опишите процесс разработки и верификации структуры программного кода и баз данных ис

Место верификации среди процессов разработки программного обеспечения

1.1. Понятие верификации

Основная цель верификации состоит в подтверждении того, что программное обеспечение соответствует требованиям. Дополнительной целью является выявление и регистрация дефектов и ошибок, которые внесены во время разработки или модификации программы.

Верификация является неотъемлемой частью работ при коллективной разработке программных систем. При этом в задачи верификации включается контроль результатов одних разработчиков при передаче их в качестве исходных данных другим разработчикам.

Для повышения эффективности использования человеческих ресурсов при разработке верификация должна быть тесно интегрирована с процессами проектирования, разработки и сопровождения программной системы.

1.2. Жизненный цикл разработки программного обеспечения

1.3. Модели жизненного цикла

1.3.1. Каскадный жизненный цикл

Каскадный жизненный цикл (иногда называемый водопадным) основан на постепенном увеличении степени детализации описания всей разрабатываемой системы. Каждое повышение степени детализации определяет переход к следующему состоянию разработки (Рис. 1.1).

Особенность каскадного жизненного цикла состоит в том, что переход к следующему этапу происходит только тогда, когда полностью завершены все работы предыдущего этапа. То есть сначала полностью готовятся все требования к системе, затем по ним полностью готовятся все требования к программному обеспечению, полностью разрабатывается архитектура системы и так далее до тестирования.

Естественно, что в случае достаточно больших систем такой подход себя не оправдывает. Работа на каждом этапе занимает значительное время, а внесение изменений в первичные документы либо невозможно, либо вызывает лавинообразные изменения на всех других этапах.

Как правило, используется модификация каскадной модели, допускающая возврат на любой из ранее выполненных этапов. При этом фактически возникает дополнительная процедура принятия решения.

Действительно если тесты обнаружили несоответствие реализации требованиям, то причина может крыться: (а) в неправильном тесте, (б) в ошибке кодирования (реализации), (в) в неверной архитектуре системы, (г) в некорректности требований к программному обеспечению и т.д. Все эти случаи требуют анализа, для того чтобы принять решение о том, на какой этап жизненного цикла надо возвратиться для устранения обнаруженного несоответствия.

1.3.2. V-образный жизненный цикл

Таким образом, в конце каждого этапа жизненного цикла разработки, а зачастую и в процессе выполнения этапа, осуществляется проверка взаимной корректности требований различных уровней. Данная модель позволяет более оперативно проверять корректность разработки, однако, как и в каскадной модели, предполагается, что на каждом этапе разрабатываются документы, описывающие поведение всей системы в целом.

Источник

Место верификации среди процессов разработки программного обеспечения

1.8. Документация, создаваемая на различных этапах жизненного цикла

Архитектурные особенности системы также могут служить источником для создания тест-требований, учитывающих особенности программной реализации системы. Примером такого требования является, например, «Проверить, что значение температуры на датчике ABC не выходит за 255».

В зависимости от объекта тестирования тест-план может быть подготовлен либо в виде программы на каком-либо языке программирования, либо в виде входного файла данных для инструментария, который выполняет тестируемую систему и передает ей значения, указанные в тест-плане, либо в виде инструкций для пользователя системы, описывающей необходимые действия, которые нужно выполнить для проверки различных функций системы.

На этапе интеграции осуществляется сборка отдельных модулей системы в единое целое и выполнение тестовых примеров, проверяющих всю функциональность системы.

1.9. Типы процессов тестирования и верификации и их место в различных моделях жизненного цикла

1.9.1. Модульное тестирование

Модульное тестирование предназначено для небольших модулей (процедур, классов и т.п.). В ходе тестирования одного модуля, размер которого редко превышает 1000 строк, возможно проверить большую часть логических ветвей алгоритма, типичные граничные условия и т.п. В качестве критерия полноты тестирования используется полнота покрытия тестами ключевых элементов модуля (покрыты все требования, все операторы, все ветви логических условий, все компоненты логических условий и т.п.) [3]. Модульное тестирование обычно выполняется для каждого независимого программного модуля и является, пожалуй, наиболее распространенным видом тестирования, особенно для систем малых и средних размеров.

