Итерационные модели разработки ПО

Описанные модели процесса создания ПО имеют свои достоинства и недостатки. При создании больших систем, как правило, приходится использовать различные подходы к разработке разных частей системы, т.е. в целом к разработке системы применяются гибридные (смешанные) модели. Поэтому важную роль играет возможность выполнять отдельные процессы разработки подсистем и весь процесс создания ПО итерационно, когда в ответ на изменения требований повторно выполняются определенные этапы создания системы (чаще всего этапы проектирования и кодирования).

В этом разделе я представлю две гибридные итерационные модели, сочетающие несколько различных подходов к разработке ПО и разработанные специально для поддержки итерационного способа создания ПО.

1. Модель пошаговой разработки, где процессы специфицирования требований, проектирования и написания кода разбиваются на последовательность небольших шагов, которые ведут к созданию ПО.
2. Спиральная модель разработки, в которой весь процесс создания ПО, от начального эскиза системы до ее конечной реализации, разворачивается по спирали.

Существенным отличием итерационных моделей является то, что здесь процесс разработки спецификации протекает параллельно с разработкой самой программной системы. Более того, в модели пошаговой разработки полную системную спецификацию можно получить только после завершения самого последнего шага процесса создания ПО. Очевидно, что такой подход входит в противоречие с моделью приобретения ПО, когда полная системная спецификация является составной частью контракта на разработку системы. Поэтому, чтобы применять итерационные модели для разработки больших систем, которые заказываются "серьезными" организациями, например государственными агентствами, необходимо менять форму контракта, на что такие организации идут с большим трудом.

Модель пошаговой разработки

В каскадной модели создания ПО определение требований осуществляется совместно с заказчиком до начала проектирования системы, точно так же системная архитектура должна быть создана до начала непосредственной реализации (кодирования) системы. Изменения в требованиях, сделанные на этапе написания кода, ведут к необходимости выполнения повторных работ по проектированию и кодированию системы. Вместе с тем к достоинствам каскадной модели можно отнести простоту управления процессом создания ПО (в рамках данной модели), а также наличие отдельных этапов проектирования и реализации, что приводит к созданию вполне работоспособных систем, в которых учтены все изменения в спецификации, сделанные уже во время самого процесса разработки ПО. В отличие от каскадной, в эволюционной модели можно отложить принятие окончательных решений о спецификации и структуре системы, однако это может привести к созданию плохо структурированной системы, которая будет также трудна в сопровождении.

Модель пошаговой разработки находится где-то между этими моделями и объединяет их достоинства. Эта модель (рис. 3.6) была предложена Миллсом (Mills) как попытка уменьшить количество повторно выполняемых работ в процессе создания ПО и увеличить для заказчика временной период окончательного принятия решения обо всех деталях системных требований.

Рис. 3.6. Модель пошаговой разработки

В процессе пошаговой разработки заказчик сначала в общих чертах определяет те сервисы (функциональные возможности), которые должны присутствовать у создаваемой системы. При этом устанавливаются приоритеты, т.е. определяется, какие сервисы более важны, а какие - менее. Также определяется количество шагов разработки, причем на каждом шаге должен быть получен системный компонент, реализующий определенное подмножество системных функций. Распределение реализации системных сервисов по шагам разработки зависит от их приоритетов. Сервисы с более высокими приоритетами реализуются первыми.

Последовательность шагов разработки определяется заранее до начала их выполнения. На первых шагах детализируются требования для сервисов, затем для их реализации (на последующих шагах) используется один из подходящих способов разработки ПО. В ходе их реализации анализируются и детализируются требования для компонентов, которые будут разрабатываться на более поздних шагах, причем изменение требований для тех компонентов, которые уже находятся в процессе разработки, не допускается.

После завершения шага разработки получаем программный компонент, который передается заказчику для интегрирования в подсистему, реализующую определенный системный сервис. Заказчик может экспериментировать с готовыми подсистемами и компонентами для того, чтобы уточнить требования, предъявляемые к следующим версиям уже готовых компонентов или к компонентам, разрабатываемым на последующих шагах. По завершении очередного шага разработки полученный компонент интегрируется с ранее произведенными компонентами; таким образом, после каждого шага разработки система приобретает все большую функциональную завершенность. Общесистемные функции в этом процессе могут реализоваться сразу или постепенно, по мере разработки необходимых компонентов.

В описываемой модели не предполагается, что на каждом шаге используется один и тот же подход к процессу разработки компонентов. Если создаваемый компонент имеет хорошо разработанную спецификацию, то для его создания можно применить каскадную модель. Если же требования определены нечетко, можно использовать эволюционную модель разработки.

Процесс пошаговой разработки имеет целый ряд достоинств.

1. Заказчику нет необходимости ждать полного завершения разработки системы, чтобы получить о ней представление. Компоненты, полученные на первых шагах разработки, удовлетворяют наиболее критическим требованиям (так как имеют наибольший приоритет) и их можно оценить на самой ранней стадии создания системы.
2. Заказчик может использовать компоненты, полученные на первых шагах разработки, как прототипы и провести с ними эксперименты для уточнения требований к тем компонентам, которые будут разрабатываться позднее.
3. Данный подход уменьшает риск общесистемных ошибок. Хотя в разработке отдельных компонентов возможны ошибки, но эти компоненты должны пройти соответствующее тестирование и аттестацию, прежде чем их передадут заказчику.
4. Поскольку системные сервисы с высоким приоритетом разрабатываются первыми, а все последующие компоненты интегрируются с ними, неизбежно получается так, что наиболее важные подсистемы подвергаются более тщательному всестороннему тестированию и проверке. Это значительно снижает вероятность программных ошибок в особо важных частях системы.

Вместе с тем при реализации пошаговой разработки могут возникнуть определенные проблемы. Компоненты, получаемые на каждом шаге разработки, имеют относительно небольшой размер (обычно не более 20 000 строк кода), но должны реализовать какую-либо системную функцию. Отобразить множество системных требований к компонентам нужного размера довольно сложно. Более того, многие системы должны обладать набором базовых системных свойств, которые реализуются совместно различными частями системы. Поскольку требования детально не определены до тех пор, пока не будут разработаны все компоненты, бывает весьма сложно распределить общесистемные функции по компонентам.

В настоящее время предложен метод так называемого экстремального программирования (extreme programming), который устраняет некоторые недостатки метода пошаговой разработки. Этот метод основан на пошаговой разработке малых программных компонентов, реализующих небольшие функциональные требования, постоянном вовлечении заказчика в процесс разработки и обезличенном программировании. Описан метод экстремального программирования и приведено несколько отчетов о его успешном применении, однако подобные отчеты можно привести для всех основных методов разработки ПО.