• Инструменты управления рисками. Эти средства используются для идентификации, оценки ожиданий и мониторинга рисков.
• Инструменты количественной оценки. Эти инструменты ведения измерений помогают в выполнении работ, связанных с программой количественной оценки, проводимой в отношении проектов программного обеспечения.
Функциональные аспекты управления инженерной деятельностью достаточно детально представлены в области знаний SWEBOK “Управление программной инженерией” (Software Engineering Management).
1.8 Инструменты поддержки процессов (Software Engineering Process Tools)
В описании этой темы в текущей версии SWEBOK наблюдается противоречие между кратким делением на категории инструментов и их более детальным определением. Скорее всего, такая несогласованность связана, в первую очередь, с отсутствием достигнутого консенсуса в этой области. Базируясь на обеих классификациях, упомянутых в SWEBOK, хотелость бы отметить несколько типов инструментов из “смежных” областей, имеющих особое значение в поддержке процессов программной инженерии:
• Инструменты моделирования, позволяющие, в частности, описать и модель процессов, как таковую.
• Инструменты управления проектами.
• Инструменты конфигурационного управления, поддерживающие работу с актуальными версиями всего комплекса артефактов проекта и, что не менее важно, позволяющие задать поведенческие характеристики (в упрощенном понимании - workflow) и атрибуты этих артефактов в форме элементов конфигураций.
• Ролевые платформы разработки программного обеспечения, охватывающие все стадии жизненного цикла и, на сегодняшний день, являющиеся развитием интегрированных средств разработки и CASE-инструментов в направлении поддержки “смежной” функциональности - управления требованиями, работ по конфигурационному управлению с поддержкой управления изменениями, тестирования и оценки качества.
Первые три вида инструментов в такой классификации позволяют описать применяемые процессы программной инженерии. Четвертый класс - “супер-интегрированные среды разработки”, называемые сегодня ролевыми платформами разработки, обеспечивают поддержку заданных процессов, описанных, например, в виде соответствующих правил на уровне глубоко интегрированных в такие среды инструментов конфигурационного управления.
1.9 Инструменты обеспечения качества (Software Quality Tools)
Средства обеспечения качества делятся на две категории:
• Инструменты инспектирования. Эти средства используются для поддержки обзора (review) и аудита.
• Инструменты (статического) анализа. Эти средства используются для анализа программных артефактов, данных, потоков работ и зависимостей. Такие инструменты предназначены для проверки определенных свойств или артефактов, в целом, на соответствие <заданным характеристиками
1.10 Дополнительные аспекты инструментального обеспечения (Miscellaneous Tool Issues)
Эта тема охватывает вопросы, касающиеся всех классов инструментов. Создателями SWEBOK идентифицированы три категории таких аспектов:
• Техники интеграции инструментов. Эти техники важны для естественного использования сочетания различных инструментов. Типичные виды интеграции инструментов включают платформы, представление, процессы, данные и управление.
• Мета-инструменты. Такие средства генерируют другие инструменты. Например, классическим примером мета-инструмента является компилятор компиляторов.
• Оценка инструментов. Данная тема представляется достаточно важной в силу постоянной эволюции инструментов программной инженерии.
2. Методы программной инженерии (Software Engineering Methods)
Данная секция (подобласть) разделена на три темы: эвристические методы (heuristic methods), касающиеся неформализованных подходов; формальные методы (formal methods), обоснованные математически; методы прототипирования (prototyping methods), базирующиеся на различных формах прототипирования. Эти три темы не являются изолированными <друг от друга>, скорее они выделены исходя из их значимости и на основе определенных достаточно явных индивидуальных особенностей. Например, объектно-ориентированный подход может включать формальные техники и использовать прототипирование для проверки и аттестации. Так же как и инструменты, методы программной инженерии постоянно эволюционируют. Именно поэтому, в описании данной области знаний авторы SWEBOK постарались избежать, насколько это возможно, упоминания любых конкретных методологий.
2.1 Эвристические методы (Heuristic Methods)
Эта тема содержит четыре категории методов: структурные, ориентированные на данные, объектно-ориентированные и ориентированные на область применения.
