Андон Ф.И., Коваль Г.И., Коротун Т.М., Лаврищева Е.М., Суслов В.Ю. Основы инженерии качества программных систем
Подождите немного. Документ загружается.
Ф.И. Андон
Г.И. Коваль
Т.М. Коротун
Е.М. Лаврищева
В.Ю. Суслов
ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРИИ
КАЧЕСТВА
ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ
Второе издание
К
р
у
г
р
и
с
к
а
Круг качества
Функциональность
З
а
т
р
а
т
ы
П
р
о
д
о
л
ж
и
т
е
л
ь
н
о
с
т
ь
Р
о
с
т
ка
ч
е
с
т
в
а
НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ
ИНСТИТУТ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ
Ф.И. Андон, Г.И. Коваль, Т.М. Коротун,
Е.М. Лаврищева, В.Ю. Суслов
Основы инженерии качества
программных систем
Второе издание
Издательский дом
«Академпериодика»
Киев •
••
• 2007
ББК 32.973.
УДК 681.3.06
0753
Андон Ф.И., Коваль Г.И., Коротун Т.М., Лаврищева Е.М., Суслов В.Ю.
Основы инженерии качества программных систем. 2-е изд., перераб. и доп. -
К.: Академпериодика, 2007. – 672 с.
Определяется ядро знаний в области инженерии качества программных
систем. Рассматриваются процессы жизненного цикла, связанные с обеспечением
качества – процессы верификации, валидации, тестирования, измерения,
управления риском, обеспечения гарантии качества, управления качеством и др.
Предлагаются обзоры методов, используемых при выполнении этих процессов.
Подробно рассматриваются методологии GQM, FPA, COCOMO II, CMM и др.
Обзоры основаны на материалах (отчетах, публикациях) зарубежных организаций-
лидеров в области исследования вопросов инженерии качества – SEI, ISO, IEEE,
NIST и др.
Для руководителей организаций-разработчиков программных систем,
менеджеров проектов, инженеров по качеству, аспирантов и студентов вузов.
Визначається ядро знань у галузі інженерії якості програмних систем.
Розглядаються процеси життєвого циклу, що стосуються забезпечення якості –
процеси верифікації, валідації, тестування, вимірювання, управління ризиком,
забезпечення гарантії якості, управління якістю та ін. Пропонуються огляди
методів, що використовуються при виконанні цих процесів. Докладно
розглядаються методології GQM, FPA, COCOMO II, CMM та інші. Огляди базовані
на матеріалах (звітах, публікаціях) провідних зарубіжних організацій у галузі
дослідження питань інженерії якості – SEI, ISO, IEEE, NIST тощо.
Для керівників організацій-розробників програмних систем, менеджерів
проектів, інженерів з якості, аспірантів та студентів вузів.
Ответственный редактор академик НАН Украины И.В. Сергиенко
Утверждено к печати ученым советом
Института программных систем НАН Украины
ISBN 966-8002-41-5
Ф.И. Андон, Г.И. Коваль, Т.М. Коротун, Е.М. Лаврищева,
В.Ю. Суслов 2007
Академпериодика, 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
10
Глава 1. Парадигма качества в программной инженерии
16
1.1. Основные понятия в области качества
16
1.1.1. Инфраструктура разработки 16
1.1.2. Архитектура процессов жизненного цикла 23
1.1.3. Парадигмы программирования и качество 25
1.1.4. Инженерия процессов разработки 26
1.1.5. Интеграция процессов жизненного цикла 29
1.1.6. Управление проектами 32
1.1.7. Процесс измерения при управлении проектами 34
1.1.8. Аспекты определения качества 35
1.1.9. Взаимосвязь понятий в парадигме качества 39
1.2. Подходы к повышению качества программных систем
39
1.2.1. Применение процессов контроля качества 39
1.2.2. Использование прогнозирования при управлении проектом 43
1.2.3. Управление риском в проекте 43
1.2.4. Совершенствование процессов жизненного цикла 44
1.2.5. Повышение зрелости организации 46
1.2.6. Управление качеством и внедрение системы качества 48
