Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный университет кораблестроения им. адм. Макарова

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

lavrishcheva-6

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.03.2016

Размер:

5.48 Mб

Скачать

☆

1 / 331 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

К.М. Лавріщева

ПРОГРАМНА ІНЖЕНЕРІЯ

Підручник

Київ, 2008

УДК 681.3.06

Зміст

Лавріщева К.М.

ПРОГРАМНА ІНЖЕНЕРІЯ.–К.– 2008.–319 с.

ISBN 978–966–02–5052–9

У підручнику наведено визначення програмної інженерії, її дисциплін та областей ядра знань – SWEBOK, створеного Міжнародним комітетом фахівців у галузі інформатики. Обгрунтовано їхній зміст, базові поняття та складові елементи. З урахуванням Міжнародної програми Computing Curricula – 2004 викладено основні теми навчання: аналіз предметної області, формулювання вимог, проектування, верифікація і тестування, оцінювання якості та керування проектом. Визначено основні положення життєвого циклу, якості та керування згідно з головними стандартами програмної інженерії. Викладено методи інтеграції різномовних програм та підходів до їхніх змін для нових середовищ. Подано інженерію виробництва прикладних систем та їх сімейств з готових компонентів. Наведено інструментально-технологічні засоби колективного виробництва програмних продуктів у сучасних середовищах та основи їхнього менеджменту і якості.

Для викладачів, аспірантів та студентів, що вивчають дисципліни програмної інженерії у вищих навчальних закладах, а також тих, хто бере участь у виготовленні програмних продуктів на індустріальній основі.

Відповідальний редактор академік НАН України П.І.Андон

Рецензенти: О.Л.Перевозчикова, доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України, завідувачка відділу Інституту кібернетики імені В.М.Глушкова НАН України.

М.С.Нікітченко, доктор фізико-математичних наук, професор завідувач кафедри «Теорія і технологія програмування» Київського Національного університету імені Тараса Шевченка.

С.Ф.Теленик, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри автоматики та управління в технічних системах Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут».

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як підручник для вищих навчальних закладів (лист №1.4/18–Г–1080 від 14.05.08)

Затверджено до друку вченою радою Інституту програмних систем НАН України

ISBN 978–966–02–5052–9

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА .....................................................................................................	8
ВСТУП..............................................................................................................	11
Розділ 1. ДИСЦИПІНИ ПРОГРАМНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ І ОБЛАСТІ ЯДРА
ЗНАНЬ – SWEBOK ....................................................................................................	14
1.1. Загальне визначення дисциплін програмної інженерії ....................................................	14
1.1.1. Програмна інженерія як наукова дисципліна............................................................	17
1.1.2. Програмна інженерія як інженерна дисципліна ........................................................	19
1.1.3. Програмна інженерія як виробнича дисципліна........................................................	24
1.1.4. Дисципліна керування................................................................................................	25
1.1.5. Економічна дисципліна..............................................................................................	26
1.2. Характеристика областей знань з інженерії програмного забезпечення – SWEBOK ....	27
1.2.1. Інженерія вимог..........................................................................................................	28
1.2.2. Проектування програмного забезпечення .................................................................	30
1.2.3. Конструювання програмного забезпечення...............................................................	32
1.2.4. Тестування програмного забезпечення......................................................................	34
1.2.5. Супровід програмного забезпечення .........................................................................	36
1.2.6. Керування конфігурацією..........................................................................................	37
1.2.7. Керування інженерією програмного забезпечення....................................................	39
1.2.8. Базовий процес программної інженерії .....................................................................	41
1.2.9. Методи і інструменти програмної інженерії .............................................................	42
1.2.10. Якість програмного забезпечення............................................................................	45
Контрольні питання і завдання ...............................................................................................	48
Список літератури до розділу 1..............................................................................................	49
Розділ 2. СТАНДАРТ І МОДЕЛІ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ.............................	50
2.1 Характеристика життєвого циклу стандарта ISO/IEC 12207............................................	50
2.2. Формування прикладних моделей життєвого циклу........................................................	53
2.3. Типи моделей життєвого циклу........................................................................................	58
2.3.1. Каскадна модель.........................................................................................................	58
2.3.2. Інкрементна модель....................................................................................................	59
2.3.3. Спіральна модель .......................................................................................................	60
2.3.4. Еволюційна модель....................................................................................................	62
Контрольні питання і завдання ...............................................................................................	63
Список літератури до розділу 2...............................................................................................	64
Розділ 3. ВИЗНАЧЕННЯ ВИМОГ ДО ПРОГРАМНИХ СИСТЕМ.................	65
3.1. Загальні підходи до визначення вимог.............................................................................	65
3.1.1. Класифікація вимог....................................................................................................	66
3.1.2. Аналіз і збирання вимог.............................................................................................	68
3.1.3 Інженерія вимог...........................................................................................................	70
3.1.4. Фіксація вимог............................................................................................................	71
3.1.5. Трасування вимог.......................................................................................................	73
3.2. Об’єктно-орієнтована інженерія вимог............................................................................	74
3.2.1. Візуальний підхід.......................................................................................................	74
3.2.2. Текстовий підхід.........................................................................................................	78
Контрольні питання і завдання ...............................................................................................	79
Список літератури до розділу 3...............................................................................................	79
Розділ 4. МЕТОДИ ОБ'ЄКТНОГО АНАЛІЗУ І МОДЕЛЮВАННЯ ...............	80

