Процессы жизненного цикла разработки программного обеспечения. Жизненный цикл программного обеспечения

Стандарты жизненного цикла ПО

ГОСТ 34.601-90
ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Методологии разработки ПО

Rational Unified Process (RUP).
Microsoft Solutions Framework (MSF). Включает 4 фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования.
Экстремальное программирование (Extreme Programming , XP). В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС. Разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

Стандарт ГОСТ 34.601-90

Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:

Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
2. Разработка документации на АС и ее части
3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и ее части
2. Разработка и адаптация программ
Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приемочных испытаний
Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание

Эскизный, технический проекты и рабочая документация - это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.

Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.

Стандарт ISO/IEC 12207/ и его применение

Стандарт ISO/IEC 12207:1995 «Information Technology - Software Life Cycle Processes» является основным нормативным документом, регламентирующим состав процессов жизненного цикла ПО. Он определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы , действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Каждый процесс разделен на набор действий, каждое действие - на набор задач. Каждый процесс, действие или задача инициируется и выполняется другим процессом по мере необходимости, причем не существует заранее определенных последовательностей выполнения. Связи по входным данным при этом сохраняются.

Процессы жизненного цикла ПО

Основные:
- Приобретение (действия и задачи заказчика, приобретающего ПО)
- Поставка (действия и задачи поставщика, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой)
- Разработка (действия и задачи, выполняемые разработчиком: создание ПО, оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка тестовых и учебных материалов и т. д.)
- Эксплуатация (действия и задачи оператора - организации, эксплуатирующей систему)
- Сопровождение (действия и задачи, выполняемые сопровождающей организацией, то есть службой сопровождения). Сопровождение - внесений изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.
Вспомогательные
- Документирование (формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО)
- Управление конфигурацией (применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО, управления его модификациями).
- Обеспечение качества (обеспечение гарантий того, что ИС и процессы ее ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам)
- Верификация (определение того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями)
- Аттестация (определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы их конкретному функциональному назначению)
- Совместная оценка (оценка состояния работ по проекту: контроль планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой, инструментальными средствами)
- Аудит (определение соответствия требованиям, планам и условиям договора)
- Разрешение проблем (анализ и решение проблем, независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов)
Организационные
- Управление (действия и задачи, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами)
- Создание инфраструктуры (выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО)
- Усовершенствование (оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ)
- Обучение (первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала)

Каждый процесс включает ряд действий. Например, процесс приобретения охватывает следующие действия:

Инициирование приобретения
Подготовка заявочных предложений
Подготовка и корректировка договора
Надзор за деятельностью поставщика
Приемка и завершение работ

Каждое действие включает ряд задач. Например, подготовка заявочных предложений должна предусматривать:

Формирование требований к системе
Формирование списка программных продуктов
Установление условий и соглашений
Описание технических ограничений (среда функционирования системы и т. д.)

Стадии жизненного цикла ПО, взаимосвязь между процессами и стадиями

Модель жизненного цикла ПО - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 не предлагает конкретную модель жизненного цикла. Его положения являются общими для любых моделей жизненного цикла, методов и технологий создания ИС. Он описывает структуру процессов жизненного цикла, не конкретизируя, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Модель ЖЦ ПО включает в себя:

Стадии;
Результаты выполнения работ на каждой стадии;
Ключевые события - точки завершения работ и принятия решений.

Стадия - часть процесса создания ПО, ограниченная определенными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

На каждой стадии могут выполняться несколько процессов, определенных в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99, и наоборот, один и тот же процесс может выполняться на различных стадиях. Соотношение между процессами и стадиями также определяется используемой моделью жизненного цикла ПО.

Модели жизненного цикла ПО

Под моделью жизненного цикла понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики информационной системы и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели жизненного цикла:

Задачная модель;

каскадная модель (или системная) (70-85 г.г.);

спиральная модель (настоящее время).

Задачная модель

При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе (задачная модель) единый поход к разработке неизбежно теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов. Как правило, по мере увеличения количества задач трудности нарастают, приходится постоянно изменять уже существующие программы и структуры данных. Скорость развития системы замедляется, что тормозит и развитие самой организации. Однако в отдельных случаях такая технология может оказаться целесообразной:

Крайняя срочность (надо чтобы хоть как-то задачи решались; потом придется все сделать заново);

Эксперимент и адаптация заказчика (не ясны алгоритмы, решения нащупываются методом проб и ошибок).