1.3. Концепция инженерии качества
49
Литература к главе 1 51
Глава 2. Инженерия качества. Ядро профессиональных знаний
52
2.1. Программная инженерия – дисциплина и специальность
52
2.2. Ядро знаний по программной инженерии (SWEBOK)
55
2.2.1. Структура руководства по SWEBOK 55
2.2.2. Область знаний «Программные требования» 58
2.2.3. Область знаний «Проектирование программного обеспечения» 60
2.2.4. Область знаний «Конструирование программного обеспечения» 62
2.2.5. Область знаний «Тестирование программного обеспечения» 64
2.2.6. Область знаний «Сопровождение программного обеспечения» 66
2.2.7. Область знаний «Управление конфигурацией программного
обеспечения»
68
2.2.8. Область знаний «Управление инженерией программного
обеспечения»
70
2.2.9. Область знаний «Процесс программной инженерии» 72
2.2.10. Область знаний «Инструменты и методы программной
инженерии»
75
2.2.11. Область знаний «Качество программного обеспечения» 77
2.3. Ядро знаний по управлению проектами (PMBOK)
79
2.3.1. Структура руководства по PMBOK 79
2.3.2. Области знаний PMBOK 82
2.4. Связь ядра знаний в области качества с элементами SWEBOK
и PMBOK
85
2.5. Парадигмы и стили программирования
87
2.5.1. Классификация парадигм и стилей программирования 87
4
2.5.2. Парадигма и основные стили императивного программирования 90
2.5.3. Парадигма событийно-управляемого программирования 91
2.5.4. Парадигма объектно-ориентированного программирования 94
2.5.5. Парадигма и основные стили декларативного программирования 95
2.5.6. Парадигмы прикладного программирования нового поколения 99
2.5.7. Парадигмы теоретического программирования 111
Литература к главе 2 113
Глава 3. Модели и метрики качества
116
3.1. Метрики качества программных систем
116
3.1.1. Метрика как основа измерения 116
3.1.2. Классификация мер качества 118
3.1.3. Классификация метрик качества 120
3.2. Модели качества программных систем
123
3.2.1. Обобщенная модель качества 123
3.2.2. Метрики в обобщенной модели качества 127
3.2.3. Другие иерархические модели качества программных систем 128
3.2.4. Не иерархические модели качества 132
3.2.5. Байесовский подход к моделированию качества 135
3.2.6. Графические модели качества. Байесовские сети 138
3.3. Построение метрик и моделей качества
142
3.3.1. Проектирование метрик качества 142
3.3.2. Подготовка к использованию метрик качества в измерениях 144
3.4. Применение метрик и моделей качества
146
3.4.1. Спецификация требований к качеству 146
3.4.2. Другие аспекты использования метрик 148
3.5. Парадигма «встраивания» качества в программной инженерии
149
3.5.1. Базовые идеи в основе модели QFD 149
3.5.2. Компоненты модели QFD. Матрица «Дом Качества» 150
3.5.3. Методология QFD для программных систем 153
Литература к главе 3 155
Глава 4. Измерения в программной инженерии
157
4.1. Измерение как процесс жизненного цикла
157
4.1.1. Цели, задачи и объекты измерения 157
4.1.2. Модель процесса измерения 160
4.2. Методология измерения в парадигме «Цель – Вопрос – Мера»
164
4.2.1. Принципы измерения и последовательность действий 164
4.2.2. Этап 1: определение деловых целей 167
4.2.3. Этап 2: идентификация объектов изучения 168
4.2.4. Этап 3: определение подцелей 170
4.2.5. Этап 4: идентификация сущностей и атрибутов 172
4.2.6. Этап 5: формализация целей измерения 174
4.2.7. Этап 6: формулирование вопросов и выбор диаграмм 176
4.2.8. Этап 7: идентификация элементов данных 179
4.2.9. Этап 8: разработка схем определения используемых мер 179
4.2.10. Этап 9: идентификация задач и инфраструктуры сбора данных 180
