Proces tworzenia oprogramowania Proces tworzenia oprogramowania jest zbiorem czynności i związanych z nimi wyników, które prowadzą do powstania produktu programowego. Może to być tworzenie oprogramowania od zera, ale coraz częściej nowe oprogramowanie powstaje przez rozszerzanie i modyfikowanie istniejących systemów.

Cele Poznać pojęcie procesu tworzenia oprogramowania i modelu procesu tworzenia oprogramowania. Poznać kilka różnych modeli procesów tworzenia oprogramowania oraz wiedzieć, kiedy należy ich używać. Ogólnie rozumieć modele procesów inżynierii wymagań stawianych oprogramowaniu, tworzeniu oprogramowania, testowaniu i ewolucji. Wiedzieć czym jest technologia CASE wspomagająca proces tworzenia oprogramowania.

Zawartość Modele procesu tworzenia oprogramowania Iteracja procesu Specyfikowanie oprogramowania Projektowanie i implementowanie oprogramowania Zatwierdzanie oprogramowania Ewolucja oprogramowania Zautomatyzowane wspomaganie procesu

Zasadnicze czynności w procesie tworzenia oprogramowania Specyfikowanie oprogramowania. Funkcjonalność oprogramowania i ograniczenia jego działania muszą być zdefiniowane. Projektowanie i implementowanie oprogramowania. Oprogramowanie, które spełnia specyfikację, musi być stworzone. Zatwierdzenie oprogramowania. Wytworzone oprogramowanie musi spełniać oczekiwania klienta. Ewolucja oprogramowania. Oprogramowanie musi ewoluować, aby spełniać zmieniające się potrzeby użytkowników.

Modele procesów tworzenia oprogramowania Model kaskadowy W tym modelu podstawowe czynności specyfikowania, tworzenia, zatwierdzania i ewolucji są odrębnymi fazami procesu. Tworzenie ewolucyjne W tym procesie czynności specyfikowania, projektowania i zatwierdzania przeplatają się. Tworzenie formalne systemu To podejście jest oparte na budowaniu formalnych matematycznych specyfikacji systemu i przekształcaniu tych specyfikacji w program za pomocą metod matematycznych. Tworzenie z użyciem wielokrotnym W tym podejściu zakłada się istnienie dużej liczby komponentów zdatnych do ponownego użycia.

Model kaskadowy procesu tworzenia oprogramowania Definiowanie wymagań Projektowanie systemu i oprogramowania Implementacja i testowanie jednostek Integracja i testowanie systemu Działanie i pielęgnacja

Problemy modelu kaskadowego Następnej fazy nie powinno się rozpoczynać, jeśli poprzednia się nie zakończy. Koszty opracowania i akceptacji dokumentów są wysokie i dlatego iteracje są również kosztowne oraz wymagają powtarzania wielu prac. Wadą modelu kaskadowego jest zawarty w nim nieelastyczny podział na rozłączne etapy. Model kaskadowy powinien być używany jedynie wówczas, gdy wymagania są jasne i zrozumiałe.

Tworzenie ewolucyjne Tworzenie ewolucyjne polega na opracowaniu wstępnej implementacji, pokazaniu jej użytkownikowi z prośbą o komentarze i udoskonalaniu jej w wielu wersjach aż do powstania odpowiedniego systemu.

Tworzenie ewolucyjne Ogólny opis Równolegle czynności Wersja początkowa Specyfikacja Ogólny opis Tworzenie Wersje pośrednie Zatwierdzenie Wersja końcowa

Typy tworzenia ewolucyjnego Tworzenie badawcze Celem procesu jest praca z klientem, polegająca na badaniu wymagań i dostarczeniu ostatecznego systemu. Tworzenie rozpoczyna się od tych części systemu, które są dobrze rozpoznane. System ewoluuje przez dodawanie nowych cech, które proponuje klient. Prototypowanie z porzuceniem Celem procesu tworzenia ewolucyjnego jest zrozumienie wymagań klienta i wypracowanie lepszej definicji wymagań stawianych systemowi. Budowanie prototypu ma głównie na celu eksperymentowanie z tymi wymaganiami użytkownika, które są niejasne.

Tworzenie ewolucyjne Problemy Stosowanie Proces nie jest widoczny System ma złą strukturę Konieczne mogą być specjalne narzędzia i techniki Stosowanie W wypadku systemów małych (mniej niż 100 000 wierszy kodu) lub średnich (do 500 000 wierszy kodu) z krótkim czasem życia podejście ewolucyjne jest najlepsze. W wypadku dużych systemów o długim czasie życia wady tworzenia ewolucyjnego ujawniają się jednak z całą ostrością.

