Анализ и проектирование

Цель и задачи анализа и проектирования

Цель процесса анализа и проектирования состоит в разработке технических инструкций, предписывающих, как реализовать ПС, удовлетворяющую сформулированным требованиям. Для этого следует хорошо понять требования к ПС и преобразовать их в проект системы, выбрав правильную стратегию реализации. На ранних стадиях процесса должна быть создана устойчивая архитектура, на основе которой можно спроектировать ПС, легкую для понимания, построения и развертывания. Архитектура должна быть согласована со средой реализации с целью удовлетворения требований к производительности, устойчивости, безопасности, расширяемости и тестируемости.

К числу решаемых задач при этом относятся:

· разработка точной архитектуры распределенной программной системы;

· преобразование модели требований в модель проектную разрабатываемой системы;

· адаптация проекта системы к среде реализации с целью повышения производительности разработки;

· выбор механизмов реализации и определение ограничений на реализацию;

· разработка компонентной структуры;

· распределение компонентов по узлам.

Главной задачей анализа является преобразование требований в форму, понятную разработчику, то есть, определение подсистем, компонентов и классов, с помощью которых реализуется требуемое поведение ПС. В основе такого преобразования лежат ВИ, созданные при определении требований к ПС. При этом рассматриваются только функциональные требования и игнорируются нефункциональные.

Проектирование – это уточнение результатов анализа, направленное на оптимизацию с учетом ограничений, накладываемых нефункциональными требованиями, средой реализации и т. д.

Роли

Системный архитектор – руководит работами по анализу и проектированию ПС. Он определяет общую структуру каждого архитектурного представления (см. статью «RUP. Общие сведения»), декомпозицию представлений, группировку элементов и интерфейсы между группами.

Разработчик – проектирует классы и отношения между ними Он определяет, как согласовывать классы со средой реализации.

Разработчик БД – отвечает за проектирование базы данных ПС.

Артефакты

В процессе анализа и проектирования создаются следующие документы:

Модель проектирования – это основная модель ПС. Она описывает подсистемы, пакеты, компоненты, интерфейсы и классы, а также их взаимодействия, обеспечивающие требуемое поведение ПС.

Документ «Архитектура ПС», в котором собраны различные архитектурные представления ПС.

Модель данных – это описание структуры данных, хранимых в БД (например, реляционная модель данных).

Технологический процесс

Упрощенная схема деятельностей, выполняемых в отдельной итерации процесса анализа и проектирования, приведена на рис.2. Выполнение некоторых деятельностей зависит от фазы разработки, что показано в виде комментариев на диаграмме деятельностей.

 

Рис.2 Диаграмма деятельностей, описывающая процесс анализа и проектирования

 

Определение потенциальной архитектуры. Данная деятельность включает архитектурный анализ и анализ ВИ. Определяется первоначальный набор архитектурно значимых элементов и механизмов реализации, выполняется начальное разбиение на уровни, определяется структура системы, выбираются ВИ, которые будут реализовываться в первой итерации фазы развития проекта. В результате создается эскиз архитектуры ПС. На основе анализа архитектурно значимых ВИ определяются основные классы, которые включаются в модель анализа. В модель анализа включаются диаграммы, описывающие взаимодействие основных классов.

Уточнение архитектуры. Деятельность включает определение механизмов проектирования, элементов проекта, объединения существующих элементов проекта, описание архитектуры реального времени (если проектируемая ПС относится к этому классу). В результате выполнения этих работ достигаются следующие цели:

· Обеспечивается переход от анализа к проектированию путем определения из элементов и механизмов анализа элементов и механизмов проектирования;

· Поддерживается целостность и непротиворечивость архитектуры путем интеграции новых элементов проекта, определяемых в текущей итерации, с уже существующими и повторного использования доступных элементов проекта.

· Осуществляется плавный переход от проектирования к реализации;

Анализ поведения. Эта деятельность включает анализ ВИ, определение элементов проекта и обзор проекта. Эта деятельность имеет целью преобразование описаний поведения в виде ВИ в набор элементов проекта (классы, отношения, операции и др.).

Проектирование компонентов. Цели данной деятельности состоят в:

· Определении и уточнении элементов проекта путем подробного описания того, как эти элементы реализуют требуемое поведение.

