Tarkvara kvaliteet ja standardid L.Joonas, 2012

Разработка требований к программному обеспечению

Требования к программному обеспечению Описание функциональных возможностей и ограничений, накладываемых на программную систему, называется требованиями к этой системе, а сам процесс формирования, анализа, документирования и проверки этих функциональных возможностей и ограничений - разработкой требований (requirements engineering).

Требования разных уровней Пользовательские требования - описание на естественном языке (плюс поясняющие диаграммы) функций, выполняемых системой, и ограничений, накладываемых на неё.

Требования разных уровней (2) Системные требования - детализированное описание системных функций и ограничений, которое иногда называют функциональной спецификацией. Она служит основой для заключения контракта между покупателем системы и разработчиками ПО.

Требования разных уровней (3) Проектная системная спецификация - обобщённое описание структуры программной системы, которое будет основой для детализованного проектирования системы и её последующей реализации. Эта спецификация дополняет и детализирует спецификацию системных требований.

Функциональные и нефункциональные требования

Функциональные требования Это перечень сервисов, которые должна выполнять система, причём должно быть указано, как система реагирует на те или иные входные данные, как она ведёт себя в определённых ситуациях и т.д. В некоторых случаях указывается, что система не должна делать.

Нефункциональные требования Описывают характеристики системы и её окружения, а не поведение системы. Здесь также может быть приведён перечень ограничений, накладываемых на действия и функции, выполняемые системой. Они включают временные ограничения, ограничения на процесс разработки системы, стандарты и т.д.

Требования предметной области Характеризуют ту предметную область, где будет эксплуатироваться система. Эти требования могут быть функциональными и не функциональными.

Нефункциональные требования Нефункциональные требования не связаны непосредственно с функциями, выполняемыми системой. Они связаны с такими интеграционными свойствами системы, как надёжность, время ответа или размер системы. Кроме того, нефункциональные требования могут определять ограничения на систему, например на пропускную способность устройств ввода-вывода, или форматы данных, используемых в системном интерфейсе.

Нефункциональные требования (2) Нефункциональные требования отображают пользовательские требования: они основываются на бюджетных ограничениях, учитывают организационные возможности компании- разработчика, возможность взаимодействия разрабатываемой системы с другими программными и вычислительными системами, а также такие внешние факторы, как правила техники безопасности, законодательство о защите интеллектуальной собственности и т.п.

Требования к продукту Описывают эксплуатационные свойства программного продукта. Это требования к производительности системы, объёму необходимой памяти, надёжности (определяет частоту возможных сбоев в системе), переносимости системы на разные компьютерные платформы и удобству эксплуатации.

Организационные требования Отображают политику и организационные процедуры заказчика и разработчика ПО. Включают стандарты разработки программного продукта, требования к реализации ПО (т.е. к языку программирования и методам проектирования), выходные требования, которые определяют сроки изготовления программного продукта, и сопутствующую документацию.

Внешние требования Учитывают факторы, внешние по отношению к разрабатываемой системе и процессу её разработки. Это требования, определяющие взаимодействие данной системы с другими системами, юридические требования, следование которым гарантирует, что система будет разрабатываться и функционировать в рамках существующего законодательства, а также этические требования.

Определение цели Система должна быть простой в эксплуатации для опытного оператора и сводить количество его ошибок к минимуму.

Проверяемое нефункциональное требование Опытному оператору должны быть доступны все системные функции после двух часов обучения работе с данной системой. После такого обучения среднее число ошибок оператора не должно превышать двух за рабочий день.

Показатели для нефункциональных системных требований Показатель Единицы измерения Скорость Количество выполненных транзакций в секунду; время реакции на действия пользователя; время обновления экрана Размер Килобайты; количество модулей памяти Простота эксплуатации Время обучения персонала; количество статей в справочной системе Надёжность Средняя продолжительность времени между двумя последовательными проявлениями ошибок в системе; вероятность выхода системы из строя; коэффициент готовности системы Устойчивость к сбоям Время восстановления системы после сбоя; процент событий, приводящих к сбоям; вероятность порчи данных при сбоях Переносимость Процент машинно-зависимых операторов; количество машинно-зависимых подсистем

Требования предметной области Эти требования отображают условия, в которых будет эксплуатироваться программная система. Они могут быть представлены в виде новых функциональных требований или в виде ограничений на уже сформулированные функциональные требования или в виде указаний, как система должна выполнять вычисления. Невыполнение требований предметной области может привести к выходу системы из строя.