• Структурные методы (structured methods). При таком подходе системы строится с функциональной точки зрения, начиная с высокоуровневого понимания поведения системы с постепенным уточнением низко-уровневых деталей. (такой подход, иногда, также называют “проектированием сверху-вниз”)
• Методы, ориентированные на данные (data-oriented methods). Отправной точкой такого подхода являются структуры данных, которыми манипулирует создаваемое программное обеспечение. Функции в этом случае являются вторичными.
• Объектно-ориентированные методы (object-oriented methods). Система при таком подходе рассматривается как коллекция объектов, а не функций.
• Методы, ориентированные на конкретную область применения (domain-specific methods). Такие специализированные методы разрабатываются с учетом специфики решаемых задач, например, систем реального времени, безопасности <жизнедеятельности> (safety) и защищенности <от несанкционированного доступа> (security).
2.2 Формальные методы (Formal Methods)
Эта тема касается математических (строгих) методов программной инженерии.
К сожалению, SWEBOK не дает здесь какого-либо определения формальных методов, поэтому, хотелось бы привести в данном контексте характеристику, данную им одним из классиков программной инженерии - Ианом Соммервиллем [Соммервилл, 2002, стр. 188]: “Термин формальные методы подразумевает ряд операций, в состав которых входит создание формальной спецификации системы, анализ и доказательство спецификаций, реализация системы на основе преобразования формальной спецификации в программы и верификация программ. Все эти действия зависят от формальной спецификации программного обеспечения. Формальная спецификация - это системная спецификация, записанная на языке, словарь, синтаксис и семантика которого определены формально. Необходимость формального определения языка предполагает, что этот язык основывается на математических концепциях. Здесь используется область математики, которая называется дискретной математикой и основывается на алгебре, теории множеств и алгебре логики.”
Эти методы можно классифицировать в виде следующих категорий:
• Языки и нотации специфицирования (specification languages and notations). Языки спецификаций могут быть ориентированы на модель, свойства и поведение. По мнению автора, ярким примером такого рода методов являются формальные методы описания требований, интерес к которым периодически возникает на протяжении всей истории программной инженерии.
• Уточнение (refinement). Данные подходы связаны с уточнением (трансформацией) превращения спецификаций в конечный результат, максимально близкий желаемому. В качестве результата применения таких методов рассматривается конечный - исполнимый программный продукт.
• Подтверждение/доказательство (verification/proving properties). Этот подход основывается на строгом доказательстве точности <любых> характеристик <исходных предпосылок и получаемого продукта> с использованием теорем и проверки точности моделей.
История программной инженерии показала, что в области разработки прикладных систем, обоснованность (в частности, в силу трудоемкости) применения формальных методов не подтверждается на практике, за исключением случаев “скрытого” (неявного для разработчиков) применения определенных формальных методов на уровне внутренней реализации конкретных инструментов программной инженерии, например, в средствах моделирования и проектирования. Иан Соммервилл дает такую характеристику формальным методам [Соммервилл, 2002, стр. 188]: “Традиционные технические дисциплины ... обычно легко адаптируют математические методы. Однако инженерия программного обеспечения не идет таким путем. Хотя прошло более 25 лет исследований по использованию математических методов в процессе создания ПО, воздействие этих методов все же ограничено. Так называемые формальны методы ... широко не используются. Многие компании, разрабатывающие ПО, не считают экономически выгодным применение этих методов в процессе разработки.”
2.3 Методы прототипирования (Prototyping Methods)
Эта тема охватывает методы, основанные на прототипировании программного обеспечения. Они разделены на три категории:
• Стили прототипирования. Идентифицированы следующие подходы, касающиеся стилей прототипирования - создание временно используемых прототипов (throwaway), эволюционное прототипирование (в подавляющем большинстве случаев предполагает превращение прототипа в конечный продукт) и разработка исполняемых спецификаций (часто основывается как на формальных методах).
• Техники оценки/исследования (evaluation) <результатов> прототипирования. Эти аспекты касаются того, как именно будут использованы результаты создания прототипа (например, будет ли он трансформирован в продукт, создается он для оценки нагрузочных способностей и других аспектов масштабируемости и т.п.).
