Модели жизненного цикла итерационная модель

Классическая итерационная модель

Общепринятая модель жизненного цикла не является идеальной уже потому, что только очень простые задачи проходят все этапы без каких-либо итераций — возвратов на предыдущие шаги производственного процесса. При программировании, например, может обнаружиться, что реализация некоторой функции очень громоздка, неэффективна и вступает в противоречие с требуемой от системы производительностью. В этом случае необходимо перепроектирование, а может быть, и переделка спецификаций. При разработке больших нетрадиционных систем итеративность возникает регулярно на любом этапе жизненного цикла как из-за допущенных на предыдущих шагах ошибок и неточностей, так и из-за изменений внешних требований к условиям эксплуатации системы.

Таковы мотивы классической итерационной модели жизненного цикла (см. рис. 7.2).

Стрелки, идущие вверх, обозначают возвраты к предыдущим этапам, квалифицируемые как требование повторить этап для исправления обнаруженной ошибки. В связи c этим может показаться странным переход от этапа “Эксплуатация и сопровождение” к этапу “Тестирование и отладка”. Дело в том, что рекламации, предъявляемые в ходе эксплуатации системы, часто даются в такой форме, что нуждаются в перепроверке. Чтобы понять, о каких ошибках идет речь в рекламации, разработчикам полезно предварительно воспроизвести пользовательскую ситуацию у себя, т.е. выполнить действия, которые обычно относят к тестированию.

Классическая итерационная модель абсолютизирует возможность возвратов на предыдущие этапы. Однако это обстоятельство отражает существенный недостаток программных разработок, проводимых в традиционном стиле: стремление заранее предвидеть все ситуации использования системы и невозможность в подавляющем большинстве случаев достичь этого. Все подобные методологии программирования направлены лишь на то, чтобы минимизировать возвраты. Но суть от этого не меняется: при возврате всегда приходится повторять построение того, что уже считалось готовым.

Иначе обстоит дело с методологиями, которые реализуют поддержку итерационного развития проектов. В этом случае отказываются от завершенности фаз и этапов, вместо чего предлагается распределять наращивание функциональности и интерфейсных возможностей по итерациям. В результате можно ослабить требование переделки старого при возвратах. По существу, классическая схема остается верной, но только в рамках одной итерации и с одной важной поправкой: все полезное, что было сделано ранее, сохраняется.

Безусловно, представленная идея становится реальностью лишь при условии, что у разработчиков программного обеспечения есть поддержка сохранения старого полезного кода, причем без потери эффективности. Такая поддержка сегодня почти повсеместно связывается с объектно-ориентированными методами программирования и проектирования. Более того, многие считают это чуть ли не единственным способом реализации итеративного наращивания
[
8
]
. Отдавая должное методике объектной ориентированности, а также разработке методологий поддержки ведения проектов в рамках этого подхода, стоит обратить внимание на то, что он вовсе не всеобъемлющ, как утверждают его апологеты. Так, разработчики программных проектов, пользуясь им, вынуждены связывать себя множеством соглашений, без которых итеративное наращивание было бы просто непознаваемым. Помощь, которую оказывают объектно-ориентированные CASE-системы (например,
[
30
]
), достаточно очевидна, чтобы оспаривать ее. Однако приходится констатировать, что эти системы либо заставляют разработчика оставаться в жестких рамках, которые появляются в результате проектных ограничений конкретных и не всегда хорошо сбалансированных частных решений, либо предусматривают привнесение средств, концептуально противоречащих идеологии подхода. Да и сами объектно-ориентированные языки можно упрекнуть в той же эклектике и противоречивости (подробнее об этом см. в
[
16
]
).

Итеративное наращивание имеет целью повышение гибкости системы, обеспечение возможности ее адаптации к меняющимся требованиям к программе и условиям развития проекта. Можно сказать, что разбиение на итерации есть средство повышения адаптивности проекта, а потому проблема не в том, используются или нет для реализации итеративности объектно-ориентированные языки или CASE-системы, а в том, насколько сам проект приспособлен к изменениям. Это в корне противоречит и традиционным методологиям, и объектным, если при использовании как тех, так и других не закладывать в процесс разработки и в архитектуру системы адаптационные механизмы. В объектном подходе такие механизмы более развиты, но и они имеют границы применимости.

Объектно-ориентированный подход как основа целой идеологии развития программных проектов заслуживает внимательного изучения во всех своих аспектах, и в первую очередь с точки зрения менеджмента разработки и поддержки программного обеспечения. Для программной системы в целом подход требует и новых моделей жизненного цикла, отражающих его особенности, отмеченные ранее. Об этом будет идти речь после изучения основных вариантов традиционных моделей жизненного цикла.

Адаптивность проекта — это альтернатива точке зрения на программный проект, согласно которой его развитие считается предсказуемым. В материальной сфере предсказуемость проекта означает, что его развитие/производство полностью подчинено заранее разработанным планам. Именно в этом отношении программные проекты отличаются от материальных: необходимость учета изменчивости требований, о чем в данном курсе речь впереди, влечет за собой их явную зависимость от внешних факторов.

В частности, по этим причинам появляются подходы к ведению проектов, которые пытаются учитывать потребность адаптивности. Это уже обсуждавшиеся методологии быстрого развития (см. лекцию 5). Чаще всего новые методологии в целом остаются объектно-ориентированными, но отходят от наиболее жестких установок этого подхода. Так, в методиках экстремального программирования жесткости и неизменности первичной декомпозиции проекта (дизайн системы) противопоставляется предписание переделки дизайна по мере продвижения разработки к удовлетворению уточняющихся потребностей пользователей
[
3
]
. Это нарушение канона компенсируется рядом организационных мер, позволяющих сгладить противоречия. По существу, предлагается специальный вариант менеджмента программных проектов. И, как это часто бывает сегодня, об ограничениях нового подхода упоминается лишь вскользь. В свое время мы еще будем иметь возможность обсудить ситуацию.

5.7. Виды моделей ЖЦ ПО

Каскадная модель (классический жизненный цикл)

Эта модель обязана своим появлением У. Ройсу ([1], 1970 г.). Модель имеет и другое название – водопад (waterfall). Особенность модели – переход на следующую ступень осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на предыдущей стадии; возвратов на пройденные стадии не предусматривается (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.

В итерационной модели (рис.5.5) недостатки проектирования и программирования могут быть устранены позже путем частичного возврата на предыдущую стадию. Чем ниже уровень обнаружения ошибки, тем дороже ее исправление. Если стоимость усилий, необходимых для обнаружения и устранения ошибок на стадии написания кода, принять за единицу, то стоимость выявления и устранения ошибки на стадии выработки требований будет в 5-10 раз меньше, а стоимость выявления и устранения ошибки на стадии сопровождения – в 20 раз больше (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.

1. Бумажный макет (рисованная схема человеко-машинного диалога) или макет на основе ПК.
2. Работающий макет, реализующий некоторую часть требуемых функций.
3. 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.

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.

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 табл. 5.1.