Последовательность этапов

Модель жизненного цикла ПО (слайд) - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, этапов, действий и задач на протяжении жизненного цикла.

Модель ЖЦ разработки ПО схематически объясняет, каким образом будут выполняться действия по разработке ПО, посредством описания «последовательности» этих действий. Такая последовательность может быть или не быть линейной, поскольку этапы могут следовать друг за другом, повторяться или происходить одновременно.

Модель жизненного цикла зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Существует три модели жизненного цикла программных систем, в которых последовательность этапов разработки ПО меняется по-разному.

Каскадная модель

Каскадная модель жизненного цикла была принята в 70-х годах. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. (слайд).

Для команды заказчиков необходимо составить список требований, которые они хотят увидеть на сайте и при его разработке

Для команды разработчиков необходимо составить список вопросов, которые им важны для уточнения модели проектирования системы

Время для обсуждения в группе – 3 минуты.

Задание для третьем микрогруппы: записать основные термины и понятия, которые им запомнились на уроке в течении трех минут.

После обсуждения происходит диалог между заказчиком и разработчиком, в ходе которого необходимо выяснить детали проектирования для определения модели ЖЦПО.

Дается 2 минуты разработчикам для определения модели и причин выбора этой модели.

Третья микрогруппа читает записанные термины и дает им пояснение.

Этапы разработки программы

Как осуществляется программирование, какие процес­сы происходят при этом?

Решение любой сложной задачи состоит из четырех этапов :

1) Осознание и формулирование задачи, когда решающий задачу определяет, что дано и какова цель (что требуется получить в итоге);

2) Разработка плана, в котором раскрывается стра­тегия решения (стратегия достижения цели);

3) Выполнение (реализация) плана. При этом любой сложный план преобразует­ся в определенную последовательность достаточно простых (по сравнению с исходной задачей) действий;

4) Проверка правильности решения;

5) Документирование;

6) Сдача решения потребителю.

Эти этапы применительно к программированию называ­ют соответственно так:

1) определение требований к ПО и целей проектирования ПО (постановка задачи, ее формализация и разработка ТЗ);

2) проектирование ПО (разработка метода решения, структуры программы и алгоритмов);

3) кодирование (написанием собственно программы на выбранном языке программирования) и отладка программы;

4) тестирование программы, в том числе и на стороне Заказчика (по ПМИ);

5) выпуск документации (руководство программиста, руководство системного программиста и т.п.);

6) выпуск программного продукта для передачи потребителю (Заказчику).

По ГОСТ 19.102-77 «Стадии разработки» определены следующие этапы разработки ПО:

1) разработка ТЗ (ему соответствует названный выше этап «Постановка задачи и ее формализация»)

2) разработка ЭП (им соответствует названный выше этап «разработка метода решения,

3) разработка ТП структуры программы и алгоритмов»)

4) разработка РП (он включает названные выше этапы «Кодирование и отладка», «Тестирование» и «Документирование».

5) внедрение (ему соответствует названный выше этап «Выпуск программного продукта для передачи потребителю (Заказчику)»).

Более подробно о некоторых этапах (или подэтапах) разработки ПО.

Постановка задачи

Выполняется на языке предметной области, т.е. с использованием используемой в предметной области технической терминологии (антенна, телевизор, резистор...). На этом этапе:

Указываются (выбираются из предметной области) исходные объекты (объекты предметной области, относительно которых поставлена задача), их типы (структура, организация) а так же отношения между ними (исходными объектами);

Формулируется цель (разработки), состоящая или в получении нового объекта, или в обработке характеристик исходных объектов (с целью нахождения какой-то статистики, например);

Выбираются, согласовываются и фиксируются ограничения (на исходные данные и метод решения).

После исходной (первоначальной) постановки задачи выполняется формальная или математическая постановка задачи . Слово математическая понимается в том смысле, что мы переопределяем поставленную задачу в терминах моделей объектов (абстракций) и отношений между ними (обычно в виде математических формул). Этот этап часто называется формализацией.

В процессе формализации проводится углубленный анализ задачи и переход от нечеткого словесного описания задачи к описанию в знаковой форме с использованием какого-либо искусственного языка с фиксированными значениями (изображениями) каждого термина. Формализация обеспечивает однозначную постановку задачи. В качестве формализмов часто используются:

Теория графов;

Теория вероятностей;

Теория массового обслуживания;

Теория множеств

При формализации используется аппарат абстрагирования . Абстрагирование – это метод научного познания, заключающийся в переходе от реальных объектов к их абстракциям. При этом происходит мысленное отвлечение от тех свойств реальных объектов и связей между ними, которые в данной постановке задачи (с точки зрения решаемой задачи) представляются несущественными . В результате абстрагирования получается модель (абстакция), т.е. некий искусственный объект, сохраняющий (при определенных допущениях) (в рамках сделанной постановки) основные свойство объекта-оригинала (напомнить про Вольтметр и Секундомер для измерения высоты). Далее задача решается уже в математической простановке.