4.2.11. Этап 10: подготовка плана сбора данных 183
5
4.3. Измерения при управлении проектами и процессами
186
4.3.1. Измерения и деловые цели организации 186
4.3.2. Подходы к измерениям, базирующиеся на парадигме GQM 187
4.3.3. Моделирование качества системы с использованием GQM 189
Литература к главе 4 190
Глава 5. Контроль и гарантия качества
192
5.1. Обеспечение гарантии качества в жизненном цикле
192
5.1.1. Процесс SQA в архитектуре процессов жизненного цикла 192
5.1.2. Задачи обеспечения гарантии качества 194
5.1.3. План качества 197
5.1.4. Деятельность группы качества по мониторингу процессов 201
5.1.5. Деятельность группы качества на стадиях жизненного цикла 202
5.2. Профили процессов контроля качества
204
5.2.1. Элементы профиля процесса 204
5.2.2. Требования к подготовке компетентных специалистов 206
5.2.3. Формы документов процесса контроля качества 213
5.2.4. Ключевые метрики для контроля разработки 214
5.2.5. Стандарты в области инженерии качества 221
5.2.6. Архитектура стандартов SQuaRE 225
5.3. Инструменты анализа качества
227
5.3.1. Применение графических инструментов в инженерии качества 227
5.3.2. Применение методов интеллектуального анализа данных 235
5.3.3. Графические инструменты для построения байесовских сетей 238
5.3.4. Поддержка качества в CASE-инструментах 240
Литература к главе 5 240
Глава 6. Процессы и методы проверки
243
6.1. Процессы проверки в жизненном цикле
243
6.1.1. Назначение процессов проверки 243
6.1.2. Цели и задачи верификации и валидации 246
6.1.3. Управление верификацией и валидацией 260
6.2. Виды и методы проверки программных систем
265
6.2.1. Классификация методов проверки 265
6.2.2. Обзор аналитических методов 266
6.2.3. Обзор методов коллективной проверки 271
6.3. Формальные инспекции
277
6.3.1. Элементы процесса инспекции 277
6.3.2. Этап планирования 279
6.3.3. Этап обзора 283
6.3.4. Этап подготовки 283
6.3.5. Инспекционное совещание 285
6.3.6. Этап дополнительного обсуждения - «третий час» 288
6.3.7. Этап переделки рабочего продукта 289
6.3.8. Проверка внесенных изменений или повторная инспекция 290
6.3.9. Повышение эффективности процесса инспекции 291
6.4. Требования к рабочим продуктам, предъявляемым для проверки
297
Литература к главе 6 299
6
Глава 7. Тестирование программных систем
300
7.1. Основные понятия и определения
300
7.2. Виды и уровни тестирования
304
7.2.1. Уровни тестирования по видам объектов 304
7.2.2. Виды испытаний программной системы 306
7.2.3. Виды тестирования характеристик программной системы 307
7.3. Методы тестирования
309
7.3.1. Классификация и краткий обзор методов тестирования 309
7.3.2. Исследовательское тестирование 318
7.3.3. Эквивалентное разбиение 320
7.3.4. Анализ граничных значений 321
7.3.5. Разбиение входного пространства на категории 322
7.3.6. Тестирование переходов между состояниями 324
7.3.7. Тестирование, основанное на моделях программной системы 325
7.3.8. Тестирование Web-приложений 325
7.3.9. Особенности выполнения тестирования в моделях ЖЦ 329
7.4. Анализ результатов тестирования
331
7.4.1. Система отслеживания проблем 331
7.4.2. Классификация дефектов, обнаруженных при тестировании 332
7.4.3. Измерение результатов тестирования 334
7.4.4. Критерии завершения тестирования 336
7.5. Описание процесса тестирования
336
7.5.1. Модель процесса тестирования 336
7.5.2. Создание группы тестирования 343
7.5.3. Анализ риска 345
7.5.4. Определение целей тестирования 348
7.5.5. Разработка плана тестирования 349
7.5.6. Разработка тестов 352
7.5.7. Автономное и интеграционное тестирование 357