· Определении и уточнении реализации ВИ на основе новых элементов проекта.

· Контроле и рецензировании проекта по мере его развития.

Проектируются ВИ, подсистемы, классы и компоненты ПС. Точно описываются интерфейсы компонентов и их реализация.

Проектирование БД. Данная деятельность выполняется для проектов, использующих базы данных. Она включает:

· Определение персистентных (постоянно хранимых) классов;

· Проектирование структуры БД для хранения таких классов;

· Определение механизмов и стратегий хранения и доступа к хранимым данным, удовлетворяющих требованиям к производительности и надежности ПС.

Анализ и проектирование связывает управление требованиями и реализацию. В этом технологическом процессе создается модель проектирования. Одно из ее представлений – логическая модель – отражает декомпозицию ПС в набор логических элементов (классы, подсистемы, взаимодействия). Процедурное представление отображает эти элементы в процессы и подпроцессы системы. Представление развертывания отображает эти процессы в набор узлов вычислительного комплекса, на которых они выполняются.

Реализация

Цели процесса реализации

Основные цели процесса можно сформулировать следующим образом:

· Определить структуру кода в виде уровней;

· Реализовать компоненты, классы и объекты;

· Провести блочное тестирование компонент;

· Интегрировать разработки, выполненные отдельными разработчиками, в единую исполняемую систему.

В процесс реализации не включено тестирование всей ПС, для которого в RUP предусмотрен отдельный процесс (см. следующую статью).

Особенности процесса реализации

RUP предполагает поэлементную интеграцию в течение всего жизненного цикла. Это означает, что коды пишутся небольшими блоками, после чего они объединяются в единое целое путем постепенного добавления блоков. Это упрощает процесс локализации ошибок. Предусмотрено два уровня интеграции – интеграция результатов работы группы разработчиков в подсистему и интеграция подсистем в ПС. Интеграция происходит в каждой итерации в соответствии с планом итерации, где определены ВИ, которые проектируются и реализуются в этой итерации. Таким образом, план итерации определяет классы, которые будут реализованы в этой итерации.

В фазе конструирования создается эволюционный прототип системы, который со временем развивается в конечную ПС. Это прототип используется для демонстрации фрагментов ПС заказчику и руководству. По результатам представления прототипа можно получить замечания, которые позволяют уточнить, изменить или дополнить требования к ПС. RUP декларирует возможность создания, помимо эволюционных, поведенческих одноразовых прототипов для проведения определенных исследований, касающихся функциональных возможностей системы.

В RUP декларируется необходимость соответствия модели и программного кода. При этом допускается возможность изменения кода с последующей переработкой модели, которая обеспечивала бы требуемое соответствие. Для этой цели используют инструментальные средства, включающие возможности автоматического реинжиниринга Методика реинжиниринга представлена в статье «Реинжиниринг программных систем».

Роли

Конструктор (кодировщик) разрабатывает компоненты и классы, выполняет блочное тестирование.

Системный интегратор выполняет интеграцию элементов в программные конструкции (систему и подсистемы).

Архитектор определяет структуру реализации (организацию уровней и подсистем).

Рецензент кода проверяет качество программного кода и его соответствие стандартам проекта.

Артефакты

Подсистема реализации - это набор компонент и других подсистем реализации, используемых для образования модели реализации. Это понятие позволяет иерархически представить модель реализации.

Компонент часть программного кода (см. статью «Компонентно-базированная разработка»).

План интеграции документ, определяющий порядок реализации компонентов и подсистем.

Процесс

Создание модели реализации. Эта деятельность выполняется в фазе развития. Целью ее является построение модели реализации, которая позволит наилучшим образом выполнить разработку и кодирование. При этом конечный продукт будет создаваться посредством последовательно укрупняющихся прототипов.

Планирование итерации. Для каждой итерации надо определить, какие подсистемы должны быть реализованы в этой итерации и порядок их интегрирования. За какую подсистему отвечает конкретный конструктор, определяющий порядок реализации классов.