1.9.2. Интеграционное тестирование

При проверке каждого модуля системы по отдельности невозможно дать гарантии того, что эти модули будут работать вместе. Как правило, могут возникать (и возникают) проблемы, связанные с интеграцией модулей, с их взаимодействием. Для выявления таких проблем на ранних этапах разработки применяют интеграционное тестирование, т.е. тестирование модулей, объединенных в совместно работающие комплексы. Интеграция модулей и интеграционное тестирование, как правило, проводится в течение всего жизненного цикла разработки. Это позволяет облегчить процесс локализации проблем и дефектов. При откладывании интеграции на последние этапы жизненного цикла локализовать дефекты практически невозможно [3].

1.9.3. Системное тестирование

1.9.4. Нагрузочное тестирование

1.9.5. Формальные инспекции

Формальная инспекция является одним из способов верификации документов и программного кода, создаваемых в процессе разработки программного обеспечения. В ходе формальной инспекции группой специалистов осуществляется независимая проверка соответствия инспектируемых документов исходным документам. Независимость проверки обеспечивается тем, что она осуществляется инспекторами, не участвовавшими в разработке инспектируемого документа.

Источник

Обзор процесса разработки программного обеспечения

Введение

Прежде, чем предложить обзор процесса разработки, сложившегося в результате накопления опыта за последние годы, я хотел бы сделать несколько общих пояснений, которые мне кажутся существенными.

Я работаю в IT последние 15 лет, хотя программированием начал заниматься значительно раньше. Основное направление моей деятельности как системного архитектора была организация разработки программ, разработка концепций и верхнеуровневой архитектуры и контроль выполнения концепции на протяжении проекта. Кроме управления разработкой ПО и создания архитектуры, я время от времени занимаюсь решением сложных технических проблем и написанием некоторых критически важных участков кода, где необходимо не только знание самого языка и среды разработки, но и их внутренней организации, иногда преподносящей неприятные сюрпризы.

Проекты, над которыми я работаю, чаще всего связаны с разработкой заказного или инвестиционного программного обеспечения. Также мне приходилось работать с встроенным ПО и программами, ориентированными на выпуск «хитов» (что, с лёгкой руки Джоэля Спольски, я называю далее игровым ПО, хотя на самом деле некоторые игровые проекты ближе к инвестиционным).

Заказное программное обеспечение может быть предназначено для внутреннего или внешнего заказчика. Эксклюзивные права на разработанную систему получает заказчик, и работа над развитием системы в дальнейшем может быть передана другому исполнителю.

В отличие от заказного ПО, работа над инвестиционным программным обеспечением ведётся самим исполнителем на деньги внутреннего или внешнего инвестора. Как правило, права на код системы остаётся у исполнителя, что стимулирует непрерывную работу по улучшению своего продукта и последовательный выпуск версий с более развитой функциональностью.

Встроенное программное обеспечение поставляется вместе с аппаратной частью и, грубо говоря, не подлежит сопровождению, поскольку отзыв партии устройств производителем – дело очень затратное и потому исключительное.

Разработка игровых хитов также практически не содержит фазы сопровождения. Кроме того, пользователи игровых программ, даже столкнувшись с ошибкой в игре, очень редко загружают обновлённую версию. Поэтому разработка игр, как правило, имеет свою экономику и свой процесс разработки.

Нашими заказчиками являются органы власти, крупные государственные и коммерческие организации и, конечно, мы сами. Поэтому в смысле заказного ПО в нашем процессе часто присутствует некоторая разница между процессами разработки продуктов для внутреннего и для внешнего заказчиков. Некоторые нюансы я укажу в этой статье. Уровень формализации отношений с заказчиком у нас варьируется от проекта к проекту очень широко. В целом, чем больше бюджет проекта, тем выше формальность. Государственный заказчик или крупные коммерческие предприятия (особенно с государственным участием) обычно имеют законодательные ограничения на формирование, размещение заказа и приёмку результатов работ. Ещё одним ограничением крупных организаций является тот факт, что их персонал, являющийся источником требований и основным пользователем наших систем, имеет очень ограниченную доступность для исполнителей, хотя бы вследствие своей занятости. Однако для небольших организаций уровень формализации падает и иногда уходит в противоположную крайность, где возникает недостаточный уровень ответственности заказчика в рамках проекта.

