') if(js>11)d. write('
hotlog_js="1.0";hotlog_d=document; hotlog_n=navigator;hotlog_rn=Math. random(); hotlog_n_n=(hotlog_n. appName. substring(0,3)=="Mic")?0:1; hotlog_r=""+hotlog_rn+"&s=10987&r="+escape(hotlog_d. referrer)+"&pg="+ escape(window. location. href); hotlog_d. cookie="hotlog=1"; hotlog_r+="&c="+(hotlog_d. cookie?"Y":"N"); hotlog_d. cookie="hotlog=1; expires=Thu, 01-Jan-70 00:00:01 GMT" hotlog_js="1.1";hotlog_r+="&j="+(navigator. javaEnabled()?"Y":"N") hotlog_js="1.2";hotlog_s=screen; hotlog_r+="&wh="+hotlog_s. width+'x'+hotlog_s. height+"&px="+((hotlog_n_n==0)? hotlog_s. colorDepth:hotlog_s. pixelDepth) hotlog_js="1.3" hotlog_r+="&js="+hotlog_js; hotlog_d. write("")
79. Инструментальные средства проектирования ИСО
Обзор средств проектирования информационных систем
Цель данного доклада - попытаться описать и обосновать один из возможных подходов к анализу и выбору средств проектирования информационных систем достаточно крупного масштаба (здесь намеренно не используется термин "CASE-средство", поскольку большинство известных CASE-средств в лучшем случае позволяют описать будущие приложения лишь в самом общем виде). Конечный результат выбора ни в коем случае не следует рассматривать как нечто абсолютное, он отражает лишь мнение конкретного коллектива разработчиков, утвердившееся на заданном временном интервале.
Под средствами проектирования информационных систем (СП ИС) будем понимать комплекс инструментальных средств, обеспечивающих в рамках выбранной методологии проектирования поддержку полного жизненного цикла (ЖЦ) ИС, который включает в себя, как правило, стратегическое планирование, анализ, проектирование, реализацию, внедрение и эксплуатацию. Каждый этап характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. При анализе СП их следует рассматривать не локально, а в комплексе, что позволяет реально охарактеризовать их достоинства, недостатки и место в общем технологическом цикле создания ИС.
В общем случае стратегия выбора СП для конкретного применения зависит от следующих факторов:
· характеристик моделируемой предметной области;
· целей, потребностей и ограничений будущего проекта ИС, включая квалификацию участвующих в процессе проектирования специалистов;
· используемой методологии проектирования.
Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности ИС, создаваемых в различных областях экономики. Современные сложные ИС и проекты, обеспечивающие их создание, характеризуются, как правило, следующими особенностями:
· сложность предметной области (достаточно большое количество функций, объектов, атрибутов и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;
· наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов - подсистем, имеющих свои локальные задачи и цели функционирования;
· иерархическую структуру взаимосвязей компонентов, обеспечивающую устойчивость функционирования системы;
· иерархическую совокупность критериев качества функционирования компонентов и ИС в целом, обеспечивающих достижение главной цели - создания и последующего применения системы;
· отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;
· необходимость достаточно длительного сосуществования старых приложений и вновь разрабатываемых БД и приложений;
· наличие потребности как в традиционных приложениях, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, так и в приложениях аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема;
· поддержка одновременной работы достаточно большого количества локальных сетей, связываемых в глобальную сеть масштаба предприятия, и территориально удаленных пользователей;
· функционирование в неоднородной операционной среде на нескольких вычислительных платформах;
· разобщенность и разнородность отдельных микроколлективов разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;
· существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.
· Методология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:
· пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;
· критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;
· нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.
· На выбор СП могут существенно повлиять следующие особенности методологии проектирования:
· ориентация на создание уникального или типового проекта;
· итерационный характер процесса проектирования;
· возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей;
· жесткая дисциплина проектирования и разработки при их коллективном характере;
· необходимость отчуждения проекта от разработчиков и его последующего централизованного сопровождения.
Критерии выбора
Традиционно при обсуждении проблемы выбора СП (в особенности CASE-средств) большое внимание уделялось особенностям реализации той или иной методологии анализа предметной области (E-R, IDEF0, IDEF1Х, Gane/Sarson, Yordon, Barker и др.). Безусловно, богатство изобразительных и описательных средств дает возможность на этапах стратегического планирования и анализа построить наиболее полную и адекватную модель предметной области. С другой стороны, если говорить о конечных результатах - базах данных и приложениях, то обнаруживается, что часть описаний в них практически не отражается, оставаясь чисто декларативной (на выходе мы в любом случае получим описание БД в табличном представлении с минимальным набором ограничений целостности и исполнимый код приложений, большую часть которых составляют экранные формы, не выводимые непосредственно из моделей предметной области). Опытные аналитики и проектировщики всегда с большими или меньшими трудозатратами придут к нужному конечному результату независимо от того, какая конкретно методология или ее разновидность реализована в данном инструменте. Это, конечно, не означает, что методология не важна, напротив, отсутствие или неполнота описательных средств могут с самого начала значительно затруднить работу над проектом. Однако, зачастую на первом плане оказываются другие критерии, невыполнение которых может породить гораздо большие трудности.
Может создаться впечатление, что если можно сформировать необходимую аппаратную платформу из компонентов различных фирм-производителей, то так же просто можно выбрать и скомплексировать разные инструментальные средства, каждое из которых является одним из мировых лидеров в своем классе. Однако в случае инструментальных средств в настоящее время, в отличие от оборудования, отсутствуют международные стандарты на основные свойства конечных продуктов (программ, баз данных и их сопряжение). Однако, поскольку составные части проекта должны быть интегрированы в единый продукт, следовательно, имеет смысл рассматривать не любые, а только сопряженные инструментальные средства, которые в принципе могут быть ориентированы - даже внутри одного класса - на разные методологии; при этом необходимо отбирать в состав комплекса СП средства, поддерживающие по крайней мере близкие методологии, если не одну и ту же.