4.1. Огляд об’єктно-орієнтованих методів аналізу і побудови моделей ................................	80
4.1.1. Основні поняття об’єктно-орієнтованих методів аналізу.........................................	80

Зміст	5
4.1.2. Метод побудови об’єктної моделі предметної області..............................................	82
4.2. Проектування архітектури програмних систем................................................................	90
4.2.1. Загальні підходи до проектування програмних систем.............................................	90
4.2.2. Проектування різних видів архітектур програмних систем ....................................	92
Контрольні питання і завдання ...............................................................................................	96
Список літератури до розділу 4...............................................................................................	96
Розділ 5. ПРИКЛАДНІ Й ТЕОРЕТИЧНІ МЕТОДИ ПРОГРАМУВАННЯ.....	98
5.1. Прикладне (систематичне) програмування......................................................................	98
5.1.1 Структурне програмування.........................................................................................	99
5.1.2. Об’єктно-орієнтоване програмування .....................................................................	105
5.1.3. UML-метод моделювання........................................................................................	107
5.1.4. Компонентне програмування...................................................................................	111
5.1.5. Аспектно–орієнтоване програмування....................................................................	116
5.1.6. Генерувальне (порождувальне) програмування ......................................................	121
5.1.7. Сервісно-орієнтоване програмування......................................................................	127
5.1.8. Агентне програмування ...........................................................................................	130
5.2. Теоретичне програмування.............................................................................................	133
5.2.1 Алгебраїчне та інсерційне програмування ...............................................................	133
5.2.2. Експлікативне, номінативне програмування...........................................................	136
5.2.3. Алгоритмічні алгебри...............................................................................................	138
Контрольні питання і завдання .............................................................................................	142
Список літератури до розділу 5.............................................................................................	142
Розділ 6. МЕТОДИ ДОВЕДЕННЯ, ВЕРИФІКАЦІЇ І ТЕСТУВАННЯ
ПРОГРАМ.................................................................................................................	145
6.1. Мови специфікації програм і їхня класифікація............................................................	146
6.1.1. Мова формальної специфікацій – VDM...................................................................	148
6.1.2. Мова формальної специфікації – RAISE .................................................................	150
6.1.3. Концепторна мова специфікації...............................................................................	152
6.1.4. Звичайна мова специфікації Spec#...........................................................................	153
6.2. Методи доведення правильності програм......................................................................	155
6.2.1. Базові методи доведення..........................................................................................	155
6.2.2. Модель доведення програми за твердженнями.......................................................	156
6.3. Верифікація і валідація програм.....................................................................................	159
6.3.1. Підхід до валідації сценарію вимог .........................................................................	161
6.3.2. Верифікація об’єктних моделей...............................................................................	162
6.3.3. Підхід до верифікації композиції компонентів........................................................	163
6.3.4. Загальні перспективи верифікації програм..............................................................	164
6.4. Тестування програмних систем......................................................................................	165
6.4.1. Статичні методи тестування ....................................................................................	165
6.4.2. Динамічні методи тестування..................................................................................	166
6.4.3. Функціональне тестування.......................................................................................	168
6.5. Інфраструктура перевірки правильності програмних систем........................................	169
6.5.1. Класифікація помилок і методи їхнього пошуку.....................................................	170
6.5.2. Процес тестування за життєвим циклом..................................................................	173
6.5.3. Інженерія керування тестуванням............................................................................	178
Контрольні питання і завдання .............................................................................................	181
Список літератури до розділу 6.............................................................................................	181
Розділ 7. ІНТЕРФЕЙСИ, ВЗАЄМОДІЯ, ЕВОЛЮЦІЯ ПРОГРАМ І ДАНИХ
...................................................................................................................................	184