7.5.8. Тестирование программного обеспечения системы 359
7.5.9. Системное тестирование 362
7.5.10. Анализ результатов тестирования 363
7.6. Методы анализа риска отказа программной системы
365
7.6.1. Анализ дерева событий 365
7.6.2. Анализ дерева отказов 367
7.6.3. Анализ причин и последствий отказов 369
7.7. Инструменты тестирования
369
7.7.1. Классификация инструментов тестирования 369
7.7.2. Выбор инструментов тестирования 372
Литература к главе 7 373
Глава 8. Методы оценки размера программной системы
376
8.1. Методология анализа показателей функциональности
376
8.1.1. Истоки методологии FPA 376
8.1.2. Программный компонент. Взгляд пользователя 378
8.1.3. Оценка размера и сложности объектов данных 380
8.1.4. Оценка размера и сложности функций обработки данных 381
7
8.1.5. Определение эквивалентного числа строк кода 384
8.1.6. Учет нефункциональных требований к программной системе 385
8.2. Методы измерения, основанные на концепции FSM
394
8.2.1. Метод Fеature Points 394
8.2.2. Метод Mark-II Function Points 395
8.2.3. Метод 3D Function Points 396
8.2.4. Метод Use Case Points для объектно-ориентированных приложений 397
8.2.5. Отображение элементов объектно-ориентированного подхода на FPA 400
8.2.6. Метод Object Points for ICASE 402
8.2.7. Метод Early Function Points. Раннее прогнозирование размера 403
8.2.6. Метод Full Function Points и его разновидности 405
8.3. Определение размера Web-приложений
408
8.3.1. Характеристика программного обеспечения для Web и подход к
его измерению
408
8.3.2. Метод Web Objects. Определение размера Web-приложений 412
8.3.3. Метод Web Points. Определение размера статических Web-сайтов 414
8.3.4. Адаптация методов оценивания размера Web-приложений к
методологии FPA
414
8.4. Стандартизация методов измерения размера
421
8.4.1. Базовый стандарт по измерению объема функциональности 421
8.4.2. Стандартизованные методы измерения объема функциональности 424
8.4.3. Использование эталонных данных для определения размера 425
Литература к главе 8 427
Глава 9. Оценка затрат на разработку программных систем
429
9.1. Обзор основных методов оценки затрат
429
9.1.1. Классификация методов и моделей оценки затрат 429
9.1.2. Математическая модель SLIM 431
9.1.3. Модель SEER-SEM 433
9.1.4. Методы экспертных оценок 434
9.1.5. Метод аналогий 345
9.1.6. Нейронные сети 437
9.1.7. Динамические методы 438
9.1.8. Неформальные эмпирические методы 438
9.2. Семейство моделей оценивания затрат COCOMO
439
9.2.1. Обзор моделей 439
9.2.2. Модель COCOMO II. Общая характеристика 440
9.2.3. Оценка трудозатрат по Предварительной модели 441
9.2.4. Общие уравнения номинальных затрат 442
9.2.5. Интегральные атрибуты масштаба разработки 443
9.2.6. Оценка трудозатрат по Предпроектной модели 447
9.2.7. Оценивание трудозатрат по Детальной модели 452
9.2.8. Корректировка оценок модели 459
9.2.9. Распределение трудозатрат по стадиям разработки и видам работ 459
9.3. Оценка затрат на разработку Web-приложений
463
9.4. Характеристика основных инструментов оценки затрат
466
Литература к главе 9 468
8
Глава 10. Управление риском проектов
470
10.1. Парадигма управления риском проекта
470
10.1.1. Элементы парадигмы управления риском SEI 470
10.1.2. Таксономия риска 471
10.2. Обзор методологий управления риском проекта
474
10.2.1. Методология оценивания риска 474
10.2.2. Непрерывное управление риском 476
10.2.3. Коллективное управление риском 477
10.3. Процесс управления риском проекта
478
10.3.1. Требования к процессу управления риском 478
10.3.2. Этап согласования целей 481
10.3.3. Этап подготовки работ 483