Хорошая математическая постановка задачи часто позволяет сразу увидеть способ решения .

Поиск метода решения задачи (на этапе проектирования)

Очевидно, что невозможно точно и в нужном порядке описать действия по решению задачи (т.е. алгоритм решения) не зная метода ее решения. Поэтому разработка алгоритма всегда связана с необходимостью вначале отыскать такой метод. Под методом решения задачи понимается указание последовательности, в которой необходимо решить некоторые известные задачи , чтобы получить требуемый результат. Известные задачи – это :

Те, которые уже ранее встречались, и решение их уже известно;

Те, для которых известна постановка, и решение их не представляет (для программиста) труда.

Таким образом, метод решения определяет замену исходной задачи на некоторую эквивалентную ей последовательность известных задач.

Откуда эти известные задачи появляются в поле зрения разработчика, зависит от выбранного им подхода к разработке программ (алгоритмов) - восходящий или нисходящий .

Замечание : Кроме названных двух подходов к разработке алгоритмов (программ) обычно выделяют следующие методологии (парадигмы ) программирования:

Процедурная (включает восходящий и нисходящий подходы) - только здесь в обязательном порядке требуется разработка алгоритмов;

Объектно-ориентированная (по сути тоже восходящий подход, но не процедурный);

Логическая (логико-ориентированная);

Функциональная.

Мы об этих парадигмах поговорим чуть позже.

Кодирование проходит обычно следующие шаги:

1).Перевод алгоритма на один из языков программирования , в результате чего получается (вначале на бумаге) рукописный (исходный) текст программы.

2).Подготовка программы для ПЭВМ , т.е. перенос рукописного текста программы с бумаги на машинный носитель информации. Для этого используется текстовый редактор.

3).Компиляция текста программы в машинный код с помощью программы, называемой компилятором.

ЭВМ

Машинный код

(понятен ЭВМ)

Замечание : фраза, что программа – это алгоритм, составленный на языке, понятном ЭВМ , означает, что при наличии посредника-компилятора текст, написанный на ЯВУ, уже считается понятным ЭВМ. Этот посредник-компилятор занимается переводом текста программы с ЯВУ на машинный язык.

Замечание : Кроме компиляторов есть еще интерпретаторы. Они разбирают каждую инструкцию текста программы и немедленно ее исполняют (инструкцию за инструкцией). При этом файл на машинном языке не создается. Работают интерпретаторы гораздо медленнее, чем компиляторы. Зато с их помощью проще отлаживать программы (искать в них ошибки)

Успешное завершение компиляции (перевода) возможно при полной синтаксической правильности программы. Поэтому на данном этапе может потребоваться несколько попыток компиляции с целью устранения всех синтаксических ошибок из текста программы.

Результатом компиляции обычно является программа в машинных кодах, называемая объектным модулем (*.obj) . Однако она не может быть непосредственно выполнена , т.к. не содержит код так называемых стандартных подпрограмм (они выполняют действия по, например, вводу и выводу). Кроме того, компилятором часто допускается компиляция программы по частям, т.е. результатом компиляции может оказаться машинный код лишь части программы. Поэтому после компиляции надо выполнить компоновку.

4).Компоновка (линковка) программы : т.е. объединение отдельных частей программы, добавление стандартных подпрограмм и установление необходимых связей между частями программы. Эти действия выполняются программой, называемой линкером (компоновщиком).

На этапе компиляции все обращения (адреса обращений) из программы к чужим (внешним, не реализованным в данной программе) функциям заменяются нуль-кодами, т.к. реальные адреса загрузки функций в память в момент компиляции неизвестны. На этапе компоновки эти места корректируют с учетом реального размещения программы и функций в разных частях программы. Эта работа выполняется компоновщиком (линковщиком). В результате получается исполняемая программа (загрузочный модуль), т.е *.exe.

Замечание: компилятор Турбо-Паскаля (и Free Pascal) производит компиляцию сразу в исполняемый код (отдельный этап линковки не требуется).

Все адресные ссылки в загрузочном модуле - относительны (относительно начала загрузочного модуля). Перед передачей программе управления надо настроить все адресные ссылки на начальный адрес размещения программы в оперативной памяти. Эту функцию выполняет Загрузчик .

Отладка и Тестирование: После получения готового к выполнению кода программы начинается этап ее отладки и тестирования - поиск ошибок в программе (debugging), например, ошибок при работе с данными, логических ошибок и т.п.

Правильность выполнения программы здесь проверяют при использовании специально подготовленных исходных данных (тестовых данных), для каждого из которых определяется: а) цель теста (что нужно найти) б) исходные данные (что нужно задать) в) ожидаемые результаты при заданных исходных данных. В случае ошибочных результатов при прохождении какого-то конкретного теста можно определить ошибку в конкретной функции программы или в конкретной ветви программы.

