Вступ до інженерії програмного забезпечення - Микола Олександрович Сидоров

Метод - це систематичний процес дослідження, який у контексті інженерії реалізується для дослідження і створення програмного забезпечення.

В інженерії програмного забезпечення доводиться розробляти і описувати в різних аспектах велику і різноманітну кількість компонентів, використовуючи такі засоби:

- описи - техніка і нотації, представлені за допомогою синтаксису, діаграм, таблиць, що використовуються в документуванні програмного забезпечення;

- моделі - математичні структури, що представляють аспекти компонентів програмного забезпечення;

- моделювання - створення моделі та експериментування для отримання інформації про програмне забезпечення.

Вказані засоби використовуються в рамках трьох таких процесів (рис. 4.2):

- аналіз домена (специфікування вимог) - у результаті виконання процесу визначається «що повніша робити» програмна система;

- аналіз вимог - у результаті виконання процесу визначається «що робить» програмна система;

- проектування - у результаті виконання процесу визначається «як робить» програмна система.

Очевидно, що опис і розробку програмного забезпечення не можна виконати в рамках одного методу. Усі використовувані в інженерії програмного забезпечення метоли поділяють на дві групи: загальнонаукові методи і методи інженерії програмного забезпечення.

Рис. 4.2. Процеси програмного забезпечення

Своєю чергою загальнонаукові методи поділяють на три такі групи:

- теоретичні методи - абстрагування, формалізація, аксіоматика, узагальнення;

- емпіричні методи - спостереження, порівняння, контроль, розрахунок, вимірювання, ідентифікація, науковий експеримент;

- емпірико-теоретичні методи - аналіз і синтез, індукція і дедукція, перевірка гіпотез, моделювання.

Теоретичні методи пізнання спрямовані на дослідження абстракт­них об'єктів, їх властивостей і відносин. Ці методи: дають можливість отримувати нові знання про об'єкти і явища шляхом дослідження властивостей абстрактних об'єктів і відносин між ними. Теоретичні методи є найбільш потужним інструментом для прогнозування, створення нових областей знань і служать основою фундаментальних наук. Вони ж лежать в основі багатьох методів інженерії програмного забезпечення,

Емпіричні методи пізнання поділяють па дві групи. Перша - методи якісної оцінки: спостереження, порівняння, контроль. Друга група - кількісної оцінки: розрахунок, ідентифікація, вимірювання і експеримент. Велике значення серед усіх експериментальних ме­тодів пізнання для інженерії програмного забезпечення мас. вимірювання, за допомогою якого отримують кількісну інформацію щодо програмного забезпечення. Наявність вимірювальної інформації про досліджуваний об'єкт дає можливість забезпечити ефек­тивну реалізацію всіх емпіричних методів пізнання - від спостере­ження до експерименту.

Емпірико-теоретичні методи дають змогу досліджувати різні сторони об'єктів і явищ, розчленовуючи їх на складові для деталь­ нішого вивчення. Найповніше отримання додаткової інформації, що міститься в неявному вигляді в результатах, отриманих за допомогою емпіричних методів, забезпечують емпірико-теоретичні методи встановлення ступеня істинності гіпотез, а також складають основу методів проектування нових технічних засобів і технологіч­них процесів, основу технічних наук і методів підвищення продук­тивності праці на виробництві.

Методи інженерії програмного забезпечення можна розглядати в контексті двох доменів: прикладного і реалізаційного (рис. 4.3).

Суть розробки програмного забезпечення полягає в реалізації процесу, який починається з ідентифікації вимог у прикладному домені і закінчується створенням програмного продукту, який від­повідає цим вимогам у реалізаційному домені. На практиці процес розробки має ітераційний характер і кожна ітерація використовує два Види аналізу (рис. 4,4).

Рис. 4.4. Зв'язок доменів і моделей

Перший вид аналізу спрямований на розуміння вимог, а другий - на розуміння того, як програмний продукт повинен задовольняти цю вимогу. Па рис. 4.5 показано як спочатку відрізняються погляди замовника і розробника на одне й те саме питання і як, реалізуючи доменні знання, за допомогою ітерацій «сходиться» розуміння то­го, «що повинно робити» і «що робить» програмне забезпечення.

Рис. 4.5. Розбіжність поглядів замовника та розробника

На рис. 4.5 ∆ показує початкову розбіжність поглядів замовника і розробника на продукцію програмного забезпечення.

Моделі можуть бути дескриптивні і прескриптивні. Дескриптивна модель показує, як програмний продукт повинен «поводитися». Ця модель має бути перетворена в прескриптивну модель, що показує, який програмний продукт «поводитиметься» так, як визначає дескриптивна модель. Мета першої моделі - показати, як програмний продукт відповідатиме вимогам, а мета другої - забезпечити однозначне виконання вимог тими, хто конструюватиме програмний продукт.

Дескриптивні моделі - концептуальні, прескриптивні - формальні. Обидві категорії моделей повинні бути точними і недвозначними. Проте формальні моделі повинні містити додаткові критерії коректності для створюваного програмного продукту. Оскільки мета концептуальної моделі - описувати вимоги, то і якість моделі визначає те, наскільки добре програмні продукти відповідають вимогам прикладного домена. Визначення такої відповідності - процес суб'єктивний і називається валідацією. Якщо формальна модель існує, то основні властивості програмного продукту встановлені і можна встановлювати його коректність відносно до формальної моделі. Процес встановлення коректності називається верифікацією. Таким чином, валідація має справу з проблемою (вимоги), а верифікація з продуктом (реалізація вимог). Очевидно, що для однієї проблеми може бути декілька концептуальних моделей, а для кожної концептуальної - декілька формальних моделей, У цьому сенсі немає кращої реалізації проблеми, а формальні моделі відіграють важливу роль у процесі розробки програмного продукту, оскільки без них не можна визначити коректність проектування і реалізації.

Таким чином, усі методи інженерії програмного забезпечення можна розділити на два типи. Перший тип - проблемно-орієнтовані методи, що забезпечують краще розуміння проблеми і пропонованого рішення. Другий тип - продукто-оріентовані методи, що забезпечують коректну трансформацію формальної специфікації в супроводжувану реалізацію. Очевидно, що можуть бути методи, які забезпечують обидва аспекти процесу розробки. У табл. 4.2 наведено методи інженерії програмного забезпечення.

Таблиця 4.2

Розглянемо ці методи докладніше.

Рівні абстракції (Е. Дейкстра, 1968). Ґрунтуючись на досвіді системи мультипрограмування Т.Н.Е., Дейкстра запропонував розробляти програмне забезпечення за рівнями. Перший низький рівень забезпечує балові сервіси для реалізації наступних, рівнів і ґрунтується на можливостях тієї машини, що реально існує. Кожен наступний рівень використовує сервіси поперед нього. Процес Створення рівнів продовжується до тих пір, доки по буде реалізований найвищий рівень абстракції. Наводиться приклад з управлінням пам'яті. На базовому рівні (машинна мова) відомі канальні команди для обміну даними між різними типами пам'яті.