Методы и инструменты инженерии ПО

Методы обеспечивают проектирование, реализацию и выполнение ПО. Они накладывают некоторые ограничения на инженерию ПО в связи с особенностями применения их нотаций и процедур, а также обеспечивают оценку и проверку процессов и продуктов. Инструменты являются программной поддержкой отдельных методов инженерии ПО и обеспечивают автоматизированное выполнение задач процессов ЖЦ.
Область знаний "Методы и инструменты инженерии ПО (Software Engineering Tools and Methods)" состоит из разделов:
· инструменты инженерии ПО (Software Engineering Tools),
· методы инженерии ПО (Software Engineering Methods).
Методы инженерии ПО - это эвристические методы (heuristic methods), формальные методы (formal methods) и методы прототипирования (prototyping methods),.
Эвристические методы включают: структурные методы, основанные на функциональной парадигме; методы, ориентированные на структуры данных, которыми манипулирует ПО; объектно-ориентированные методы, которые рассматривают предметную область как коллекцию объектов, а не функций; методы, ориентированные на конкретную область применения, например, на системы реального времени, безопасности и др.
Формальные методы основаны на формальных спецификациях, анализе, доказательстве и верификации программ. Формальная спецификация записывается на языке, синтаксис и семантика которого определены формально и основаны на математических концепциях (алгебре, теории множеств, логике). Различаются следующие категории формальных методов:
· языки и нотации спецификации (specification languages and notations), ориентированные на модель, свойства и поведение;
· уточнение спецификации (refinement specification) путем трансформации в конечный результат, близкий к конечному исполняемому программному продукту;
· методы доказательства/верификации (verification/proving properties), использующие утверждения (теоремы), пред- и постусловия, которые формально описываются и применяются для установления правильности спецификации программ.
Эти методы применялись в основном в теоретических экспериментах и более 25 лет их практическое применение было ограничено из-за трудоемкости и экономической невыгодности. В 2005 г. проблема верификации приобрела вновь актуальность в связи c разработкой нового международного проекта по верификационному ПО "Целостный автоматизированный набор инструментов для проверки корректности ПС" (идея Т. Хоара, "Открытые системы", 2006, № 6), ставящим следующиеперспективные задачи:
· разработка единой теории построения и анализа программ;
· построение многостороннего интегрированного набора инструментов верификации на всех производственных процессах - разработка формальных спецификаций, их доказательство и проверка правильности, генерация программ и тестовых примеров, уточнение, анализ и оценка;
· создание репозитария формальных спецификаций, верифицированных программных объектов разных типов и видов.
Предполагается, что формальные методы верификации будут охватывать все аспекты создания и проверки правильности программ. Это приведет к созданию мощной верификационной производственной основы и значительному сокращению ошибок в ПО (доказательству и верификации будет посвящена тема 7.)
Методы прототипирования (Prototyping Methods) основаны на прототипировании ПО и подразделяются на:
· стили прототипирования, включающие в себя создание временно используемых прототипов (throwaway), эволюционное прототипирование - превращение прототипа в конечный продукт и разработка исполняемых спецификаций;
· техники оценки/исследования (evaluation) результатов прототипирования.
Инструменты инженерии ПОобеспечивают автоматизированную поддержку процессов разработки ПО и включают множество разных инструментов, охватывающих все процессы ЖЦ.
Инструменты работы с требованиями (Software Requirements Tools) - это:
· инструменты разработки (Requirement Development) управления требованиями (Requirement Management) для анализа, сбора, специфицирования и проверки требований. Например, в модели CMMI Staged на 2-м уровне зрелости находится управлении требованиями, а на 3-м уровне - разработка требований;
· инструменты трассировки требований (Requirement traceability tools) являются неотъемлемой частью работы с требованиями, их функциональное содержание зависит от сложности проектов и уровня зрелости процессов.
Инструменты проектирования (Software Design Tools) - это инструменты для создания ПО с применением базовых нотаций (SADT/IDEF, UML, Microsoft DSL, Oracle и т.п.).
Инструменты конструирования ПО (Software Construction Tools) - это инструменты для производства, трансляции программ и машинного выполнения. К ним относятся:
· редакторы (program editors) для создания и модификации программ, и редакторы "общего назначения" (UNIX и UNIX-подобные среды);
· компиляторы и генераторы кода (compilers and code generators) как самостоятельные средства объединения в интегрированной среде программных компонентов для получения выходного продукта с использованием препроцессоров, сборщиков, загрузчиков и др.;
· интерпретаторы (interpreters) обеспечивают исполнение программ путем эмуляции, предоставляя для исполнения программ контролируемое и наблюдаемое окружение. Наметилась тенденотладчики (debuggers) для проверки правильности описания исходных программ и устранения ошибок;
· интегрированные среды разработки (IDE - integrated developers environment), библиотеки компонент (libraries components), без которых не может проводится процесс разработки ПС, программные платформы (Java, J2EE и Microsoft .NET) и платформа распределенных вычислений (CORBA и WebServices).
Инструменты тестирования (Software Testing Tools) это:
· генераторы тестов (test generators), помогающие в разработке сценариев тестирования;
· средства выполнения тестов (test execution frameworks) обеспечивают выполнение тестовых сценариев и отслеживают поведение объектов тестирования;
· инструменты оценки тестов (test evaluation tools) поддерживают оценку результатов выполнения тестов и степени соответствия поведения тестируемого объекта ожидаемому поведению;
· средства управления тестами (test management tools) обеспечивают инженерию процесса тестирования ПО;
· инструменты анализа производительности (performance analysis tools), количественной ее оценки и оценки поведения программ в процессе выполнения.
Инструменты сопровождения (Software Maintenance Tools) включают в себя:
· инструменты облегчения понимания (comprehension tools) программ, например, различные средства визуализации;
· инструменты реинжинерии (reengineering tools) поддерживают деятельность по реинжинерии и обратной инженерии (reverse engineering) для восстановления (артефактов, спецификация, архитектуры) стареющего ПО и генерации нового продукта.
Инструменты конфигурационного управления (Software Configuration Management Tools) - это:
· инструменты отслеживания (tracking) дефектов;
· инструменты управления версиями;
· инструменты управления сборкой, выпуском версии (конфигурации) продукта его инсталляции.
Инструменты управления инженерной деятельностью (Software Engineering Management Tools) состоят из:
· инструментов планирования и отслеживания проектов, количественной оценки усилий и стоимости работ проекта (Microsoft Project 2003);
· инструментов управления рисками используются для идентификации, мониторинга рисков и оценки нанесенного вреда;
· инструментов количественной оценки свойств ПО путем ведения измерений и расчета окончательного значения надежности и качества.
Инструменты поддержки процессов (Software Engineering Process Tools) разделены на:
· инструменты моделирования и описания моделей ПО (например, UML и его инструменты);
· инструменты управления программными проектами (Microsoft Project 2003);
· инструменты управления конфигурацией для поддержки версий и всех артефактов проекта.
Инструменты обеспечения качества (Software Quality Tools) делятся на две категории:
· инструменты инспектирования для поддержки просмотра (review) и аудита;
· инструменты статического анализа программных артефактов, данных, потоков работ и проверки свойств или артефактов на соответствие заданным характеристикам.
Дополнительные аспекты инструментального обеспечения (Miscellaneous Tool Issues) соответствуют таким аспектам:
· техники интеграции инструментов (платформ, представлений, процессов, данных и управления) для естественного их сочетания в интегрированной среде
· метаинструменты для генерации других инструментов;
· оценка инструментов при их эволюции.