Различают методы тестирования : а) белого ящика (структурное тестирование) и б) черного ящика (функциональное тестирование - может начинаться сразу после получения ТЗ).

Различают виды тестирования : а) альфа-тестирование (проводит сам программист) б) бета-тестирование (проводится у Заказчика или потенциального Потребителя).

По завершении (успешном) тестирования программа готова к передаче ее заказчику.

Замечание:

Все перечисленные выше программы (редактор, компилятор, линковщик, отладчи и т.д.) могут быть запущены и использованы по отдельности (в описанном порядке), но в Турбо-Паскале они объединяются в так называемую интегрированную среду разработки (IDE), позволяющею создавать, отлаживать и запускать программы не выходя из среды с помощью системы меню .

4. Средства записи и классификация алгоритмов .

Процесс производства программного обеспечения можно разбить на несколько отдельных действий. Способ организации этих действий в виде этапов некоего процесса может варьироваться в зависимости от выбранной модели. Впрочем, эти действия должны выполняться при реализации любого проекта независимо от того, как они организованы в процессе. Этапы ориентировочно можно представить как анализ, проектирование и реализацию.

Анализ осуществимости

Данный этап часто выполняется фактически до начала процесса производства, в поддержку решения о том, действительно ли нужна новая разработка. Целью его является составление отчета по анализу осуществимости, в котором, наряду с обсуждением компромиссов между затратами и экономическим эффектом, представляются различные сценарии и альтернативные решения. Анализ осуществимости часто используется для принятия организацией решения "создать или приобрести": стоит ли разрабатывать продукт самим или экономически выгоднее купить похожий?

Для выполнения анализа осуществимости специалист по программному обеспечению сначала должен проанализировать проблему, по меньшей мере, на глобальном уровне. Поскольку разработчики ПО не могут быть уверены в том, что их предложение будет принято, они имеют весьма ограниченный стимул для инвестирования средств в анализ проблемы. С другой стороны, если изучение пробле­мы даст неточные результаты, то ресурсы, необходимые на разработку программного приложения, могут быть недооценены, что выльется в появление серьезных проблем с бюджетом.

На основании описания проблемы во время предварительного анализа, разработчики определяют альтернативные решения. Для каждого предложенного решения оцениваются затраты и даты поставки.

Итак, анализ осуществимости пытается предположить будущие сценарии разработки программного обеспечения. Результатом является документ, в котором должны содержаться, по крайней мере, следующие пункты:

1. Определение проблемы.

2. Альтернативные решения и ожидаемые от них преимущества.

3. Необходимые ресурсы, затраты и сроки поставки для каждого предло­женного альтернативного решения.

Выявление, понимание и спецификация требований

Между разработчиками и заказчиками существует соглашение о том, что процедуры выявления, понимания и спецификации требований являются наиболее критичными аспектами процесса программной инженерии. В самом деле, дисциплина выработки требований направлена на создание стандартных и систематических методов для выявления, документирования, классификации и анализа требований.

Спецификация ПО – формализованное представление сервисов, которыми будет обладать создаваемое ПО, а также ограничений, налагаемых на функциональные возможности и разработку ПО.

В спецификации требований специалист должен описать, какие качества должно демонстрировать приложение, а не способ получения этих качеств в процессе проектирования и реализации. Например, необходимо определить выполняемые приложением функции без указаний конкретной распреде­ленной архитектуры, модульной структуры или алгоритмов, которые должны применяться в решении.

Как уже отмечалось, разрабатываемое программное приложение очень часто является частью более общей системы. Критичной операцией в этом смысле является выделение требований к программному обеспечению из требова­ний всей системы. Требования к программе - это то, чему должно удовле­творять программное решение. Они определяют обязанности программных компонентов в рамках всего системного решения.

Основная цель деятельности по определению требований - точное понимание взаимодействия между разрабатываемым приложением и его внешним окружением. Таким окружением может быть, скажем, физический завод, работу которого программное приложение призвано автоматизировать и контролировать, либо это может быть библиотека, где библиотекари ис­пользуют систему для регистрации в каталогах новых поступлений, выдачи книг читателям и где читатели могут просматривать каталоги в поиске нужных книг.

Результатом деятельности по составлению требований является документ спецификации требований, описывающий результаты анализа. Цель этого документа двоякая: с одной стороны, он должен быть проанализирован и согласован разными участниками на предмет того, что учтены пожелания всех заказчиков, а с другой - он используется разработчиками для создания решения, удовлетворяющего требованиям.

Еще одной возможной составляющей формирования требований является определение плана испытаний системы. Во время тестирования системы фактически проверяется выполнение ею заданных требований. Поэтому способ, которым можно этого в конечном итоге добиться - согласование с заказчиком на стадии системного тестирования и оформление вместе с документом спецификации требований.

Ниже приведен возможный перечень пунктов документа спецификации требований, который может быть руководством специалиста по программному обеспечению:

1.Предметная область. Краткое описание предметной области приложения и целей, которых необходимо достичь при разработке конечного продукта.