Пользовательские требования Пользовательские требования к системе должны описывать функциональные и нефункциональные системные требования так, чтобы они были понятны даже пользователю, не имеющему специальных технических знаний. Эти требования должны определять только внешнее поведение системы, избегая по возможности определения структурных характеристик системы. Пользовательские требования должны быть написаны естественным языком с использованием простых таблиц, а также наглядных и понятных диаграмм.

Пользовательские требования. Проблемы Отсутствие чёткости изложения. Иногда нелегко изложить какую-либо мысль естественным языком чётко и недвусмысленно, не сделав при этом текст многословным и трудно читаемым. Смешение требований. В пользовательских требованиях отсутствует чёткое разделение на функциональные требования, на системные цели и проектную информацию. Объединение требований. Несколько различных требований к системе могут описываться как единое пользовательское требование.

Системные требования Системные требования - это более детализированное описание пользовательских требований. Они обычно служат основой для заключения контракта на разработку программной системы и поэтому должны представлять максимально полную спецификацию системы в целом. Системные требования также используются в качестве отправной точки на этапе проектирования системы. Спецификация требований может строиться на основе различных системных моделей, таких, как объектная модель или модель потоков данных.

Методы описания требований Система записи Описание Структурированный естественный язык Использование стандартных форм и шаблонов для написания спецификаций Языки описания программ Использование специальных структурированных языков, подобных языкам программирования, где спецификация требований строится на основе выбранной операционной модели системы Графические нотации Графический язык, использующий для описания функциональных требований диаграммы и блок-схемы, дополненные текстовыми пояснениями Математические спецификации Это системы нотаций, основанные на математических концепциях, таких, как теория конечных автоматов или теория множеств

Структурированный язык спецификаций Это сокращённая форма естественного языка, предназначенная для написания спецификаций. Такой подход сохраняет выразительность и понятность естественного языка и вместе с тем формализует описание требований.

Стандартные формы для специфицирования функциональных требований 1. Описание функции или объекта. 2. Описание входных данных и их источники. 3. Описание выходных данных с указанием пункта их назначения. 4. Указание, что необходимо для выполнения функции. 5. Если это спецификация функции, необходимо описание предварительных условий (предусловий), которые должны выполняться перед вызовом функции, и описание заключительного условия (постусловия), которое должно быть выполнено после завершения выполнения функции. 6. Описание побочных эффектов (если они есть).

Создание спецификаций с помощью PDL PDL - program description language. Рекомендуется использовать PDL в следующих ситуациях: - Если описываемая ситуация состоит из последовательности простых действий и важен порядок их выполнения. Описывать такие последовательности действий на естественном языке порой затруднительно, поскольку их выполнение может сопровождаться вложенными условиями или они могут повторяться циклически. - Если необходимо специфицировать аппаратные или программные интерфейсы, так как практически во всех спецификациях системных требований приходиться описывать интерфейсы.

Документирование системных требований Документ, содержащий требования, также называемый спецификацией системных требований, - это официальное предписание для разработчиков программной системы. Системную спецификацию читает множество людей, начиная от высшего руководства компании - заказчика системы и заканчивая рядовым разработчиком системы

Кто читает документацию Заказчики системы. Определяют требования, проверяют специфицированные требования на соответствие требованиям заказываемой системы. Они могут вносить изменения в спецификацию. Руководство компании-разработчика. Использую спецификацию для расчёта цены системы и для планирования процесса разработки системы. Разработчики системы. Используют спецификацию в процессе разработки системы. Инженеры, тестирующие систему. Используют спецификацию при разработке тестов, необходимых для аттестации системы. Инженеры поддержки системы. Спецификация помогает разобраться в системе и понять, как взаимодействуют её отдельные компоненты.

