т.к. игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта»). Основными из этих принципов являются:

1. Принцип абстрагирования- выделение существенных аспектов системы и отвлечение от несущественных.

2. Принцип непротиворечивости,обоснованность и согласованность элементов системы.

3. Принцип структурирования данных- данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном подходе в основном две группы средств, описывающих функциональную структуру системы и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди них являются:

· DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных;

· SADT (Structured Analysis and Design Technique - методология структурного анализа и проектирования) - модели и соответствующие функциональные диаграммы: нотации IDEF0 (функциональное моделирование систем), IDEF1х (концептуальное моделирование баз данных), IDEF3х (построение систем оценки качества работы объекта; графическое описание потока процессов, взаимодействия процессов и объектов, которые изменяются этими процессами);

· ERD (Entity - Relationship Diagrams) - диаграммы «сущность-связь».

Практически во всех методах структурного подхода (структурного анализа) на стадии формирования требований к ПО используются две группы средств моделирования:

1. Диаграммы, иллюстрирующие функции, которые система должна выполнять, и связи между этими функциями - DFD или SADT (IDEF0).

2. Диаграммы, моделирующие данные и их отношения (ERD).

Конкретный вид перечисленных диаграмм и интерпретация их конструкций зависят от стадии ЖЦ ПО.

На стадии формирования требований к ПО SADT-модели и DFD используются для построения модели “AS-IS” и модели “TO-BE”, отражая таким образом существующую и предлагаемую структуру бизнес-процессов организации и взаимодействие между ними (использование SADT-моделей, как правило, ограничивается только данной стадией, поскольку они изначально не предназначались для проектирования ПО). С помощью ERD выполняется описание используемых в организации данных на концептуальном уровне, не зависимо от средств реализации базы данных (СУБД).

1.Кодирование

На этапе разработки ПП выполняются следующие основные действия: кодирование; тестирование; разработка справочной си­стемы ПП; создание документации пользователя; создание вер­сии и инсталляции ПП,

Кодирование представляет собой процесс преобразования ре­зультатов высокоуровнего и низкоуровнего проектирования в го­товый программный продукт. Другими словами, при кодирова­нии происходит описание составленной модели ПП средствами выбранного языка программирования, которым может быть любой из существующих языков. Выбор языка осуществляется либо по желанию заказчика, либо с учетом решаемой задачи и личного опыта разработчиков.

При кодировании необходимо следовать стандарту на выбран­ный язык, например, для языка С - это ANSI С, а для C++ - ISO/IEC 14882 «Standartforthe C++ ProgrammingLanguage».

Кроме общепринятого стандарта на язык программирования в компании могут использоваться разработаны и свои дополнитель­ные требования к правилам написания программ. В основном они касаются правил оформления текста программы.

Следование стандарту и правилам компании позволяет создать корректно работающую, легко читаемую, понятную другим раз­работчикам программу, содержащую сведения о разработчике, дату создания, имя и назначение, а также и необходимые данные для управления конфигурацией.

На этапе кодирования программист пишет программы и сам их тестирует. Такое тестирование называется модульным. Все воп­росы, связанные с тестированием ПП, рассмотрены в гл. 10, здесь же описана технология тестирования, которая применяется на этапе разработки ПП. Эта технология называется тестированием «стеклянного ящика» (glassbox); иногда ее еще называют тестиро­ванием «белого ящика» (whitebox) в противоположность класси­ческому понятию «черного ящика» (blackbox).

При тестировании «черного ящика» программа рассматривается как объект, внутренняя структура которого неизвестна. Тестировщик вводит данные и анализирует результат, но он не знает, как именно работает программа. Подбирая тесты, специалист ищет интересные с его точки зрения входные данные и условия, которые могут привести к нестандартным результатам. Интересны для него прежде всего те представители каждого класса входных данных, при которых с наибольшей вероятностью могут проявиться ошибки тестируемой программы.

При тестировании «стеклянного ящика» ситуация совершенно иная. Тестировщик (в данном случае сам программист) разрабатывает тесты, основываясь на знании исходного кода, к которому он имеет полный доступ. В результате он получает следующие преимущества.

1. Направленность тестирования. Программист может тестировать программу по частям, разрабатывать специальные тестовые подпрограммы, которые вызывают тестируемый модуль и передают ему интересующие программиста данные. Отдельный модуль гораздо легче протестировать именно как «стеклянный ящик».

2.Полный охват кода. Программист всегда может определить, какие именно фрагменты кода работают в каждом тесте. Он видит, какие еще ветви кода остались непротестированными, и может подобрать условия, в которых они будут протестированы. Ниже описано, как отслеживать степень охвата программного кода про­веденными тестами.

3.Возможность управления потоком команд. Программист всегда знает, какая функция должна выполняться в программе следующей и каким должно быть ее текущее состояние. Чтобы выяснить, работает ли программа так, как он думает, программист может включить в нее отладочные команды, отображающие информацию о ходе ее выполнения, или воспользоваться для этого специальным программным средством, называемым отладчиком. Отладчик может делать очень много полезных вещей: отслежи­вать и менять последовательность выполнения команд программы, показывать содержимое ее переменных и их адреса в памяти др.