Исходя из перечисленных выше соображений, примем в качестве основных критериев выбора СП следующие критерии:
Поддержка полного жизненного цикла ИС с обеспечением эволюционности ее развития.
Полный жизненный цикл ИС должен поддерживаться "сквозной" технологической цепочкой средств разработчика, обеспечивающей решение следующих задач:
· обследование и получения формализованных знаний о предметной области (последовательный и логически связный переход от формализованного описания предметной области к ее моделям);
· декомпозиция проекта на составные части и интеграция составных частей;
· проектирование моделей приложений (логики приложений и пользовательских интерфейсов);
· прототипирование приложений;
· проектирование баз данных;
· коллективная, территориально распределенная разработка приложений с использованием различных инструментальных средств (включая их интеграцию, тестирование и отладку);
· разработка распределенных баз данных (с выбором оптимальных вариантов распределения);
· разработка проектной документации с учетом требований проектных стандартов;
· адаптация к различным системно-техническим платформам и СУБД;
· тестирование и испытания;
· сопровождение, внесение изменений и управление версиями и конфигурацией ИС;
· интеграция с существующими разработками (включая реинжиниринг приложений, конвертирование БД);
· администрирование ИС (оптимизация эксплуатационных характеристик);
· управление разработкой и сопровождением ИС (планирование, координация и контроль за ресурсами и ходом выполнения работ);
· прогнозирование и оценка трудоемкости, сроков и стоимости разработки.
Для существующих ИС должен обеспечиваться плавный переход из старой среды эксплуатации в новую с минимальными переделками и поддержкой эксплуатируемых баз данных и приложений, внедренных до начала работ по созданию новой системы.
Обеспечение целостности проекта и контроля за его состоянием.
Данное требование означает наличие единой технологической среды создания, сопровождения и развития ИС, а также целостность базы проектных данных (репозитория). Единая технологическая среда должна обеспечиваться за счет использования единственной CASE-системы для поддержки моделей ИС, а также за счет наличия программно-технологических интерфейсов между отдельными инструментальными средствами, сертифицированных и поддерживаемых фирмами - разработчиками соответствующих средств. В частности, интерфейс между CASE-системой и средствами разработки приложений должен выполнять две основные функции: а) непосредственный переход в рамках единой среды от описания логики приложения, реализованного CASE-системой, к разработке пользовательского интерфейса (экранных форм); б) перенос описания БД из репозитория CASE-системы в репозиторий средства разработки приложений и обратно. Вся информация о проекте должна автоматически помещаться в базу проектных данных, при этом должны поддерживаться согласованность, непротиворечивость, полнота и минимальная избыточность проекта, а также корректность операций его редактирования. Это может быть достигнуто при условии исключения или существенного ограничения возможности актуализации репозитория различными средствами. Должны также обеспечиваться возможности для централизованного сбора, хранения и распределения информации между различными этапами проекта, группами разработчиков и выполняемыми операциями. Поддержка базы проектных данных может быть реализована собственными средствами СП или средствами целевой СУБД (второй вариант предпочтительнее, поскольку упрощается технология ведения репозитория).
Невыполнение требования целостности в условиях разобщенности разработчиков и временной протяженности крупного проекта может означать утрату контроля за его состоянием.
Независимость от программно-аппаратной платформы и СУБД.
Требование определяется неоднородностью среды функционирования ИС. Такая независимость может иметь две составляющих: независимость среды разработки и независимость среды эксплуатации приложений. Она обеспечивается за счет наличия совместимых версий СП для различных платформ и драйверов соответствующих сетевых протоколов, менеджеров транзакций и СУБД.
Один из дополнительных факторов, который при этом следует учитывать - это способ взаимодействия с СУБД (прямой или через ODBC), поскольку использование ODBC может заметно ухудшить производительность и надежность интерфейса.
Поддержка одновременной работы групп разработчиков.
Развитые СП должны обладать возможностями разделения полномочий персонала разработчиков и объединения отдельных работ в общий проект. Должна обеспечиваться одновременная работа проектировщиков БД и разработчиков приложений (разработчики приложений в такой ситуации могут начинать работу с базой данных, не дожидаясь полного завершения ее проектирования CASE-средствами). При этом все группы специалистов должны быть обеспечены адекватным инструментарием, а внесение изменений в проект различными разработчиками должно быть согласованным и корректным. Каждый разработчик должен иметь возможность работы со своим личным репозиторием, являющимся фрагментом или копией общего репозитория. Должны обеспечиваться содержательная интеграция всех изменений, вносимых разработчиками, в общем репозитории, одновременная доступность для разработчика общего и личного репозиториев и простота переноса объектов между ними.
Помимо перечисленных основных критериев, предварительный анализ при выборе СП должен учитывать следующие аспекты:
Возможность разработки приложений "клиент-сервер" требуемой конфигурации.
Подразумевается сочетание наличия развитой графической среды разработки приложений (многооконность, разнообразие стандартных графических объектов, разнообразие используемых шрифтов и т. д.) с возможностью декомпозиции (partitioning) приложения на "клиентскую" часть, реализующую пользовательский экранный интерфейс и "серверную" часть. При этом должна обеспечиваться возможность перемещения отдельных компонентов приложения между "клиентом" и "сервером" на наиболее подходящую платформу, обеспечивающую максимальную эффективность функционирования приложения в целом, а также возможность использования сервера приложений (менеджера транзакций).
Открытая архитектура и возможности экспорта/импорта.
Открытая и общедоступная информация об используемых форматах данных и прикладных программных интерфейсах должна позволять интегрировать инструментальные средства третьих фирм и относительно безболезненно переходить от одной системы к другой. Возможности экспорта/импорта означают, что спецификации, полученные на этапах анализа, проектирования и реализации для одной ИС, могут быть использованы для проектирования другой ИС. Повторное проектирование и реализация могут быть обеспечены при помощи средств экспорта/импорта спецификаций в различные СП.
