מודלים של מחזור חיי תוכנה

תהליך הפיתוח של עתירת תוכנה The Development Processes of a Software Intensive System תהליך הפיתוח - 1

תוכן העניינים התפיסה הית ויישומה למע"ת מחזור החיים של עתירת תוכנה פיתוח מבוסס מודלים UML/SysML ש פות מידול תהליך הפיתוח - 2

התפיסה הית הגדרה צירוף של אלמנטים )מרכיבים( הפועלים במשותף ומאורגנים לצורך השגת מטרה מוצהרת אחת או יותר [ISO/IEC 15288] מאורגנת במבנה היררכי-רקורסיבי מרכיב של יכול להיות בעצמו עניין מרכיב מרכיב מרכיב מרכיב מרכיב מרכיב עניין מרכיב מרכיב אליה מתייחס תהליך פיתוח נתון, הכולל פעילויות ותוצרים תהליך הפיתוח - 3

עניין וסביבתה בעלי עניין Stakeholders בעלי עניין הם גורמים המשפיעים על פעולת ה או מושפעים מפעולתה, אך אין להם אינטראקציה איתה B בסביבה התפעולית אינטראקציה עם מערכות המרכיבות את הסביבה התפעולית (Operational Environment) של העניין C בסביבה התפעולית A בסביבה התפעולית מאפשרת A מאפשרת B -עניין מאפשרת C אינטראקציה עם מערכות מאפשרות (Enabling Systems) בשלבים שונים של מחזור החיים של ה, מלבד שלב התפעול אינטראקציה אדם-מכונה עם משתמשים / מפעילים תהליך הפיתוח - 4

רמות העניין האופייניות בפיתוח עתירת תוכנה בעלי עניין אחרים ארגון/עסק משתמשי הארגון רמת הארגון / העסק )לדוגמה: ספק שרותים סלולריים( ציוד אנשים עתירת תוכנה עתירת תוכנה רמת המיחשוב )לדוגמה: התקשורת הסלולרית(... פריט חומרה פריט חומרה פריט תוכנה פריט רמת פריט התוכנה )היישום( )לדוגמה: תוכנת הטלפון( תוכנה...... רכיב תוכנה... רכיב תוכנה רמת רכיב התוכנה )לדוגמה: ניהול שיחות קוליות( יחידת תוכנה יחידת תוכנה רמת יחידת התוכנה )לדוגמה: שיחת ועידה(... בתהליך הפיתוח הי נתייחס בכל פעם לרמה הרלוונטית כאל " עניין" תהליך הפיתוח - 5

התכונות האחודות של עניין על פי ההגדרה ההיררכית-רקורסיבית, מטרה מטרה מרכיבים )במידה ויש רמת פירוק נוספת( ארגון ארגון פעולה משותפת ל עניין, בכל רמה שהיא, יש התכונות הבאות: לספק את השירותים הנדרשים עבור משתמשים, מערכות חיצוניות ובעלי עניין אחרים המבנה הפנימי של העניין פעולה משותפת תת-מערכות / מרכיבים אלמנטריים הקשרים )הסטטיים( ביניהם התנהגות -העניין הגורמת להתבצעות השירותים -עניין מורכבת: "חלוקת עבודה" ואינטראקציה בין הרכיבים -עניין אלמנטרית )רכיב בודד(: לוגיקת הפעולהשל הרכיב תהליך הפיתוח - 6

ארבעת המבטים (views) על עניין )בכל רמה( מטרה מבטים דינמיים מבטים סטטיים שירותים )פונקציות( Services השירותים )הפונקציות( המסופקים לישויות שמחוץ ל, או הנדרשים מישויות כאלה, והאופן שבו שירותים אלה מסופקים ממשקים Interfaces נקודות החיבור בין -העניין לבין הישויות החיצוניות לה מבטים חיצוניים )קופסה שחורה( ארגון פעולה התנהגות Behavior הפעולות אותן צריכה לבצע - העניין על מנת לספק את שירותיה מבנה Structure )למרכיבים לא-אלמנטריים בלבד( מרכיבי -העניין והקשרים שביניהם מבטים פנימיים )קופסה לבנה( 7 - תהליך הפיתוח