Другая сторона наших заказных проектов – высокие требования к функциональности. Это и высокая нагрузка на все системы, и большая географическая распределённость, и высокие требования к точности вычислений при очень ограниченных временных рамках. Часто в наших проектах появляются элементы исследовательской работы и творческого поиска, направленного на решение нетривиальных проектных задач. Иногда нам приходится комбинировать в рамках одного процесса разработки разные методологии, например, вставляя в общий процесс, близкий к RUP, один или несколько этапов почти чистого scrum, порождая что-то вроде проекта в проекте. Это позволяет нам сохранять невысокий уровень вовлеченности пользователей, связанный с природой проекта, с гибкостью разработки в условиях высокой неопределённости требований. В этом плане для меня важен именно подготовительный этап, во время которого можно выбрать необходимую методологию и выстроить оптимальный процесс разработки. Один из примеров применения гибкой методологии я описал в статье «Применение agile при разработке проекта для государственного заказчика».

В качестве примера работы над инвестиционным проектом я могу привести разработку комплексной системы безопасности, которую мы создавали как «коробочный» продукт. Под моим руководством было выпущено последовательно четыре версии этой системы, пользователями которой стали самые разные коммерческие и государственные организации, включая мэрию Москвы, АФК «Система», банки, бизнес-центры и, конечно, наш собственный офис. Первая версия была не очень успешной, но у нас была стратегия развития, которая позволила нам успешно захватить рынок и пережить сложные времена кризиса. Опыт работы над этим и ещё несколькими инвестиционными проектами тоже был учтён при формировании используемого мной процесса разработки.

Наш процесс представляет собой последовательность определённых этапов. Приведённая мной классификация ПО сделана только, чтобы показать возможную разницу в организации разработки различных программных средств. Делая обзор процесса разработки, я остановлюсь только на различиях именно самого процесса касаемо разных видов ПО. Однако надо помнить, что различия между процессами разработки разных видов ПО гораздо глубже, поэтому при планировании каждого этапа необходимо учитывать эти нюансы.

Важно понимать, что переход процесса от одного этапа к другому не имеет чёткой границы. Как правило, работы следующего этапа начинаются по мере выполнения 80-90% работ по предыдущему этапу. Особенно это касается разработки требований, когда в ряде случаев снятие неопределённости происходит лишь к концу проекта. Безусловно, наличие такой неопределённости в проекте является существенным риском и должно находиться под постоянным контролем.

Процесс разработки заказного ПО

Обзор процесса разработки начнём с наиболее общего случая – разработки заказного программного обеспечения. Схема процесса приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Процесс разработки заказного программного обеспечения.

Работа над проектом начинается с подготовительного этапа. Цель этапа состоит в том, чтобы на основе предложений заказчика создать некоторую концепцию будущей системы и, отталкиваясь от этой концепции, провести оценку востребованности и реализуемости проекта. Если решение о привлечении исполнителя принимается заказчиком на конкурсной основе, то предварительный этап фактически является стадией подготовки потенциального исполнителя к конкурсу, включая формирование необходимой документации.

Не нужно тратить время и ресурсы на проект, чья концепция признаётся невостребованной или нереализуемой. Такой проект должен быть завершён. В ряде случаев требуется некоторая итеративная работа с заказчиком по коррекции концепции проекта, пока либо не будет достигнут приемлемый баланс требований заказчика и затрат исполнителя, либо не будет принято решение о сворачивании работ.

Проект, концепция которого выглядит приемлемой для реализации, выходит на этап разработки требований. На этом этапе исполнитель должен сформировать перечень всех явных и скрытых потребностей заказчика. Часто оказывается, что заказчик либо не определился со своими потребностями, либо его потребности вступают в противоречие между собой, с возможностями заказчика или с возможностями исполнителя. Целями этапа являются выявление всех скрытых потребностей, решение конфликтов требований, формирование целостного технического решения и анализ реализуемости подготовленного решения.

Иногда уточнение требований приводит к пересмотру концепции проекта. Если после уточнения всех требований не удаётся найти приемлемого технического решения, проект приходится сворачивать либо откладывать на некоторое время в ожидании более приемлемых обстоятельств.