2.Функциональные требования. Описывают действия программного продукта, используя неформальные, полуформальные, формальные представления либо их комбинацию.

3.Нефункциональные требования. Их можно классифицировать по следующим категориям: надежность (работоспособность, целостность, безопасность, защищенность и т. д.); точность результатов; производительность; вопросы взаимодействия человека с компьютером; эксплуатационные ограничения; физические ограничения; переносимость и др.

4.Требования к процессу разработки и сопровождения. Сюда входят процедуры управления качеством (в частности процедуры тестирования системы), приоритеты необходимых функций, возможные изменения про­цедур обслуживания системы и прочие требования.

Определение архитектуры программного обеспечения и рабочий проект

Проектирование - это вид деятельности, при котором разработчики струк­турируют программное приложение на разных уровнях его детализации. Результатом является документ технических требований на проектирование, содержащий описание архитектуры программного продукта.

Кодирование и тестирование модулей

Написание кода и тестирование модулей - операции, посредством которых пишутся программы на каком-либо языке программирования. Кодирование и тестирование модулей составляли единственную общепризнанную фазу процесса разработки в прежние времена, хотя это всего лишь один из не­скольких этапов любого процесса структурного проектирования. Результатом этой деятельности является реализованная и протестированная коллекция модулей.

Сборка и системное тестирование

Интегрирование (сборка) заключается в компоновке программного приложения из набора отдельно разработанных и протестированных компонентов. Сборка не всегда рассматривается как операция, отдельная от кодирования. Фактически пошаговые разработки могут постепенно интегрировать и тестировать компоненты по мере их разработки. Несмотря на то, что два этих этапа можно объединить, они принципиально различаются по масштабу проблем, которые призваны решать: первая относится к локальному программированию, тогда как вторая - к программированию сис­темы в целом.

Комплексное тестирование включает в себя тестирование наборов модулей по мере их объединения, при условии предварительного тестирования каждого модуля в отдельности.

Поставка, развертывание и сопровождение ПО

По завершении разработки программного приложения остается выполнить еще определенное количество операций. Во-первых, программный продукт необходимо доставить заказчику. Чаще всего это осуществляется в два этапа. На первом этапе, предваряя официальный выпуск, приложение поставляется членам отобранной группы заказчиков. Целью этой процедуры является проведение своего рода управляемого эксперимента для определения, на основании отзывов пользователей, необходимости внесения изменений в программный продукт до его официального выпуска. Такой вид системного тестирования, выполняемого выбранными заказчиками, называетсябета-тестированием.

Техническое обслуживание заключается в исправлении ошибок, оставшихся в системе (корректирующее сопровождение), в адаптации приложения к изменениям внешней среды (настраивающее сопровождение), а также в совершенствовании, изменении или добавлении в программу новых функций и качеств (усовершенствующее сопровождение). Не стоит забывать, что цена сопровождения часто превышает 60 % от общей цены продукта и что до 20 % затрат на сопровождение составляет доля корректирующего и настраивающего сопровождения, а 50 % приходится на долю усовершенствующего сопровождения. На основании этой статистики можно сделать вывод о том, что развитие здесь, возможно, - более уместный термин, нежели сопровождение (хотя последний используется чаще).

Другой тип классификации затрат на сопровождение был описан в работе Линца (Lienz) и Свонсона (Swanson) в 1980 г. Их анализ показал, что по­рядка 42 % затрат относятся на внесение изменений в требования пользова­телей, 17 % - на изменение формата данных, 12 % - на устранение ава­рийных неполадок, 9 % - на отладку процедур, 6 % - на модификацию аппаратных средств, 5 % - на исправление документации, 4 % - на повышение производительности и остальное - на прочие причины.

В общем случае, в отношении технического сопровождения можно сделать следующие выводы.

Как уже рассматривалось раньше, требования являются основным ис­точником проблем сопровождения как по причине сложности их описа­ния, так и по причине их постоянного изменения.

Довольно много ошибок не исправляется до поставки системы заказчику. Это - серьезная проблема, поскольку, чем позже обнаружена ошибка, тем дороже обходится ее исправление. Понятно, что предпочтительнее и дешевле исправлять ошибки требований во время анализа, нежели после развертывания системы, потому что эту же ошибку придется ис­правлять во всех инсталляциях данной системы.

Подверженность изменениям - это характерное свойство любого программного продукта, однако поддерживать изменения в программных продуктах довольно сложно.

Контрольные вопросы

1. Что такое жизненный цикл ПО?

2. Какой нормативный документ регламентирует ЖЦ ПО?

3. На каких трех группах процессов базируется структура ЖЦ ПО?

4. Опишите процесс разработки ЖЦ ПО

5. Опишите процесс эксплуатации ЖЦ ПО

6. Опишите процесс управления проектом ЖЦ ПО

7. Опишите процесс управления конфигурацией ЖЦ ПО

8. Опишите этапы процесса проектирования ЖЦ ПО

9. Каким требованиям должна удовлетворять функциональная спецификация?

