Модель жизненного цикла переменная

Проектирование информационных систем

Лекции

3. МОДЕЛИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

3.1. Классификация моделей жизненного цикла.

3.2. Каскадная стратегия.

3.3. Инкрементная стратегия.

3.4. Спиральная стратегия.

3.5. Сравнительный анализ моделей.

3.6. Методологии, поддерживающие спиральную модель.

Вопросы для самопроверки.

3.1. Классификация моделей жизненного цикла

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие модели (стратегии) жизненного цикла [4,
7].

Рис.3.1. Классификация моделей жизненного цикла

Дальнейшее рассмотрение моделей жизненного цикла ведется с использованием терминологии классического жизненного цикла.

3.2. Каскадная стратегия

Каскадная стратегия (однократный проход, водопадная или классическая модель) подразумевает линейную последовательность выполнения стадий создания информационной системы. Другими словами, переход с одной стадии на следующую происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущей.

Рис.3.2. Каскадная стратегия

Данная модель применяется при разработке информационных систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования.

Достоинства модели:

– на каждой стадии формируется законченный набор документации, программного и аппаратного обеспечения, отвечающий критериям полноты и согласованности;

– выполняемые в четкой последовательности стадии позволяют уверенно планировать сроки выполнения работ и соответствующие ресурсы (денежные, материальные и людские).

Недостатки модели:

– реальный процесс разработки информационной системы редко полностью укладывается в такую жесткую схему. Особенно это относится к разработке нетиповых и новаторских систем;

– основана на точной формулировке исходных требований к информационной системе. Реально в начале проекта требования заказчика определены лишь частично;

– основной недостаток – результаты разработки доступны заказчику только в конце проекта. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ИС заказчик получает систему, не удовлетворяющую его потребностям.

3.3. Инкрементная стратегия

Инкрементная стратегия (англ. increment – увеличение, приращение) подразумевает разработку информационной системы с линейной последовательностью стадий, но в несколько инкрементов (версий), т. е. с запланированным улучшением продукта.

Рис.3.3. Инкрементная стратегия

В начале работы над проектом определяются все основные требования к системе, после чего выполняется ее разработка в виде последовательности версий. При этом каждая версия является законченным и работоспособным продуктом. Первая версия реализует часть запланированных возможностей, следующая версия реализует дополнительные возможности и т. д., пока не будет получена полная система.

Данная модель жизненного цикла характерна 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 (информационная система). 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 ее 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 стратегии такие же, как и у классической. 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.

3.4. Спиральная стратегия

Спиральная стратегия (эволюционная или итерационная модель, автор Барри Боэм, 1986-88 гг.) [44] подразумевает разработку в виде последовательности версий, но в начале проекта определены не все требования. Требования уточняются в результате разработки версий.

Рис. 3.4. Спиральная стратегия

Данная модель жизненного цикла характерна при разработке новаторских (нетиповых) систем. В начале работы над проектом у заказчика и разработчика нет четкого видения итогового продукта (требования не могут быть четко определены) или стопроцентной уверенности в успешной реализации проекта (риски очень велики). В связи с этим принимается решение разработки системы по частям с возможностью изменения требований или отказа от ее дальнейшего развития. Как видно из рис.3.4, развитие проекта может быть завершено не только после стадии внедрения, но и после стадии анализа риска.

Достоинства модели:

– позволяет быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований;

– допускает изменение требований при разработке информационной системы, что характерно для большинства разработок, в том числе и типовых;

– обеспечивает большую гибкость в управлении проектом;

– позволяет получить более надежную и устойчивую систему. По мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации;

– позволяет совершенствовать процесс разработки – анализ, проводимый в каждой итерации, позволяет проводить оценку того, что должно быть изменено в организации разработки, и улучшить ее на следующей итерации;

– уменьшаются риски заказчика. Заказчик может с минимальными для себя финансовыми потерями завершить развитие неперспективного проекта.

Недостатки модели:

– увеличивается неопределенность у разработчика в перспективах развития проекта. Этот недостаток вытекает из предыдущего достоинства модели;

– затруднены операции временного и ресурсного планирования всего проекта в целом. Для решения этой проблемы необходимо ввести временные ограничения на каждую из стадий жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа выполнена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах и личного опыта разработчиков.

