Общие принципы разработки программных средств

1.3. Период разработки и эксплуатации программного средства.

    Под периодом разработки и эксплуатации (использования) понимают жизненный цикл ПС. Жизненный цикл охватывает довольно сложный процесс создания и использования ПС. Этот процесс может быть организован по-разному для разных классов ПС и в зависимости от  особенностей коллектива разработчиков. В настоящее время можно выделить 5 основных подходов к организации процесса создания и использования ПС.

1. Водопадный подход. При таком подходе разработка ПС состоит из цепочки этапов. На каждом этапе  создаются документы, используемые на последующем этапе. В исходном документе фиксируются требования к ПС. В конце этой цепочки создаются программы, включаемые в ПС.
2. Исследовательское программирование. Этот подход предполагает быструю реализацию рабочих версий программ ПС, выполняющих лишь в первом приближении требуемые функции. После экспериментального применения реализованных программ производится их модификация  с целью сделать их более полезными для пользователей. Этот процесс повторяется до тех пор, пока ПС не будет достаточно приемлемо для пользователей. Такой подход применялся на ранних этапах развития программирования, когда технологии программирования не придавали большого значения (использовалась интуитивная технология).
3. Прототипирование. Этот подход моделирует начальную фазу  исследовательского программирования вплоть до создания рабочих версий программ, предназначенных для проведения экспериментов с целью установить требования к ПС. В дальнейшем должна последовать разработка ПС по установленным требованиям в рамках какого-либо другого подхода (например, водопадного).
4. Формальные преобразования. Этот подход включает разработку формальных спецификаций ПС и превращение их в программы путем корректных преобразований.
5. Сборочное программирование. Этот подход предполагает, что ПС конструируется, главным образом, из компонент, которые уже существуют. Должно быть некоторое хранилище (библиотека) таких компонент, каждая из которых может многократно использоваться в разных ПС. Такие компоненты называются повторно используемыми. Процесс разработки ПС при данном подходе состоит скорее из сборки программ из компонент, чем из их программирования.

    Исследовательское программирование исходит из взгляда на программирование как на искусство. Оно применяется тогда, когда водопадный подход не применим из-за того, что не удается точно сформулировать требования к ПС. Прототипирование рассматривается как вспомогательный подход, используемый в рамках других подходов, в основном, для прояснения требований к ПС.

    В рамках водопадного подхода различают следующие стадии жизненного цикла ПС: разработку ПС, производство программных изделий (ПИ) и эксплуатацию ПС.

    Стадия  разработки ПС состоит из этапа его внешнего описания, этапа конструирования ПС, этапа кодирования (программирование в узком смысле) ПС и этапа аттестации ПС. Всем этим этапам сопутствуют процессы документирования и управления ПС. Этапы конструирования и кодирования часто перекрываются, иногда довольно сильно. Это означает, что кодирование некоторых частей программного средства может быть начато до завершения этапа конструирования.

    Этап  внешнего описания ПС включает процессы, приводящие к созданию некоторого документа. Этот документ является описанием поведения ПС с точки  зрения  внешнего по отношению к нему наблюдателя с фиксацией требований относительно его качества.  Внешнее описание ПС начинается  с анализа и определения  требований к ПС со стороны пользователей  (заказчика), а также включает процессы спецификации этих требований. Конструирование ПС охватывает процессы: разработку архитектуры ПС, разработку структур программ ПС и их детальную спецификацию.

    Кодирование ПС включает процессы создания текстов программ на языках программирование, их отладку с тестированием  ПС.

    На  этапе аттестации ПС производится оценка качества ПС. Если эта оценка оказывается приемлемой для практического использования ПС, то разработка ПС считается законченной. Это обычно оформляется в виде некоторого документа, фиксирующего решение комиссии, проводящей аттестацию ПС.

    Программное изделие (ПИ) - экземпляр или копия разработанного ПС. Изготовление ПИ - это процесс генерации и/или воспроизведения (снятия копии) программ и программных документов ПС с целью их поставки пользователю для применения по назначению. Производство ПИ - это совокупность работ по обеспечению изготовления  требуемого  количества  ПИ  в установленные сроки. 

    Стадия  эксплуатации ПС охватывает процессы хранения,  внедрения и сопровождения  ПС,  а также транспортировки и применения ПИ по своему назначению. Она состоит из двух параллельно проходящих фаз: фазы применения ПС и фазы сопровождения ПС.

    Применение ПС - это использование ПС для решения практических задач на компьютере путем выполнения ее программ.

    Сопровождение ПС  -  это процесс сбора информации о качестве ПС в эксплуатации, устранения обнаруженных в нем ошибок, его доработки и модификации,  а также извещения пользователей о внесенных в него изменениях.

1.4. Понятие качества ПС.

    Каждое  ПС должно выполнять определенные функции, т.е. делать то, что задумано. Хорошее ПС должно обладать еще целым рядом свойств, позволяющим успешно его использовать в течении длительного периода, т.е. обладать определенным качеством. Качество ПС - это совокупность его черт и характеристик, которые влияют на его способность удовлетворять заданные потребности  пользователей. Но это не значит, что ПК должны в высшей мере обладать этими свойствами. Качество ПС является удовлетворительным, когда оно обладает указанными свойствами в такой степени, чтобы гарантировать успешное его использование.

    Совокупность  свойств ПС, которая образует удовлетворительное для пользователя качество ПС, зависит от условий и характера эксплуатации этого ПС,  т.е. от позиции, с которой должно рассматриваться качество этого ПС. Поэтому при описании качества ПС, прежде всего, должны быть фиксированы критерии отбора требуемых свойств ПС. В настоящее время критериями качества ПС принято считать: функциональность, надежность, легкость применения, эффективность, сопровождаемость, мобильность.