10. Опишите основные характеристики и структуру каскадной модели ЖЦ

11. Назовите недостатки каскадного подхода

12. Изобразите схему реального процесса создания ПО

13. Опишите основные характеристики и структуру спиральной модели ЖЦ

14. Охарактеризуйте этап разработки программного обеспечения, на котором выполняется анализ осуществимости.

15. Охарактеризуйте этап разработки программного обеспечения, на котором выполняется проектирование ПО.

16. Охарактеризуйте этап разработки программного обеспечения, на котором выполняется реализация ПО.

17. Дайте определение спецификации ПО. Из каких пунктов может состоять этот документ?

18. Перечислите типы программных продуктов, относящихся к инструментарию технологии программирования.

Разработка любой программы, от несложной учебной задачи до профессионального приложения, может быть разбита на ряд этапов. Кратко опишем и охарактеризуем их.

1. Определение входных и выходных данных, требований к программе.

На первом этапе определяются входные и выходные данные программы, способ ее взаимодействия (интерфейса ) с пользователем, язык и среда программирования, в которой она будет разрабатываться, а также требования к аппаратному и системному программному обеспечению компьютеров, на которых будет работать приложение.

2. Разработка алгоритма.

На этом шаге производится определение последовательности действий, ведущих к решению задачи и запись их в одной из указанных в п. 1.3 форм.

3. Кодирование (программирование).

Третий этап -- это перевод алгоритма на язык программирования и создание исходного текста программы в одной из систем программирования. Программа на любом языке состоит из операторов -- так называются отдельные действия, разрешенные в языке. Число операторов в любом языке ограничено и правила их написания жестко заданы.

4. Компиляция и отладка.

Исходный текст на Паскале не будет непосредственно исполняться компьютером -- для работы программы ее требуется откомпилировать , т. е., перевести в машинный код. Эту работу выполняет специальная программа-компилятор или оболочка языка. Оболочка Паскаля, с помощью которой мы будем разрабатывать свои программы, называется Turbo Pascal 7.1, она разработана компанией Borland International в 1983-97 гг. В результате преобразования компилятором исходного текста программы в машинный код получается исполняемый файл с расширением exe, который можно запустить (выполнить ) в той операционной системе (ОС), для которой разработан компилятор. Наша оболочка Паскаля создавалась для ОС MS-DOS, однако, в современных ОС семейства Windows программа, написанная на Паскале, работать все же будет, правда, без удобных интерфейсных возможностей Windows.

Итак, компиляция -- это процесс преобразования программы в машинный код. Программа, которую удалось откомпилировать, не обязательно работает правильно. Она может содержать ошибки, для выявления которых предназначен этап отладки -- поиска ошибок в программе. Как правило, компиляция и отладка выполняются программистом в тесной взаимосвязи.

Возможны программные ошибки трех видов:

· синтаксические (ошибки в правилах языка);

· алгоритмические (ошибки в логике программы);

· ошибки времени исполнения , возникающие в процессе работы запущенной программы.

Компилятор способен найти только синтаксические ошибки, для выявления же алгоритмических ошибок служит этап тестирования программы. Ошибки времени исполнения возникают как результат некорректных действий пользователя, недопустимых операций над данными (например, попытки извлечь квадратный корень из отрицательного числа, поделить на ноль) или ошибок программного и аппаратного обеспечения ЭВМ. Об их обработке будет рассказано в гл. 8.

5. Тестирование.

Тестированием называют проверку правильности работы программы на наборах "пробных" (тестовых ) данных с заранее известным результатом. Конечно же, тестирование всей программы сразу возможно лишь для несложных учебных задач. Реальные программы, как правило, тестируются "по частям" -- отдельными функциями и модулями.

6. Документирование и поддержка.

Этот этап включает в себя создание справочной системы и документации к программе, возможно, расширение ее функциональности, выпуск новых версий, исправление ошибок, которые практически неизбежны в любой сложной программной системе. В наших учебных задачах этап поддержки будет отсутствовать.

программное обеспечение управление

Процесс создания программного обеспечения - множество различных видов деятельности, методов, методик и шагов, используемых для разработки и эволюции программного обеспечения и связанных с ним продуктов (проектных планов, документации, программного кода, тестов, пользовательской документации).

Однако на сегодняшний день не существует универсального процесса разработки программного обеспечения - набора методик, правил и предписаний, подходящих для программного обеспечения любого вида, для любых компаний, для команд любой национальности. Каждый текущий процесс разработки, осуществляемый некоторой командой в рамках определенного проекта, имеет большое количество особенностей и индивидуальностей. Однако целесообразно перед началом проекта спланировать процесс работы, определив роли и обязанности в команде, рабочие продукты (промежуточные и финальные), порядок участия в их разработке членов команды и так далее .