Структура спецификации требований Раздел Описание Предисловие Определяется круг лиц, не которых рассчитан данный документ. Описываются предыдущие версии разрабатываемого продукта, а также изменения, внесённые в каждую версию. Даётся обоснование для создания новой версии продукта. Введение Развёрнуто обосновывается необходимость создания системы. Кратко перечисляются системные функции, и объясняется, как система будет работать совместно с другими системами. Должно быть показано, как разработка системы «вписывается» в общую бизнесс- стратегию компании, заказывающей программный продукт. Глоссарий Даётся описание технических терминов, используемых в документе. Здесь не делается каких-либо предположений об уровне знаний или практическом опыте читателя документа. Пользовательские требования Описываются сервисы, предоставляемые пользователям, и нефункциональные системные требования. Это описание может быть сделано на естественном языке с использованием диаграмм, блок-схем и других форм записи, понятных заказчику программной системы. Здесь также должны быть приведены стандарты на программный продукт и процесс его разработки.

Структура спецификации требований (2) Системная архитектура Приводится высокоуровневое представление возможной системной архитектуры с указанием, как распределены системные функции по компонентам системы. Обязательно должны быть выделены повторно используемые (т.е. уже существующие) компоненты. Системные требования Подробно описываются функциональные и нефункциональные требования. Если необходимо, нефункциональные требования дополняют описанием интерфейсов других систем. Системные модели Представлено несколько системных моделей, показывающих взаимоотношения между системными компонентами и между системой и её окружением. Это могут быть объектные модели, модели потоков данных. Эволюция системы Приводятся основные предположения и допущения, на которых базируется система, а также ожидаемые (прогнозируемые) изменения в аппаратных средствах, в потребностях пользователей и т.п.

Структура спецификации требований (3) Приложения Приводится специализированная информация, относящаяся к разрабатываемой системе, например описание аппаратных средств или базы данных, с которыми должна работать система. При описании аппаратных средств необходимо показать минимальную конфигурации, при которых может работать программная система. Описание базы данных должно отображать логическую структуру данных, с которыми будет работать система, и отношения между ними. Указатели В документе возможно использование различных указателей. Это может быть обычный алфавитный указатель, указатель диаграмм или указатель системных функций.

Разработка требований Разработка требований - это процесс, включающий мероприятия, необходимые для создания и утверждения документа, содержащего спецификацию системных требований. Различают четыре основных этапа процесса разработки требований: анализ технической осуществимости создания системы, формирование и анализ требований, специфицирование требований и создание соответствующей документации, а также аттестация этих требований.

Анализ осуществимости Отвечает ли система общим и бизнес-целям организации-заказчика и организации- разработчика? Можно ли реализовать систему, используя существующие на данный момент технологии и не выходя за пределы заданной стоимости? Можно ли объединить систему с другими системами, которые уже эксплуатируются?

Формирование и анализ требований Анализ предметной области. Аналитики должны изучить предметную область, где будет эксплуатироваться система. Сбор требований. Это процесс взаимодействия с лицами, формирующими требования. Во время этого процесса продолжается анализ предметной области. Классификация требований. На этом этапе бесформенный набор требований преобразуется в логически связанные группы требований.

Формирование и анализ требований (2) Разрешение противоречий. Без сомнения, требования многочисленных лиц, занятых в процессе формирования требований, будут противоречивыми. На этом этапе определяются и разрешаются противоречия такого рода. Назначение приоритетов. В любом наборе требований одни из них будут более важны, чем другие. На этом этапе совместно с лицами, формирующими требования, определяются наиболее важные требования. Проверка требований. На этом этапе определяется их полнота, последовательность и непротиворечивость.