Реализация компонентов. Выполняется написание исходных кодов программ, их компиляция, формирование исполняемого кода и блочное тестирование. Блочное тестирование выполняет сам кодировщик. Это, по сути, автономная отладка разработанных программ. При обнаружении ошибок в исходный код вносятся изменения, после чего указанные действия повторяются. После завершения блочного тестирования проверяется качество исходного кода и его соответствие принятым стандартам проекта.

Интеграция подсистем. Если подсистема разрабатывается группой исполнителей, выполняется интеграция компонентов, разработанных всеми членами группы. Интеграция подсистемы завершается созданием набора программных конструкций подсистемы, каждая из которых тестируется по отдельности.

Интеграция системы. Выполняется интеграция системы путем последовательного добавления в нее новых подсистем, созданных в рамках текущей итерации. Интеграция подсистемы завершается созданием набора программных конструкций подсистемы, каждая из которых тестируется по отдельности. Для тестирования системы в RUP предусмотрен отдельный процесс.

Тестирование

 

Тестирование – это процесс, позволяющий оценить качество производимого продукта. Качественный программный продукт должен отвечать предъявляемым к нему требованиям как функциональным, так и нефункциональным. ПС должна реализовывать все требуемые ВИ и не иметь дефектов – отличий реально существующих свойств или поведения от требуемых. Кроме того, ПС должна обладать свойствами надежности (должны отсутствовать зависания, аварийные отказы и пр.), безопасности, обеспечивать нужную производительность, быть удобной в эксплуатации, расширяемой и т. д. Таким образом, тестирование представляет собой процесс анализа ПС, направленный на выявление дефектов и на оценку свойств ПC.

Цели процесса тестирования

Целью тестирования является оценка качества программного продукта путем

· Проверки взаимодействия компонентов;

· Проверки правильности интеграции компонентов;

· Проверки точности реализации всех требований и выявления дефектов.

Особенности процесса тестирования в RUP

Тестирование – это итеративный процесс, выполняемый во всех фазах жизненного цикла. Работа над тестами начинается с самого начального этапа выявления требований к будущему продукту и тесно интегрируется с текущими задачами. На каждую итерацию определяется цель тестирования и методы ее достижения. В конце каждой итерации определяется, насколько эта цель достигнута, нужны ли дополнительные испытания, не следует ли изменить принципы и инструменты тестирования.

Каждый найденный дефект регистрируется в базе данных проекта с описанием ситуации, в которой он найден. Аналитик определяет, действительно ли это дефект и не является ли он повтором обнаруженного ранее дефекта. Найденному дефекту присваивается приоритет, определяющий важность исправления. Конструктор, ответственный за разработку подсистемы, компоненты или класса, или другой исполнитель, назначенный руководителем, приступает к устранению дефекта. Порядок исправления дефектов регулируется их приоритетами. Тестировщик повторяет выполнение тестов и убеждается (или не убеждается) в устранении дефекта.

Роли

Разработчик тестов отвечает за планирование, разработку и реализацию тестов. Он создает план и модель тестирования, методики испытаний (см. ниже) и выполняет оценку результатов тестирования.

Тестировщик (испытатель) отвечает за выполнение системного тестирования. В его обязанности входит настройка и выполнение тестов, оценки выполнения теста, восстановление после ошибок, регистрация выявленных дефектов.

Артефакты

В процессе тестирования создаются следующие документы:

План тестирования – документ, определяющий стратегию тестирования в каждой итерации. Он содержит описание целей и задач тестирования в текущей итерации, а также стратегий, которые будут использоваться. В плане указывается, какие потребуются ресурсы, и приводится перечень тестов.

Модель тестирования – это представление того, что и как будет тестироваться. Модель включает набор контрольных задач, методик испытания, сценариев испытаний и ожидаемых результатов (test cases), тестовых скриптов и описаний взаимодействий тестов.

· Контрольная задача – набор тестовых данных, условий выполнения тестов и ожидаемых результатов.

· Методика испытаний – документ, содержащий указания по настройке и выполнению контрольных задач, а также по оценке получаемых результатов.

· Сценарий тестирования – это упрощенное описание теста, включая исходные данные, условия и последовательности выполнения действий и ожидаемые результаты.

· Тестовый скрипт является программой, выполняемой при автоматическом тестировании с помощью инструментальных средств тестирования.