Качество технической поддержки в России, стоимость приобретения и поддержки, опыт успешного использования.
Имеется в виду наличие квалифицированных дистрибьюторов и консультантов, быстрота обслуживания пользователей, высокое качество технической поддержки и обучения продукту и методологии его применения для больших коллективов разработчиков (наличие сведений о практике использования системы, качество документации, укомплектованность примерами и обучающими курсами, наличие прототипных проектов). Затраты на обучение новым технологиям значительны, однако потери от использования современных сложных технологий необученными специалистами могут оказаться значительно выше.
Кроме того, фирмы-поставщики инструментальных средств должны быть устойчивыми, так как технология выбирается не на один год, а также должны обеспечивать хорошую поддержку на территории России (горячая линия, консультации, обучение, консалтинг), возможно, через дистрибьюторов.
Что касается стоимости, следует учитывать возможность получения бесплатной пробной лицензии (trial license), стоимость лицензии на одно рабочее место СП, скидки, предоставляемые фирмой в случае приобретения большого количества лицензий, необходимость приобретения run-time версий для эксплуатации приложений и т. д. В то же время стоимость продукта должна рассматриваться не сама по себе, а с учетом ее соответствия возможностям продукта.
Простота использования.
Учитываются следующие характеристики:
· доступность пользовательского интерфейса;
· время, необходимое для обучения;
· простота инсталляции;
· качество документации.
Обеспечение качества проектной документации.
Это требование относится к возможностям СП анализировать и проверять описания и документацию на полноту и непротиворечивость, а также на соответствие принятым в данной методологии стандартам и правилам (включая ГОСТ, ЕСПД). В результате анализа должна формироваться информация, указывающая на имеющиеся противоречия или неполноту в проектной документации. Должна быть также обеспечена возможность создавать новые формы документов, определяемые пользователями.
Использование общепринятых, стандартных нотаций и соглашений.
Для того, чтобы проект мог выполняться разными коллективами разработчиков, необходимо использование стандартных методов моделирования и стандартных нотаций, которые должны быть оформлены в виде нормативов до начала процесса проектирования. Несоблюдение данного требования ставит разработчиков в зависимость от фирмы-производителя данного средства, делает затруднительным формальный контроль корректности используемых нотаций и снижает возможности привлечения дополнительных коллективов разработчиков, поскольку число специалистов, знакомых с данным методом (нотацией) может быть ограниченным.
В идеальном случае (что, конечно же, далеко не всегда возможно) окончательный выбор может быть произведен по результатам тестирования в соответствии с заданным планом, которое должно включать имитацию проектирования реальной БД и разработки приложений и состоять из следующих шагов:
установка и конфигурирование (ясность и точность инструкций по установке, наличие подсказок в процессе установки, возможность установки по выбору и задания многопользовательской конфигурации);
разработка концептуальной схемы БД (понятность и простота построения, модификации и документирования различных элементов диаграмм "сущность-связь", отображение ограничений ссылочной целостности и бизнес - правил, управление режимом отображения);
формирование отчета о концептуальной схеме (список сущностей с определениями и атрибутами, включая указание ключей, список атрибутов, сгруппированных по сущностям, список связей между сущностями, возможность форматирования отчета, составления отчета по выделенной части схемы, передачи отчета, например, в другие приложения (текстовые процессоры));
разработка графической схемы БД для конкретной СУБД с учетом специфичных для нее структур данных и ограничений (выбор целевой СУБД и реализация элементов схемы - ввод и модификация имен таблиц и столбцов, определение типов данных, доменов, индексов, значений по умолчанию и неопределенных значений, порядка индексирования, а также задание ограничений ссылочной целостности и дополнительных бизнес-правил, характеризующих предметную область, управление триггерами и хранимыми процедурами);
формирование отчета о схеме БД (печать диаграммы схемы, списка таблиц с соответствующими столбцами, первичными ключами, индексами и т. д., возможность форматирования отчета, составления отчета по выделенной части схемы, передачи отчета в другие приложения);
генерация схемы БД (трансформация схемы БД в файл DDL в текстовом формате или непосредственный интерфейс с целевой СУБД);
разработка простейшего приложения (описание экранных форм, программирование или описание логики приложения и интерфейса с БД, загрузка БД тестовыми данными и тестирование приложения);
сопровождение схем БД (внесение изменений - создание новых сущностей и атрибутов, изменение схемы БД, повторная генерация схемы, управление версиями, обеспечение сохранности данных, синхронизация концептуальной схемы и самой БД);
обратное проектирование - реинжиниринг (полное и точное восстановление исходной концептуальной схемы по файлам DDL или непосредственно из словаря целевой СУБД).
В результате выполненного анализа может оказаться, что ни одно доступное средство не удовлетворяет в нужной мере всем основным критериям и не покрывает все потребности проекта. В этом случае может применяться набор средств, позволяющий построить на их базе единую технологическую среду.
Анализ средств проектирования информационных систем
Современные СП могут быть разделены на две большие категории. Первую составляют CASE - системы (как независимые (upper CASE), так и интегрированные с СУБД), обеспечивающие проектирование БД и приложений в комплексе с интегрированными средствами разработки приложений "клиент-сервер" (например, Westmount I-CASE+Uniface, Designer/2000+Developer/2000). Их основное достоинство заключается в том, что они позволяют разрабатывать всю ИС целиком (функциональные спецификации, логику процессов, интерфейс с пользователем и базу данных), оставаясь в одной технологической среде. Инструменты этой категории, как правило, обладают существенной сложностью, широкой сферой применения и высокой гибкостью.