Если техническое решение найдено, исполнитель приступает к разработке архитектуры будущей системы. Цель этапа – определение верхнеуровневой логической и физической архитектуры, полностью покрывающей все требования заказчика. При разработке архитектуры проводится рецензирование и уточнение концепции, требований и предварительного технического решения, что даёт возможность предупредить наиболее опасные риски.

После завершения проектирования архитектуры необходимо снова провести ревизию основных параметров проекта и решить, в состоянии ли исполнитель завершить проект. Полезно на стадии разработки архитектуры отказаться от излишних и слишком громоздких функций. Оптимизация архитектурного решения часто помогает вписаться в приемлемые параметры проекта. В иных случаях требуется более радикальное сокращение функционала разрабатываемой системы. Однако даже остановка проекта на этой стадии, если она происходит по веским причинам, должна восприниматься как победа: продолжение работ в таком случае может привести только к ещё большим потерям.

Если баланс был найден, и удалось создать приемлемую архитектуру системы, исполнитель может переходить к реализации и поставке системы. Реализация может проходить в один или несколько этапов. Для небольших проектов одноэтапная поставка всего функционала системы может быть вполне приемлемой. Однако, чем больше проект, тем выше зависимости подсистем внутри создаваемой системы. В этих условиях следует делить реализацию на несколько этапов так, чтобы в конце каждого этапа команда разработчиков имела готовый к поставке продукт. При этом самый важный, фундаментальный функционал должен разрабатываться на ранних этапах, а надстройки, работающие поверх этих основных компонентов, следует реализовывать позднее. В таком случае наиболее опасные для системы ошибки будут исправлены на первых этапах, и риск того, что прикладная функциональность системы будет основана на нестабильной основе, будет значительно снижен.
После поставки полностью завершённой системы проект заказного ПО обычно переходит к этапу опытной эксплуатации. Цель этого этапа заключается в проверке качества работы разработанной системы в реальных условиях эксплуатации. Как правило, на этом этапе исполнитель совместно с заказчиком проводит измерение количественных метрик, позволяющих определить качество созданной системы. В первую очередь проверяются функциональные характеристики качества, затем – нефункциональные. При наличии несоответствий исполнитель корректирует код системы.

Полностью отлаженная и настроенная система вводится в промышленную эксплуатацию. Как правило, исполнитель должен сопровождать систему, по крайней мере, в течение срока гарантии. Выявляемые несоответствия должны исправляться. Пользователи и обслуживающий персонал заказчика должны получат оперативную консультативную поддержку.

Наконец, приходит момент, когда система перестаёт устраивать заказчика по какой-либо причине. Наступает этап вывода системы из эксплуатации. Впрочем, для заказного ПО этот этап не всегда актуален, поскольку заказчик может воспользоваться своими эксклюзивными правами на систему и отстранить исполнителя от дальнейших работ по сопровождению и развитию системы ещё до того, как она потеряет актуальность.

Любой проект в конечном счёте приходит к своему завершению. Этап прекращения проекта имеет целью анализ результатов, внесение изменений в процесс разработки на основе полученного опыта и пополнение базы знаний разработчиков новыми эффективными решениями и предостережениями, а также новыми готовыми компонентами, которые можно будет использовать в следующих проектах.

Осталось отметить ещё два этапа процесса разработки. Бывает, что обстоятельства не позволяют продолжать реализацию проекта, но результаты проделанной работы показывают, что у проекта может быть будущее. Закрывать такой проект преждевременно. Поэтому вместо полной остановки работ исполнитель может временно приостановить деятельность по проекту, зафиксировав достигнутые результаты. Как только обстоятельства позволят, проект можно буде возобновить, расконсервировав инфраструктуру, вернув в проект разработчиков и восстановив состояние проекта. Важно, однако, возобновлять работу с того этапа, на котором проект был прерван, повторно проведя ревизию достигнутых результатов.

Процесс разработки инвестиционного ПО

Процесс разработки инвестиционного ПО отличается тем, что параллельно может идти работа сразу над несколькими версиями продукта: пока первая версия сопровождается, вторая уже реализуется, а для третьей формулируются требования. Процесс показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Процесс разработки инвестиционного программного обеспечения.