Процесс создания программного обеспечения не является однородным. Тот или иной метод разработки программного обеспечения, как правило, определяет некоторую динамику развертывания тех или иных видов деятельности, то есть, определяет модель процесса (process model).

Модель является хорошей абстракцией различных методов разработки программного обеспечения, позволяя лаконично, сжато и информативно их представить. Однако, сама идея модели процесса является одной из самых ранних в программной инженерии, когда считалось, что удачная модель - самое главное, что способствует успеху разработки. Позднее пришло осознание, что существует множество других аспектов (например, принципы управления и разработки, структура команды), которые должны быть определены согласно друг с другом. И стали развиваться интегральные методологии разработки. Тем не менее, существует несколько классических моделей процесса разработки программного обеспечения.

Первой моделью, получившей широкую известность и действительно структурирующей процесс разработки, является каскадная или водопадная. Она была создана после прошедшей в 1968 году конференции НATO по вопросам науки и техники, где рассматривались подобные вопросы, и разделяет процесс создания программного продукта на последовательные этапы (следует отметить, что она уже тогда применялась различными разработчиками, однако ни количество, ни содержание этапов не унифицировалось).

Рисунок 1- Модифицированная каскадная модель разработки программного обеспечения

Модифицированная каскадная модель предусматривала возможность возвращения к предыдущим этапам.

Спустя непродолжительное время после своего появления на свет каскадная модель была доработана Уинстом Ройсом с учетом взаимозависимости этапов и необходимости возврата на предыдущие ступени, что может быть вызвано, например, неполнотой требований или ошибками в формировании задания . В таком «обратимом» виде каскадная модель просуществовала долгое время и явилась основой для многих проектов (рисунок 1).

Однако практическое использование данной модели выявило множество ее недостатков, главный из которых состоял в том, что она больше подходит для традиционных видов инженерной деятельности, чем для разработки программного обеспечения. В частности, одной из самых больших проблем оказалась ее «предрасположенность» к возможным несоответствиям полученного в результате продукта и требований, которые к нему предъявлялись. Основная причина этого заключается в том, что полностью сформированный продукт появляется лишь на поздних этапах разработки, но так как работу на разных этапах обычно выполняли различные специалисты и проект передавался от одной группы к другой, то по принципу испорченного телефона оказывалось так, что на выходе получалось не совсем то, что предполагалось вначале.

Для того, чтобы устранить недостатки каскадной модели была предложена V-образная, или шарнирная модель разработки программного обеспечения (рисунок 2).

Рисунок 2- V-образная модель разработки программного обеспечения

V-образная модель позволяет гораздо лучше контролировать результат на предмет его соответствия ожиданиям, поскольку сфокусирована на тестировании .

V-образная модель дала возможность значительно повысить качество программного обеспечения за счет своей ориентации на тестирование, а также во многом разрешила проблему соответствия созданного продукта выдвигаемым требованиям благодаря процедурам верификации и аттестации на ранних стадиях разработки (пунктирные линии на рисунке указывают на зависимость этапов планирования/постановки задачи и тестирования/приемки).

Однако в целом V-образная модель является всего лишь модификацией каскадной и обладает многими ее недостатками. В частности, и та и другая слабо приспособлены к возможным изменениям требований заказчика. Если процесс разработки занимает продолжительное время (иногда до нескольких лет), то полученный в результате продукт может оказаться фактически ненужным заказчику, поскольку его потребности существенно изменились.

Программное обеспечение в отличие, например, от микросхемы можно вводить в эксплуатацию по частям, а значит, разрабатывать и поставлять его заказчику также можно постепенно. Именно на этом основана инкрементная модель, предусматривающая дробление продукта на относительно независимые составляющие, которые разрабатываются и вводятся в эксплуатацию по отдельности.

Такая модель выгодна как для заказчика, так и для создателя системы, поскольку позволяет продвигаться вперед, соблюдая интересы обеих сторон.

Однако у нее есть свои недостатки. Деление на функциональные блоки в целом замедляет процесс, так как возникает необходимость обеспечения их взаимодействия. Для многих решений этот метод неприменим, поскольку из них нельзя вычленить отдельные составляющие, которые могут быть поставлены и функционировать независимо. Существенно возрастает нагрузка и на руководящий персонал в связи с усложнением задач по координированию работ над отдельными составляющими системы, увеличивается стоимость внесения изменений в готовые компоненты, которые уже установлены и работают у заказчика.

Предложенная Барри Боэмом в 1988 году спиральная модель стала существенным прорывом в понимании природы разработки программного обеспечения, хотя объединяет каскадный подход и итерационный процесс проектирования на основе создания прототипов (рисунок 3).

Рис. 3.

Спиральная модель Боэма сфокусирована на проектировании, разработка программного обеспечения происходит лишь на последнем витке спирали по обычной каскадной модели, однако этому предшествует несколько итераций проектирования на основе создания прототипов - при этом каждая итерация включает стадию выявления и анализа рисков и наиболее сложных задач.