Вторую категорию составляют собственно средства проектирования БД, реализующие ту или иную методологию, как правило, "сущность-связь" ("entity-relationship") и рассматриваемые в комплексе со средствами разработки приложений. К средствам этой категории можно отнести такие, как SILVERRUN+JAM, ERwin/ERX+PowerBuilder и др.
Помимо указанных категорий, СП можно классифицировать по следующим признакам:
степени интегрированности: (отдельные локальные средства, набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС и полностью интегрированные средства, связанные общей базой проектных данных - репозиторием);
применяемым методологиям и моделям систем и БД;
степени интегрированности с СУБД;
степени открытости;
доступным платформам.
В разряд СП попадают как относительно дешевые системы для персональных компьютеров (ПК) с весьма ограниченными возможностями, так и дорогостоящие системы для неоднородных вычислительных платформ и операционных сред. Так, современный рынок программных средств насчитывает около 300 различных CASE-систем, наиболее мощные из которых так или иначе используются практически всеми ведущими западными фирмами.
Применение СП требует от потенциальных пользователей специальной подготовки и обучения. Опыт показывает, что внедрение СП осуществляется медленно, однако по мере приобретения практических навыков и общей культуры проектирования эффективность применения этих средств резко возрастает, причем наибольшая потребность в использовании СП испытывается на начальных этапах разработки, а именно на этапах анализа и спецификации требований. Это объясняется тем, что цена ошибок, допущенных на начальных этапах, на несколько порядков превышает цену ошибок, выявленных на более поздних этапах разработки.
На сегодняшний день Российский рынок программного обеспечения располагает следующими наиболее развитыми СП:
Westmount I-CASE;
Uniface;
Designer/2000+Developer/2000 (ORACLE);
SILVERRUN+JAM;
ERwin/ERX+PowerBuilder.
Приведенный список не претендует на полноту. Кроме того, на рынке постоянно появляются как новые (для отечественных пользователей) системы, так и новые версии и модификации перечисленных систем (например, CASE/4/0, System Architect и т. д.).
Некоторое представление о возможностях наиболее развитых СП может дать краткая характеристика следующих программных продуктов:
Westmount I-CASE 3.2 (CADRE Technologies Inc.)
Westmount I-CASE представляет собой интегрированный программный продукт, обеспечивающий выполнение следующих функций:
графическое проектирование архитектуры системы (проектирование состава и связи вычислительных средств, распределения задач системы между вычислительными средствами, моделирование отношений типа "клиент - сервер", анализ использования мониторов транзакций и особенностей функционирования систем в реальном времени);
проектирование диаграмм потоков данных, "сущность-связь", структур данных, структурных схем программ и последовательностей экранных форм;
генерация кода программ на 4GL целевой СУБД с полным обеспечением программной среды и генерация SQL-кода для создания таблиц БД, индексов, ограничений целостности и хранимых процедур;
программирование на языке C со встроенным SQL;
управление версиями и конфигурацией проекта;
генерация проектной документации по стандартным и индивидуальным шаблонам;
экспорт и импорт данных проекта в формате CDIF.
Westmount I-CASE можно использовать в конфигурации "клиент-сервер", при этом база проектных данных может располагаться на сервере, а рабочие места разработчиков могут быть клиентами.
Westmount I-CASE функционирует на всех основных UNIX-платформах и VMS. В качестве целевой СУБД могут использоваться ORACLE, Informix, Sybase и Ingres.
В качестве отдельного продукта поставляется интерфейс Westmount-Uniface Bridge, обеспечивающий совместное использование двух систем в рамках единой технологической среды проектирования (при этом схемы БД, структурные схемы программ и последовательности экранных форм непосредственно в режиме on-line, без создания каких-либо файлов экспорта- импорта, переносятся в репозиторий Uniface, и, наоборот, прикладные модели, сформированные средствами Uniface, могут быть перенесены в репозиторий Westmount I-CASE. Возможные рассогласования между репозиториями двух систем устраняются с помощью специальной утилиты).
В рамках версии Westmount I-CASE 4.0 предполагается обеспечить возможность функционирования клиентской части в среде Windows 95, а серверной - в среде Windows NT.
Uniface (Compuware)
Uniface 6.1 представляет собой среду разработки крупномасштабных приложений "клиент-сервер" и имеет следующую компонентную архитектуру:
Application Objects Repository (репозиторий объектов приложений) содержит метаданные, автоматически используемые всеми остальными компонентами на протяжении жизненного цикла ИС.
Application Model Manager поддерживает прикладные модели, каждая из которых представляет собой подмножество общей схемы БД с точки зрения данного приложения.
Rapid Application Builder - средство быстрого создания экранных форм и отчетов на базе объектов прикладной модели. Оно включает графический редактор форм, средства прототипирования, отладки, тестирования и документирования. Реализован интерфейс с разнообразными типами оконных элементов управления (Open Widget Interface) для существующих графических систем - MS Windows (включая VBX), Motif, OS/2.
Developer Services (службы разработчика) - используются для поддержки крупных проектов и реализуют контроль версий, права доступа, глобальные модификации и т. д. Это обеспечивает разработчиков средствами параллельного проекти-рования, входного и выходного контроля, поиска, просмотра, поддержки и выдачи отчетов по данным системы контроля версий.
Deployment Manager (управление распространением приложений) - средства, позволяющие подготовить созданное приложение для распространения, установить и сопровождать его (при этом платформа пользователя может отличаться от платформы разработчика). В их состав входят сетевые драйверы и драйверы СУБД, сервер приложений (полисервер), средства распространения приложений и управления базами данных. Uniface поддерживает интерфейс практически со всеми известными программно - аппаратными платформами, СУБД, CASE-средствами, сетевыми протоколами и менеджерами транзакций.
Personal Series (персональные средства) - используются для создания сложных запросов и отчетов в графической форме, а также для переноса данных в такие системы, как WinWord и Excel.
