Программная инженерия: как создают ПО?

Спецпроект ПостНауки и Университета Иннополис об актуальных проблемах программной инженерии

Как научиться создавать идеальное ПО?

Информатик Сергей Зыков рекомендует, что читать о программной инженерии

Книга Software Architecture in Practice выдержала уже три издания. Коллектив ее авторов представляет Институт программной инженерии, который, по сути дела, является колыбелью программной инженерии и разрабатывает программное обеспечение, в том числе для Пентагона.
Software Architecture in Practice Авторы: Len Bass, Paul Clements, Rick Kazman ISBN-13: 978-0321815736

Институт программной инженерии, являющийся, по сути дела, колыбелью программной инженерии, был создан сразу после исторической конференции НАТО 1968 года, когда было принято решение, что эта дисциплина необходима. Он разрабатывает стандарты программной инженерии не только для США, но и для всего мира. Поэтому книга Software Architecture in Practice является глобальным ответом на самые важные вопросы о том, как с систематической точки зрения следует разрабатывать программные комплексы.

Когда мы говорим об архитектуре программного обеспечения, речь идет о том, из каких частей — систем, подсистем, модулей и так далее — должны состоять программные комплексы. Все эти компоненты должны связываться и взаимодействовать между собой, чтобы обеспечить определенные критерии: отказоустойчивость, надежность, безопасность, эргономичность, доступность и, естественно, не проигрывать при этом в производительности. Это с учетом того, что при работе с такими большими и сложными системами у вас могут быть десятки тысяч одновременных пользователей, каждый из которых очень интенсивно проигрывает различные сценарии обращения к данным. Книга о том, как, учитывая все эти условия, создавать программное обеспечение.

Читать полностью

Архитектура программного обеспечения

Программист Мэтью Басс об усложнении программного обеспечения, возникновении новой дисциплины и системах клиент-сервер

За последние 40 лет программное обеспечение усложнилось, и появились очень специализированные задачи. В то время как компании стали вкладывать все больше и больше в развитие программного обеспечения, организации в целом стали больше полагаться на компьютеры. Возникли ситуации, когда необходимо поддерживать работу с большим количеством одновременно подключенных пользователей или систем, доступных круглосуточно, возникла необходимость менять систему со временем для поддержки широкого спектра ожидаемых потребностей. Это та область, где архитектура программного обеспечения возникла как дисциплина.

Программное обеспечение обладает такими свойствами, как доступность, масштабируемость, производительность. Необходимо обращать внимание на общее строение, чтобы иметь возможность предсказывать свойства. «Святой Грааль» этой дисциплины очень похож на другие инженерные науки, когда есть набор структур, известные свойства, которые поддерживаются или подавляются данными структурами, и есть возможность все проанализировать до постройки системы. Это и есть задача, на которой пытаются сосредоточиться люди. Этим они занимаются в научно-исследовательской работе.

Читать полностью

Критерии качества на ранней стадии развития ПО

Доцент Университета Иннополис Мохамад Кассаб о новых подходах к разработке программного обеспечения

Программные системы характеризуют функциональные требования (что система делает) и критерии качества — как система ведет себя в плане различных наблюдаемых свойств, например времени отклика, безопасности, надежности. Ее также характеризуют ограничения и то, как система вписывается в эти ограничения. На рынке ПО функционально идентичные товары бьются за внимание клиентов, поэтому критерии качества становятся важным отличительным свойством на фоне конкурентов. Тем не менее на ранних стадиях разработки критериям качества уделяется очень мало внимания по сравнению с функциональностью, особенно в промышленности. Это, в частности, связано с уникальной природой критериев качества. Они субъективны, относительны, они часто интерактивны в том смысле, что реализация одного критерия качества может упростить или усложнить реализацию другого.

Критерии качества можно внедрять с помощью своеобразных «тактик». Тактика — это связующее звено между разработкой требований и архитектурой ПО. Архитектурная тактика — это проектные решения, которые можно интегрировать в архитектуру ПО с целью выполнения определенных критериев качества. Продумывая архитектуру программного продукта, разработчик опирается на определенные решения. Обычно их называют архитектурными шаблонами. В то время как архитектурные шаблоны представляют собой абстракции или наборы проектных решений, архитектурная тактика — это конкретное проектное решение, задача которого — выполнить определенный критерий качества.

Читать полностью

Компиляторы для языков программирования

Профессор Университета Иннополис Евгений Зуев о «святом Граале» компьютерных наук

Когда программист пишет некоторую программу, решающую определенную, необходимую ему задачу, он пишет эту программу на некотором языке программирования. В процессе этого он оперирует терминами, близкими к той предметной области, с которой он имеет дело. А компьютер не понимает понятий, которыми оперирует программист. Он знает только довольно простые вещи: переменные, числа, регистры, ячейки, оперативную память, жесткие диски. Поэтому задача компилятора заключается в том, чтобы перевести понятия, близкие к предметной области программиста, в понятия, которыми манипулирует компьютер. Компиляторы — один из краеугольных камней Computer Science, наряду с операционными системами и базами данных. Это базис информатики.

История, связанная с языками программирования и компиляторами, насчитывает уже больше шестидесяти лет. Несмотря на это, трудно сказать, что это направление в Computer Science является застывшим. С появлением новых задач, которые решают компьютеры, появляется потребность в создании новых языков программирования и, соответственно, в разработке компиляторов этих языков. Задача разработки компилятора представляет собой одновременно научную и инженерную задачу. И хотя структура многих компиляторов очень похожа, предпринимавшиеся еще 40 лет назад попытки создания универсального языка и, соответственно, универсального компилятора закончились неудачей по довольно простой причине: проблем, которые решает программное обеспечение, очень много, они различны различны по своей природе.