Поскольку спиральная модель в основном охватывает именно проектирование, то в первоначальном виде она не получила широкого распространения в качестве метода управления всем жизненным циклом создания программного обеспечения. Однако главная ее идея, заключающаяся в том, что процесс работы над проектом может состоять из циклов, проходящих одни и те же этапы, послужила исходным пунктом для дальнейших исследований и стала основой большинства современных моделей процесса разработки программного обеспечения.

Впервые предложенная Филиппом Крачтеном в 1995 году, итеративная модель объединяет главные преимущества спиральной, инкрементной, каскадной моделей, а также методов разработки на основе создания прототипов и объектно-ориентированного подхода (рисунок 4). Она завоевала большую популярность и в том или ином виде используется во многих современных проектах .

Рисунок 4- Итеративная модель разработки программного обеспечения

В соответствии с итеративной моделью имеются четыре основные фазы жизненного цикла разработки программного обеспечения (начало, исследование, построение и внедрение). На каждой фазе проект проходит множество итераций, приводящих к созданию работоспособных версий: на начальных создаются прототипы, уточняются требования, прорабатываются наиболее сложные проблемы; конечные приводят к созданию продукта, его совершенствованию и расширению функциональности.

Итеративная модель, помимо основных фаз, выделяет еще две группы процессов: рабочие (управление требованиями, анализ и проектирование, реализация, тестирование, развертывание) и вспомогательные (управление конфигурацией и изменениями, проектом и процессом). Количество и суть процессов варьируются в зависимости от потребностей разработчика, они также могут иметь свои циклы, которые не обязательно даже соответствуют основным фазам. Однако результатом рабочих процессов всегда является создание версий продукта.

Итеративная модель подобно спиральной дает возможность успешно справляться с рисками. Если во время работы над очередной версией будет установлено, что трудозатраты на реализацию необходимой функциональности слишком велики, то превышения бюджета и нарушения сроков можно будет избежать путем соотнесения приоритетов разработки и трудозатрат в начале каждой итерации. Таким образом, данная модель хорошо подходит для большинства типов программных проектов, но особенно ее преимущества заметны при работе над продуктами, предназначенными для выхода на свободный рынок, в силу изначальной ориентации на выпуск последовательных версий.

Самым известным и авторитетным стандартом качества следует считать Capability Maturity Model (CMM) - модель оценки уровня зрелости процессов разработки вместе с его производными. Он был создан SEI (Software Engineering Institute), который финансируется за счет Министерства обороны США и является структурной единицей Университета Карнеги-Меллона. Первая официальная версия стандарта вышла в 1993 году, хотя работы над ним начались гораздо раньше - основные его положения были опубликованы еще в 1986 голу. Успех CMM предопределило несколько факторов. Этот стандарт был одним из первых, изначально учитывающих специфику создания программного обеспечения. Он оказался достаточно прост и прозрачен как для понимания, так и для использования, и регламентировал, «что», а не «как» делать, а потому подходил для различных моделей жизненного цикла, методологий разработки и не накладывал каких-либо ограничений на стандарты документирования, инструментарий, среду и языки, применяемые в проектах. И, пожалуй, основным фактором, предопределившим популярность CMM, явилось сотрудничество SEI с Министерством обороны США, что де-факто означало использование стандарта при реализации проектов по заказу этого ведомства.

Модель CMM (таблица 1) предусматривает пять уровней зрелости, каждому из которых соответствуют определенные ключевые области процессов (Key Process Areas, KPA) .

Таблица 1-Модель СММ

Название уровня	Ключевые области процесса
1 - Начальный	Если организация находится на этом уровне, то ключевых областей процессов для нее не предусмотрено
2 - Повторяющийся	Управление программными конфигурациями. Обеспечение качества программных продуктов. Управление контрактами подрядчиков. Контроль за ходом проектов. Планирование программных проектов. Управление требованиями
3 - Определенный	Экспертные оценки. Координация взаимодействий проектных групп. Инженерия программного продукта. Комплексный менеджмент ПО. Программа обучения персонала. Определение организационного процесса. Область действия организационного процесса
4 - Управляемый	Менеджмент качества ПО. Управление процессом на основе количественных методов
5 - Оптимизируемый	Управление изменением процесса. Управление технологическими изменениями. Предотвращение дефектов

Деление на уровни и определение KPA для каждого из них позволяет последовательно внедрять CMM, используя стандарт в качестве руководства, которое может обеспечить постоянное совершенствование процесса разработки.

Стандарт CMM оказался весьма успешным, и впоследствии на его основе была создана целая серия стандартов, а он получил новое имя - SW-CMM (Capability Maturity Model for Software), точнее отражающее его положение в достаточно многочисленном семействе стандартов.

Однако практическое применение стандартов серии CMM показало, что они не обеспечивают безоговорочного успеха в разработке программного обеспечения. Эти стандарты не были хорошо согласованы между собой - одновременное внедрение различных модификаций CMM могло оказаться достаточно сложной задачей, и приводило в недоумение специалистов организаций, которые с этим сталкивались.