7.1. Визначення інтерфейсу у програмуванні......................................................................	184
7.1.1. Інтерфейси в сучасних середовищах .......................................................................	185
7.1.2. Інтерфейс між клієнтом і сервером..........................................................................	187

6	Зміст
7.2. Інтерфейс мов програмування........................................................................................		189
7.2.1. Інтерфейс і взаємозв'язок мов програмування........................................................		189
7.2.2. Взаємодія різномовних програм ..............................................................................		191
7.2.3. Стандарт ISO/IEC 11404–96 з незалежних від мов типів даних..............................		194
7.3. Перетворення даних за інтерфейсом.............................................................................		196
7.3.1. Перетворення форматів даних.................................................................................		196
7.3.2. Перетворення даних з баз даних..............................................................................		198
7.4. Методи еволюційного змінювання компонентів і систем............................................		201
7.4.1. Реінженерія програмних систем ..............................................................................		203
7.4.2. Рефакторінг компонентів.........................................................................................		204
7.4.3. Реверсна інженерія...................................................................................................		205
Контрольні питання і завдання .............................................................................................		206
Список літератури до глави 7................................................................................................		206
Розділ 8. ІНЖЕНЕРІЯ ВИРОБНИЦТВА ПРОГРАМНИХ ПРОДУКТІВ......		209
8.1. Інженерія компонентів повторного використання.........................................................		210
8.1.1. Специфікація КПВ...................................................................................................		213
8.1.2. Репозітарій компонентів ..........................................................................................		216
8.1.3. Мова опису інтерфейсу компонентів.......................................................................		219
8.2. Прикладна інженерія та інженерія предметної області .................................................		220
8.2.1. Прикладна інженерія................................................................................................		221
8.2.2. Інженерія сімейства систем домена.........................................................................		222
8.2.3. Стандартизація процесів інженерії домену.............................................................		228
8.3. Інженерія індустріального виробництва програмних продуктів...................................		229
8.3.1. Структура лінії виробництва	програмних продуктів .............................................	230
8.3.2. Технологічне виготовлення систем у середовищі Microsoft ................................		231
8.3.3. Загальна характеристика інструментів Rational Rose..............................................		235
8.3.4. Засоби підтримки процесу RUP.............................................................................		238
8.3.5. Середовище розроблення систем – CORBA............................................................		241
8.3.6. JAVA-технологія.....................................................................................................		246
8.4. Оцінювання вартості системи з компонентів.................................................................		248
Контрольні питання і завдання .............................................................................................		250
Список літератури до розділу 8.............................................................................................		250
Розділ 9. МОДЕЛІ ЯКОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ ПРОГРАМНИХ СИСТЕМ252
9.1. Модель якості програмних систем .................................................................................		252
9.1.1. Стандартні показники якості....................................................................................		255
9.1.2. Метрики якості.........................................................................................................		258
9.1.3. Стандартна оцінка показників якості......................................................................		260
9.1.4. Керування якістю програмних систем.....................................................................		262
9.2. Моделі оцінки надійності програмних систем...............................................................		265
9.2.1. Ґрунтовні поняття проблематики надійності...........................................................		266
9.2.2. Класифікація моделей надійності............................................................................		269
9.2.3. Марковські та пуассонівські моделі надійності ......................................................		271
9.2.4. Процеси оцінки надійності......................................................................................		275
9.3. Сертифікація програмного продукту..............................................................................		279
Контрольні питання й завдання ............................................................................................		280
Список літератури до розділу 9.............................................................................................		280
Розділ 10. МЕТОДИ КЕРУВАННЯ ПРОГРАМНИМ ПРОЕКТОМ..............		282
10.1. Менеджмент проекту....................................................................................................		282
10.1.1. Основні поняття та задачі.......................................................................................		282
10.1.2. Головні цілі менеджменту проекту.......................................................................		283
10.1.3. Процес менеджменту проекту................................................................................		284
10.1.4. Модель процесу керування проектом....................................................................		285