Tworzenie formalne systemów Tworzenie formalne systemów jest podejściem, które ma wiele wspólnego z modelem kaskadowym. Proces tworzenia jest tu jednak oparty na matematycznych przekształceniach specyfikacji systemu w program wykonywalny. W procesie przekształcania formalna matematyczna reprezentacja systemu jest metodycznie przekształcana w bardziej szczegółowe, ale wciąż matematycznie poprawne reprezentacje systemu. Podejście z przekształceniem złożone z ciągu małych kroków jest łatwiejsze w użyciu. Wybór, które przekształcenie zastosować, wymaga jednak dużych umiejętności. Najlepiej znanym przykładem takiego formalnego procesu tworzenia jest Cleanroom, pierwotnie opracowany przez IBM (Proces Cleanroom jest oparty na przyrostowym tworzeniu oprogramowania, gdy formalnie wykonuje się każdy krok i dowodzi jego poprawności.)

Tworzenie formalne systemów Definicja wymagań Specyfikacja formalna Przekształcenie formalne Integracja i testowanie systemu

Przekształcenie formalne 2 3 P 4 T 1 R 1 Program wykonywalny Specyfikacja formalna P 1

Problemy i stosowalność Oprócz specjalistycznych dziedzin procesy oparte na przekształceniach formalnych są używane rzadko. Wymagają specjalistycznej wiedzy i w praktyce okazuje się, że w wypadku większości systemów nie powodują zmniejszenia kosztów lub polepszenia jakości w porównaniu z innymi podejściami. Interakcje systemów nie poddają się łatwo specyfikowaniu formalnemu.

Tworzenie z użyciem wielokrotnym W większości przedsięwzięć programistycznych występuje wielokrotne użycie oprogramowania. Etapy procesu: analiza komponentów, modyfikacja wymagań, projektowanie systemu z użyciem wielokrotnym, tworzenie i integracja. Zakłada się istnienie wielkiego zbioru dostępnych komponentów programowych użycia wielokrotnego oraz integrującej je struktury.

Tworzenie z użyciem wielokrotnym Specyfikacja wymagań Modyfikacja wymagań Projekt systemu z użyciem wielokrotnym Analiza komponentów Tworzenie i integracja Zatwierdzenie systemu

Iteracja procesu Potrzebne jest także wspomaganie procesu tworzenia oprogramowania nazywane iteracjami, które polega na powtarzaniu fragmentu tego procesu w miarę ewolucji wymagań stawianych systemowi. N.p. prace projektowe i implementacyjne musza być ponownie wykonane, aby spełnić zmienione wymagania. Mamy tutaj dwa hybrydowe modele: tworzenie przyrostowe, tworzenie spiralne.

Tworzenie przyrostowe Podejście przyrostowe do tworzenia zaproponował Mills (1980) jako sposób na ograniczenie powtarzania prac w procesie tworzenia oraz danie klientom pewnych możliwości odkładania decyzji o szczegółowych wymaganiach do czasu, aż zdobędą pewne doświadczenia w pracy z systemem. W procesie przyrostowym klienci identyfikują w zarysie usługi, które system ma oferować. Wskazują, które z nich są dla nich najważniejsze, a które najmniej ważne. Definiuje się następnie pewną liczbę przyrostów, które maja być dostarczone. Gdy przyrost jest już gotowy i dostarczony, klienci mogą go uruchomić. Oznacza to, że szybko otrzymują część funkcjonalności systemu

Tworzenie przyrostowe Zdefiniuj zarys wymagań Przypisz wymagania do przyrostów Zaprojektuj architekturę systemu System końcowy Wytwórz przyrost systemu Zweryfikuj przyrost Zintegruj system Zweryfikuj system System nie ukończony

Zalety procesu tworzenia przyrostowego Klienci nie muszą czekać na dostarczenie całego systemu, zanim zaczną czerpać z niego korzyść. Klienci mogą używać wstępnych przyrostów jako rodzaju prototypu i zdobywać doświadczenia, które inspirują wymagania wobec późniejszych przyrostów. Ryzyko całkowitej porażki przedsięwzięcia jest mniejsze. Usługi o najwyższym priorytecie będą dostarczane jako pierwsze.

Programowanie ekstremalne (XP) Opiera się ono na tworzeniu i dostarczaniu bardzo małych przyrostów funkcjonalności. Ustawiczne poprawianie kodu i programowanie pozbawione indywidualizmu.

Tworzenie spiralne Każda pętla spirali reprezentuje jedną fazę procesu. Najbardziej wewnętrzna pętla może być poświęcona wykonalności systemu, następna definicji wymagań stawianych systemowi, kolejna projektowaniu itd..