Organization/Business Level רמת הארגון/העסק בורסה בורסה ספקי תוכן משתמשים ספק שרותים סלולריים ספקי תקשורת חברות אשראי הסביבה החיצונית ארגונים אחרים משתמשים שירותים קישוריות בין משתמשים שירותי תוכן שירות לקוחות )מכירות, תיקונים,...( ממשקים יחידות-קצה )טלפונים( אינטרנט ורשתות אנשי שירות ומכירות מבנה )ארכיטקטורה ארגונית( אתר אינטרנט תקשורת סלולרית מוכרנים טכנאים ניהול לקוחות מפעילים מערכות ממוחשבות: תקשורת פנימית אנשים: ממשקי אדם-מחשב התנהגות שירותים פנימיים )תפעול( לוגיקה עסקית / כללים עסקיים תהליך הפיתוח - 8

Computer System Level רמת המחשוב משתמשים שרת אינטרנט התקשורת הסלולרית ניהול לקוחות מפעילים הסביבה החיצונית מערכות אחרות בארגון משתמשים )מחוץ לארגון( / מפעילים )בתוך הארגון( שירותים קישוריות בין משתמשים )טלפוניה, טקסט( התממשקות לאתרי אינטרנט ממשקים פאנל הפעלה )טלפון( רשתות תקשורת מבנה )ארכיטקטורת ( פריטי חומרה )מחשבים, התקנים( טלפון סלולרי מרכזיה HWCI = HardWare Configuration Item פריטי תוכנה / יישומים CSCI = Computer Software Config. Item מיקום התוכנה על גבי החומרה )"התקנה"( תקשורת פיזית / פרוטוקולים אנטנה התנהגות תהליכי טלפוניה תהליך הפיתוח - 9

CSCI / Application Level CSCI = Computer Software Configuration Item רמת פריט התוכנה / היישום בורסה התקני בורסה חומרה ממשק משתמש תוכנת הטלפון הסלולרי תוכנת אנטנה ממשק טכנאי הסביבה החיצונית התקני חומרה יישומי תוכנה אחרים שירותים שימוש במכשיר טלפון סלולרי טיפול במכשיר טלפון סלולארי תהליכים פנימיים )איתחול, )BIT ממשקים ממשקי תוכנה-חומרה )drivers( ממשק משתמש ניהול ספר טלפונים ניהול שיחה קולית מודם ממשקי תוכנה-תוכנה )תקשורת נתונים( מבנה )ארכיטקטורת תוכנה( רכיבי תוכנה CSC = Computer Software Component ממשקי תוכנה פנימיים ממשק טכנאי ניהול תקשורת נתונים התנהגות לוגיקת תפעול מכשיר לוגיקת תהליכים פנימיים אינטראקציה עם אנטנה תהליך הפיתוח - 10

CSC = Computer Software Component CSC Level רמת רכיב התוכנה ניהול שיחה קולית ניהול ספר טלפונים Driver מודם Driver פאנל הסביבה החיצונית רכיבי חומרה )כולל ממשקי אדם-מחשב( רכיבי תוכנה אחרים שירותים פונקציות ממומשות בתוכנה ממשקים ממשקי חומרה-תוכנה ממשקי תוכנה-תוכנה מבנה )תכן תוכנה( יחידות תוכנה חיוג קולי שיחת ועידה CSU = Computer Software Unit ממשקי "הודעות" בין יחידות התנהגות הפעלת פונקציות והעברת פרמטרים ניהול שיחה שיחה ממתינה תהליכי תוכנה הקמת קשר תהליך הפיתוח - 11