Общий вывод: достаточно большую эффективную информационной системы таким способом создать невозможно.

Каскадная модель

Каскадная модель жизненного цикла была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе(рис. 1). 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.

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

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

Этапы проекта в соответствии с каскадной моделью:

Формирование требований;
Проектирование;
Реализация;
Тестирование;
Внедрение;
Эксплуатация и сопровождение.

Рис. 1. Каскадная схема разработки

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении информационных систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. В эту категорию попадают сложные расчетные системы, системы реального времени и другие подобные задачи. Однако в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания систем никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему. В процессе создания постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания программного обеспечения принимал следующий вид (рис. 2):

Рис. 2. Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к информационным системам "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания программного обеспечения, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением. Сущность системного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. Таким образом, данная модель основным достоинством имеет системность разработки, а основные недостатки - медленно и дорого.

Спиральная модель

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла (рис. 3), которая была разработана в середине 1980-х годов Барри Боэмом. Она основывается на начальных этапах жизненного цикла: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов.

Прототип - действующий компонент ПО, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия (или подмножества конечного продукта), которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой.

Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного обеспечения, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача - 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 необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Рис 3. Спиральная модель ЖЦ ИС

Одним из возможных подходов к разработке программного обеспечения в рамках спиральной модели жизненного цикла является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки программного обеспечения, содержащий 3 элемента:

небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Жизненный цикл программного обеспечения по методологии RAD состоит из четырех фаз:

фаза определения требований и анализа;

фаза проектирования;

фаза реализации;

фаза внедрения.

На каждой итерации оцениваются:

риск превышения сроков и стоимости проекта;
необходимость выполнения еще одной итерации;
степень полноты и точности понимания требований к системе;
целесообразность прекращения проекта.

Преимущества итерационного подхода:

Итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика.
При использовании спиральной модели отдельные элементы информационной системы интегрируются в единое целое постепенно. При итерационном подходе интеграция производится фактически непрерывно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (по некоторым оценкам, при использовании каскадной модели разработки интеграция занимает до 40 % всех затрат в конце проекта).
Итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, давая возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие.
Итерационный подход упрощает повторное использование компонентов (реализует компонентный подход к программированию). Это обусловлено тем, что гораздо проще выявить (идентифицировать) общие части проекта, когда они уже частично разработаны, чем пытаться выделить их в самом начале проекта. Анализ проекта после проведения нескольких начальных итераций позволяет выявить общие многократно используемые компоненты, которые на последующих итерациях будут совершенствоваться.
Спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации. Одновременно могут корректироваться критические параметры эффективности, что в случае каскадной модели доступно только перед внедрением системы.
Итерационный подход дает возможность совершенствовать процесс разработки - анализ, проводимый в конце каждой итерации, позволяет проводить оценку того, что должно быть изменено в организации разработки, и улучшить ее на следующей итерации.

Жизненный цикл программного обеспечения

Одним из базовых понятий методологии проектирования ПО является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО. В данном стандарте ПО (программный продукт) определяется как набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанной с ним документации и данных. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными от других процессов, и результатами.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

· вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Модели жизненного цикла ПО

Модель жизненного цикла - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи стадий и этапов, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ПО и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Основные модели ЖЦ следующие.

1. Каскадная модель (до 70-х годов XX в) определяет последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего.

Для этой модели характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.

Достоинство : хорошие показатели по срокам разработки и надежности при решении отдельных задач.

Недостаток : неприменимость к большим и сложным проектам из-за изменчивости требований к системе в течение длительного проектирования.

2. Итерационная модель (70-80-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «снизу - вверх». Допускает итерационные возвраты на предыдущие этапы после выполнения очередного этапа;

Модель предусматривает обобщение полученных проектных решений отдельных задач в общесистемные решения. При этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований.

Достоинство: возможность оперативно вносить коррективы в проект.