В качестве примера можно привести результаты предварительного анализа перечисленных выше СП, которые сведены в краткую таблицу характеристик, приведенную ниже.
Таблица характеристик СП СП West-mount I-CASE + Uniface Designer/2000+Developer/2000 SILVER-RUN + JAM ERwin/ERX + PowerBuilder
Поддержка полного жизненного цикла ИС + + + +
Обеспечение целостности проекта + + - -
Независимость от платформы +
(ORACLE, Informix, Sybase, Ingres и др., dbf-файлы) -
(целевая СУБД - только ORACLE) +
(ORACLE, Informix, Sybase, Ingres и др.) +
(ORACLE, Informix, Sybase, поддержка ODBC)
Одновременная групповая разработка БД и приложений + -
*) -
*) -
*)
*) разработчики приложений могут начинать работу с базой данных только после завершения ее проектирования.
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что из перечисленных СП только комплекс Westmount I-CASE+Uniface наиболее полно удовлетворяет всем критериям, принятым в качестве основных. Так, например, в комплексе Westmount I-CASE+Uniface целостность базы проектных данных и единая технология сквозного проектирования ИС обеспечивается за счет использования интерфейса Westmount-Uniface Bridge. Следует отметить, что каждый из двух продуктов сам по себе является одним из наиболее мощных в своем классе.
Таким образом, наиболее развитыми средствами разработки крупномасштабных ИС на сегодняшний день является, по мнению автора, комплекс Westmount I-CASE+Uniface. С другой стороны, его применение не исключает использования в том же самом проекте таких средств, как PowerBuilder, для разработки сравнительно небольших прикладных систем в среде MS Windows.
Методологии разработки программного обеспечения
Часть 2. Экстремальное программирование
Наверное, каждый проектировщик или аналитик хотя бы раз в жизни сталкивался с заказчиком, стремящимся получить свой проект как можно дешевле и вдобавок в максимально сжатые сроки. Но если стоимость проекта — вполне реальный предмет торга, то вести переговоры о корректировке сроков сдачи проекта куда сложнее. Нетерпеливых клиентов сегодня становится все больше и больше, что объясняется и состоянием современного динамичного рынка, и падающим уровнем доверия между исполнителями и заказчиками, и поведением инвесторов, у которых аппетит приходит во время еды (при наличии более или менее работающей версии продукта деньги на дальнейшую разработку дают намного охотнее), и т. д. В связи с этим классические методологии разработки (при которых долгий цикл собственно проектирования и сбора информации, когда клиент вкладывает значительные средства, а реального результата довольно долго не получает) вступают в весьма жесткое противоречие с интересами нетерпеливого заказчика. Все это и дало толчок развитию альтернативных методологий проектирования в двух основных направлениях: повышение доверия заказчика путем предоставления реальных доказательств успешно развивающегося процесса разработки и резкое сокращение сроков разработки продукта. Группа таких методологий получила название «активное программирование».
Ускоренная и совместная разработка приложений
ак правило, конечные пользователи и представители руководства компании-заказчика полагают, что процесс проектирования не увенчался успехом, если отсутствуют реальные готовые компоненты. Зачастую заказчик настаивает на досрочном проведении этапа реализации проекта, чтобы как можно быстрее получить конкретный результат и продемонстрировать его. В таком случае существует большой соблазн выбрать ускоренную разработку приложений (УРП) или совместную разработку приложений (СРП). Подобные методы предусматривают разработку рабочего прототипа с последующей демонстрацией его пользователям, которые отмечают, что им нравится, а что нет. После этого проектировщик дорабатывает прототип с учетом сделанных замечаний, а затем снова демонстрирует то, что получилось. Процесс повторяется до тех пор, пока пользователи не будут удовлетворены тем, что они видят, а прототип не станет рабочим приложением. Обычно устанавливаются лимит времени и количество итераций, ибо в противном случае пользователи будут бесконечно требовать новых совершенствований прототипа. Теоретически это позволяет получить именно ту систему, которая необходима пользователям.
Итак, здесь мы наблюдаем итеративную модель разработки с очень короткими циклами спирали в обоих случаях. И в том и в другом методе сокращено время, затрачиваемое на начальные этапы проектирования: стратегию (либо опускается вообще, либо сливается с анализом), анализ (в большинстве случаев ограничивается первичной выборкой информации и анализом форм — как правило, отчетов, по которым и пытаются восстановить структуру функций системы), проектирование (нацелено на как можно более быстрое получение первичного прототипа). Результатом разработки является прототип, который затем подлежит промышленной реализации. В данном случае тестирование производится при активном участии заказчика, либо заказчик становится тестером (в лучшем случае бета-тестером).
На практике подобный подход к разработке приложений сопряжен с проблемами, перечисленными ниже:
• Все внимание сконцентрировано на экранных формах, а все, что касается правил обработки данных и системных функций, остается за кадром. Существует искушение начать работу с отчетов, в то время как отчет является не стартовым, а производным продуктом информационной системы.
• Пользователи полагают, что если вариант прототипа согласован, то модуль готов. На самом деле это может быть всего лишь картинка с набором «заглушек» для вызовов системных функций и взаимодействия с другими модулями.
• Модули проектируются изолированно друг от друга. Следствием этого являются противоречия модулей, дублирование функций и данных, что может быть выявлено только при тестировании комплекса модулей.
• Функциональные возможности наращиваются параллельно в нескольких направлениях, поэтому структура хранилища данных должна контролироваться. При УРП схема базы данных напоминает свалку, где таблицы лепятся на скорую руку, а результат — набор противоречивых и дублирующихся данных.
• Документация при использовании метода УРП, как правило, отсутствует по двум причинам: не хватает времени и создается иллюзия, что пользователь способен без документов поняв суть происходящего. Когда же приложение начинает работать не так, как ожидал пользователь, возникают проблемы.
• Способы обработки исключительных ситуаций оказываются различными для разных модулей.