Зміст	7
10.1.5. Інфраструктура програмного проекту ...................................................................	287
10.2. Методи керування і планування проектом...................................................................	289
10.2.1. Метод критичного шляху – СРМ...........................................................................	291
10.2.2. Метод аналізу й оцінки проекту – PERT................................................................	292
10.2.3. Планування і контроль проекту.............................................................................	294
10.2.4. Оцінювання вартості проекту ................................................................................	297
10.3. Методи керування ризиками у проекті.........................................................................	298
10.4. Керування конфігурацією системи..............................................................................	301
10.4.1. Формування версій й контроль конфігурації........................................................	304
10.4.2. Облік статусу й аудит конфігурації .......................................................................	306
Контрольні запитання і завдання..........................................................................................	307
Список літератури до розділу 10...........................................................................................	308
ПІСЛЯМОВА..................................................................................................	309
СПИСОК ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ.......................................................	311
ДОДАТОК 1. Термінологічний словник........................................................	313
ДОДАТОК 2. Перелік стандартів програмної інженерії...............................	319

ПЕРЕДМОВА

Сьогодні у багатьох навчальних закладах введено як спеціальність програмну інженерію (Software Engineering). Це наука побудови комп'ютерних програмних систем (ПС), що містить у собі теоретичні концепції, методи і засоби програмування, технологію програмування, системи та інструменти їхньої підтримки, сучасні стандарти, зокрема, процеси життєвого циклу (ЖЦ), вимірювання і оцінювання якості розробки ПС. Головне призначення програмної інженерії – побудова ПС, починаючи з аналізу предметної області (ПрО) і закінчуючи виготовленням вихідного коду для виконання на комп'ютері. Фундаментальну основу побудови ПС становлять: теорія алгоритмів, математична логіка, теорія обчислень, теорія керування й ін.

Колективне розроблення великих проектів ПС обумовило розвиток інженерних, технологічних методів і засобів регламентованого проектування ПС з урахуванням організаційних процесів ЖЦ: інженерія вимог, керування ризиком і якістю, планування і регулювання ресурсів, оцінювання процесів ЖЦ та показників якості, вартості і строків виготовлення програмного продукту. Інакше кажучи, в програмній інженерії склалися засади для індустріального виробництва сучасних програмних продуктів подібно до промисловості: засоби й інструменти, загальні інструментальні системи і середовища підтримки процесу програмування, інженерні методи керування діяльністю виробників ПС та системи оцінки продуктів і процесів з економічної та технологічної точок зору.

Ціль даного підручника – представити методи і засоби програмної інженерії в структурованому і систематизованому вигляді для теоретичного й практичного навчання процесам проектування, тестування і оцінювання якості ПС. У підручнику відображено зміст програмної інженерії з урахуванням базового ядра знань SWEBOK (http://www.swebok.org) та програми навчання Computing Curricula

– 2001, 2004, що застосовується на факультетах інформатики в міжнародних навчальних закладах понад 20 років. Навчання програмній інженерії є запорукою успішного освоєння накопичених міжнародною спільнотою знань з інженерії побудови програмних продуктів.

Студенти отримають теоретичні й інженерні знання з процесів розроблення ПС, практики подання програм для їхнього опрацювання у середовищі сучасних інструментальних систем провідних фірм: Microsoft, IBM, Rational тощо. Крім того, вони навчаться методам верифікації, валідації та тестування програм, метричного аналізу, виміру, оцінки показників якості та продуктивності продукту, а також перенесення його на інші платформи.

Програму навчання програмній інженерії в Україні затверджено Кабінетом Міністрів (13 грудня 2006 р. №1719) для отримання освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавра. Проте в Україні практично відсутні підручники з програмної інженерії для викладання цього курсу у вищих навчальних закладах на факультетах інформатики, тому даний підручник буде вчасним.

У підручнику подано структуру і викладено зміст програмної інженерії, сучасні методи програмування, базові положення стандартів ЖЦ і якості розробки ПС. Виконано системний розгляд методів доведення, верифікації і тестування програм, а також методів інтеграції і взаємодії різномовних програм, перетворення

Передмова

їхніх типів даних для різних середовищ і платформ. Викладено сутність базових методів керування програмним проектом за графіками робіт, спостереження за ризиками і оцінювання якості продукту. Розглянуто різні лінії виробництва ПС із застосуванням готових компонентів повторного використання, що накопичені у сучасних бібліотеках (репозитаріях) і скорочують час створення нових програмних проектів.