Также существенная проблема CMM состоит в необходимости «выравнивания» всех процессов. Если организация пытается сертифицироваться на определенный уровень, то она должна обеспечить соответствующий уровень для всех своих процессов. Даже если специфика, методология или особенности разработки не располагают к выполнению определенных процессов, сертификация это требует.

Еще одна проблема вызвана тем положением, которое заняли стандарты CMM в современной индустрии программного обеспечения. Поскольку организация, обладающая высоким уровнем в соответствии с CMM, должна обеспечивать более высокие показатели программных продуктов по сравнению с теми, кто сертифицирован на низших уровнях, то стандарт стал применяться в качестве критерия отбора для участия в тендерах на разработку программного обеспечения или в аутсорсинговых проектах.

Подобная ситуация стала возможной благодаря недостаткам процесса сертификации. Сертификации подлежит не вся организация в целом, а только определенный проект. Ничто не мешает организации создать «образцово-показательный» проект, выполняемый с учетом всех требований высоких уровней стандарта CMM, получить соответствующий уровень сертификации и заявить о том, что все продукты отвечают такому-то уровню стандарта.

Разрешить большинство проблем CMM призван новый стандарт SEI - Capability Maturity Model Integrated (CMMI) - интегрированная модель оценки уровня зрелости процессов разработки. Стандарт CMMI изначально создавался таким образом, чтобы объединить существующие варианты CMM и исключить какие-либо противоречия при его практическом применении в различных сферах деятельности высокотехнологичных компаний.

Для того чтобы устранить необходимость «выравнивания» процессов организации и быть более приспособленным к ее бизнес-потребностям, а не наоборот, стандарт CMMI имеет две формы представления - классическую, многоуровневую, соответствующую CMM, и новую, непрерывную. Непрерывная форма представления рассматривает не уровни зрелости (Maturity Levels), а уровни возможностей (Capability Levels), которые оцениваются для отдельных областей процессов (Process Areas, PA).

В таблице 2 дано соответствие уровней зрелости стандарта CMM, а также уровней зрелости многоуровневого представления CMMI и уровней возможностей непрерывного представления CMMI.

Таблица 2- Соответствие уровней зрелости стандартов CMM, CMMI

SEI отказывается от CMM и взамен активно продвигает CMMI, обещая ужесточить контроль за процессом сертификации, сократить затраты на него и сделать его более привлекательным для небольших организаций; обеспечивая совместимость со стандартами ISO.

В современных условиях наличие сертификата определенного уровня CMM/CMMI не является таким значимым фактором, как несколько лет назад, и принимается без дополнительных вопросов разве что в проектах, выполняемых по государственному заказу.

Стандарт ISO/IEC 15504 предназначен для оценки процесса разработки информационных систем, в частности, программного обеспечения. Он изначально был спроектирован таким образом, чтобы в значительной степени соответствовать существующим в отрасли стандартам оценки процесса создания программного обеспечения. Именно это требование определило схожесть стандарта с основными принципами CMM/CMMI .

Модель зрелости процесса разработки программного обеспечения (CMM), разработанная Институтом программной инженерии в университете Carnegie Mellon, предлагает пять уровней зрелости (таблица 3). Она помогает организациям повысить зрелость своих процессов разработки программного обеспечения, и организации могут быть оценены и аккредитованы в соответствии с этими уровнями.

Таблица 3-Уровни зрелости разработки программного обеспечения

Уровень 1 - начальный уровень	Процесс разработки ПО спонтанен, и регламентированы лишь немногие процессы. Успех разработки может зависеть от отдельных сотрудников.
Уровень 2 - уровень повторяемости	Созданы основные процессы управления проектами для отслеживания затрат, календарного плана и функциональных возможностей.
Уровень 3 - уровень регламентируемости	Процесс разработки ПО документирован, стандартизирован и интегрирован со стандартным процессом разработки ПО организации как для операций управления, так и для операций разработки. Во всех проектах используется стандартизированный процесс.
Уровень 4 - уровень управляемости	Проводится сбор подробных показателей процесса разработки ПО и качества продукта, что позволяет понять процесс и продукты и управлять ими.
Уровень 5 - уровень оптимизируемости	Непрерывная оптимизация процесса обеспечивается количественной обратной связью от процесса и от пилотных инновационных идей и технологий.

Таким образом, современные модели и методы, использующиеся в реальных проектах разработки программного обеспечения, весьма разнообразны. Каждый из них имеет свои преимущества, которые проявляются в соответствующих условиях. Даже устаревшая водопадная модель совершенна адекватна для некоторых проектов. Каждый процесс обладает также и рядом характеристик, которые ограничивают область его эффективного использования. Эта ситуация вполне типична для разработки программного обеспечения, где уже накоплено множество технологий и методик, но не существует универсального метода, оптимального для любой задачи.