Жизненный цикл разработки ПО

Настоящая статья отвечает на вопросы: что такое жизненный цикл программного обеспечения (ПО)? Для чего он необходим и какие этапы или стадии охватывает? (кратко рассмотрим каждую стадию) Какие специалисты привлекаются на каждом из этапов? Что из себя представляют основные модели жизненного цикла и чем они могут быть полезны разработчику?

Введение (идея, основные определения)

«Нет ничего постоянного, кроме изменений»
- утверждал Гераклит Эфесский

Изменения вездесущи.
Поэтому, лучше управлять изменениями, иначе изменения начнут управлять проектом, связанным, в нашем случае, с процессом создания ПО, что приведет к хаосу и неразберихе. Дадим некоторые определения

Процесс разработки ПО - это набор действий, методов, практик и инструментов, используемых для создания программного продукта.
Процесс разработки включает анализ требований, проектирование, кодирование, тестирование, внедрение и поддержку ПО.

Область информатики, имеющая дело с созданием систем ПО называется программной инженерией.

Изменений в процессе создания ПО много и причин их возникновения также большое количество: изменения в проекте могут быть как из-за внешних (законодательство, конкуренция), так и внутренних условий (бюджет, ресурсы).
Они могут возникнуть, и возникают чаще всего, из-за изменений требований пользователей. Они возникают из-за выявленных дефектов и необходимости добавления нового функционала, совершенствования системы. Причин громадное множество!.

Поэтому, чтобы не утонуть в море изменений, возникает потребность в организации процессов, их систематизации путем разбиения на этапы или стадии, а затем планового, последовательного выполнения каждой стадии до создания товарного продукта, который уже можно предложить потребителю или клиенту.

Так возникает идея жизненого цикла создания программного продукта. Дадим определение жизненному циклу разработки ПО:

 

Стадии жизненного цикла программного обеспечения

Жизненный цикл определяет стратегию разработки ПО. Определенные процессы и задачи можно объединить как по времени исполнения, так и характеру действий в стадии или этапы. Их 5 основных, рассмотрим каждый из них подробнее.

Этап-1. Анализ требований

Требования пользователя – утверждения на естественном языке, либо графические представления в виде диаграмм, схем, содержащие сведения, какие услуги ожидаются от системы и ограничения, при которых система должна работать.

Анализ требований включает действия по их определению и составлению их списка. Определение требований – одна из самых больших проблем любого жизненного цикла разработки ПО. Пользователям часто неясно, что они требуют от системы. Часто они не знают реальные требования, преувеличивают их, предъявляют противоречивые требования и т.д. В общении между людьми высок риск неправильного истолкования истинного значения требования. Как вам например такое заявление: «Я знаю, что вы полагаете, что вы поняли то, что вы думаете, что я сказал, но я не уверен, что вы сделали то, что вы слышали, и не то, что я подразумевал»

Есть много методов и технологий выявления требований, например:

• интервьюирование пользователей и экспертов предметной области
• анкетные опросы пользователей
• наблюдение как пользователи выполняют свои задачи
• изучение существующих документов системы
• изучение подобных систем ПО
• - совместные совещания разработчиков и клиентов.

Список требований образует спецификацию требований, с разных точек зрения. Анализ требований завершается созданием технического задания, который составляется обычно по шаблону и описывает все требования к программному продукту: функциональные (что должно быть выполнено) и нефункциональные требования (как? качества системы), требования к данным, ограничения системы (законы, безопасность).

Стоит упомянуть также о приоритизации требований на основе важности и стоимости реализации.

Этап-2. Проектирование

Проектирование ПО – это описание структуры ПО, которое будет реализовано, данных, которые являются частью системы, интерфейсов между компонентами системы.

Такое структурное проектирование задает «красоту системы» или ее архитектуру. Главная цель – получить систему, которая является приемлемой – понятной, достаточно легко изменяемой, расширяемой, масштабируемой.

Нахождением баланса между требованиями технического задания, составленного на предыдущем этапе и их реализацией в архитектурном проекте занимается архитектор ПО.

Архитектурное, структурное проектирование:

• Разработка общей архитектуры системы, определение основных компонентов и их взаимодействия.
• Выбор архитектурного стиля (например, клиент-серверная архитектура, микросервисная архитектура, слоистая, монолитная и т.д).
• Обеспечение масштабируемости, надежности и безопасности системы.

Этап-3. Реализация (кодирование)

Реализация в большой мере связана с программированием. Программирование начинается с преобразования проекта в код, начальный код не должен программироваться вручную, код должен формироваться из моделей проекта. Сейчас проще всего это сделать с использованием нейросетей (ChatGPT).

Далее полученный код должен быть скорректирован вручную в процессе интеграции в единое целое, работающий компонент, выполняющий заданный функционал системы.