Недостаток: при большом числе итераций растет время проектирования, возникают расхождения в проектных решениях и документации, запутывается функциональная и системная архитектура созданной ПО. Необходимость в перепроектировании старой или создании новой системы может возникнуть сразу после этапа внедрения или эксплуатации.

3. Спиральная модель (80-90-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «сверху - вниз». Предполагает использование программного прототипа, допускающего программное расширение. Проект системы циклически повторяет путь от детализации требований к детализации программного кода.

При проектировании архитектуры системы сначала определяется состав функциональных подсистем и решаются общесистемные вопросы (организация интегрированной базы данных, технология сбора, передачи и накопления информации). Затем формулируются отдельные задачи и разрабатывается технология их решения.

При программировании сначала разрабатываются головные программные модули, а затем - модули, исполняющие отдельные функции. Сначала обеспечивается взаимодействие модулей между собой и с базой данных, а затем - реализация алгоритмов.

Достоинства:

1. сокращение число итераций и, следовательно, число ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять;

2. сокращение сроков проектирования;

3. упрощение создания проектной документации.

Недостаток: высокие требования к качеству общесистемного репозитория (общей базы проектных данных).

Спиральная модель лежит в основе технологии быстрой разработки приложений или RAD-технологии (rapid application development), которая предполагает активное участие конечных пользователей будущей системы в процессе ее создания. Основные стадии информационного инжиниринга следующие:

· Анализ и планирование информационной стратегии. Пользователи вместе со специалистами-разработчиками участвуют в идентификации проблемной области.

· Проектирование. Пользователи под руководством разработчиков принимают участие в техническом проектировании.

· Конструирование. Разработчики проектируют рабочую версию ПО с использованием языков 4-го поколения;

· Внедрение. Разработчики обучают пользователей работе в среде новой ПО.

Следует начать с определения, Жизненный цикл программного обеспечения (Software Life Cycle Model) — это период времени, который начинается с момента принятия решения о создании программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл — процесс построения и развития ПО.

Модели Жизненного цикла программного обеспечения

Жизненный цикл можно представить в виде моделей. В настоящее время наиболее распространенными являются: каскадная , инкрементная (поэтапная модель с промежуточным контролем ) и спиральная модели жизненного цикла.

Каскадная модель

Каскадная модель (англ . waterfall model ) — модель процесса разработки программного обеспечения, жизненный цикл которой выглядит как поток, последовательно проходящий фазы анализа требований, проектирования. реализации, тестирования, интеграции и поддержки.

Процесс разработки реализуется с помощью упорядоченной последовательности независимых шагов. Модель предусматривает, что каждый последующий шаг начинается после полного завершения выполнения предыдущего шага. На всех шагах модели выполняются вспомогательные и организационные процессы и работы, включающие управление проектом, оценку и управление качеством, верификацию и аттестацию, менеджмент конфигурации, разработку документации. В результате завершения шагов формируются промежуточные продукты, которые не могут изменяться на последующих шагах.

Жизненный цикл традиционно разделяют на следующие основные этапы :

Анализ требований,
Проектирование,
Кодирование (программирование),
Тестирование и отладка,
Эксплуатация и сопровождение.

Достоинства модели:

стабильность требований в течение всего жизненного цикла разработки;
на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
определенность и понятность шагов модели и простота её применения;
выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие ресурсы (денежные. материальные и людские).

Недостатки модели:

сложность чёткого формулирования требований и невозможность их динамического изменения на протяжении пока идет полный жизненный цикл;
низкая гибкость в управлении проектом;
последовательность линейной структуры процесса разработки, в результате возврат к предыдущим шагам для решения возникающих проблем приводит к увеличению затрат и нарушению графика работ;
непригодность промежуточного продукта для использования;
невозможность гибкого моделирования уникальных систем;
позднее обнаружение проблем, связанных со сборкой, в связи с одновременной интеграцией всех результатов в конце разработки;
недостаточное участие пользователя в создании системы — в самом начале (при разработке требований) и в конце (во время приёмочных испытаний);
пользователи не могут убедиться в качестве разрабатываемого продукта до окончания всего процесса разработки. Они не имеют возможности оценить качество, т.к.нельзя увидеть готовый продукт разработки;
у пользователя нет возможности постепенно привыкнуть к системе. Процесс обучения происходит в конце жизненного цикла, когда ПО уже запущено в эксплуатацию;
каждая фаза является предпосылкой для выполнения последующих действий, что превращает такой метод в рискованный выбор для систем, не имеющих аналогов, т.к. он не поддается гибкому моделированию.