• Возникает проблема интеграции модулей: целостной системы, как правило, не получается, потому что изначально она проектировалась как набор компонентов, которые впоследствии были наспех связаны между собой.
• Контроль качества продукта вступает в жесткое противоречие со сроками разработки проекта, в результате чего стадии тестирования и внедрения очередной версии продукта практически сливаются и переносятся непосредственно на полигон заказчика. Понятно, что в этом случае происходит с заказчиком, который крайне недоволен качеством продукта; иными словами, сор из избы выносится абсолютно не вовремя.
Возникает вопрос: можно ли решить подобные проблемы и каким образом? Ведь так хочется получить проект максимально быстро! В какой-то мере экстремальное программирование (eXtreme Programming, XP) можно считать эволюцией, а возможно, и революцией в сфере более молодых методологий активного программирования. Подойдет ли данная методология конкретно для вашего коллектива разработчиков — решать вам и только вам, поскольку, например, далеко не все приходят в восторг от экстремальных видов спорта.
Экстремальное программирование
Принципы XP и используемые методы ускорения разработки
Отцом-идеологом экстремального программирования считают Кента Бека (Kent Beck). XP является достаточно молодой методологией, оценки которой весьма противоречивы — от восторженных до резко негативных. Основными принципами являются:
• Простота решений (simplicity).
• Интенсивная разработка малыми группами (не больше 10 человек), активное общение в группе и между группами (communication).
• Обратная связь с клиентом (feedback), который фактически вовлечен в процесс разработки.
• Достаточная степень смелости (courage) и желание идти на риск.
Первый фактор ускорения разработки — итеративность: разработка ведется короткими итерациями при наличии активной взаимосвязи с заказчиком. XP — это итеративный процесс разработки, который сам по себе не является революционным. Итерации как таковые предлагается делать короткими, рекомендуемая длительность — 2-3 недели и не более 1 месяца. За одну итерацию группа программистов обязана реализовать несколько свойств системы, каждое из которых описывается в пользовательской истории (user story). Пользовательские истории в данном случае являются начальной информацией, на основании которой создается модуль. Пользовательские истории отличаются от прецедентов (use case): пользовательская история коротка — 1-2 абзаца, тогда как прецеденты обычно пишут достаточно подробными, с основным и альтернативными потоками — таким образом, получается примерно страница плюс схема (наиболее распространенная формализация в настоящее время предложена в UML); истории пользователей пишутся самими пользователями (которые в XP являются частью команды) в отличие от прецедентов, которые обычно пишет системный аналитик. Отсутствие формализации описания входных данных проекта в XP стремятся компенсировать посредством активного включения в процесс разработки заказчика как полноправного члена команды и за счет наличия постоянного контакта с заказчиком (активное общение и непрерывная поддержка обратной связи). В данном случае extreme — это степень привлечения заказчика к программистской кухне, что обусловлено стремлением сжать сроки разработки за счет коммуникации и обратной связи.
Второй фактор ускорения разработки продукта — наличие малых групп и парное программирование (когда два программиста вместе создают код на одном общем рабочем месте). Все это нацелено на достижение высокого уровня общения в группе, а также на как можно более раннее обнаружение проблем (как ошибок, так и срыва сроков). Парное программирование преследует цель стабилизации проекта, так как при данной методологии высок риск потери кода по причине ухода программиста, не выдержавшего интенсивного графика работы. В этом случае второй программист из пары играет роль «наследника» кода (что в классических методиках реализуется в технической документации). Немаловажно и то, как именно распределены группы в рабочем пространстве — в XP используется открытое рабочее пространство, которое предполагает быстрый и свободный доступ всех ко всем; как правило, рабочее пространство строится на основе круга.
Третий фактор ускорения разработки процесса — принятие первого наипростейшего рабочего решения. В данном случае экстремальность метода связана с высокой степенью риска решения, обусловленного поверхностностью анализа и жестким временным графиком. Реализуется минимальный набор главных функций системы на первой и каждой последующей итерации; функциональность расширяется на каждой итерации.
Практики
Обычно XP характеризуют набором из 12 действий (практик), которые необходимо выполнять для достижения хорошего результата. Практики XP не определяют сам процесс XP, но XP определяет эти практики — то есть выполнение практик не гарантирует результата. Ни одна из практик не является принципиально новой, но в XP они собраны вместе.
• Планирование процесса (planning game). Вся команда собирается вместе, принимается коллективное решение о том, какие свойства системы будут реализованы в ближайшей итерации. Набор свойств определяется пользовательскими историями. XP-трудоемкость каждого свойства определяется самими программистами.
• Тесное взаимодействие с заказчиком (feed-back, on-site customer). Заказчик должен быть членом XP-команды (on-site customer). Он пишет пользовательские истории, выбирает истории, которые будут реализованы в конкретной итерации, и отвечает на вопросы, касающиеся бизнеса. Заказчик должен быть экспертом в автоматизируемой предметной области. Необходимо постоянное наличие обратной связи с заказчиком (feed-back).
• Метафора системы (system metaphor). Хорошая метафора системы означает простоту именования классов и переменных. В реальной жизни поиск метафоры — крайне сложное занятие; найти хорошую метафору непросто. В любом случае команда должна иметь единые правила именования.
• Простая архитектура (simple design). Любое свойство системы должно быть реализовано как можно проще. Программисты в XP-команде работают под девизом: «Ничего лишнего!». Принимается первое наипростейшее работающее решение, реализуется необходимый уровень функциональности на данный момент. Тем самым экономится время программиста.
• Стандарты кодирования (coding conventions). Стандарты кодирования нужны для обеспечения других практик: коллективного владения кодом, парного программирования и рефакторинга. Без единого стандарта выполнять эти практики как минимум сложнее, а в реальности вообще невозможно: группа будет работать в режиме постоянной нехватки времени. Детальные стандарты не требуются, необходимо стандартизировать только важные вещи. Определение наиболее важных объектов стандартизации в XP субъективно.