CSU = Computer Software Unit CSU Level רמת יחידת התוכנה תצוגות קלט מקשים שיחת ועידה שיחה רגילה הסביבה החיצונית יחידות תוכנה אחרות שירותים פונקציות תוכנה ממשקים קריאה לפונקציות והעברת פרמטרים קוד הקמה וניהול של שיחת ועידה בין מספר משתמשים מבנה מבני נתונים פקודות התנהגות אלגוריתמים תהליך הפיתוח - 12

מחזור החיים של עתירת תוכנה מוצר רעיון conception הוצאה משירות retirement אספקה תיקונים ושידרוגים צרכים, רצונות ואילוצים של הלקוח ובעלי עניין אחרים פיתוח / אחזקה פעילויות תוצרים מחזור חיים - הגדרה "אבולוציה של, מוצר, שרות, פרויקט או ישות אחרת מעשה-ידי-אדם מהרעיון (conception) ועד להוצאה משירות "(retirement) [ISO/IEC 15288] תהליך הפיתוח - 14

Software CSU CSC CSCI System Business מסגרת פיתוח התוכנה של עתירת תוכנה רמת עניין ארגון/עסק...... עתירת תוכנה עתירת תוכנה פריט חומרה פריט פריט פריט תוכנה... תוכנה... חומרה רכיב... תוכנה רכיב תוכנה זמן יחידת תוכנה יחידת תוכנה... הגדרה ופירוט Definition and Specification מימוש, שילוב ובחינה Implementation, Integration and Testing תהליך הפיתוח - 15

Software CSU CSC CSCI System Business "מפת הדרכים" לתהליך פיתוח התוכנה של עתירת תוכנה רמת עניין בדיקות בסביבת התפעול תיקוף הגדרת דרישות הלקוח ובעלי העניין שילוב חומרה / תוכנה ובדיקות שילוב רכיבים ובדיקות פריטים שילוב יחידות ובדיקות רכיבים אימות אימות אימות תכן תוכנה ניתוח וארכיטקטורת תוכנה ניתוח וארכיטקטורת זמן קידוד ובדיקת יחידות הגדרה ופירוט Definition and Specification מימוש, שילוב ובחינה Implementation, Integration and Testing תהליך הפיתוח - 16

"תהליך הנדסת המערכות" SEP) *(Systems Engineering Process = תהליך הניתוח והתכן של עניין * IEEE-Std-1220 (ISO/IEC 26702) תהליך הפיתוח - 17

יישום איטרטיבי של SEP בכל רמות העניין * Systems Engineering Fundamentals, DOD, 2001 18 - תהליך הפיתוח

פעילות ניתוח הדרישות Analysis) (Requirements ואילוצי תכן ניתוח דרישות ניתוח משימות וסביבות זיהוי דרישות פונקציונאליות הגדרה/עידון של דרישות ביצועים דינמי סטטי דרישות פונקציונאליות שירותים ממשקים חיצוני אילוצי תכן ודרישות לא-פונקציונאליות התנהגות מבנה פנימי 19 - תהליך הפיתוח

פעילות הניתוח הפונקציונאלי Analysis) (Functional ניתוח פונקציונאלי פירוק לפונקציות ברמה נמוכה יותר הקצאת ביצועים ודרישות מגבלות אחרות לכל רמות הפונקציות הגדרה/עידון של ממשקים פונקציונאליים )פנימיים/חיצוניים( הגדרה/עידון/שילוב של ארכיטקטורה פונקציונאלית דינמי סטטי שירותים ממשקים חיצוני תכן פונקציונאלי )לוגי ) לוגית לוגית התנהגות פיזית מבנה פיזית פנימי תהליך הפיתוח - 20

פעילות הרכבת התכן Synthesis) (Design הרכבת התכן התמרת ארכיטקטורה )לוגית לפיזית( קונספט י, פריטי תצורה ומרכיבי הגדרת חלופות בחירת הפתרונות המועדפים הגדרה/עידון של ממשקים פיזיים )פנימיים/חיצוניים( דינמי סטטי חיצוני שירותים ממשקים לוגית לוגי תכן פיזי )ארכיטקטורה ) בכפוף לאילוצי תכן ולדרישות לא-פונקציונאליות אחרות פנימי התנהגות מבנה פיזית פיזי תהליך הפיתוח - 21