Реализовать Каскадную модель жизненного цикла затруднительно ввиду сложности разработки ПС без возвратов к предыдущим шагам и изменения их результатов для устранения возникающих проблем.

Область применения Каскадной модели

Ограничение области применения каскадной модели определяется её недостатками. Её использование наиболее эффективно в следующих случаях:

при разработке проектов с четкими, неизменяемыми в течение жизненного цикла требованиями, понятными реализацией и техническими методиками;
при разработке проекта, ориентированного на построение системы или продукта такого же типа, как уже разрабатывались разработчиками ранее;
при разработке проекта, связанного с созданием и выпуском новой версии уже существующего продукта или системы;
при разработке проекта, связанного с переносом уже существующего продукта или системы на новую платформу;
при выполнении больших проектов, в которых задействовано несколько больших команд разработчиков.

Инкрементная модель

(поэтапная модель с промежуточным контролем)

Инкрементная модель (англ . increment — увеличение, приращение) подразумевает разработку программного обеспечения с линейной последовательностью стадий, но в несколько инкрементов (версий), т.е. с запланированным улучшением продукта за все время пока Жизненный цикл разработки ПО не подойдет к окончанию.

Разработка программного обеспечения 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.

В начале работы над проектом определяются все основные требования к системе, подразделяются на более и менее важные. После чего выполняется разработка системы по принципу приращений, так, чтобы разработчик мог использовать данные, полученные в ходе разработки ПО. Каждый инкремент должен добавлять системе определенную функциональность. При этом выпуск начинают с компонентов с наивысшим приоритетом. Когда части системы определены, берут первую часть и начинают её детализировать, используя для этого наиболее подходящий процесс. В то же время можно уточнять требования и для других частей, которые в текущей совокупности требований данной работы были заморожены. Если есть необходимость, можно вернуться позже к этой части. Если часть готова, она поставляется клиенту, который может использовать её в работе. Это позволит клиенту уточнить требования для следующих компонентов. Затем занимаются разработкой следующей части системы. Ключевые этапы этого процесса — простая реализация подмножества требований к программе и совершенствование модели в серии последовательных релизов до тех пор, пока не будет реализовано ПО во всей полноте.

Жизненный цикл данной модели характерен при разработке сложных и комплексных систем, для которых имеется четкое видение (как со стороны заказчика, так и со стороны разработчика) того, что собой должен представлять конечный результат. Разработка версиями ведется в силу разного рода причин:

отсутствия у заказчика возможности сразу профинансировать весь дорогостоящий проект;
отсутствия у разработчика необходимых ресурсов для реализации сложного проекта в сжатые сроки;
требований поэтапного внедрения и освоения продукта конечными пользователями. Внедрение всей системы сразу может вызвать у её пользователей неприятие и только “затормозить” процесс перехода на новые технологии. Образно говоря, они могут просто “не переварить большой кусок, поэтому его надо измельчить и давать по частям”.

Достоинства и недостатки этой модели (стратегии) такие же, как и у каскадной (классической модели жизненного цикла). Но в отличие от классической стратегии заказчик может раньше увидеть результаты. Уже по результатам разработки и внедрения первой версии он может незначительно изменить требования к разработке, отказаться от нее или предложить разработку более совершенного продукта с заключением нового договора.

Достоинства:

затраты, которые получаются в связи с изменением требований пользователей, уменьшаются, повторный анализ и совокупность документации значительно сокращаются по сравнению с каскадной моделью;
легче получить отзывы от клиента о проделанной работе — клиенты могут озвучить свои комментарии в отношении готовых частей и могут видеть, что уже сделано. Т.к. первые части системы являются прототипом системы в целом.
у клиента есть возможность быстро получить и освоить программное обеспечение — клиенты могут получить реальные преимущества от системы раньше, чем это было бы возможно с каскадной моделью.