Как нетрудно заметить, при разработке инвестиционного ПО имеют место те же этапы, которые были рассмотрены выше для процесса разработки заказного программного обеспечения. Но отличие состоит в том, что этапы относятся не ко всему продукту, а к отдельной версии продукта. Исключение составляет этап прекращения проекта: проект не может завершиться, пока идёт работа хотя бы над одной версией продукта.

Обратите внимание на момент начала работ над следующей версией продукта. Этот момент настаёт, как только пройден этап создания архитектуры текущей разрабатываемой версии. До этого на этапах формирования требований и создания архитектуры, как правило, идёт обсуждение, какие функции следует реализовать в текущей версии, а какие перенести на будущее. И только тогда, когда требования к текущей версии сформулированы, рецензированы и подтверждены архитектурой системы, имеет смысл думать о следующей версии.

Кроме того, после разработки архитектуры, как правило, у аналитиков и архитекторов проекта появляется некоторая свобода действий, поскольку на этапах поставки основная нагрузка ложится на программистов. Эту свободу можно использовать для проработки концепции и требований для следующей версии.

В принципе, можно перенести начало работ над следующей версией на более поздний срок. Например, вполне допустимо сначала ввести текущую версию в опытную или даже промышленную эксплуатацию, и только после этого начать работу над следующей версией. Но нужно помнить, что такое решение неприменимо в случае высокой конкуренции: вас просто опередят и выдавят с рынка. Решение нужно принимать, исходя из всего комплекса обстоятельств, влияющих на ваш бизнес.

Говоря о процессе разработки инвестиционного ПО, нужно понимать, что работа над несколькими версиями имеет ряд явных и скрытых взаимозависимостей между параллельными ветками процесса.

Во-первых, исправления несоответствий, выявленных в ранней версии, должны вноситься и в версию, где они были обнаружены, и во все более поздние версии, включая разрабатываемые. Это касается не только кода программы, но и всех остальных артефактов проекта: технической и пользовательской документации, справочной системы, оценок и планов работ и т.п. Причём исправления должны вноситься немедленно, поскольку уменьшить стоимость исправлений вам не удастся, но, если не внести исправления сразу, их стоимость на более поздних стадиях может увеличиться в десятки и даже сотни раз.

Во-вторых, для параллельной работы над несколькими версиями нужна особая инфраструктура проекта, включая организацию контроля версий кода и документации, контроля заданий и несоответствий, утилит автоматической сборки и тестирования и т.п. Нельзя допустить, чтобы работа над одной версией продукта блокировала выполнение задач по другим версиям только из-за того, что инфраструктура проекта не позволяет запустить два процесса сборки одновременно для разных версий продукта.

Особое внимание нужно уделить стендам, на которых проводится тестирование: на них должны быть развёрнуты все версии продукта, которые были выпущены ранее (по меньшей мере, те версии, которые сопровождаются), и все версии, разработка которых ведётся в настоящий момент.

В-третьих, в работе над несколькими версиями могут быть одновременно задействованы одни и те же участники. Имеется большой риск, что ключевой сотрудник может погрязнуть в работе над одной версией программы и допустить существенное превышение сроков по задачам, связанным с другой версией.

В-четвёртых, имеет место обратная ситуация, когда персонал, работающий над одной версией, ничего не знает о том, какие решения принимаются в рамках работ над другой версией. Частично проблема снимается, если исправления всей документации и кода будут немедленно распространяться на все более поздние версии, о чём я говорил выше. Но одними исправлениями дело не должно ограничиваться. Нужно, чтобы команда, работающая над одной версией, понимала, почему были приняты те или иные решения при работе над другой версией. Для этого нужна база знаний для разработчиков – специальная информационная система, в которой должны описываться все проблемы, с которыми столкнулись разработчики при работе над той или иной версией продукта, и способы решения этих проблем. База знаний должна рассылать всем участникам проекта уведомления о поступлении новых записей. Нельзя пускать на самотёк взаимодействие двух команд, работающих над разными версиями одного продукта.

Процесс разработки встроенного ПО

Как уже отмечалось выше, встроенное ПО отличается от заказного тем, что его крайне сложно сопровождать.