Model spiralny procesu tworzenia oprogramowania Oceń inne strategie, rozpoznaj i zmniejsz zagrożenia Określ cele, inne strategie i ograniczenia Analiza zagrożeń Analiza zagrożeń Działający prototyp Analiza zagrożeń Prototyp 3 Analiza zagrożeń Prototyp 2 RECENZJA Prototyp 1 Plan wymagań Plan cyklu życia Sposób postępowania Symulacje, modele, miary odniesienia Szczegółowe projekto- wanie Wymagania S/W Projekto- wanie produktu Plan tworzenia Kodowanie Zatwierdzenie wymagań Testy jednostek Plan testowania i integracji Weryfikacja i zatwierdzenie Testy integracji Zaplanuj następną fazę Testy akceptacji Utwórz, zweryfikuj produkt następnego poziomu Działanie

Każda pętla spirali jest podzielona na cztery sektory: Ustalanie celów Definiuje się konkretne cele tej fazy przedsięwzięcia. Identyfikuje się ograniczenia, którym podlega proces i produkt. Rozpoznanie i redukcja zagrożeń Przeprowadza się szczegółową analizę każdego z rozpoznanych zagrożeń przedsięwzięcia. Tworzenie i zatwierdzanie Po ocenie zagrożeń wybiera się model tworzenia systemu. Planowanie Recenzuje się przedsięwzięcie i podejmuje decyzję, czy rozpoczynać następną pętlę spirali.

Specyfikowanie oprogramowania Ma na celu określenie, jakich usług wymaga się od systemu i jakim ograniczeniom podlega tworzenie i działanie oprogramowania. Ta czynność jest obecnie bardzo często nazywana inżynierią wymagań. W procesie inżynierii wymagań możemy wyróżnić cztery główne fazy: studium wykonalności, określenie i analiza wymagań, specyfikowanie wymagań, zatwierdzanie wymagań.

Proces inżynierii wymagań Studium wykonalności Określenie i analiza wymagań Specyfikacja wymagań Zatwierdzanie wymagań Raport o wykonywalności Modele systemu Modele systemu Modele systemu Wymagania użytko- wnika systemu Dokumentacja wymagań Dokumentacja wymagań

Projektowanie i implementowanie wymagań Faza implementowania w tworzeniu oprogramowania to proces przekształcania specyfikacji systemu w działający system Projekt oprogramowania to opis struktury oprogramowania, które ma być zaimplementowane, danych, które są częścią systemu, interfejsów między komponentami systemu i użytych algorytmów. Proces projektowania może obejmować opracowanie kilku modeli systemu na różnych poziomach abstrakcji.

Charakterystyczne czynności procesu projektowania Projektowanie architektury Specyfikowanie abstrakcyjne Projektowanie interfejsów Projektowanie komponentów Projektowanie struktur danych Projektowanie algorytmów

Ogólny model procesu projektowania Czynności projektowe Specyfikacja wymagań Projektowanie architektury Specyfikowanie abstrakcyjne Projektowanie interfejsów Projektowanie komponentów Projektowanie struktury danych Projektowanie algorytmów Specyfikacja struktury danych Architektura systemu Specyfikacja programowania Specyfikacja komponentów Specyfikacja algorytmów Specyfikacja interfejsów Produkty projektowania

Metody projektowania Ciągle często projektowanie jest działaniem ad hoc, gdzie wymagania zapisuje się w języku naturalnym. Lepsze podejście polega na użyciu metod strukturalnych, które są zbiorami notacji i porad dla projektantów oprogramowania. Ich użycie polega zwykle na opracowaniu graficznych modeli systemu i prowadzi do dużej ilości dokumentacji projektowej. Metody strukturalne mogą obejmować: modele przepływu danych, modele encja-związek, modele strukturalne, modele obiektowe.

Programowanie i wyszukiwanie błędów Programiści wykonują pewne testy kodu, który napisali. Często prowadzi to do wykrycia błędów, które należy usunąć z programu. Testowanie usterek i usuwanie błędów to dwa różne procesy. Lokalizacja błędu może wymaga nowych przypadków testowych.

Proces usuwania błędów Napraw błąd Napraw błąd Zlokalizuj błąd Zaprojektuj naprawę błędu Napraw błąd Przetestuj program ponownie

Zatwierdzanie oprogramowania Weryfikacja i zatwierdzenie (W&Z) mają wykazać, że system jest zgodny ze swoją specyfikacją i spełnia oczekiwania klienta, który go kupuje. Obejmuje proces sprawdzania, m.in. kontrole i recenzje w każdym kroku procesu tworzenia od definicji wymagań użytkownika do pisania programów. Większość kosztów zatwierdzania powstaje po zaimplementowaniu, gdy testuje się działający system.

