Лекции разработка ПО / Texprog1
.docСпециальный курс «Технологии программирования»
Лекция 1. История и эволюция. Основные понятия и определения.
Производство ПО сегодня — крупнейшая отрасль мировой экономики, в которой занято около трех миллионов специалистов (программистов, разработчиков ПО и т. п.). Еще несколько миллионов человек напрямую зависят от благополучия корпоративных информационных подразделений либо от производителей ПО, таких, как корпорации Microsoft и IBM,
В начале 70-х гг. в США был отмечен кризис программирования (software crisis). Это выражалось в том, что большие проекты стали выполняться с отставанием от графика или с превышением сметы расходов, разработанный продукт не обладал требуемыми функциональными возможностями, производительность его была низка, качество получаемого программного обеспечения не устраивало потребителей.
Аналитические исследования и обзоры, выполняемые в течение ряда последних лет ведущими зарубежными аналитиками, доказывали не слишком обнадеживающие результаты. Так, например, в 1995 г. компания Standish Group проанализировала работу 364 американских корпораций и итоги выполнения более 23 тыс. проектов, связанных с разработкой ПО, и сделала следующие выводы:
Только 16,2% проектов завершились в срок, не превысили запланированный бюджет и реализовали все требуемые функции и возможности; 52,7% проектов завершились с опозданием, расходы превысили запланированный бюджет, требуемые функции не были реализованы в полном объеме; 31,1% проектов были аннулированы до завершения. Для проектов, которые завершились с опозданием или были аннулированы до завершения, бюджет среднего проекта оказался превышенным на 89%, а срок выполнения - на 122%.
В числе причин возможных неудач фигурируют:
-
нечеткая и неполная формулировка требований к ПО;
-
недостаточное вовлечение пользователей в работу над проектом;
-
отсутствие необходимых ресурсов;
-
неудовлетворительное планирование;
-
частое изменение требований и спецификаций;
-
новизна используемой технологии для организации;
-
отсутствие грамотного управления проектом;
-
недостаточная поддержка со стороны высшего руководства.
В последнее время ведущие зарубежные аналитики отмечают как одну из причин многих неудач тот факт, что множество проектов выполняется в экстремальных условиях. В англоязычной литературе с легкой руки Эдварда Йордана (одного из ведущих мировых специалистов в области программирования инженерии), утвердилось выражение "death march", буквально - "смертельный марш". Под ним понимается такой проект, параметры которого отклоняются от нормальных значений по крайней мере на 50%. По отношению к проектам создания ПО это означает наличие, как минимум, одного из следующих ограничений:
-
план проекта сжат более чем наполовину по сравнению с нормальным расчетным планом, т. е. работа, требующая в нормальных условиях 12 календарных месяцев, должна быть выполнена за 6 месяцев или менее. Жесткая конкуренция на мировом рынке делает такую ситуацию наиболее распространенной;
-
количество разработчиков уменьшено более чем наполовину в сравнении с действительно необходимым для проекта данного размера и масштаба, как правило по причине сокращения штатов компании в результате кризиса, реорганизации, реинжиниринга и т.д.;
-
бюджет и связанные с ним ресурсы урезаны наполовину (результат сокращения компании и других противозатратных мер или конкурентной борьбы за выгодный контракт), что влечет за собой уменьшение числа нанимаемых разработчиков или привлечение малооплачиваемых неопытных молодых разработчиков;
-
требования к функциям, возможностям, производительности и другим техническим характеристикам вдвое превышают значения, которые они могли бы иметь в нормальных условиях.
Потребность контролировать процесс разработки ПО, прогнозировать и гарантировать стоимость разработки, сроки и качество результатов привела в конце 70-х гг. к необходимости перехода от кустарных к индустриальным способам создания ПО и появлению совокупности инженерных методов и средств создания ПО, объединенных общим названием "программная инженерия" (software engineering). Впервые этот термин был использован как тема конференции, проводившейся под эгидой NATO в 1968 г. Спустя семь лет, в 1975 г., в Вашингтоне была проведена первая международная конференция, посвященная программной инженерии. Тогда же появилось первое издание, посвященное программной инженерии - IEEE Transactions on Software Engineering,
В истории технологии программирования можно выделить три этапа:
-
Осмысление опыта разработки больших систем. Понимание того, что важно не только на каком языке программирования разрабатывается программа, но и как это делается. Проведение первых международных и национальных конференций (конец 60-х — 70-е годы XX века).
-
1968 г. — НАТО проводит первую конференцию по инженерии программирования (Software Engineering).
-
1975 г. — 1-я международная конференция IEEE.
-
1979 г. — 1-я Всесоюзная конференция по технологии программирования.
Разработка новых технологических подходов (начало 70-х годов XX века — настоящее время).
-
1973 г. — Дагласом Россом (Douglas Ross) разработана технология проектирования сложных систем SADT (Structured Analysis and Design Technique). Стандартизована под названием IDEF (Integrated DEFini-tion).