Лекция 11. Программная инженерия
Качество программного обеспечения (Software Quality)
Лекция базируется на IEEE Guide to the Software Engineering Body of Knowledge - SWEBOK®, 2004. Содержит перевод описания области знаний SWEBOK® “Software Quality”, с комментариями и замечаниями.
"Основы программной инженерии" разработаны на базе IEEE Guide to SWEBOK® 2004 в соответствии с IEEE SWEBOK 2004 Oopyright and Reprint Permissions: "This document may be copied, in whole or in part, in any form or by any means, as is, or with alterations provided that (1) alterations are clearly marked as alterations and (2) this copyright notice is included unmodified in any copy."
Программная инженерия
Качество программного обеспечения (Software Quality)
Что такое качество и почему оно должно быть столь глубоко представлено (в виде самостоятельной области знаний) в SWEBOK? На протяжении многих лет отдельные авторы и целые организации определяли термин “качество” по-разному. Фил Кросби (Phil Crosby) в 1979 году дал определение качеству как “соответствие пользовательским требованиям”. Уотс Хемпфри (Watts Hamphrey, оригинальный автор концепции модели оценки зрелости CMM, а также PSP и TSP - People Software Process и Team Software Process) описывает качество как “достижение отличного уровня пригодности к использованию”. Компания IBM, в свою очередь, ввела в оборот фразу “качество, управляемое рыночными потребностями” (“market-driven quality”). Критерий Бэлдриджа (Baldrige) для организационного качества (см. NIST - National Institute of Standards and Technology, “Baldrige National Quality Program”, http://www.quality.nist.gov) использует похожую фразу - “качество, задаваемое потребителем” (“customer-driven quality”), рассматривая удовлетворение потребителя в качестве главного соображения в отношении качества. Чаще, понятие качества используется в соответствии с определением системы менеджмента качества ISO 9001 как “степень соответствия присущих характеристик требованиям” (именно так это сформулировано в официальном переводе ИСО 9000-2000 "Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь).
Эти взгляды перекликаются и с предлагаемым в этом переводе термином “приемлемое качество”, определяемым не только уровнем запросов конечных потребителей в отношении параметров создаваемого продукта, но и заданным контекстом/ограничениями проекта. Это не значит, что “приемлемое качество” противопоставляется “качеству, диктуемому заказчиком”. Конечно, не стоит и проводить параллель “приемлемого качества” с “продуктом второй свежести”. Введение категории “приемлемости” в отношении качества является лишь прагматичным взглядом на желаемую степень совершенства создаваемого продукта (услуги), способную удовлетворить пользователей и достижимую в рамках заданных проектных ограничений. Интересно, что и сама “степень приемлемости” также выступает в роли ограничения проекта, а в приложении к индустрии программного обеспечения представлена практически во всех областях проектной деятельности - от управления требованиями (“атрибуты качества” как категория нефункциональных требований), до тестирования (т.н. наработка на отказ, такие метрики как MTTF - Mean Time To Failure, то есть среднее время между обнаруженными сбоями системы, и т.п. ). В какой-то степени, “приемлемое качество” можно сравнивать с уровнем обслуживания в рамках заданного SLA - Service Level Agreement, давно уже принятого на вооружение в телекоммуникационной индустрии. Таким образом, приемлемое качество может рассматриваться как количественно выраженный> компромисс между заказчиком и исполнителем в отношении характеристик продукта, создаваемого исполнителем в интересах <решения задач> заказчика с учетом других ограничений проекта (в частности, стоимостью, что часто именуется как “cost of quality” - “стоимость качества”). Можно сказать, что такой взгляд может в какой-то степени рассматриваться как расширение определения ISO 9001 с учетом достигнутого компромисса между заказчиком и исполнителем (поставщиком) в отношении характеристик качества.
Данная глава (область знаний) рассматривает вопросы качества программного обеспечения, выходя за рамки <отдельных> процессов жизненного цикла. Качество программного обеспечения является постоянным объектом заботы программной инженерии и обсуждается во многих областях знаний (что вполне обосновано, если учесть поистине катастрофический уровень проваленных проектов и неудовлетворенность пользователей программных продуктов, ставшая притчей во языцех для программной индустрии). В общем случае, SWEBOK описывает ряд путей достижения качества программного обеспечения. В частности, эта область знаний касается статических техник, не требующих выполнения оцениваемых программных систем, в отличие от динамических техник, рассмотренных в области знаний SWEBOK “Тестирование”.
