Области знаний программной инженерии и стандарты ЖЦ программного обеспечения

В данной лекции систематически изложены следующие взаимосвязанные аспекты инженерии ПО:

• теоретический и интеллектуальный базис (методы, принципы, средства и методологии и др.) проектирования, представленный в ядре SWEBOK, способствующий созданию высококачественных программных продуктов, удовлетворяющих заданным заказчиком функциональным и нефункциональным требованиям;
• стандартный подход к разработке программных проектов, состоящий в использовании моделей ЖЦ, в процессы которых встроены методы проектирования, верификации, тестирования и оценивания промежуточных рабочих продуктов, а также проверки планов и времени выполнения работ на этих процессах для того, чтобы регулировать сроки и затраты, а также возможные риски и недостатки.

1.1 Анализ и характеристика областей знаний SWEBOK

Ядро знаний SWEBOK является основополагающим научно-техническим документом, который отображает мнение многих зарубежных и отечественных специалистов в области программной инженерии [1.3-1.12] и согласуется с современными регламентированными процессами ЖЦ ПО стандарта ISO/IEC 12207. В этом ядре знаний содержится описание 10 областей, каждая из которых представлена согласно принятой всеми участниками создания этого ядра общей схемы описания, включающей определение понятийного аппарата, методов и средств, а также инструментов поддержки инженерной деятельности. В каждой области описывается определенный запас знаний, который должен практически использоваться в соответствующих процессах ЖЦ.

Для наглядного представления понятийного аппарата областей знаний SWEBOK проведем условное разбиение областей на основные (пять для проектирования ПС, рис. 1.1) и дополнительные организационные методы и подходы, которые отображают инженерию управления проектированием ПС (конфигурацией, проектами, качеством - рис. 1.2).

увеличить изображение
Рис. 1.1. Основные области знаний SWEBOK

увеличить изображение
Рис. 1.2. Организационные области знаний SWEBOK

В каждой области приведены ключевые понятия, подходы и методы проектирования разных типов ПС. Данное разбиение областей на основные и вспомогательные соответствует структуре разбиения процессов стандарта ISO/IEC 12207 (см. раздел 1.2), выполнение которых определяется знаниями, содержащимися в ядре SWEBOK.

Далее приводится обзор каждой области ядра знаний SWEBOK, определяется ее роль в проектировании и реализации программных продуктов. В некоторых подразделах показана связь с положениями соответствующих стандартов, которые регламентируют и регулируют выполнение процессов проектирования программных систем.

1.1.1. Требования к ПО (Software Requirements)

Требования - это свойства, которыми должно обладать ПО для адекватного определения функций, условий и ограничений выполнения ПО, а также объемов данных, технического обеспечения и среды функционирования.

Требования отражают потребности людей (заказчиков, пользователей, разработчиков), заинтересованных в создании ПО. Заказчик и разработчик совместно проводят сбор требований, их анализ, пересмотр, определение необходимых ограничений и документирование. Различают требования к продукту и к процессу, а также функциональные, нефункциональные и системные требования. Требования к продукту и к процессу определяют условия функционирования и режимы работы ПО в операционной среде, ограничения на структуру и память компьютеров, на принципы взаимодействия программ и компьютеров и т.п. Функциональные требования определяют назначение и функции системы, а нефункциональные - условия выполнения ПО и доступа к данным. Системные требования описывают требования к программной системе, состоящей из взаимосвязанных программных и аппаратных подсистем и разных приложений. Требования могут быть количественные (например, количество запросов в сек., средний показатель ошибок и т.п.). Значительная часть требований относится к атрибутам качества: безотказность, надежность и др., а также к защите и безопасности как ПО, так и данных.

Область знаний "Требования к ПО (Software Requirements)" состоит из следующих разделов:

• инженерия требований (Requirement Engineering),
• выявление требований (Requirement Elicitation),
• анализ требований (Requirement Analysis),
• спецификация требований (Requirement Specification).
• валидация требований (Requirement validation),
• управление требованиями (Requirement Management).