פעילויות ההגדרה והפירוט תוצרים אופייניים ניתוח וארכיטקטורת הגדרת דרישות הלקוח ובעלי העניין ההגדרה והפירוט נעשים מלמעלה-למטה (top-down) ניתוח וארכיטקטורת תוכנה לכל אחת מהפעילויות ישנם שני סוגים של תוצרים עיקריים, לרמה הרלוונטית: קידוד ובדיקת יחידות תכן תוכנה תוצרים מבניים תוצרים תפקודיים רמה פעילות תוצרים מבניים תוצרים תפקודיים ארגון / עסק הגדרת דרישות הלקוח ובעלי העניין מבנה ארגוני / עסקי שירותים ותהליכים עסקיים / אופיון תפעול OCD = Operational Concept Doc. מפרט תהליכים יים System Requirement Specification מפרט ארכיטקטורת System Architectural Description. ניתוח וארכיטקטורת מפרט ארכיטקטורת תוכנה S/W Architectural Description פריט ניתוח וארכיטקטורת תוכנה מפרט דרישות תוכנה SRS = S/W Requirement Specification רכיב תכן תוכנה אובייקטים/מודולים, קשרים פנימיים S/W Design Description אלגוריתמים, לוגיקה, רצפים חישוביים S/W Design Description יחידה קידוד ובדיקת יחידות קוד מקור: הצהרות *.h files קוד מקור: *.c files פקודות תהליך הפיתוח - 22

פעילויות המימוש, השילוב והבחינה תוצרים אופייניים בדיקות בסביבת התפעול שילוב חומרה / תוכנה ובדיקות המימוש נעשה מלמטה-למעלה (bottom-up) כל אחת מהפעילויות מפיקה תוצר, שהוא שילוב רכיבים ובדיקות פריטים שילוב יחידות ובדיקות רכיבים קידוד ובדיקת יחידות מהווה מרכיב עבור הרמה הבאה ניתן לבדיקה ולאימות מול תוצרי ההגדרה והפירוט של הרמה המקבילה רמה פעילות תוצר מהות הבחינה יחידה קידוד ובדיקת יחידות יחידות תוכנה שעברו הידור (compilation) "קופסה שחורה" נכונות פונקציונלית "קופסה לבנה" כיסוי מסלולי החישוב רכיב שילוב יחידות ובדיקת רכיבים רכיבי תוכנה משולבים אימות החישובים והאינטראקציה אימות ביצועים פריט שילוב רכיבים ובדיקת פריטים פריטי תוכנה שלמים ועצמאיים אימות דרישות התוכנה בסביבת בדיקות עצמאית )ללא החומרה היעודית( שילוב חומרה / תוכנה ובדיקת מיחשוב משולבת חומרה-תוכנה אימות התהליכים היים אימות הביצועים היים ארגון / עסק בדיקות ה בסביבת התפעול מותקנת בסביבתה היעודית תיקוף השירותים והתהליכים העסקיים תיקוף השימושיות תהליך הפיתוח - 23

Model Based Development פיתוח מבוסס מודלים Modeling A means to capture ideas, relationships, decisions and requirements in a well-defined notation that can be applied to many different domains [Pilone, D., UML 2.0 in a Nutshell, O REILLY, 2005 מודלים משמשים לתיאור מופשט abstract) (simplified, של ישויות מורכבות מודל מתמקד באלמנטים העקרוניים ללא ירידה לפרטים מודל דורש "תרגום" לישות האמיתית במודל יש דרגות חופש לפרשנויות שונות תהליך הפיתוח - 25

השימוש במודלים מודלים משמשים בשני כיוונים מידול לפנים: מידול לפני המימוש סקיצות של רעיונות חדשים סיעור מוחות לגבי פתרונות הערכת חלופות פתרון הנחיית הפיתוח מידול לאחור: מידול לאחר המימוש תיעוד של ה "כפי שהיא" built) (as הסברת ה לאחרים תמיכה בייצור / תחזוקה / שדרוג של ה שימוש חוזר ב"מידול לפנים" של פרויקטים עתידיים תהליך הפיתוח - 26