Во многих проектах реализация – самая длинная из стадий разработки. Кодирование – деятельность подверженная возникновению ошибок или багов. Время на написание программ (творческая часть деятельности) может быть меньше, чем время, потраченное на отладку и тестирование программы.

Отладка – процесс поиска и удаления из ПО «блох» или багов, ошибок в процессе выполнения программы. Тестирование – процесс поиска ошибок путем сравнения реального поведения программы с эталонным, требуемым.

Различные уровни тестирования:

• Модульное тестирование: Тестирование отдельных компонентов (модулей) системы для проверки их правильности.
• Интеграционное тестирование: Тестирование взаимодействия между модулями, чтобы убедиться в правильной интеграции компонентов.
• Системное тестирование: Полное тестирование всей системы для проверки соответствия всех требований и выявления возможных дефектов.

Первый уровень – модульное тестирование легко автоматизируется, поэтому разработчик параллельно основному коду пишет модульные тесты для его проверки. Остальными уровнями тестирования занимается уже тестировщик.

Этап-4. Внедрение

«Целое – больше чем сумма его частей»
- утверждал Аристотель (384-322 гг. до н.э.)

На этом этапе происходят процессы интеграции и развертывания ПО, обучение пользователей. Интеграция собирает приложение из набора компонентов, предварительно созданных и проверенных тестами. Внедрение – передача системы клиентам для использования.

На современном этапе развития интеграцию и внедрение стараются сделать как можно быстрым и прозрачным процессом посредством автоматизации выпуска новых версий ПО в процессе непрерывной поставки и развертывания CI/CD.

Интеграция и развертывание ПО:

• Объединение всех компонентов системы и развертывание их в рабочей среде.
• Проведение финальных тестов для проверки работоспособности в реальной среде.
• Решение возможных проблем с совместимостью и производительностью.

Обучение пользователей:

• Обучение конечных пользователей работе с новой системой через тренинги, руководства и демонстрации.
• Подготовка документации для пользователей, включающей инструкции и ответы на часто задаваемые вопросы.

Этап-5. Сопровождение

На этом этапе происходят процессы эксплуатации, поддержки функционирования и сопровождения ПО. Программный продукт уже внедрен и ежедневно используется в работе заказчика. Сопровождение подразумевает как фиксацию и устранение возникающих проблем, так и развитие продукта, добавление новой функциональности (в этом смысле, стадия сопровождения трудноразличима от стадии разработки).

Обновления и исправления:

• Регулярное обновление ПО для добавления новых функций, улучшения производительности и исправления ошибок.
• Выпуск патчей и обновлений безопасности для защиты системы от угроз.

Техническая поддержка пользователей:

• Обеспечение поддержки пользователей через различные каналы (телефон, email, онлайн-чаты).
• Решение проблем, возникающих у пользователей при работе с системой.
• Сбор обратной связи для дальнейшего улучшения программного продукта.

Модели жизненного цикла ПО

Модели жизненного цикла описывают различные подходы к разработке и поддержке программных продуктов.
Грубо можно разделить на две основные категории: водопадные и итеративные.

Рассмотрим водопадную модель с обратной связью и некоторые итеративные модели.

Водопадные модели

Итеративные, пошаговые модели

Итеративные модели предполагают циклическое повторение этапов разработки, что позволяет постепенно улучшать продукт.

1. Инкрементная модель

Инкрементная модель предполагает разработку ПО через серию нарастающих инкрементов (версий), где каждая новая версия добавляет функциональность к предыдущей.

2. Спиральная модель

Спиральная модель сочетает элементы итеративного и водопадного подходов, включая анализ рисков на каждом витке спирали. Каждый виток включает этапы планирования, анализа рисков, разработки и тестирования (инженерии), оценки проекта клиентом.

Пример
Разработка систем безопасности: Создание комплексных систем безопасности, где важен постоянный анализ рисков и адаптация к новым угрозам.

3. Итеративная модель

Итеративная модель предполагает разработку ПО через серию повторяющихся циклов (итераций), где каждый цикл включает все основные этапы разработки: анализ, проектирование, реализацию и тестирование. Каждая такая итерация - маленький "водопад" типичных стадий жизненного цикла.

Пример
Разработка веб-приложений: Создание веб-приложений с регулярными релизами и улучшениями на основе обратной связи от пользователей.

4. V-образная модель

V-образная модель является расширением водопадной модели, подчеркивающей взаимосвязь между этапами разработки и тестирования. Каждый этап разработки имеет соответствующий этап тестирования.

Заключение

Выбор базовой модели жизненного цикла ПО зависит от специфики проекта, требований заказчика и особенностей команды разработки. Каждая модель имеет свои преимущества и недостатки, поэтому важно тщательно анализировать условия проекта перед выбором подходящей методологии.

Процесс создания и эксплуатации ПО специфичен и уникален для каждого проекта, это скорее искусство, нежели эксперимент, который может быть повторен!