Недостатки модели:

менеджеры должны постоянно измерять прогресс процесса. в случае быстрой разработки не стоит создавать документы для каждого минимального изменения версии;
структура системы имеет тенденцию к ухудшению при добавлении новых компонентов — постоянные изменения нарушают структуру системы. Чтобы избежать этого требуется дополнительное время и деньги на рефакторинг. Плохая структура делает программное обеспечение сложным и дорогостоящим для последующих изменений. А прерванный Жизненный цикл ПО приводит еще к большим потерям.

Схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к ПО. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ПО зафиксированы в виде технического задания на всё время её создания. Таким образом, пользователи зачастую получаю ПП, не удовлетворяющий их реальным потребностям.

Спиральная модель

Спиральная модель: Жизненный цикл — 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.

Данная модель представляет собой процесс разработки программного обеспечения, сочетающий в себе как проектирование, так и постадийное прототипировнаие с целью сочетания преимуществ восходящей и нисходящей концепции, делающая упор на начальные этапы жизненного цикла: анализ и проектирование. Отличительной особенностью этой модели является специальное внимание рискам, влияющим на организацию жизненного цикла.

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.

Жизненный цикл на каждом витке спирали — могут применяться разные модели процесса разработки ПО. В конечном итоге на выходе получается готовый продукт. Модель сочетает в себе возможности модели прототипирования и водопадной модели . Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. Главная задача — как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Достоинства модели:

позволяет быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований;
допускает изменение требований при разработке программного обеспечения, что характерно для большинства разработок, в том числе и типовых;
в модели предусмотрена возможность гибкого проектирования, поскольку в ней воплощены преимущества каскадной модели, и в то же время разрешены итерации по всем фазам этой же модели;
позволяет получить более надежную и устойчивую систему. По мере развития программного обеспечения ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации;
эта модель разрешает пользователям активно принимать участие при планировании, анализе рисков, разработке, а также при выполнении оценочных действий;
уменьшаются риски заказчика. Заказчик может с минимальными для себя финансовыми потерями завершить развитие неперспективного проекта;
обратная связь по направлению от пользователей к разработчикам выполняется с высокой частотой и на ранних этапах модели, что обеспечивает создание нужного продукта высокого качества.

Недостатки модели:

если проект имеет низкую степень риска или небольшие размеры, модель может оказаться дорогостоящей. Оценка рисков после прохождения каждой спирали связана с большими затратами;
Жизненный цикл модели имеет усложненную структуру, поэтому может быть затруднено её применение разработчиками, менеджерами и заказчиками;
спираль может продолжаться до бесконечности, поскольку каждая ответная реакция заказчика на созданную версию может порождать новый цикл, что отдаляет окончание работы над проектом;
большое количество промежуточных циклов может привести к необходимости в обработке дополнительной документации;
использование модели может оказаться дорогостоящим и даже недопустимым по средствам, т.к. время. затраченное на планирование, повторное определение целей, выполнение анализа рисков и прототипирование, может быть чрезмерным;
могут возникнуть затруднения при определении целей и стадий, указывающих на готовность продолжать процесс разработки на следующей и

Основная проблема спирального цикла — определение момента перехода на следующий этап. Для её 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.

Область применения спиральной модели

Применение спиральной модели целесообразно в следующих случаях:

при разработке проектов, использующих новые технологии;
при разработке новой серии продуктов или систем;
при разработке проектов с ожидаемыми существенными изменениями или дополнениями требований;
для выполнения долгосрочных проектов;
при разработке проектов, требующих демонстрации качества и версий системы или продукта через короткий период времени;
при разработке проектов. для которых необходим подсчет затрат, связанных с оценкой и разрешением рисков.

Стандарты жизненного цикла ПО

ГОСТ 34.601-90
ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Методологии разработки ПО

Microsoft Solutions Framework (MSF). Включает 4 фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования.
Экстремальное программирование (англ. Extreme Programming, XP ). В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС. Разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

Стандарт ГОСТ 34.601-90

Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:

Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
2. Разработка документации на АС и ее части
3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и ее части
2. Разработка и адаптация программ
Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приемочных испытаний
Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание

Стандарт ISO/IEC 12207/ и его применение

Стандарт ISO/IEC 12207:1995 «Information Technology - Software Life Cycle Processes» является основным нормативным документом, регламентирующим состав процессов жизненного цикла ПО. Он определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы , действия и задачи , которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Процессы жизненного цикла ПО