Качество
программного
обеспечения
Рисунок 1. Область знаний “Качество программного обеспечения” [SWEBOK, 2004, с.10-2, рис. 1]
1. Основы качества программного обеспечения (Software Quality Fundamentals)
Согласие, достигнутое по требованиями к качеству (в оригинале - quality requirements), наравне с четким доведением до инженеров того, что составляет качество <получаемого продукта>, требуют обсуждения и формального определения многих аспектов качества.
Инженеры должны понимать смысл, вкладываемый в концепцию качества, характеристики и значение качества в отношении разрабатываемого или сопровождаемого программного обеспечения.
Важной идеей является то, что программные требования определяют требуемые характеристики качества программного обеспечения, а также влияют на методы количественной оценки и сформулированные для оценки этих характеристик <соответствующие> критерии приемки.
1.1 Культура и этика программной инженерии (Software Engineering Culture and Ethics)
Ожидается, что инженеры по программному обеспечению воспринимают вопросы качества программного обеспечения как часть своей <профессиональной> культуры. SWEBOK дает ссылки на источники, описывающие здоровую культуру программной инженерии.
Этические аспекты могут играть значительную роль в обеспечении качества программного обеспечения, культуре и отношении инженеров <к своей работе>. IEEE Computer Society и ACM разработали кодекс этики (“моральный кодекс” - code of ethics) и профессиональной практики, основанный на восьми принципах, помогающих инженерам укрепить их отношение к качеству и независимость <в решении вопросов обеспечения достойного качества создаваемых программных продуктов> в их повседневной работе.
1.2 Значение и стоимость качества (Value and Costs of Quality)
Понятие “качество”, на самом деле, не столь очевидно и просто, как это может показаться на первый взгляд. Для любого инженерного продукта существует множество <интерпретаций> качества, в зависимости от конкретной “системы координат” (в оригинале - “перспективы”). Множество этих точек зрения необходимо обсудить и определить на этапе выработки требований к программному продукту. Характеристики качества могут требоваться в той или иной степени, могут отсутствовать или могут задавать определенные требования, все это может быть результатом определенного компромисса (что вполне перекликается с пониманием “приемлемого качества”, как менее жесткой точки зрения на обеспечение качества, как достижение совершенства).
Стоимость качества (cost of quality) может быть дифференцирована на стоимость предупреждения <дефектов> (prevention cost), стоимость оценки (appraisal cost), стоимость внутренних (internal failure cost), а также внешних сбоев (external failure cost).
Движущей силой программных проектов является желание создать программное обеспечение, обладающее определенной ценностью (значимое для решения определенных задач или достижения целей). Ценность программного обеспечения в может выражаться в форме стоимости, а может и нет. Заказчик, обычно, имеет свое представление о максимальных стоимостных вложениях, возврат которых ожидается в случае достижения основных целей создания программного обеспечения. Заказчик может, также, иметь определенные ожидания в отношении качества ПО. Иногда, заказчики не задумываются о вопросах качества и связанной с ними стоимостью. Является ли характеристики качества чисто декоративными (умозрительными) или, все же, это неотъемлемая часть программного обеспечения? Ответ, вероятно, находится где-то посередине, как почти всегда бывает в таких случаях, и является предметом обсуждения степени вовлечения заказчика в процесс принятия решений и полного понимания заказчиком стоимости и выгоды, связанной с достижением того или иного уровня качества. В идеальном случае, большинство такого рода решений должно приниматься процессе работы с требованиями (см. область знаний SWEBOK “Программные требования”), однако эти вопросы могут (и должны) подниматься на протяжении всего жизненного цикла программного обеспечения. Не существует каких-то <“стандартных”> правил того, как именно необходимо принимать такие решения. Однако, инженеры должны быть способны представить различные альтернативы (в достижении различного уровня качества) и их стоимость. Здесь SWEBOK приводит некоторые источники, в которых более подробно обсуждаются вопросы значимости качества и соответствующих характеристик стоимости.