    Функциональность - это способность ПС выполнять набор функций, удовлетворяющих заданным или подразумеваемым потребностям пользователей. Набор указанных функций определяется во внешнем описании ПС.

    Надежность - это характеристика ПС отвечать и полагаться заданным стандартам.

    Легкость  применения - это характеристики ПС, которые позволяют минимизировать усилия пользователя по подготовке исходных данных, применению ПС и оценке полученных результатов, а также  вызывать положительные эмоции определенного или подразумеваемого пользователя.

    Эффективность - это отношение уровня услуг, предоставляемых ПС пользователю при заданных условиях, к объему используемых ресурсов.

    Сопровождаемость - это характеристики ПС, которые позволяют сократить усилия по внесению изменений для устранения в нем ошибок.

    Мобильность - это способность ПС быть перенесенным из одной среды (окружения) в другую, в частности, с одного компьютера на другой.

    Функциональность  и надежность являются обязательными  критериями качества ПС, причем обеспечение надежности будет красной нитью проходить по всем этапам и процессам разработки ПС.  Остальные критерии используются в зависимости от потребностей пользователей в соответствии с требованиями к ПС. 

1.5 Общие принципы  обеспечения надежности  ПС

    Обеспечение надежности ПС является основным мотивом  разработки ПС, задающим специфическую окраску всем технологическим процессам разработки ПС. В технике известны четыре подхода обеспечению надежности: предупреждение ошибок, самообнаружение ошибок, самоисправление ошибок, обеспечение устойчивости к ошибкам.

    Целью подхода предупреждения ошибок - не допустить ошибок в готовых продуктах, в нашем случае - в ПС. Проведенное рассмотрение  природы  ошибок  при разработке ПС позволяет для достижения этой цели сконцентрировать внимание на следующих вопросах:

• борьба со сложностью,
• обеспечение точности перевода,
• преодоление барьера между пользователем и разработчиком,
• обеспечение контроля принимаемых решений.

    Этот  подход связан с организацией процессов  разработки ПС, т.е. с технологией  программирования. И хотя, как мы уже отмечали, гарантировать отсутствие ошибок в ПС невозможно, но в рамках этого подхода можно достигнуть приемлемого уровня надежности ПС.

    Остальные три подхода связаны с организацией самих продуктов технологии, в нашем случае - программ. Они учитывают возможность ошибки в программах. Самообнаружение ошибки в программе означает, что  программа содержит средства обнаружения отказа в процессе ее выполнения. Самоисправление ошибки в программе означает не только обнаружение отказа в процессе ее выполнения, но и исправление последствий этого отказа, для чего в программе должны иметься соответствующие средства. Обеспечение устойчивости программы к ошибкам означает,  что в программе содержатся средства, позволяющие локализовать область влияния отказа программы, либо уменьшить его неприятные последствия, а иногда предотвратить катастрофические последствия отказа. Однако эти подходы используются весьма редко (может быть, относительно чаще используется обеспечение устойчивости к ошибкам). Связано это с тем, что, во-первых, многие простые методы, используемые в технике в рамках этих подходов, неприменимы в программировании, например, дублирование отдельных блоков и устройств (выполнение двух копий одной  и той же программы всегда будет приводить к одинаковому эффекту - правильному или неправильному). Во-вторых, добавление в программу дополнительных фрагментов приводит к ее усложнению (иногда - значительному),  что в какой-то  мере  мешает  методам предупреждения ошибок. 
 

1.6 Методы борьбы  со сложностью

    Известны  два общих метода борьбы со сложностью систем:

• обеспечения независимости компонент системы;
• использование в системах иерархических структур.

      Обеспечение независимости компонент  означает разбиение системы на такие части, между которыми должны остаться по возможности меньше связей. Одним из воплощений этого метода является модульное программирование.

    Использование в системах иерархических  структур позволяет локализовать связи между компонентами, допуская их лишь между компонентами, принадлежащими смежным уровням иерархии. Этот метод, по-существу, означает разбиение большой системы на подсистемы, образующих малую систему. Здесь существенно используется способность человека к абстрагированию. 

1.7 Обеспечение точности  перевода

    Обеспечение точности перевода направлено на достижение однозначности интерпретации документов различными разработчиками, а также пользователями ПС. Это требует придерживаться при переводе определенной дисциплины. В соответствии с этим весь процесс перевода можно разбить на следующие этапы:

• Понимание задачи;
• Составление плана (включая цели и методы решения);
• Выполнение плана (проверяя правильность каждого шага);
• Анализ полученного решения.

1.8 Преодоление барьера  между пользователем  и разработчиком.

    Как обеспечить, чтобы ПС выполняла то, что пользователю разумно ожидать от нее?  Для этого разработчикам необходимо правильно понять, во-первых,  чего хочет пользователь, и, во-вторых, его уровень подготовки и окружающую его обстановку. При разработке ПС следует привлекать пользователя для участия в процессах принятия решений, а также тщательно освоить особенности его работы (лучше всего - побывать в его "шкуре"). 

1.9 Контроль принимаемых  решений

    Обязательным  шагом в каждом процессе (этапе) разработки ПС должна быть проверка правильности принятых решений. Это позволит обнаруживать и исправлять ошибки на самой ранней стадии после ее возникновения, что, во-первых, существенно снижает стоимость ее исправления и, во-вторых, повышает вероятность правильного ее устранения. С учетом специфики разработки ПС необходимо применять везде, где это возможно,