3.5. Сравнительный анализ моделей

Знание различных моделей жизненного цикла и умение их применять на практике необходимы любому руководителю проекта. Правильный выбор модели позволяет грамотно планировать объемы финансирования, сроки и ресурсы, необходимые для выполнения работ, сократить риски как разработчика, так и заказчика. Это способствует повышению авторитета (имиджа) разработчиков в глазах заказчика и в свою очередь оказывает влияние на перспективу дальнейшего сотрудничества с ним и другими заказчиками. Считать, что спиральная модель лучше остальных, неверно. Ведь на каждый проект заключается отдельный договор с определенной стоимостью. Заключать договор на большую сумму с неопределенным итоговым результатом заказчик никогда не будет (если только он не альтруист). В этом случае он предложит вложить вначале небольшую сумму в проект и уже по результатам первой версии (итерации) будет решать вопрос о заключении дополнительного договора на развитие системы.

Каждая из моделей имеет свои достоинства и недостатки, а также сферы применения в зависимости от специфики разрабатываемой системы, возможностей заказчика и разработчика и т. п. В табл. 3.1 приводится сравнительная характеристика рассмотренных выше моделей, которая должна помочь в выборе стратегии для конкретного проекта.

Таблица 3.1. Сравнение моделей жизненного цикла

В табл. 3.1 не стоит рассматривать значения «Да» и «Нет» как жесткие требования. Например, незначительное изменение требований по мере развития проекта при использовании каскадной модели (например, добавление некоторых непредусмотренных сервисных функций) встречается не так уж редко и в случае их реализации способствует улучшению взаимоотношений между сторонами. Аналогично распространение промежуточного программного обеспечения при спиральной модели необязательно, а иногда даже вредно отражается на процессах внедрения и опытной эксплуатации системы.

При разработке системы под итоговым продуктом и промежуточным программным обеспечением согласно [12] следует понимать:

– ревизию (исправительную или опытную) – любые оперативные изменения программного и информационного обеспечения, а также БД, необязательные в данный момент к передаче на объекты внедрения и связанные с устранением ошибок и усовершенствованием;

– модификацию – любые оперативные изменения программного и информационного обеспечения, а также БД, обязательные для передачи на объекты внедрения и обусловливающие изменение эксплуатационных характеристик без изменения функций (предусмотренных ТЗ), а также изменения, связанные с устранением ошибок, усовершенствованием;

– версию – любые изменения программного и информационного обеспечения, а также БД, обязательные для передачи на объекты внедрения, позволяющие выполнять заявленные или дополнительные функции, а также обеспечивающие переход на новые операционные системы и информационную среду;

– развитие (очередь) – плановые изменения информационной системы, связанные с введением новых функций и улучшением эксплуатационных характеристик, переходом на новую информационную среду, внедрением новых комплексов технических средств, новых информационных технологий и пр.

В соответствии с приведенной классификацией итоговым продуктом для любой из моделей жизненного цикла является обязательная к передаче версия или очередь системы. Разработка очередями характерна при инкрементной стратегии. В качестве промежуточного программного обеспечения следует рассматривать ревизии и модификации. Как было отмечено выше, частая передача ревизий и модификаций конечным пользователям (особенно занятым другими производственными делами) нежелательна. Согласно [12] смена версий информационных систем на железнодорожном транспорте должна выполняться не чаще одного – двух раз в год, а модификаций – не чаще раза в месяц.

3.6. Методологии, поддерживающие спиральную модель

В настоящее время имеется несколько методологий1 разработки программного обеспечения, которые можно рекомендовать при использовании спиральной модели жизненного цикла. Наиболее известными из них являются методология быстрой разработки приложений (Rapid Application Development, RAD) и экстремальное программирование (eXtreme Programming, XP – автор Кент Бек, 1999).

Методология RAD [4]. На начальном этапе существования компьютерных информационных систем их разработка велась на традиционных языках программирования и подразумевала, как правило, ручной набор текстов программ. Однако по мере возрастания сложности разрабатываемых систем и увеличения запросов пользователей потребовались новые средства, обеспечивающие значительное сокращение сроков разработки. Это послужило предпосылкой к созданию инструментальных средств для быстрой разработки приложений. Развитие этого направления привело к появлению на рынке разработки программного обеспечения средств автоматизации практически всех стадий жизненного цикла.

Под RAD-разработкой обычно понимается процесс разработки, содержащий 3 элемента:

– небольшую команду программистов (до 10 человек);

– короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 месяцев);

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

Помимо особенностей, характерных для спиральной модели жизненного цикла, методология RAD подразумевает использование на каждой итерации:

– CASE2-средств для формирования и анализа требований, проектирования системы, автоматической генерации кода программ и структуры БД, а также автоматического тестирования программного обеспечения;

– инструментальных средств, обеспечивающих визуальную разработку (программирование) системы. Среда разработки приложений позволяет без написания кода программы создавать («рисовать») сложные графические интерфейсы пользователя, состав и структуру БД, запросы к БД, а также связывать данные с элементами интерфейса (переключателями, полями ввода, таблицами и т. д.);

– инструментальных средств, поддерживающих объектно-ориентированный подход. Эти средства позволяют создать описание предметной области в виде совокупности объектов – сущностей реального мира, характеризуемых свойствами (атрибутами) и поведением (методами);

– инструментальных средств, обеспечивающих событийное программирование. Каждый объект, входящий в состав приложения, может генерировать события и реагировать на события, генерируемые другими объектами;

– шаблонов и библиотек готовых решений как собственной разработки, так и сторонних производителей.