10.3.4. Этап оценки риска 484
10.3.5. Этап подготовки к устранению риска 485
10.3.6. Разработка плана управления риском 487
10.4. Функции, методы и средства управления риском проекта
488
10.4.1. Идентификация риска 488
10.4.2. Анализ риска 490
10.4.3. Планирование устранения риска 493
10.4.4. Учет и контроль состояния риска 495
10.4.5. Регулирование состояния риска 501
10.4.6. Методы и средства коммуникации 503
10.5. Рекомендации по оценке риска проектов
503
Литература к главе 10 505
Глава 11. Методологии повышения качества в современной парадигме
506
11.1. Цикл управления качеством
506
11.1.1. Подход к управлению качеством в старой парадигме. Система
Ф. Тейлора
506
11.1.2. Подход к управлению качеством в новой парадигме. Статистическое
управление процессами
507
11.2. Всеобщее управление качеством
508
11.2.1. Философия TQM 508
11.2.2. Метод управления Э. Деминга 510
11.3. Лестницы восхождения к качеству
511
11.4. Гибкие технологические линии
511
11.4.1. Технологическая подготовка разработки 511
11.4.2. Методы улучшения качества QIP и IDEAL. Фабрика опыта 514
11.5. Унифицированный процесс разработки RUP
518
11 5 1 Характеристика RUP 518
11.5.2. Варианты адаптации RUP 520
11.6. Методология подготовки программных решений MSF
520
11.6.1. Модель процессов MSF 521
11.6.2. Модель проектной группы MSF 526
11.6.3. Дисциплина управления рисками 530
11.6.4. Дисциплина управления проектами 530
11.6.5. Дисциплина управления профессиональной подготовкой 531
9
11.6.6. Сравнение методологий RUP и MSF 532
11.7. Процессы разработки в Agile-методологиях
533
11.7.1. Манифест Agile Alliance 533
11.7.2. Экстремальное программирование 535
11.7.3. Методология SCRUM 538
11.7.4. Другие Agile-методологии: DSDM, ASD, FDD 542
11.7.5. Сравнение Agile-методологий 547
11.8. Бездефектная разработка ПС. Подход Cleanroom
548
11.9. Сравнение методологий улучшения процесса разработки
551
11.9.1. Сопоставление методологий разработки 551
11.9.2. Определение условий применения методологий разработки 552
Литература к главе 11 560
Глава 12. Подходы к оценке качества программных систем
563
12.1. Оценка качества программных продуктов
563
12.1.1. Процесс оценки программных продуктов 563
12.1.2. Технологические модули оценивания 567
12.1.3. Оценка интегрального показателя качества 568
12.2. Оценивание процессов жизненного цикла
568
12.2.1. Эталонная модель оценивания 568
12.2.2. Совместимая модель оценивания 572
12.2.3. Требования к оцениванию 573
12.2.4. Этапы процесса оценивания 573
12.3. Оценивание зрелости организаций-разработчиков
577
12.3.1. Модели зрелости 577
12.3.2. Уровни зрелости процесса программной инженерии по СММ 579
12.3.3. Методы оценивания зрелости по СММ 583
12.3.4. Иерархия оценок зрелости процесса по модели СММ 584
12.3.5. Выбор организаций-исполнителей программных проектов 585
12.3.6. Интеграция моделей СММ (CMMIntegration) 589
12.4. Сертификация систем менеджмента качества
590
12.4.1.Стандарты для построения и проверки систем менеджмента качества 590
12.4.2. Сертификация программных продуктов и систем менеджмента
качества
592
Литература к главе 12 595
Заключение
597
Приложение 1. Модели жизненного цикла
599
Приложение 2. Примеры метрик в эталонной модели качества
608
Приложение 3. Стандарты в области инженерии качества
614
Приложение 4. Средства поддержки разработки высококачественных
программных систем
623
Приложение 5. Примеры контрольных вопросников для проведения
инспекции
638
Приложение 6. Вопросы для оценки риска проекта
646
Приложение 7. Вопросы для оценки зрелости организации-разработчика
программных систем
662