מודלים סטטיים ומודלים דינמיים מודל סטטי / מבני מודל המתאר ישויות וקשרים ביניהם. מודל דינמי מבנה ארגוני שרטוט של חלק מכני מבנה מולקולרי טבלה )רלציה( בבסיס-נתונים / התנהגותי / תפקודי דוגמאות: מודל המתאר זרימה של תהליך או שינויי מצב. תרשים זרימה / אלגוריתם גרף של פונקציה על ציר זמן אוטומט )במדעי המחשב( אנימציה מודל יכול להיות / סימולציה גראפי, טקסטואלי או משולב דוגמאות: תהליך הפיתוח - 27

מידול - שפה ויזואלית אוסף של סמלים חוקיים )אלף-בית(: {text} צירופים חוקיים )תחביר(: x משמעויות )סמנטיקה(: "תהליך A מעביר מידע "מחשב A מחובר למחשב B לתהליך " B x" באמצעות ממשק x A B? כושר ביטוי :(expressiveness) "מחשב A מחובר לפחות למחשב אחד מסוג B, אבל לא ליותר מ- 10 מחשבים מסוג B בו-זמנית " "מחשב A מחובר למחשב B באמצעות ממשק x " תהליך הפיתוח - 28

UML = Unified Modeling Language )OOA&D( שפה )גראפית( לניתוח ולתכן מונחה עצמים UML Superstructure Specification, v2.1.2 (2007) מכילה אוסף של כלי מידול לתיאור היבטים שונים של התוכנה התפתחה תוך כדי מיזוג של מספר שיטות: Grady Booch, 1991-1996 James Rumbaugh (OMT), 1992-1996 Ivar Jacobson (Objectory), 1992-1997 Rational (IBM) פיתוח השפה וכלי CASE בחברת 1997: אומצה כתקן בפועל standard( )ad-hoc ע י OMG OMG = Object Management Group בחסות 800 מעין ועדה ממליצה חברות וארגונים תהליך הפיתוח - 30

ארגז הכלים של UML מודלים סטטיים )רשימה חלקית( מודל מחלקות Model) (Class מחלקות של אובייקטים והיחסים ביניהן לכל מחלקה הגדרת המאפיינים והפונקציות מודל רכיבים Model) (Component רכיבי תוכנה והממשקים ביניהם תהליך הפיתוח - 31

ארגז הכלים של UML מודלים סטטיים )רשימה חלקית( )התקנות( מודל פריסה Model) (Deployment "קופסאות" חומרה והממשקים ביניהן פריסת רכיבי התוכנה על גבי החומרה תהליך הפיתוח - 32

ארגז הכלים של UML מודלים דינמיים )רשימה חלקית( מודל Use Cases Diagram Use Case שחקנים ואינטראקציה Specification Use Case תהליכים מודל פעילות Model) (Activity זרימת תהליכים תהליך הפיתוח - 33

ארגז הכלים של UML מודלים דינמיים )רשימה חלקית( מודל מכונת-מצבים Model) (State-Chart מהלך המעברים בין מצבים כתגובה לאירועים מודל רצפים Diagram) (Sequence מימוש תהליכים כאינטראקציה בין אוביקטים תהליך הפיתוח - 34

SysML "מוטציה" של UML לצורך מידול אספקטים שאינם ספציפיים לתוכנה יוזמה של INCOSE אומצה ע"י OMG ב- 2005 גרסה נוכחית ver.1.1 SysML מספטמבר 2008 תהליך הפיתוח - 35

תרשימי *UML/SysML מודלים שיכוסו בקורס זה UML only: Deployment Diagram Component Diagram * בקורס זה נתעמק בעיקר ב- UML, בגלל המיקוד על התוכנה תהליך הפיתוח - 36