Условия применения методологии RAD:

– применима для относительно небольших проектов, разрабатываемых под конкретного заказчика;

– неприменима для построения сложных расчетных программ, операционных систем или программ управления космическими кораблями, т.е. программ, требующих написания большого объема (сотни тысяч строк) уникального кода;

– неприменима для разработки приложений, в которых отсутствует ярко выраженная интерфейсная часть, наглядно определяющая логику работы системы (например, приложения реального времени);

– неприменима для разработки приложений, от которых зависит безопасность людей (например, управление самолетом или атомной электростанцией), так как итеративный подход предполагает, что первые несколько версий, скорее всего не будут полностью работоспособны, что в данном случае исключается.

Методология XP [7]. Данный подход ориентирован на разработку информационных систем группами малого и среднего размера в условиях неопределенных или быстро изменяющихся требований.

Отличительными особенностями XP-разработки являются:

– частая смена версий и модификаций (длительность итераций вплоть до часов и минут, а обычно – 2 недели; в RAD – минимум 2 месяца);

– непрерывная связь с заказчиком – в группе все время находится квалифицированный представитель заказчика. Это самое сокровенное желание любого разработчика. Как правило, очень трудно убедить заказчика выделить такого представителя, чтобы он целыми днями (неделями) не выполнял своих прямых обязанностей на работе. Но еще труднее бывает найти именно квалифицированного специалиста, который может оперативно ответить на все увеличивающее количество вопросов со стороны команды разработчиков;

– простое проектирование – при разработке всегда выбирается наиболее простое решение. «Лучше сделать простую вещь сегодня и завтра заплатить еще немного за внесение небольших изменений, чем делать сегодня сложную вещь, которая завтра может не понадобиться» [7]. Спорное утверждение, на которое можно возразить, что «скупой платит дважды». Нередко опытному разработчику, особенно неплохо разбирающемуся в поставленной задаче, видно, что если применить более сложную схему реализации некоторой функции или расширить структуру данных, то это увеличит круг решаемых задач, позволит с меньшими затратами адаптировать систему под изменяющиеся или новые требования заказчика и т. д.;

– простой дизайн – система должна быть спроектирована настолько просто, насколько это возможно на каждый момент времени. Чем интерфейс проще, тем быстрее и качественнее идет освоение системы пользователями. Это не означает, что интерфейс «командной строки» самый предпочтительный. Как раз наоборот, «дружественный» и простой интерфейс должен быть интуитивно-понятным для пользователя; в нем должны отсутствовать бесполезные элементы, основная цель которых – произвести визуальное впечатление на пользователя; дополнительные диалоговые окна по вводу данных в строку таблицы, когда это можно сделать непосредственно в строке этой таблицы и т. д.;

– коллективное владение кодом – любой, кто видит возможность улучшить какую-то часть кода, может сделать это в любой момент времени. Это подразумевает применение одинаковых стандартов и правил оформления кода с исчерпывающими комментариями, а также и ведение общедоступной истории развития системы;

– программирование в парах – на пару программистов приходится один компьютер. Пока один из них непосредственно программирует, другой обдумывает вопросы реализации требований (функций, БД и т.п.). Смысл положения заключается не в экономии на материально-техническом обеспечении команды разработчиков, а в более разумном сочетании разных видов деятельности каждого из них. Как показывает опыт, при непосредственном программировании, исправлении ошибок и т.п. программист начинает думать односторонне и все более узкими категориями. Именно поэтому во время «отдыха от компьютера» приходят наиболее удачные решения;

– непрерывное и пересекающееся проектирование, разработка, интеграция и тестирование системы.

Рассмотренные выше методологии направлены на сокращение сроков и расходов по разработке приложений с одновременным повышением качества результатов работы. Главное достоинство этих методологий заключается в наиболее полном и точном удовлетворении требований заказчика за счет обеспечения своевременной обратной связи.

1Методология – последовательность выполнения работ, правил выбора методов и решений на разных этапах разработки.

2CASE – Computer Aided Software Engineering (автоматизированная разработка ПО).

Вопросы для самопроверки

1. Приведите классификацию моделей жизненного цикла и перечислите их особенности.

2. Для чего необходим выбор модели жизненного цикла?

3. Дайте краткую характеристику методологий RAD и XP.