Инженерия требований к ПО - это дисциплина анализа и документирования требований к ПО, которая заключается в преобразовании предложенных заказчиком требований к системе в описании требований к ПО и их валидация. Она базируется на модели процесса определения требований и действующих лицах, обеспечивающих управление и формирование требований, а также на методах достижения показателей качества.

Модель процесса определения требований - это схема процессов ЖЦ, которые выполняются от начала проекта и до тех пор, пока не будут определены и согласованы требования. При этом процессом может быть маркетинг и проверка осуществимости требований в данном проекте.

Управление требованиями к ПО заключается в контроле за выполнением требований и планировании использования ресурсов (человеческих, программных, технических, временных, стоимостных) в процессе разработки промежуточных рабочих продуктов на этапах ЖЦ.

Качество и процесс улучшения требований - это процесс формулировки характеристик и атрибутов качества (надежность, реактивность и др.), которыми должно обладать ПО, методы их достижения на этапах ЖЦ и оценивания полученных результатов.

Выявление требований - это процесс извлечения информации из разных источников (договоров, материалов аналитиков по декомпозиции задач и функций системы и др.), проведения технических мероприятий (собеседований, собраний и др.) для формирования отдельных требований к продукту и к процессу разработки. Исполнитель должен согласовать требования с заказчиком.

Анализ требований - процесс изучения потребностей и целей пользователей, классификация и преобразование их к требованиям к системе, аппаратуре и ПО, установление и разрешение конфликтов между требованиями, определение приоритетов, границ системы и принципов взаимодействия со средой функционирования. Требования могут быть функциональные и нефункциональные, которые определяют соответственно внешние и внутренние характеристики системы.

Функциональные требования характеризуют функции системы или ее ПО, способы поведения ПО в процессе выполнения функций и методы передачи и преобразования входных данных в результаты. Нефункциональные требования определяют условия и среду выполнения функций (например, защита и доступ к БД, секретность, взаимодействие компонентов и др.). Разработка требований и их локализация завершается на этапе проектирования архитектуры и отражается в специальном документе, по которому проводится согласование требований для достижения взаимопонимания между заказчиком и разработчиком.

Спецификация требований к ПО - процесс формализованного описания функциональных и нефункциональных требований, требований к характеристикам качества в соответствии со стандартом качества ISO/IEC 9126-94, которые будут отрабатываться на этапах ЖЦ ПО. В спецификации требований отражается структура ПО, требования к функциям, качеству и документации, а также задается в общих чертах архитектура системы и ПО, алгоритмы, логика управления и структура данных. Специфицируются также системные требования, нефункциональные требования и требования к взаимодействию с другими компонентами и платформами (БД, СУБД, маршаллинг данных, сеть и др.).

Валидация требований - это проверка изложенных в спецификации требований, выполняющаяся для того, чтобы путем отслеживания источников требований убедиться, что они определяют именно данную систему. Заказчик и разработчик ПО проводят экспертизу сформированного варианта требований с тем чтобы разработчик мог далее проводить проектирование ПО. Один из методов валидации - прототипирование, т.е. быстрая отработка отдельных требований на конкретном инструменте и исследование масштабов изменения требований, измерение объема функциональности и стоимости, а также создание моделей оценки зрелости требований.

Верификация требований - это процесс проверки правильности спецификаций требований на их соответствие, непротиворечивость, полноту и выполнимость, а также на соответствие стандартам. В результате проверки требований делается согласованный выходной документ, устанавливающий полноту и корректность требований к ПО, а также возможность продолжить проектирование ПО.

Управление требованиями - это руководство процессами формирования требований на всех этапах ЖЦ и включает управление изменениями и атрибутами требований, а также проведение мониторинга - восстановления источника требований. Управление изменениями возникает после того, когда ПО начинает работать в заданной среде и обнаруживаются ошибки в трактовке требований либо в невыполнении некоторого отдельного требования и т.п. Неотъемлемой составляющей процесса управления является трассирование требований для отслеживания правильности задания и реализации требований к системе и ПО на этапах ЖЦ, а также обратный процесс отслеживания в полученном продукте реализованных требований. Для исправления некоторых требований или добавления нового требования составляется план изменения требований, который согласуется с заказчиком. Внесенные изменения влекут за собой и изменения в созданный продукт или в отдельные его компоненты.