• Рефакторинг (refactoring). Рефакторинг — это оптимизация существующего кода в сторону упрощения, что предусматривает постоянную работу по упрощению кода. Сохраняя код прозрачным и определяя его элементы всего один раз, программисты сокращают число ошибок, которые впоследствии придется устранять. При реализации каждого нового свойства системы программист должен подумать над тем, можно ли упростить существующий код и как это поможет реализовать новое свойство. Кроме того, нельзя совмещать рефакторинг с дизайном: если создается новый код, рефакторинг надо отложить.
• Парное программирование (pair programming) — одна из самых известных XP-практик. Все программисты должны работать в парах: один пишет код, другой смотрит. Таким образом, необходимо размещать группу программистов в одном месте, что легче всего сделать на территории заказчика (все необходимые члены команды географически находятся в одном месте); XP наиболее успешно работает в нераспределенных коллективах программистов и пользователей.
• 40-часовая рабочая неделя. Программист не должен работать более 8 часов в день. Необходимость сверхурочной работы (overtime) — это четкий индикатор проблемы на данном конкретном направлении разработки; к тому же заказчик не платит за сверхурочную работу в XP. Поиск причин сверхурочной работы и их скорейшее устранение — одно из основных правил.
• Коллективное владение кодом (collective code ownership). Каждый программист в коллективе XP должен иметь доступ к коду любой части системы и вносить изменения в любой код. Обязательное правило: если программист внес изменения и система после этого работает некорректно, то именно этот программист должен исправить ошибки. В противном случае работа системы уподобится тотальному хаосу.
• Частая смена версий (small releases). Минимальная итерация — один день, максимальная — месяц; чем чаще осуществляются релизы, тем больше недостатков системы будет выявлено. Первые релизы помогают выявить недостатки на самых ранних стадиях, далее функциональность системы расширяется (на основании тех же пользовательских историй). Поскольку пользователь включается в процесс разработки начиная с первого релиза, то он оценивает систему и выдает пользовательскую историю плюс feedback. На основании этого определяется следующая итерация: каким будет новый релиз. В XP все направлено на обеспечение непрерывной обратной связи с пользователями.
• Непрерывная интеграция (continuous integration). Интеграция новых частей системы должна происходить как можно чаще, как минимум раз в несколько часов. Основное правило интеграции следующее: интеграцию можно производить, если все тесты проходят успешно. Если тесты не проходят, то программист должен либо внести исправления и тогда интегрировать составные части системы, либо вообще не интегрировать их. Правило это жесткое и однозначное — если в созданной части системы имеется хотя бы одна ошибка, то интеграцию производить нельзя. Частая интеграция позволяет быстрее получить готовую систему, вместо того чтобы тратить на сборку неделю.
• Тестирование (testing). В отличие от большинства остальных методологий тестирование в XP — одно из важнейших составляющих. Экстремальный подход заключается в том, что тесты пишутся до написания кода. Каждый модуль обязан иметь unit test — тест данного модуля; таким образом, в XP осуществляется regression testing (возвратное тестирование, «неухудшение качества» при добавлении функциональности). Большинство ошибок исправляются на стадии кодирования. Тесты пишут сами программисты; любой программист имеет право написать тест для любого модуля. Еще один важный принцип: тест определяет код, а не наоборот (такой подход носит название test-driven development), то есть кусок кода кладется в хранилище тогда и только тогда, когда все тесты прошли успешно, в противном случае данное изменение кода отвергается.
Итак, XP крайне пренебрежительно относится ко всем артефактам процесса разработки, кроме исходного кода. Процесс XP является в высшей степени неформальным, но требует высокого уровня самодисциплины. Если это правило не выполняется, то XP мгновенно превращается в хаотичный и неконтролируемый процесс. XP не требует от программистов написания множества отчетов и построения массы моделей. В XP каждый программист считается квалифицированным работником, который профессионально и с большой ответственностью относится к своим обязанностям. Если в команде этого нет, то внедрять XP абсолютно бессмысленно — лучше для начала заняться перестройкой команды. Риск разработки снижается только в команде, которой XP подходит идеально, во всех остальных случаях XP — это процесс разработки с наиболее высокой степенью риска, поскольку другие методы снижения коммерческих рисков, кроме банального человеческого фактора, в XP просто отсутствуют.
Существующие риски применения методологии
Следует выделить риски XP, способные завалить проект, если не учитывать и не предотвращать их.
• Этап планирования (planning game). Программисты реализуют только те функции, которые необходимы для возможностей, выбранных на данной итерации заказчиком. В результате такого решения за кадром остается развитие системы, вследствие чего при разработке возникает необходимость строить «заглушки» и переписывать код.
• Постоянное участие заказчика (on-site customer). Представитель заказчика в период работы над системой находится в команде разработчиков, причем требования к квалификации этого человека или команды весьма высоки. Если заказчик не согласился предоставить персонал уровня экспертов, то проект попадает в группу наиболее высокого риска.
• Метафора (metaphor). Общий вид системы определяется при помощи метафоры или набора метафор, над которыми совместно работают заказчик и программисты. Если не ведется журнал данного процесса и структура наименований не стандартизована, то такой процесс может оказаться бесконечно итерационным.
• Простая архитектура (simple design). В каждый момент времени разрабатываемая система выполняет все тесты и поддерживает все взаимосвязи, определяемые программистом, не имеет дубликатов кода и содержит минимально возможное количество классов и методов. Это правило кратко можно выразить так: «Каждую мысль формулируй один и только один раз». Данный принцип вступает в противоречие с быстротой написания кода. Без наличия высокой самодисциплины и жестких стандартов кода система немедленно попадает в группу риска.