4.Возможность отслеживания целостности данных. Программисту известно, какая часть программы должна изменять каждый элемент данных. Отслеживая состояние данных (с помощью того же отладчика), он может выявить такие ошибки, как изменение данных не теми модулями, их неверная интерпретация или неудачная организация- Программист может и самостоятельно автоматизировать тестирование.

5.Видение внутренних граничных точек. В исходном коде видны те граничные точки программы, которые скрыты от взгляда извне. Например, для выполнения определенного действия может быть использовано несколько совершенно различных алгоритмов, и, не заглянув в код, невозможно определить, какой из них выбрал программист. Еще одним типичным примером может быть проблема переполнения буфера, используемого для временного хранения входных данных. Программист сразу может сказать, при каком количестве данных буфер переполнится, и ему не нужно при этом проводить тысячи тестов.

6.Возможность тестирования, определяемого выбранным алгоритмом. Для тестирования обработки данных, использующей очень сложные вычислительные алгоритмы, могут понадобиться спе­циальные технологии. В качестве классических примеров можно привести преобразование матрицы и сортировку данных. Тестировщику, в отличие от программиста, нужно точно знать, какие алгоритмы используются, поэтому приходится обращаться к специальной литературе.

Тестирование «стеклянного ящика» - часть процесса програм­мирования. Программисты выполняют эту работу постоянно, они тестируют каждый модуль после его написания, а затем еще раз после интеграции его в систему.

При выполнении модульного тестирования можно использовать технологию либо структурного, либо функционального тес­тирования или и ту, и другую.

Структурное тестирование является одним из видов тестирования «стеклянного ящика». Его главной идеей является правиль­ный выбор тестируемого программного пути. В противоположность ему функциональное тестирование относится к категории тестиро­вания «черного ящика». Каждая функция программы тестируется путем ввода ее входных данных и анализа выходных. При этом внутренняя структура программы учитывается очень редко.

Хотя структурное тестирование имеет гораздо более мощную теоретическую основу, большинство тестировщиков предпочитают функциональное тестирование. Структурное тестирование лучше поддается математическому моделированию, но это со­всем не означает, что оно эффективнее. Каждая из технологий позволяет выявить ошибки, пропускаемые в случае использования другой. С этой точки зрения их можно назвать одинаково эффективными.

Объектом тестирования может быть не только полный путь программы (последовательность команд, которые она выполняет от старта до завершения), но и его отдельные участки. Протестировать все возможные пути выполнения программы абсолютно нереально. Поэтому специалисты по тестированию выделяют из всех возможных путей те группы, которые нужно протестировать обязательно. Для отбора они пользуются специальными критериями, называемыми критериями охвата {coveragecriteria), которые определяют вполне реальное (пусть даже и достаточно большое) число тестов. Данные критерии иногда называют логическими критериями охвата, или критериями полноты.

3. Разработка справочной системы программного продукта. Создание документации пользователя

Целесообразно одного из сотрудников проекта назначать техническим редактором документации. Этот сотрудник может вы­полнять и другую работу, но главной его задачей должен быть анализ документации, даже если ее разрабатывают и другие сотрудники.

Часто бывает так, что над созданием ПП работают несколько человек, но никто из них не несет полной ответственности за его качество. В результате ПП не только не выигрывает от того, что его разрабатывает большее число людей, но еще и проигрывает, поскольку каждый подсознательно перекладывает ответственность на другого и ожидает, что ту или иную часть работы выполнят его коллеги. Эту проблему и решает назначение редактора, несущего полную ответственность за качество и точность технической доку­ментации.

Справочная система ПП формируется на основе материала, разработанного для руководства пользователя. Формирует и создает ее ответственный за выполнение этой работы. Им может быть как технический редактор, так и один из разработчиков совмест­но с техническим редактором.

У хорошо документированного ПП имеются следующие преимущества.

1. Легкость использования. Если ПП хорошо документирован, то его гораздо легче применять. Пользователи его быстрее изучают, делают меньше ошибок, а в результате быстрее и эффективнее выполняют свою работу.

2. Меньшая стоимость технической поддержки. Когда пользователь не может разобраться, как выполнить необходимые ему действия, он звонит производителю ПП в службу техническойподдержки. Содержание такой службы обходится очень дорого. Хорошее же руководство помогает пользователям решать возникающие проблемы самостоятельно и меньше обращаться в группутехнической поддержки.

3. Высокая надежность. Непонятная или неаккуратная документация делает ПП менее надежным, поскольку его пользователи чаще допускают ошибки, им трудно разобраться, в чем их причи­на и как справиться с их последствиями.

Легкость сопровождения. Огромное количество денег и времени тратится на анализ проблем, которые порождены ошибка ми пользователей. Изменения, вносимые в новые выпуски ПП,зачастую являются просто сменой интерфейса старых функций. Они вносятся для того, чтобы пользователи, наконец, разобра­лись, как применять ПП, и перестали звонить в службу техниче­ской поддержки. Хорошее руководство в значительной степени