Основные:
- Приобретение (действия и задачи заказчика, приобретающего ПО)
- Поставка (действия и задачи поставщика, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой)
- Разработка (действия и задачи, выполняемые разработчиком: создание ПО, оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка тестовых и учебных материалов и т. д.)
- Эксплуатация (действия и задачи оператора - организации, эксплуатирующей систему)
- Сопровождение (действия и задачи, выполняемые сопровождающей организацией, то есть службой сопровождения). Сопровождение - внесений изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.
Вспомогательные
- Документирование (формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО)
- Управление конфигурацией (применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО, управления его модификациями).
- Обеспечение качества (обеспечение гарантий того, что ИС и процессы ее ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам)
- Верификация (определение того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями)
- Аттестация (определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы их конкретному функциональному назначению)
- Совместная оценка (оценка состояния работ по проекту: контроль планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой, инструментальными средствами)
- Аудит (определение соответствия требованиям, планам и условиям договора)
- Разрешение проблем (анализ и решение проблем, независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов)
Организационные
- Управление (действия и задачи, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами)
- Создание инфраструктуры (выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО)
- Усовершенствование (оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ)
- Обучение (первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала)

Каждый процесс включает ряд действий. Например, процесс приобретения охватывает следующие действия:

Инициирование приобретения
Подготовка заявочных предложений
Подготовка и корректировка договора
Надзор за деятельностью поставщика
Приемка и завершение работ

Каждое действие включает ряд задач. Например, подготовка заявочных предложений должна предусматривать:

Формирование требований к системе
Формирование списка программных продуктов
Установление условий и соглашений
Описание технических ограничений (среда функционирования системы и т. д.)

Стадии жизненного цикла ПО, взаимосвязь между процессами и стадиями

Модель ЖЦ ПО включает в себя:

Стадии;
Результаты выполнения работ на каждой стадии;
Ключевые события - точки завершения работ и принятия решений.

Модели жизненного цикла ПО

Каскадная модель

Каскадная модель жизненного цикла («модель водопада» , англ. waterfall model ) была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом . 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.

Этапы проекта в соответствии с каскадной моделью:

Формирование требований;
Проектирование;
Реализация;
Тестирование;
Внедрение;
Эксплуатация и сопровождение.

Спиральная модель

Спиральная модель (англ. spiral model ) была разработана в середине 1980-х годов Барри Боэмом . Она основана на классическом цикле Деминга PDCA (plan-do-check-act). При использовании этой модели ПО создается в несколько итераций (витков спирали) методом прототипирования.

На каждой итерации оцениваются:

риск превышения сроков и стоимости проекта;
необходимость выполнения еще одной итерации;
степень полноты и точности понимания требований к системе;
целесообразность прекращения проекта.

Один из примеров реализации спиральной модели - RAD (англ. Rapid Application Development , метод быстрой разработки приложений).

Рис. 5.4.

Требования к разрабатываемой ПС, определенные на стадиях формирования и анализа, строго документируются в виде ТЗ и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации (ТЗ, ЭП, ТП, РП), достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Критерием качества разработки при таком подходе является точность выполнения спецификаций ТЗ. Основное внимание разработчиков сосредоточивается на достижении оптимальных значений технических характеристик разрабатываемой ПС – производительности, объема занимаемой памяти и др.

Преимущества каскадной модели :

на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающей критериям полноты и согласованности;
выполняемые в логической последовательности стадии работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ПС, для которых в самом начале проекта можно полно и четко сформулировать все требования. Пока все это контролируется стандартами и различными комиссиями госприемки, схема работает хорошо.

Недостатки каскадной модели :

выявление и устранение ошибок производится только на стадии тестирования, которое может существенно растянуться;
реальные проекты часто требуют отклонения от стандартной последовательности шагов;
цикл основан на точной формулировке исходных требований к ПС, реально в начале проекта требования заказчика определены лишь частично;
результаты работ доступны заказчику только по завершении проекта.