• Частая смена версий (small releases). Систему запускают в эксплуатацию уже через несколько месяцев после начала реализации, не дожидаясь окончательного разрешения всех поставленных проблем. Периодичность выпуска новых версий может варьироваться от ежедневной до ежемесячной. Протестировать за такой срок более-менее сложный компонент невозможно; заказчик фактически выступает в роли бета-тестера. Системы, к которым предъявляется требование непрерывной надежной работы (так называемое требование 24Ѕ7), входят в группу риска.
• Переработка системы (refactoring). Архитектура системы постоянно эволюционирует. Текущий проект трансформируется, при этом гарантируется правильное выполнение всех тестов. Экстремальное программирование исходит из того, что переделать часть системы всегда можно, причем без особых затрат. Однако практика довольно часто свидетельствует об обратном.
• Непрерывная интеграция (continuous integration). Новый код интегрируется в существующую систему не позднее чем через несколько часов. После этого система вновь собирается в единое целое и прогоняются все тесты. Если хотя бы один из них не выполняется корректно, внесенные изменения отменяются. В данном случае не всегда понятно, кто именно будет исправлять ошибки, причем не только локальные, но и наведенные неправильным кодом. Проведение комплексных тестов на данном этапе не предполагается; кроме того, изменения сохраняются даже в том случае, когда ошибка обнаружена.
• Программирование в паре (pair programming). Весь код проекта пишут группы по два человека, использующих одно рабочее место. Человеческий фактор в данном случае играет определяющую роль: пара или работает или нет, третьего не дано.
• 40-часовая неделя (40-hour weeks). Объем сверхурочных работ не может превышать по длительности одну рабочую неделю. Даже отдельные случаи сверхурочных работ, повторяющиеся слишком часто, служат признаком серьезных проблем, которые требуют безотлагательного решения. Как показывает практика применения экстремального программирования (несмотря на целый ряд положительных примеров, приводимых сторонниками данного метода), сверхурочная работа при таком подходе — это правило, а не исключение, и борьба с проблемами в данном случае — явление постоянное. Усиливается она в период замены текущей сырой версии продукта очередной — менее сырой. Если заказчик не получает постоянных доказательств улучшения системы, значит, у вас возникли серьезные проблемы.
• Коллективное владение (collective ownership). Каждый программист имеет возможность при необходимости в любое время усовершенствовать любую часть кода в системе. Без стандарта контроля исходного кода процесс разработки приобретает абсолютно неконтролируемый характер.
• Открытое рабочее пространство (open workspace). Команда разработчиков располагается в большом помещении, окруженном комнатами меньшей площади. В центре рабочего пространства устанавливаются компьютеры, на которых работают пары программистов (причем в соответствии с вышеизложенными принципами, все это должно располагаться на территории заказчика, поскольку он весьма активно привлекается к процессу разработки). При наличии территориально распределенной группы разработчиков и заказчиков проект требует стандартизации протокола взаимодействия (быстро, надежно, безотказно) или попадает в группу риска.
• Тесты (tests). Программисты постоянно пишут тесты для модулей (unit tests). Собранные вместе, эти тесты должны работать корректно. Для этапов итерации заказчики пишут функциональные тесты (functional tests), от которых также требуется правильная работа. Однако на практике это не всегда достижимо. Чтобы принять верное решение, необходимо понять, во что обойдется сдача системы с заранее известным дефектом, и сравнить это с ценой задержки на его устранение. Тесты, написанные самими программистами (особенно в условиях сверхурочных работ), не являются полнофункциональными и уж тем более не учитывают особенностей многопользовательской работы. На более продвинутые тесты у разработчиков обычно не хватает времени. Решается данная проблема путем привлечения на определенный срок контакторов, что связано с большой ролью человеческого фактора: поскольку техническая документация изначально отсутствует, то информация передается посредством общения программистов. Хотя, конечно, можно построить систему разработки таким образом, что от начала до конца всем будут заниматься одни и те же люди. К сказанному необходимо добавить, что тестирование системы вовсе не исчерпывается тестами компонентов (units); не менее важны тесты взаимодействия между ними, это же относится и к тестам надежности работы. И тем не менее метод экстремального программирования не предусматривает создания тестов данного класса. Это объясняется тем, что сами подобные тесты могут представлять достаточно сложный код (особенно это касается тестов — имитаторов реальной работы системы). В данной технологии также никак не учитывается еще один важный класс тестов — тесты поведения системы при росте объемов обрабатываемой информации. При высокой частоте изменения версий выполнить такой тест технологически невозможно, поскольку его проведение требует стабильного и неизменного кода проекта, например в течение недели. В таком случае придется или приостанавливать разработку компонентов, или создавать на время проведения теста параллельную версию проекта, которая будет сохраняться неизменной, тогда как другая при этом будет изменяться. Затем нужно будет выполнить процесс слияния кода. Но в этом случае тест придется создавать заново, так как методы экстремального программирования просто не предусматривают разработку средств, позволяющих прогнозировать поведение системы при тех или иных изменениях. Решать данные проблемы в XP предлагается посредством все того же человеческого фактора и самодисциплины.
• Не более чем правила (just rules). Члены коллектива, работающего по технологии экстремального программирования, обязуются выполнять изложенные правила. Однако это не более чем правила, и команда может в любой момент изменить их, если ее члены достигнут принципиального соглашения по поводу внесенных изменений. Данный принцип серьезно зависит от человеческого фактора; нарушение дисциплины разработки влечет за собой срывы сроков и в результате ведет к краху проекта.
В итоге мы получаем метод, потенциально обладающий высокой адаптацией к серьезно и часто изменяющимся требованиям к проекту, но в то же время не свободный от ряда принципиальных недостатков и в очень высокой степени зависимый от человеческого фактора.
Таким образом, результат применения метода экстремального программирования может получиться либо экстремально хорошим, либо экстремально плохим.
"; My+=""; My+="";Md. write(My);//-->