Proces testowania Testowanie komponentów Testowanie integracji modułów Testowanie podsystemów Testowanie systemów Testowanie komponentów Testowanie odbiorcze Testowanie integracji Testowanie przez użytkownika

Fazy procesu testowania Testowanie komponentów (jednostek) Testuje się poszczególne komponenty, aby zapewnić, że działają poprawnie. Testowanie modułów Moduł jest kolekcją niezależnych komponentów takich jak klasy obiektów, abstrakcyjne typy danych, albo bardziej luźną kolekcją procedur i funkcji. Testowanie podsystemów Ta faza obejmuje testowanie kolekcji modułów, które zintegrowano w podsystemie. Testowanie systemu Podsystemy zintegrowano już w system. Ten proces testowania ma wykryć błędy wynikające z nie przewidzianych interakcji między podsystemami i problemów z interfejsami podsystemów. Testowanie odbiorcze Jest to końcowa faza procesu testowania przed przyjęciem systemu do użytkowania.

Fazy testowania w procesie tworzenia oprogramowania Specyfikacja wymagań Specyfikacja systemu Projekt systemu Projekt szczegółowy Plan testów integracji podsystemów Kod modułów i jednostek oraz ich test Plan testów odbiorczych Plan testów integracji systemu Działanie Test integracji systemu t Test integracji podsystemu Test odbiorczy

Testowanie alfa i beta Testowanie alfa jest testowaniem odbiorczym stosowanym, kiedy system jest tworzony dla jednego klienta. Proces testowania trwa do momentu osiągnięcia zgody pomiędzy wytwórcą systemu i klientem co do tego, że dostarczony system jest możliwą do przyjęcia implementacją wymagań. Testowanie beta stosuje się, kiedy system sprzedawany jako produkt programowy. Testowanie polega na dostarczeniu systemu pewnej liczbie potencjalnych klientów, którzy zgodzili się z niego korzystać. Klienci informują wytwórców o pojawiających się problemach.

Ewolucja oprogramowania Elastyczność systemów oprogramowania jest jedną z głównych przyczyn, że coraz więcej i więcej oprogramowania włącza się do wielkich, złożonych systemów. Zmiany mogą być wprowadzone w każdej chwili tworzenia lub nawet po jego zakończeniu. Koszt tych zmian może być bardzo wysoki, ale wciąż będzie niższy niż odpowiednie zmiany w sprzęcie systemu.

Zidentyfikuj wymagania Ewolucja systemu Zidentyfikuj wymagania stawiane systemowi Zbadaj istniejące systemy Zaproponuj zmiany systemów Zmodyfikuj system Istniejące systemy Nowy system

Zautomatyzowane wspomaganie procesu tworzenia oprogramowania Komputerowo wspomagana inżynieria oprogramowania (CASE) korzysta z różnego oprogramowania do wspomagania czynności procesu tworzenia oprogramowania, takich jak inżynieria wymagań, projektowanie, programowanie i testowanie. Czynności, które można zautomatyzować za pomocą CASE: oprogramowanie graficznych modeli systemu jako części specyfikacji wymagań i projektu oprogramowania, czynności projektu za pomocą słownika danych, który przechowuje informacje o encjach i związkach w projekcie, generowanie interfejsu użytkownika na podstawie graficznego opisu interfejsu opracowanego interaktywnie przez użytkownika, śledzenie błędów przez udostępnienie informacji o wykonującym się programie, automatyczne tłumaczenie programów ze starych wersji języków programowania.

Technologia CASE Technologia CASE jest obecnie dostępna dla większości rutynowych czynności procesu tworzenia oprogramowania. Oprogramowanie jest głównie czynnością projektowania opartą na kreatywnym myśleniu. Istniejący system CASE automatyzuje rutynowe czynności, ale próby zastosowania sztucznej inteligencji do wspomagania programowania nie były udane. W większości firm inżynieria oprogramowania jest czynnością zespołową. Inżynierowie spędzają więc sporo czasu na interakcji z innymi członkami zespołu. Technologia CASE nie daje tu żadnego wsparcia.

