Проектирование ПО (Software design)

Проектирование ПО – процесс определения архитектуры, компонентов, интерфейсов, других характеристик системы и конечного результата.

Область знаний «Проектирование ПО (Software Design)» состоит из следующих разделов:

– базовые концепции проектирования ПО (Software Design Basic Concepts),

– ключевые вопросы проектирования ПО (Key Issue in Software Design),

– структура и архитектура ПО (Software Structure and Architecture),

– анализ и оценка качества проектирования ПО (Software Design Quality Analysis and Evaluation),

– нотации проектирования ПО (Software Design Notations),

– стратегия и методы проектирования ПО (Software Design Strategies and Methods).

К базовым концепциям проектирования ПОотносятся процессы ЖЦ (стандарт ISO/IEC 12207), процесс проектирования архитектуры с использованием разных принципов (объектного, компонентного и др.) и техник: абстракции, декомпозиции, инкапсуляции и др. Автоматизируемая система декомпозируется на отдельные компоненты, выбираются необходимые артефакты (нотации, методы и др.) программной инженерии и строится архитектура ПО.

К ключевым вопросам проектирования ПОотносятся: декомпозиция на функциональные компоненты для независимого и параллельного их выполнения, принципы распределения компонентов в среде выполнения и их взаимодействие между собой, механизмы обеспечения качества и живучести системы и др.

При проектировании структуры ПО используется архитектурный стиль проектирования, основанный на определении основных элементов структуры – подсистем, компонентов и связей между ними.

Архитектура проекта – высокоуровневое представление структуры, задаваемое с помощью паттернов, компонентов и их идентификация. Описание архитектуры содержит описание логики отдельных компонентов системы, достаточное для проведения работ по кодированию, и связей между ними. Существуют и другие виды структур, основанные на проектировании образцов, шаблонов, семействе программ и их каркасов.

Паттерн – это конструктивный элемент ПО, который задает взаимодействие объектов (компонентов) проектируемой системы, определение ролей и ответственности исполнителей. Основным языком задания этого элемента является UML.

Паттерн может быть: структурным, в котором определяются типовые композиции структур из объектов и классов диаграммами классов, объектов, связей и др.; поведенческим, определяющим схемы взаимодействия классов объектов и их поведение диаграммами активностей, взаимодействия, потоков управления и др.; креативным, отображающим типовые схемы распределения ролей экземпляров объектов диаграммами взаимодействия, кооперации и др.

Анализ и оценка качества проектирования ПО включает мероприятия по анализу сформулированных в требованиях атрибутов качества, оценки различных аспектов ПО – размера и структуры ПО, функций и качества проектирования с помощью формальных метрик (функционально-ориентированных, структурных и объектно-ориентированных), а также проведения качественного анализа результатов проектирования путем статического анализа, моделирования и прототипирования.

Нотации проектирования позволяют представить артефакты ПО и его структуру, а также поведение системы. Существует два типа нотаций: структурные, поведенческие и множество различных их представлений.

Структурные нотации являются графическими, они используются для представления структурных аспектов проектирования, компонентов и их взаимосвязей, элементов архитектуры и их интерфейсов. К ним относятся формальные языки спецификаций и проектирования: ADL (Architecture Description Language), UML (Unified Modeling Language), ERD (Entity–Relation Diagrams), IDL (Interface Description Language), классы и объекты, компоненты и классы (CRC Cards), Use Case Driven и др. Нотации включают языки описания архитектуры и интерфейса, диаграммы классов и объектов, диаграммы сущность-связь, компонентов, развертывания, а также структурные диаграммы и схемы.

Поведенческие нотации отражают динамический аспект поведения систем и их компонентов. Таким нотациям соответствуют диаграммы: Data Flow, Decision Tables, Activity, Colloboration, Pre-Post Conditions, Sequence, таблицы принятия решений, формальные языки спецификации, языки проектирования PDL и др.

Стратегия и методы проектирования ПО. Данный раздел знаний представляет различные стратегии и методы, которые используются при проектировании. К общим стратегиям относятся: снизу-вверх, сверху–вниз, абстракции, паттерны и др. Функционально–ориентированные (структурные) методы базируются на структурном анализе, структурных картах, Dataflow-диаграммах и др. Они ориентированы на идентификацию функций и их уточнение сверху–вниз, после чего проводится разработка диаграмм потоков данных и описание процессов. В обьектно–ориентированном проектировании ключевую роль играет наследование, полиморфизм и инкапсуляция, а также абстрактные структуры данных и отображение объектов [30] Подходы, ориентированные на структуры данных, базируются на методе Джексона (Jackson) [8] и используются для задания входных и выходных данных структурными диаграммами.

Компонентное проектирование ориентировано на использование и интеграцию компонентов (особенно компонентов повторного использования) и на их интерфейс, обеспечивающий взаимодействие компонентов; является базисом других видов программирования, в том числе сервисно-ориентированного, в котором группы компонентов обеспечивают функциональный сервис. К другим методам относятся: формальные, точные и трансформационные методы, а также UML для моделирования архитектурных решений с помощью диаграмм [31].

Таким образом,предложенные в данной области знаний подходы, стратегии и методы проектирования ПО, средства распределения и взаимодействия компонентов в разных средах являются основными при разработке проекта с применением разных элементов (шаблонов, сценариев, диаграмм и др.) и стилей проектирования структуры ПО, а также мероприятий по проведению анализа полученных на этапе проектирования атрибутов качества ПО.