-
1985т.— Харланом Миллзом (Harlan Mills) сформулированы основные идеи технологии стерильного цеха.
-
1995 г. — в октябре появилась первая пробная версия Унифицированного метода. Этот проект с 1996 года известен как UML (Unified Modeling Language). С точки зрения технологических подходов особый интерес представляет рациональный унифицированный процесс.
-
Принятие стандартов на состав процессов жизненного цикла программного обеспечения (середина 80-х годов XX века— настоящее время). Попытки решить проблему качества программных продуктов.
-
1985 г. — впервые утвержден стандарт жизненного цикла для проектирования программных систем (для систем военного назначения по заказам Министерства обороны США).
-
1994 г. — в Великобритании создан международный консорциум, разрабатывающий на постоянной основе проекты стандартов и технологии быстрого создания приложений DSDM (Dynamic Systems Development Method).
-
1995 г. — принят международный стандарт ISO 12207:1995 "Information Technology — Software Life Cycle Processes", регламентирующий состав процессов жизненного цикла программного обеспечения.
В основе программной инженерии лежит одна фундаментальная идея: проектирование ПО является формальным процессом, который можно изучать и совершенствовать.
Современные крупные проекты ЭИС характеризуют, как правило, следующие особенности:
-
сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;
-
наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным);
-
отсутствие полных аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;
-
необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;
-
функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;
-
разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;
-
значительная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ПО.
Как отмечает Фредерик Брукс, руководитель проекта разработки операционной системы OS/360, самым существенным и неотъемлемым свойством программных систем является их сложность. Благодаря уникальности и несхожести своих составных частей программные системы принципиально отличаются от технических систем (например, компьютеров), в которых преобладают повторяющиеся элементы.
Сами компьютеры сложнее, чем большинство продуктов человеческой деятельности. Количество их возможных состояний очень велико, поэтому их так трудно понимать, описывать и тестировать. У программных систем количество возможных состояний на порядок величин превышает количество состояний компьютеров.
Аналогично масштабирование программного объекта - это не просто увеличение в размере тех же самых элементов, это обязательно увеличение числа различных элементов. В большинстве случаев эти элементы взаимодействуют между собой нелинейным образом, и сложность целого также возрастает нелинейно.
Сложность ПО является существенным, а не второстепенным свойством. Поэтому попытки описать программные объекты, абстрагируясь от их сложности, приводят к абстрагированию и от их сущности. Математика и физика за три столетия достигли больших успехов, создавая упрощенные модели сложных физических явлений, получая из этих моделей свойства и проверяя их опытным путем. Это удавалось благодаря тому, что сложность, игнорировавшаяся в моделях, не была существенным свойством явлений. Такой подход не работает, когда сложность является сущностью.
Многие проблемы разработки ПО следуют из этой сложности и ее нелинейного роста при увеличении размера. Сложность является причиной затруднений, возникающих в процессе общения между разработчиками, что ведет к ошибкам в продукте, превышению стоимости разработки, затягиванию выполнения графиков работ. Сложность вызывает трудности понимания всех возможных состояний программ, что приводит к снижению их надежности. Сложность структуры сдерживает развитие ПО и возможности добавления новых функций.
В связи с вышеизложенным возрастает роль технологии программирования.
Основные понятия
Жизненный цикл программы — это весь период ее разработки и эксплуатации, начиная с момента возникновения замысла и заканчивая прекращением всех видов ее использования.
Технология программирования изучает технологические процессы и порядок прохождения — стадии (с использованием знаний, методов и средств). Знаниния, методы и средства могут использоваться в разных процессах и, следовательно, технологиях. Технологии удобно характеризовать в двух измерениях — вертикальном уставляющем процессы) и горизонтальном (представляющем стадии).
Процесс — совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. Процессы состоят из набора действий, а каждое действие из набора задач. Вертикальное измерение отражает статические аспекты процессов и оперирует такими понятиями, как рабочие процессы, действия, задачи, результаты деятельности и исполнители.
Стадия — часть действий по созданию программного обеспечения, ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта, определяемого заданными для данной стадии требованиями. Стадии состоят из этапов, которые обычно имеют итерационный характер. Иногда стадии объединяют в более крупные временные рамки, называемые фазами. Итак, горизонтальное измерение представляет время, отражает динамические аспекты процессов и оперирует такими понятиями, как фазы, стадии, этапы, итерации и контрольные точки.
Т
ехнологический
подход
определяется
спецификой комбинации стадий и процессов,
ориентированной на разные классы
программного обеспечения и
на особенности коллектива разработчиков.
Простейшее представление жизненного цикла программы представлено ниже:
Фактически, в данном случае на каждой стадии выполняется единственный процесс. Конечно, при разработке и создании больших программ такая схема недостаточно корректна (да и просто нереалистична). Однако ее можно взять за основу для многих других технологических подходов к ведению жизненного цикла.