Аттестация требований Аттестация должна продемонстрировать, что требования действительно определяют ту систему, которую хочет иметь заказчик. Проверка требований важна, так как ошибка в спецификации требований могут привести к переделке системы и большим затратам, если будут обнаружены во время процесса разработки системы или после введения её в эксплуатацию. Стоимость внесения в систему изменений, необходимых для устранения ошибок в требованиях, намного выше, чем исправление ошибок проектирования или кодирования. Причина в том, что изменение требований обычно влечёт за собой значительные изменения в системе, после внесения которых она должна пройти повторное тестирование.

Типы проверок документации требований Проверка правильности требований. Пользователь может считать, что система необходима для выполнения некоторых определённых функций. Однако дальнейшие размышления и анализ могут привести к необходимости введения дополнительных или новых функций. Системы, предназначены для разных пользователей с различными потребностями, и поэтому набор требований будет представлять собой некоторый компромисс между требованиями пользователей системы. Проверка на непротиворечивость. Спецификация требований не должна содержать противоречий. Это означает, что в требованиях не должно быть противоречащих друг другу ограничений и различных описаний одной и той же системной функции. Проверка на полноту. Спецификация требований должна содержать требования, которые определяют все системные функции и ограничения, налагаемые на систему. Проверка на выполнимость. На основе знания существующих технологий требования должны быть проверены на возможность их реального выполнения. Здесь также проверяются возможности финансирования и график разработки системы.

Методы аттестации требований Обзор требований. Требования системно анализируются рецензентами. Прототипирование. На этом этапе прототип системы демонстрируется конечным пользователям и заказчику. Они могут экспериментировать с этим прототипом, чтобы убедиться, что он отвечает их потребностям. Генерация тестовых сценариев. В идеале требования должны быть такими, чтобы их реализацию можно было протестировать. Если тесты для требований разрабатываются как часть процесса аттестации, то часто это позволяет обнаружить проблемы в спецификации. Если такие тесты сложно или невозможно разработать, то обычно это означает, что требования трудно выполнить и поэтому необходимо их пересмотреть. Если требования представлены в виде структурных или формальных системных моделей, можно использовать инструментальные CASE-средства для проверки непротиворечивости моделей. Для автоматизированной проверки непротиворечивости необходимо построить базу данных требований и затем проверить все требования в базе данных.

Управление требованиями Управление требованиями - это процесс управления изменениями системных требований. Процесс управления требованиями выполняется совместно с другими процессами разработки требований. Начало этого процесса планируется на то же время, когда начинается процесс первоначального формирования требований, непосредственно процесс управления требованиями должен начаться сразу после того, как черновая версия спецификации требований будет готова. С точки зрения разработки требования можно разделить на два класса. Постоянные требования. Это относительно стабильные требования, которые исходят из основной деятельности организации и касаются непосредственно предметной области, где будет эксплуатироваться система. Изменяемые требования. Эти требования отображают изменения, сделанные во время разработки системы или после ввода её в эксплуатацию.

Классификация изменяемых требований Тип требований Описание Непостоянные требования Требования, которые изменяются из-за изменений в окружении системы Неожиданно возникающие требования Требования, которые появляются во время разработки системы. В процессе проектирования может возникнуть необходимость добавления новых требований Непрямые требования Требования, которые являются результатом внедрения компьютерной системы, способной изменить организационные процессы и показать новые способы работы, которые приведут к новым системным требованиям Вторичные требования Требования, которые зависят от особенностей данной системы или от бизнес-проблем организации

Процесс управления изменениями Анализ проблем изменения спецификации. Процесс начинается с определения проблем в требованиях или с прямого предложения внесения изменений. На этой стадии проблема или предложенные изменения анализируются для проверки их обоснованности. Затем могут быть сделаны более определённые предложения относительно изменений в требованиях. Анализ осуществимости и расчёт их стоимости. Эффект от внесения предложенного изменения оценивается с использованием оперативного контроля. Стоимость изменений оценивается двумя показателями: стоимостью внесения изменения в спецификацию и стоимостью внесения изменений в структуру системы и непосредственно в программный код. По окончании этого этапа принимается решение, продолжать или нет внесение изменений в систему. Реализация изменений. Реализация изменений в системной спецификации, структуре системы и программном коде.