1.3 Модели и характеристики качества (Models and Quality Characteristics)
В различных источниках (таксономиях и моделях) терминология характеристик качества программного обеспечения отличается. Каждая модель включает различное число уровней иерархии и общее число <”распознанных”> характеристик качества. Различные авторы создали разные модели качества со своим набором характеристик и атрибутов (в частности, Барри Боэм, автор спиральной модели жизненного цикла разработки программного обеспечения, которая рассматривается в отдельной дополнительной главе). Эти модели могут быть полезны для обсуждения, планирования, (адаптации) и оценки качества программных продуктов. ISO/IEC определяет три связанных модели качества программного обеспечения (ISO 9126-01 Software Engineering - Product Quality, Part 1: Quality Model) - внутреннее качество, внешнее качество и качество в процессе эксплуатации, а также набор соответствующих работ по оценке качества программного обеспечения (ISO14598-98 Software Product Evaluation).
1.3.1 Качество процессов программного обеспечения (Software engineering process quality)
Управление качеством (software quality management) и качество процессов программной инженерии (software engineering process quality) имеют непосредственное отношение к качеству создаваемого программного продукта.
Модели и критерии оценки возможностей организаций, занимающихся разработкой программного обеспечения, прежде всего касаются рассмотрения организации проектных работ и аспектов управления. Соответственно, они рассматриваются в областях знаний SWEBOK “Управление программной инженерией” и “Процесс программной инженерии”.
Конечно, невозможно полностью отделить качество процесса от качества продукта.
Качество процесса, обсуждаемое в области знаний “Процесс программной инженерии”, влияют на характеристики качества продукта, которые, в свою очередь, отражаются в восприятии качества продукта в процессе эксплуатации со стороны заказчика.
Существует два важнейших стандарта в области качества программного обеспечения. TickIT - касается рассмотрения общей системы менеджмента качества ISO 9001-00 в приложении к программным проектам (и, в частности, сочетания такого взгляда с положениями стандарта жизненного цикла ISO 12207) и представленный, также, в виде специальных рекомендаций ISO 90003-04 “Software and Systems Engineering - Guidelines for the Application of ISO9001:2000 to Computer Software”.
Другой важный стандарт - CMMI, обсуждаемый в области знаний “Процесс программной инженерии”, предоставляет рекомендации по совершенствованию процесса. (здесь нельзя не упомянуть и ISO 15504 “Information Technology - Software Process Assessment”, известный как SPICE - Software Process Improvement and Capability dEtermination, который также рассматривается в упомянутой области знаний). Непосредственно с управлением качеством связаны процессные области (области компетенции) CMMI: обеспечение качества процесса и продукта (process and product quality assurance, категория процессов CMMI “Support”), проверка (verification, категория “Engineering”) и аттестация (validation, категория “Engineering”). При этом, CMMI классифицирует обзор (review) и аудит (audit) в качестве методов верификации, но не как самостоятельные процессы, в отличие, например, от стандарта 12207.
Дебаты в отношении того, какой именно стандарт стоит использовать инженерам для обеспечения качества программного обеспечения - CMMI или ISO 9001, продолжаются с самого создания этих стандартов. Сегодня можно сказать о том, что данные стандарты все же рассматривают как взаимодополняющие и, что сертификация по ISO 9001 помогает в достижении старших уровней зрелости по CMMI.
1.3.2 Качество программного продукта (Software product quality)
Прежде всего, инженеры должны определить цели создания программного обеспечения. В этом контексте, особо важно помнить, что требования заказчика - первичны и содержат требования в отношении качества, а не только функциональности (функциональные требования). Таким образом, инженеры ответственны за извлечение требований к качеству, которые не всегда представлены явно, а также обсуждение их важности и степени сложности их достижения. Все процессы, ассоциированные с качеством (например, сборка, проверка и повышение качества), должны проектироваться с учетом этих требований и несут на себе тяжесть дополнительных расходов (как важную составную часть стоимости программного обеспечения).