Читать полностью

Интеграция компиляторов в среды программирования

Профессор Университета Иннополис Евгений Зуев о современных подходах к созданию компиляторов

Продвинутая архитектура компиляторов, состоящая из нескольких компонент, взаимодействующих друг с другом и способных взаимодействовать с другими элементами интегрированных сред, требует нового инженерного подхода при их разработке. В начале 2000-х годов в лаборатории факультета ВМК МГУ мы начали работать над новой архитектурой компилятора для языка C++. Этот компилятор задумывался как совокупность компонентов, доступ к которым мог бы быть организован независимо друг от друга. Компилятор не представлял собой единую монолитную программу, это была именно совокупность компонент, и эти компоненты были спроектированы таким образом, чтобы обеспечить легкое включение в интегрированную среду.

Разработчики, которые занимаются созданием интегрированных сред и компиляторов, сталкиваются с большим числом проблем. И чисто инженерные проблемы здесь составляют только часть. Дело в том, что наряду с очень динамичным развитием информатики достаточно большое количество решений в настоящее время остаются теми же, которые были приняты 20–30 лет назад. Очень многие программисты до сих пор используют обычные командные компиляторы, которые были созданы в то время. Эти компиляторы, будучи спроектированными по-старому, очень трудно интегрировать в современную среду, потому что они разрабатывались как большие, монолитные программы.

Читать полностью

Моделирование интеграции веб-сервисов

Профессор Университета Иннополис Мануэль Маццара о пи-исчислениях и перспективах микросервисов

Пи-исчисление — это модель параллельных вычислений, у которой существуют десятки аналогов и постоянно появляются новые, но пальма первенства по-прежнему принадлежит ей. Создатель этой модели — всемирно известный ученый Робин Милнер, лауреат премии Тьюринга. Выбирая тему докторской диссертации, я решил изучать теорию параллелизма и, в частности, ее применение в веб-сервисах. В результате нашей работы с профессором Козимо Ланеве в Болонском университете мы спроецировали язык BPEL на модель пи-исчислений. Для каждого акта извлечения информации конструкция из одного языка должна быть переписана в аналогичную конструкцию другого языка. Более того, нужно доказать, что для внешнего наблюдателя результат такого перевода будет постоянным. То есть поведение первой программы должно быть внешне точно таким же, как поведение второй программы; обе они могут работать одновременно, выполняя абсолютно одинаковые задания, что означает единство алгоритмов их работы и исполняемых функций.

В литературе описано много подобных техник, мы воспользовались одной из них, предварительно адаптировав ее под нашу специфику. Результатом должно быть доказательство либо эквивалентности двух языков, либо ее отсутствия. В своем труде мы доказали, что взятые нами языки не полностью равноценны. Несмотря на некоторые сходства, не существует достаточно оснований, чтобы называть их эквивалентными. В общем, все дело в переводе с языка на язык. И машинные языки в этом плане намного легче в силу своего более ограниченного характера.

Читать полностью

                
            

«“Интернет вещей” может повлиять на будущее программного обеспечения»

Интервью с профессором Университета Иннополис Алешем Живковичем об этапах разработки программ, проблемах IT-индустрии и трендах в области создания ПО

— Что входит в процесс разработки программного обеспечения? Какие у этого процесса стадии и какие специалисты в него обычно вовлечены?

— Ключевой проблемой в разработке программного обеспечения является определение того, какой продукт мы собираемся создать и кто за это будет ответственным. Например, для проверки какого-либо решения нам нужен план тестирований. Мы можем начать разрабатывать его после того, как требования к продукту становятся ясными. Завершить этот процесс нужно к концу реализации задачи, ответственным за это может быть тест-менеджер. Иногда в ходе разработки вам уже предоставляется структура программного обеспечения или даже шаблоны, которые вы можете использовать.

Обычно процесс разработки программного обеспечения включает в себя разработку требований, анализ, проектирование, реализацию, тестирование и внедрение. Однако нужно совмещать этот процесс с проект-менеджментом, согласно которому проект состоит из нескольких фаз со своими ключевыми этапами, результатами, ресурсами и стоимостью.

Для большинства проектов требуется несколько разных специалистов, хотя все зависит от конкретного проекта. Например, во время моей последней разработки мы пользовались услугами разработчиков программного обеспечения, графических дизайнеров, психологов, врачей, специалистов по фитнесу и других. В идеале нужны люди с хорошими коммуникативными навыками, которые понимают технологию, специалисты по архитектуре программного обеспечения, менеджеры проектов и тим-лидеры, программисты и хорошие тестировщики. Также требуется обслуживающий персонал, который возьмет на себя заботу об инфраструктуре и средствах разработки.

— Как наука повлияла на методы создания программного обеспечения?

— Университеты и исследовательские лаборатории, включая Университет Иннополис, проводят фундаментальные исследования разных методов разработки программного обеспечения, собирают данные в индустрии для проведения эмпирических изысканий, устраивают контролируемые эксперименты со студентами и анализируют результаты. Эти результаты становятся известны практикующим разработчикам на конференциях и семинарах, посредством публикуемых статей и индивидуальных консультаций с различными группами разработчиков. У компаний есть свои насущные проблемы, и они часто отклоняются от исходной идеи о том, как разрабатывать программное обеспечение по выбранному методу. С нашей помощью методы и подходы меняются, проверяются и улучшаются на благо индустрии.

Читать полностью