Итерационная модель ЖЦ ПС

С ростом коммерческих проектов выяснилось, что не всегда удается детально проработать проект будущей системы, поскольку многие аспекты ее функционирования в динамических сферах деятельности (бизнес) меняются, пока система создается. Потребовалось изменить процесс разработки так, чтобы гарантировать внесение необходимых исправлений после завершения какого-либо этапа разработки. Так появилась итерационная модель ЖЦ ПС, называемая моделью с промежуточным контролем или моделью с циклическим повторением фаз.

Рис. 5.5.

Рис. 5.6.

В такой ситуации огромное значение приобретает этап формулирования требований, составление спецификаций и создание плана системы. Программные архитекторы несут личную ответственность за все последующие изменения проектных решений. Объем документации исчисляется тысячами страниц, число утверждающих заседаний огромно. Многие проекты так никогда и не покидают этап планирования, впав в " паралич анализа". Одним из возможных путей исключения подобных ситуаций является макетирование (прототипирование).

Макетирование

Часто заказчик не может сформулировать требования по вводу, обработке или выводу данных для будущего программного продукта. Разработчик может сомневаться в приспособленности продукта к операционной системе, в форме диалога с пользователем или эффективности алгоритма. В таких случаях целесообразно использовать макетирование. Основная цель макетирования – снять неопределенность в требованиях заказчика. Макетирование (прототипирование) – процесс создания модели требуемого продукта.

Модель может принимать следующие формы.

Бумажный макет (рисованная схема человеко-машинного диалога) или макет на основе ПК.
Работающий макет, реализующий некоторую часть требуемых функций.
Существующая программа, характеристики которой должны быть улучшены.

Как показано на рис.5.7 , макетирование основывается на многократном повторении итераций, в которых участвуют заказчик и разработчик.

Рис. 5.7.

Последовательность действий при макетировании представлена на рис.5.8 . Макетирование начинается со сбора и уточнения требований к создаваемой программной системе. Разработчик и заказчик совместно определяют цели ПО, устанавливают, какие требования известны, а какие предстоит доопределить. Затем выполняется быстрое проектирование. В нем сосредотачиваются на характеристиках, которые должны быть видимыми пользователю. Быстрое проектирование приводит к построению макета. Макет оценивается заказчиком и используется для уточнения требований к ПО. Итерации продолжаются до тех пор, пока макет не выявит все требования заказчика и даст возможность разработчику понять, что должно быть сделано.

Достоинства макетирования – возможность обеспечения определения полных требований к системе. Недостатки макетирования:

заказчик может принять макет за продукт;
разработчик может принять макет за продукт.

Следует пояснить суть недостатков. Когда заказчик видит работающую версию ПС, он перестает сознавать, что в погоне за работающим вариантом ПС оставлены нерешенными многие вопросы качества и удобства сопровождения системы. Когда же заказчику об этом говорит разработчик, то ответом может быть возмущение и требование скорейшего превращения макета в рабочий продукт. Это отрицательно сказывается на управлении разработкой ПО.

Рис. 5.8.

С другой стороны, для быстрого получения работающего макета разработчик часто идет на определенные компромиссы. Например, могут использоваться не самые подходящие языки программирования или операционная система. Для простой демонстрации может применяться неэффективный (простой) алгоритм. Спустя некоторое время разработчик забывает о причинах, по которым эти средства не подходят. В результате далеко не идеальный выбранный вариант интегрируется в систему.

Прежде чем рассматривать другие модели ЖЦ ПО, которые пришли на смену каскадной модели , следует остановиться на стратегиях конструирования программных систем. Именно стратегия конструирования ПО во многом определяет модель ЖЦ ПО.

Стратегии конструирования ПО

Существует три стратегии конструирования программных систем:

однократный проход (каскадная стратегия, рассмотренная выше) – линейная последовательность этапов конструирования;
инкрементная стратегия. В начале процесса определяются все пользовательские и системные требования, оставшаяся часть конструирования выполняется в виде последовательности версий. Первая версия реализует часть запланированных возможностей, следующая версия реализует дополнительные возможности и т. д., пока не будет получена полная система;
эволюционная стратегия. Система также строится в виде последовательности версий, но в начале процесса определяются не все требования. Требования уточняются в результате разработки версий. Характеристики стратегий конструирования ПО с соответствии с требованиями стандарта IEEE/EIA 12207 приведены в