Допустим, вы выпускаете программы для холодильников. После того, как ПО поставлено производителю, десятки тысяч устройств начинают расходиться по всему миру, и вы понятия не имеете, где они окажутся. И если один из холодильников выйдет из строя по вине вашего софта, то проще заплатить неустойку, чем возвращать холодильник на завод и проводить диагностику. Конечно, можно подготовить инженеров для дилерских центров, которые смогут провести диагностику на месте и заменить прошивку вашей системы, но это всё равно очень дорого.

Таким образом, при разработке встроенного ПО возникает сразу несколько важных ограничений.

Во-первых, поставка выполняется в рамках только одного этапа: никто не будет встраивать в устройства наполовину работающую программу.

Во-вторых, при поставке вы должны уделить особое внимание качеству программы, поскольку с момента внедрения её внутрь железного ящика менять её будет очень сложно. Особое внимание нужно уделить этапу опытной эксплуатации, когда программа внедряется в ограниченную партию устройств, и эти устройства проходят комплексные испытания в различных режимах эксплуатации. Вы должны собрать максимум информации о динамике поведения вашей системы, проанализировать эту информацию и доработать ПО.

В-третьих, когда устройство с вашим ПО ушло в серию, вы имеете очень мало возможностей для исправления ошибок. По факту, такие исправления возможны только в случае брака ПО, приводящего к неработоспособности всей партии устройств, из-за чего производитель будет вынужден отозвать эту партию, а вы получите большое чёрное пятно на свою репутацию.

Наконец, в-четвёртых, этапа вывода из эксплуатации у встроенного ПО нет. Программу просто выбрасывают вместе с устройством. Поэтому, как только для партии устройств, в которых работает ваше ПО, истекает гарантийный срок, можно переходить к закрытию проекта.

Процесс разработки встроенного ПО показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Процесс разработки встроенного программного обеспечения.

Процесс разработки игр

Игровое программное обеспечение было выделено мной по причине специфики их производства и эксплуатации. Бизнес игрового ПО основан на выпуске хитов. Один успешный хит оплачивает расходы на создание нескольких игр, которые остаются незамеченными пользователями. Поэтому процесс разработки одной игры взаимосвязан с процессами разработки других игр.

Ещё одним фактором, выделяющим производство игр, является тот факт, что игра интересна пользователю либо пока он не прошёл последний уровень, либо пока у него не произошла фатальная ошибка. Это значит, что вторую версию игры он не будет покупать или даже бесплатно загружать только ради исправлений нескольких ошибок.

Указанные факторы сказываются на процессе разработки игрового ПО. Процесс представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Процесс разработки игрового программного обеспечения.

Нужно отметить следующие особенности процесса разработки игрового ПО.

Прежде всего, при производстве игр крайне важно качество концепции. Если концепция игры не позволяет создать хит, то дальнейшая работа бессмысленна. Ситуация, когда большинство проектов заканчиваются на подготовительном этапе, для разработки игрового ПО типична.

При разработке требований и архитектуры для игрового ПО часто повторно используются наработки, полученные при работе над предыдущими проектами. В этом плане также дополнительный вес получает этап прекращения проекта, когда все полезные наработки должны быть зафиксированы в базе знаний разработчиков.

Поставка игрового программного обеспечения происходит в рамках одного единственного этапа. Даже если сначала создаётся некое ядро, «движок» игровой системы, его работу невозможно проверить без реализации всего функционала системы.

Для игрового ПО нет этапов опытной эксплуатации и вывода из эксплуатации. Игры сразу поступают в продажу, а после использования просто удаляются пользователем по мере утраты интереса к ним.

Заключение

В рамках статьи я попытался сделать обзор «верхнего уровня» процесса разработки прикладного программного обеспечения. Каждый этап процесса, безусловно, нуждается в отдельном обсуждении с обязательным учётом особенностей разрабатываемых программных средств.

Отмечу, что рассматриваемая здесь схема процесса является результатом обобщения моего личного опыта разработки различных программных средств. Как любое обобщение, моя схема является абстракцией. И, как любая абстракция, у неё есть свои границы применимости. Нельзя бездумно применять эту схему к конкретному проекту. Важно понимать, что каждый проект имеет свои нюансы, влияющие на организацию процесса разработки. И поэтому для каждого проекта приведённую здесь схему нужно адаптировать, а в ряде случаев потребуется разработать принципиально другой подход.

Источник