Стандарт ISO 9126-01 (Software Engineering - Product Quality, Part 1: Quality Model) определяет для двух из трех описанных в нем моделей, связанные характеристики и "суб-характеристики" качества, а также метрики, полезные для оценки качества программных продуктов.
Понимание термина “продукт” расширено включением всех артефактов, создаваемых на выходе всех процессов, используемых для создания конечного программного продукта. Примерами продукта являются (но не ограничиваются этим): полная спецификация системных требований (system requirements specification), спецификация программных требований для программных компонент системы (software requirements specification, SRS), модели, код, тестовая документация, отчеты, создаваемые в результате работ по анализу качества. Хотя, чаще всего термин качество используется в отношении конечного продукта и поведения системы в процессе эксплуатации, хорошей инженерной практикой является требование к тому, чтобы соответствие заданным характеристикам качества оценивалось и для промежуточных результатов/продуктов жизненного цикла в рамках всех процессов программной инженерии.
1.4 Повышение качества (Quality Improvement)
Качество программного обеспечения может повышаться за счет итеративного процесса постоянного улучшения. Это требует контроля, координации и обратной связи в процессе управления многими одновременно выполняемыми процессами: (1) процессами жизненного цикла, (2) процессом обнаружения, устранения и предотвращения сбоев/дефектов и (3) процессов улучшения качества.
К программной инженерии применимы теории и концепции, лежащие в основе совершенствования качества. Например, предотвращение и ранняя диагностика ошибок, постоянное совершенствование (continuous improvement) и внимание к требованиям заказчика (customer focus), составляющие принцип “building in quality”. Эти концепции основываются на работах экспертов по качеству, пришедших к мнению, что качество продукта напрямую связано с качеством используемых для его создания процессов.
Такие подходы, как TQM (Total Quality Management - всеобщее управление качеством) PDCA (Plan, Do, Check, Act - Планирование, Действие, Проверка, Реакция/Корректировка), являются инструментами достижения задач, связанных с качеством. Поддержка менеджмента помогает в выполнении процессов, оценке продуктов и получению всех необходимых данных. Кроме этого, разрабатываемая программа совершенствования (improvement program, обычно является целевой и охватывает работу подразделения или организации, в целом) детально идентифицирует все действия и проекты по улучшению <отдельных аспектов деятельности> в рамках определенного периода времени, за который такие проекты можно осуществить с успешным решением соответствующих задач. При этом, поддержка менеджмента означает, что все проекты по улучшению обладают достаточными ресурсами для достижением поставленных целей. Поддержка менеджмента тесно связана с реализацией активного взаимодействия в коллективе, и должна предупреждать возникновение потенциальных проблем (и пассивного или даже активного противодействия реализации программы совершенствования или отдельных ее проектов). Формирование рабочих групп, поддержка менеджеров среднего звена и выделенные ресурсы на уровне проекта - эти вопросы обсуждаются в области знаний “Процесс программной инженерии”.
2. Процессы управления качеством программного обеспечения (Software Quality Processes)
Управление качеством программного обеспечения (SQM, Software Quality Management) применяется ко всем аспектам процессов, продуктов и ресурсов. SQM определяет процессы, владельцев процессов, а также требования к процессам, измерения процессов и их результатов, плюс - каналы обратной связи.
Процессы управления качеством содержат много действий. Некоторые из них позволяют напрямую находить дефекты, в то время, как другие помогают определить где именно может быть важно провести более детальные исследования, после чего, опять-таки, проводятся работы по непосредственному обнаружению ошибок. Многие действия также могут вестись с целью достижения и тех и других целей.
Данная глава (область знаний) рассматривает вопросы качества программного обеспечения, выходя за рамки <отдельных> процессов жизненного цикла. Качество программного обеспечения является постоянным объектом заботы программной инженерии и обсуждается во многих областях знаний (что вполне обосновано, если учесть поистине катастрофический уровень проваленных проектов и неудовлетворенность пользователей программных продуктов, ставшая притчей во языцех для программной индустрии). В общем случае, SWEBOK описывает ряд путей достижения качества программного обеспечения. В частности, эта область знаний касается статических техник, не требующих выполнения оцениваемых программных систем, в отличие от динамических техник, рассмотренных в области знаний SWEBOK “Тестирование”.