Место верификации среди процессов разработки программного обеспечения

1.1. Понятие верификации

Верификация - это процесс определения, выполняют ли программные средства и их компоненты требования, наложенные на них в последовательных этапах жизненного цикла разрабатываемой программной системы.

Основная цель верификации состоит в подтверждении того, что программное обеспечение соответствует требованиям. Дополнительной целью является выявление и регистрация дефектов и ошибок, которые внесены во время разработки или модификации программы.

Верификация является неотъемлемой частью работ при коллективной разработке программных систем. При этом в задачи верификации включается контроль результатов одних разработчиков при передаче их в качестве исходных данных другим разработчикам.

Для повышения эффективности использования человеческих ресурсов при разработке верификация должна быть тесно интегрирована с процессами проектирования, разработки и сопровождения программной системы.

Заранее разграничим понятия верификации и отладки. Оба этих процесса направлены на уменьшение ошибок в конечном программном продукте, однако отладка - процесс, направленный на локализацию и устранение ошибок в системе, а верификация - процесс, направленный на демонстрацию наличия ошибок и условий их возникновения.

Кроме того, верификация, в отличие от отладки - контролируемый и управляемый процесс. Верификация включает в себя анализ причин возникновения ошибок и последствий, которые вызовет их исправление, планирование процессов поиска ошибок и их исправления, оценку полученных результатов. Все это позволяет говорить о верификации как о процессе обеспечения заранее заданного уровня качества создаваемой программной системы.

1.2. Жизненный цикл разработки программного обеспечения

Коллективная разработка, в отличие от индивидуальной, требует четкого планирования работ и их распределения во время создания программной системы. Один из способов организации работ состоит в разбиении процесса разработки на отдельные последовательные стадии, после полного прохождения которых получается конечный продукт или его часть. Такие стадии называют жизненным циклом разработки программной системы. Как правило, жизненный цикл начинается с формирования общего представления о разрабатываемой системе и его формализации в виде требований верхнего уровня. Завершается жизненный цикл разработки вводом системы в эксплуатацию. Однако, нужно понимать, что разработка - только один из процессов, связанных с программной системой, которая также имеет свой жизненный цикл. В отличие от жизненного цикла разработки системы, жизненный цикл самой системы заканчивается выводом ее из эксплуатации и прекращением ее использования.

Жизненный цикл программного обеспечения - совокупность итерационных процедур, связанных с последовательным изменением состояния программного обеспечения от формирования исходных требований к нему до окончания его эксплуатации конечным пользователем.

В контексте данного курса практически не будут затрагиваться такие этапы жизненного цикла, как системная интеграция и сопровождение. Для целей курса достаточно ограничиться упрощенным представлением, что после реализации кода и доказательства его соответствия требованиям разработка ПО завершается.

1.3. Модели жизненного цикла

Любой этап жизненного цикла имеет четко определенные критерии начала и окончания. Состав этапов жизненного цикла, а также критерии, в конечном итоге определяющие последовательность этапов жизненного цикла, определяется коллективом разработчиков и/или заказчиком. В настоящее время существует несколько основных моделей жизненного цикла, которые могут быть адаптированы под реальную разработку.

1.3.1. Каскадный жизненный цикл

Каскадный жизненный цикл (иногда называемый водопадным) основан на постепенном увеличении степени детализации описания всей разрабатываемой системы. Каждое повышение степени детализации определяет переход к следующему состоянию разработки (Рис. 1.1).

увеличить изображение
Рис. 1.1. Каскадная модель жизненного цикла

На первом этапе составляется концептуальная структура системы, описываются общие принципы ее построения, правила взаимодействия с окружающим миром, - определяются системные требования.

На втором этапе по системным требованиям составляются требования к программному обеспечению - здесь основное внимание уделяется функциональности программной компоненты, программным интерфейсам. Естественно, все программные комплексы выполняются на какой-либо аппаратной платформе. Если в ходе проекта требуется также разработка аппаратной компоненты, параллельно с требованиями к программному обеспечению идет подготовка требований к аппаратному обеспечению.

На третьем этапе на основе требований к программному обеспечению составляется детальная спецификация архитектуры системы - описываются разбиение системы по конкретным модулям, интерфейсы между ними, заголовки отдельных функций и т.п.

На четвертом этапе пишется программный код, соответствующий детальной спецификации, на пятом этапе выполняется тестирование - проверка соответствия программного кода требованиям, определенным на предыдущих этапах.

Особенность каскадного жизненного цикла состоит в том, что переход к следующему этапу происходит только тогда, когда полностью завершены все работы предыдущего этапа. То есть сначала полностью готовятся все требования к системе, затем по ним полностью готовятся все требования к программному обеспечению, полностью разрабатывается архитектура системы и так далее до тестирования.

Естественно, что в случае достаточно больших систем такой подход себя не оправдывает. Работа на каждом этапе занимает значительное время, а внесение изменений в первичные документы либо невозможно, либо вызывает лавинообразные изменения на всех других этапах.

Как правило, используется модификация каскадной модели, допускающая возврат на любой из ранее выполненных этапов. При этом фактически возникает дополнительная процедура принятия решения.

Действительно если тесты обнаружили несоответствие реализации требованиям, то причина может крыться: (а) в неправильном тесте, (б) в ошибке кодирования (реализации), (в) в неверной архитектуре системы, (г) в некорректности требований к программному обеспечению и т.д. Все эти случаи требуют анализа, для того чтобы принять решение о том, на какой этап жизненного цикла надо возвратиться для устранения обнаруженного несоответствия.

1.3.2. V-образный жизненный цикл

В качестве своеобразной "работы над ошибками" классической каскадной модели стала применяться модель жизненного цикла, содержащая процессы двух видов - основные процессы разработки, аналогичные процессам каскадной модели, и процессы верификации, представляющие собой цепь обратной связи по отношению к основным процессам (Рис. 1.2).

Рис. 1.2. V-образный жизненный цикл

Таким образом, в конце каждого этапа жизненного цикла разработки, а зачастую и в процессе выполнения этапа, осуществляется проверка взаимной корректности требований различных уровней. Данная модель позволяет более оперативно проверять корректность разработки, однако, как и в каскадной модели, предполагается, что на каждом этапе разрабатываются документы, описывающие поведение всей системы в целом.