· Описание взаимодействия тестов представляет собой диаграмму последовательностей или коопераций, отражающую упорядоченный во времени поток сообщений между компонентами тестов и объектом тестирования.

Результаты тестирования и данные, полученные в процессе выполнения тестов.

Модель рабочей нагрузки используется для моделирования внешних функций, выполняемых конечными пользователями, объемов этих функций и нагрузки, создаваемой этими функциями. Модель предназначается для проведения нагрузочного и/или стрессового тестирования, имитирующего работу системы в реальных условиях.

Дефекты – это описания обнаруженных при проведении тестирования фактов несоответствия системы предъявляемым требованиям. Они представляют собой вид запросов на внесение изменений.

Процесс

Работы по тестированию выполняются в каждой итерации во всех фазах, но цели и задачи в разных фазах проекта существенно различные.

Фаза вхождения в проект. В этой фазе выполняется подготовка к тестированию. Она включает:

· Создание плана тестирования, содержащего требования к тестам и стратегии тестирования. Может создаваться единый план для всех видов тестирования (функциональное, нагрузочное и т. д.) или отдельные планы для каждого вида.

· Анализ объема тестирования.

· Формулирование критериев качества и завершения тестирования.

· Установку и подготовки к работе инструментальных средств тестирования.

· Формулирование требований к проекту разработки ПС, определяемых потребностями тестирования.

Фаза развития. В итерациях этой фазы начинается построение модели тестирования и связанных с ней артефактов. Поскольку в этой фазе уже присутствует модель ВИ можно начинать проектировать сценарии тестирования. В то же время нецелесообразно выполнение тестов, поскольку обычно в этой фазе еще не существует завершенных фрагментов ПС. Выполняются следующие деятельности:

· Создание плана тестирования для каждой итерации.

· Разработка сценариев тестирования.

· Создание заготовок тестовых скриптов.

· Разработка контрольных задач.

· Разработка методики испытаний.

· Разработка модели рабочей нагрузки.

Фаза конструирования. В этой фазе появляются завершенные фрагменты систем и прототипы, которые должны тестироваться. При этом практически в каждой итерации проверяются все модули (как ранее разработанные и протестированные, так и новые, добавленные в текущей итерации). Тесты, примененные в предыдущих итерациях, используются и на последующих для регрессионного тестирования, то есть для проверки того, что ранее реализованная функциональность системы сохранилась в новой итерации. Выполняются следующие деятельности:

· Создание плана тестирования для каждой итерации.

· Уточнение и дополнение модели тестирования.

· Выполнение тестов.

· Описание обнаруженных дефектов.

· Описание результатов тестирования.

· Оценка результатов тестирования.

По результатам тестирования вносятся изменения в программный код с целью устранения выявленных дефектов, после чего тестирование выполняется повторно.

Фаза развертывания. В итерациях этой фазы выполняется тестирование всей ПС как программного продукта. Выполняемые деятельности аналогичны деятельностям предыдущей фазы. Выявление дефектов определяет необходимость внесения изменений и повторного тестирования. Итерационный процесс повторяется до тех пор, пока не будут выполнены критерии завершения тестирования.

Оценка результатов тестирования производится на основе метрик тестирования, позволяющих определить качество тестируемой ПС и самого процесса тестирования.

Инструментальная поддержка

Поскольку итерационный процесс тестирования предусматривает многократное повторение тестов, ручное тестирование становится неэффективным и не позволяет тщательно оценить качество программного продукта. В особенности это касается нагрузочного и стрессового тестирования, где требуется моделировать рабочую нагрузку и накапливается значительный объем данных. Выход состоит в применении инструментальных средств, поддерживающих автоматизацию составления и выполнения тестов.

Процессы поддержки

RUP предусматривает три процесса поддержки:

· Управление проектом;

· Управление конфигурацией;

· Управление средой.

Управление проектом. Цели

Основной целью процесса управления проектом является обеспечение руководства проектом, направленное на успешную сдачу программного продукта. RUP акцентирует внимание на планировании жизненного цикла и отдельных итераций, управлении рисками, наблюдаемости хода проекта и метриках проекта.