Матеріал підручника пройшов апробацію при читанні лекцій у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка (1985–1997 рр. і 2007–2008 рр.), філії Московського фізико-технічного інституту при Інституті кібернетики НАН України (2000–2008 рр.), а також обговорений у колективі наукового відділу ІПС НАНУ, на Всеукраїнській конференції «Програмна інженерія – напрями навчання» Національного авіаційного університету (3–5 грудня 2007 р.), на УкрПроГ –2004, 2006, 2008 рр., а також на Міжнародній конференції TAAPSD–2008, його багаторазово обговорювали у колективі наукового відділу Інституту програмних систем НАН України.

Даний підручник орієнтований на студентів, які навчаються за спеціальностями «Комп’ютерні науки», «Комп’ютерна інженерія», «Прикладна математика» у галузі знань «Інформатика і обчислювальна техніка» та «Автоматизовані системи управління». Він також може використовуватися викладачами як зразок при практичній підготовці курсу лекцій з навчання студентів за вказаними спеціальностями.

Автор виносить велику подяку викладачам університету В.М.Антонову, В.П.Шевченко, редакторам Н.М.Міщенко, М.К.Пуніної, науковим співробітникам інституту Г.І. Коваль, Т.М.Коротун, О.О.Слабоспицькій за змістовне обговорення і критику щодо нової структуризації програмної інженерії, а також за величезну допомогу в формуванні матеріалу, оформленні багатьох рисунків та таблиць і за вичитку кінцевого матеріалу підручника.

Підручник складається з 10 розділів. Наприкінці кожного розділу наведено контрольні питання і завдання, а також список використовуваної літератури.

Розділ 1. Дисципліни програмної інженерії і області ядра знань –

SWEBOK. Наведено визначення програмної інженерії та її дисциплін, охарактеризовано зміст та основні складові цих дисциплін, а також викладено загальний зміст областей ядра знань – SWEBOK.

Розділ 2. Стандарт і моделі життєвого циклу. Наведено характеристики базових моделей ЖЦ, що використовуються на практиці. Викладено основні положення стандарту ISO/IEC 12207 і підходи до формування на його основі робочих моделей ЖЦ.

Розділ 3. Аналіз та визначення вимог до програмних систем. Розглянуто загальні підходи, методи аналізу предметної області та формування вимог до ПС.

Розділ 4. Методи об’єктного аналізу і моделювання. Проведено огляд методів об’єктного аналізу, побудови моделей предметних областей та проектування архітектури системи.

Розділ 5. Прикладні і теоретичні методи програмування. Проаналізовано і охарактеризовано прикладні, теоретичні і формальні методи програмування, а також наведено короткий огляд їхніх засобів щодо подання та розробки ПС.

Розділ 6. Методи доведення, верифікації і тестування програм. Визначено формальний апарат специфікації, доведення, верифікації і тестування програм.

Передмова

Наведено класифікацію помилок, що виявляються при перевірці правильності програм. Розглянуто інженерію тестування різних програмних об’єктів.

Розділ 7. Інтерфейс, взаємодія, еволюція програм та даних. Визначено методи інтеграції, розглянуто проблеми взаємодії різномовних програм і даних у сучасних середовищах, а також методи еволюційної зміни компонентів і систем. Наведено характеристику стандарту ISO/IEC 11404–96 з опису даних, незалежних від мов програмування.

Розділ 8. Інженерія виробництва програмних продуктів. Наведено змістовні характеристики інженерій виробництва компонентів, предметної області із готових компонентів та лінії виробництва програмних продуктів, а також особливості сучасних середовищ для колективного виробництва ПС.

Розділ 9. Моделі якості та надійності програмних систем. Визначено модель якості, метрики і методи виміру показників якості ПС. Наведено класифікацію математичних моделей надійності та підходи до оцінки надійності програмного продукту за деякими моделями.

Розділ 10. Методи керування програмним проектом. Проведено аналіз сучасного менеджменту програмних проектів і дано опис інженерних методів планування, керування роботами, ризиками та конфігурацією проекту. Розглянуто методи оцінки вартості та строків.

Післямова.

Список скорочень і позначень. Додаток 1. Термінологічний словник.

Додаток 2. Перелік стандартів програмної інженерії.

1 / 331 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Разное

#
12.03.20165.48 Mб92lavrishcheva-6.pdf
#
12.03.2016266.24 Кб43summary.doc