Klasyfikacja narzędzi CASE Klasyfikacja narzędzi CASE pomaga zrozumieć różne typy narzędzi oraz ich rolę we wspomaganiu czynności tworzenia oprogramowania. Klasyfikacje prowadzić z: perspektywy funkcjonalności, w której klasyfikuje się narzędzia CASE względem ich specyficznej funkcji; perspektywy procesu, w której klasyfikuje się narzędzia CASE względem wspomaganych przez nie czynności procesu; perspektywy integracji, w której klasyfikuje się narzędzia CASE względem sposobu ich integracji w spójne jednostki, które oferują wspomaganie jednej lub więcej czynności procesu.

Klasyfikacja narzędzi CASE względem ich funkcjonalności Narzędzia do planowania Narzędzia PERT, narzędzia do szacowania, arkusze kalkulacyjne Narzędzia do edycji Edytory tekstowe, edytory diagramów, procesory tekstów Narzędzia do zarządzania zmianami Narzędzia do śledzenia wymagań, systemy kontroli zmian Narzędzia do zarządzania konfiguracjami System do zarządzania wersjami, narzędzia do budowania systemów Narzędzia do prototypowania Języki bardzo wysokiego poziomu, generatory interfejsu użytkownika Narzędzia do wspomagania metod Edytory projektów, słowniki danych i generatory kodów Narzędzia do przetwarzania języków Kompilatory, interpretatory

Klasyfikacja narzędzi CASE względem ich funkcji Narzędzia do analizy programów Generatory wzajemnych odwołań, analizatory statyczne, analizatory dynamiczne Narzędzia do testowania Dane testowe, programy porównujące pliki Narzędzia do usuwania błędów Systemy interakcyjnego usuwania błędów Narzędzia do dokumentowania Programy składu, edytory rysunków Narzędzia do wyszukiwania Systemy wyszukiwania wzajemnych odwołań, programy do restrukturyzacji systemów

Podział systemów CASE ze względu na zakres wspomagania Narzędzia wspomagające poszczególne zadania w ramach procesu, np. ssprawdzania spójności projektu, kompilacji programu, porównywania wyników testów itd. Warsztaty wspomagają całe fazy procesów lub czynności, np. specyfikowanie, projektowanie itd. Środowiska wspomagają całość lub znaczną część procesu tworzenia oprogramowania.

Narzędzia, warsztaty i środowiska Technologia CASE W Narzędzia Warsztaty Środowiska Narzędzia do po równań plików Środowiska zbudo wane dla procesu Edytory Kompilatory Środowiska zintegrowane Analiza i pro -jektowanie projektowanie testowanie Warsztaty do jednej metody Warsztaty do kon -kretnego języka Warsztaty do wielu metod Warsztaty ogólnego przeznaczenia

Główne tezy Procesy tworzenia oprogramowania to czynności zmierzające do wyprodukowania systemu. Modele procesów tworzenia oprogramowania to abstrakcyjne reprezentacje tych procesów. Wszystkie procesy tworzenia oprogramowania obejmują specyfikowanie, projektowanie, implementację, zatwierdzanie i ewolucje oprogramowania. Ogólne modele procesów opisują organizację procesu tworzenia oprogramowania. Przykładami takich modeli są: model kaskadowy, tworzenie ewolucyjne, tworzenie formalne systemów oraz tworzenie z użyciem wielokrotnym. W modelach iteracyjnych procesów tworzenie oprogramowania przedstawia się w postaci cyklu czynności. Zaletą tego podejścia jest uniknięcie zbyt wczesnego zatwierdzenia specyfikacji lub projektu. Przykładami modeli iteracyjnych są tworzenie przyrostowe i model spiralny.

Główne tezy Inżynieria wymagań to proces opracowywania specyfikacji oprogramowania. Obejmuje przygotowanie specyfikacji zrozumiałej dla użytkowników systemu oraz bardziej szczegółowej specyfikacji dla budowniczych systemu. Proces projektowania i implementowania polega na przekształceniu specyfikacji wymagań w działający system oprogramowania. Metody systematycznego projektowania mogą być elementem tego przekształcenia. Zatwierdzenie oprogramowania to proces sprawdzania, czy system jest zgodny ze swoją specyfikacją oraz czy spełnia rzeczywiste potrzeby użytkowników.

Główne tezy Ewolucja oprogramowania polega na modyfikowaniu istniejącego systemu oprogramowania, tak aby spełniał nowe wymagania. Takie podejście staje się standardem tworzenia oprogramowania w wypadku małych i średnich przedsięwzięć. Technologia CASE zapewnia zautomatyzowane wspomaganie procesu tworzenia oprogramowania. Narzędzia CASE wspomagają poszczególne czynności procesu. Warsztaty CASE wspomagają zbiory powiązanych czynności. Środowiska CASE wspomagają większość lub nawet wszystkie czynności procesu tworzenia oprogramowania.