Планирование предполагает созданий двух видов планов:

· План фаз – крупномасштабный план проекта, показывающий основные вехи жизненного цикла (даты завершения больших этапов – фаз, выпуска эволюционных прототипов и т. д.) и требуемые ресурсы. Он создается в начале фазы исследования и обновляется по мере необходимости.

· План итераций создается для каждой итерации и предназначается для определения и распределения задач между участниками проекта.

Риском будем называть все то, что может стоять на пути к успеху проекта и на данный момент является неизвестным или неопределенным. Главная идея управления рисками заключается в том, что не нужно пассивно ждать, пока риск станет проблемой, но требуется заблаговременно определять линию поведения. Управление рисками означает определение и оценку рисков, принятие линии поведения, направленной на устранение, снижение вероятности риска, а также выбор действий на случай реализации риска.

Для контроля и управления проектом используются измерения. Они проводятся для того чтобы установить, насколько отдалено текущее состояние проекта от поставленной цели, спланировать работы и определить, как можно повысить эффективность процесса.

Управление проектом. Деятельности

Открытие нового проекта. Эта деятельность выполняется только в первой итерации. Осуществляется инициализация проекта, определяются и оцениваются риски, разрабатывается бизнес-план. Цель – перевод проекта в стадию, когда возможно принятие решения о продолжении или об отказе от проекта.

Оценка области действия проекта и рисков. Целью является пересмотр и уточнение возможностей и характеристик проекта, а также связанных с ним рисков.

Создание плана разработки ПС. Создается план разработки ПС, включающий перечень рисков, планы измерений, управления рисками, разрешения проблем, принятия продукта. Определяется структура и ресурсы проекта. Разрабатывается план фаз проекта.

Планирование итерации. Разрабатывается план очередной итерации, уточняется и корректируется бизнес-план и план разработки ПС. План итерации подробно описывает, что должно произойти за время итерации. Он определяет исполнителей и выполняемые ими работы. При создании плана итерации необходимо:

· Сформулировть объективные критерии успеха итерации. Они будут использоваться при ее оценке;

· Определить конкретные, измеримые артефакты, которые требуется разработать или изменить, а также выполняемые для этого работы;

· Использовать типичную итерационную декомпозицию работ для реальных действий, которые должны быть произведены;

· Использовать смету при определении продолжительности и объема работ для каждого вида деятельности, удерживая все значения в пределах бюджета.

Наблюдение и контроль. Эта деятельность включает распределение работ и создание графика работ, наблюдение за состоянием проекта, обработку исключительных ситуаций, и создание отчета о состоянии. Выполняется обработка предложенных изменений и включение их в график работ текущей или последующих итераций, производится наблюдение за активными рисками, дается оценка прогресса и качества проекта. В RUP постоянно выполняемые оценки состояния проекта являются основой для решения разных проблем и управления рисками проекта. Если команда разработчиков выявила проблему, назначается сотрудник, ответственный за ее разрешение, и определяется дата, когда проблема должна быть разрешена. Ход процесса должен регулярно контролироваться, а обновления должны выполняться по мере необходимости.

Управление итерацией. Целью этой деятельности является получение достаточных для выполнения итерации ресурсов, разделение требуемых работ, оценка результатов итерации.

Завершение фазы. Выполняются работы, завершающие выполнение фазы. Даются ответы на следующие основные вопросы:

· Решены ли все основные проблемы предыдущей итерации?

· Известно ли состояние всех основных артефактов (см. ниже управление конфигурацией)?

· Рассмотрены ли все проблемы развертывания?

При удовлетворительном состоянии проекта выдается разрешение на переход к следующей фазе.

Завершение проекта. Руководитель проекта подготавливает проект к завершению. Готовится заключительная оценка состояния. При успешной сдаче проекта заказчик получает программный продукт в пользование. Высвобождающие ресурсы могут быть перераспределены (использованы в других проектах).

Управление конфигурацией и изменениями. Цели

Целью управления конфигурацией и изменениями является поддержание целостности артефактов с учетом возможности внесения в них изменений в соответствии с запросами на изменения. Этот вспомогательный процесс распространяется на весь жизненный цикл программного продукта и складывается из трех отдельных процессов.