Công nghệ phần mềm
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
|
Công nghệ phần mềm (hay còn gọi là kỹ nghệ phần mềm; tiếng Anh: software engineering) là sự vận dụng thực tế của những kiến thức khoa học trong việc thiết kế, cấu tạo của phần mềm cũng như những tài liệu liên quan trong việc phát triển, hoạt động và bảo dưỡng của nó.
Công nghệ phần mềm bao gồm những kiến thức và ứng dụng của những nguyên tắc, phương pháp và công cụ cho kỹ thuật, quản lý sự phát triển phần mềm.
Trích dẫn một câu nói của Edsger Dijkstra về công nghệ phần mềm:
- Khi máy tính chưa xuất hiện, thì việc lập trình chưa có khó khăn gì cả. Khi mới xuất hiện một vài chiếc máy tính chức năng kém thì việc lập trình bắt đầu gặp một vài khó khăn nho nhỏ. Giờ đây khi chúng ta có những chiếc máy tính khổng lồ thì những khó khăn ấy trở nên vô cùng lớn. Như vậy ngành công nghiệp điện tử không giải quyết khó khăn nào cả mà họ chỉ tạo thêm ra những khó khăn mới. Khó khăn mà họ tạo nên chính là việc sử dụng sản phẩm của họ.
[sửa] Các sản phẩm phần mềm
Đối tượng chính của công nghệ phần mềm là sản xuất ra các sản phẩm phần mềm.
Sản phẩm phần mềm là các phần mềm được phân phối cho khách hàng cùng với các tài liệu mô tả phương thức cài đặt và cách thức sử dụng chúng.
[sửa] Phân loại
- Sản phẩm tổng quát: Đây là các phần mềm đứng riêng, được sản xuất bởi một tổ chức phát triển và bán vào thị trường cho bất kỳ khách hàng nào có khả năng tiêu thụ.
- Sản phẩm chuyên ngành: là phần mềm được hỗ trợ tài chính bởi khách hàng trong chuyên nghành. Phần mềm được phát triển một cách đặc biệt cho khách hàng qua các hợp đồng.
Cho đến thập niên 1980 hầu hết sản phẩm phần mềm đều làm theo đơn đặt hàng riêng (đặc biệt hóa). Nhưng kể từ khi có PC tình hình hoàn toàn thay đổi. Các phần mềm được phát triển và bán cho hàng trăm ngàn khách hàng là chủ các PC và do đó giá bán các sản phẩm này cũng rẻ hơn nhiều. Microsoft là nhà sản xuất phần mềm lớn nhất hiện nay.
[sửa] Thuộc tính của sản phẩm phần mềm
Thuộc tính của một sản phẩm phần mềm là các đặc tính xuất hiện từ sản phẩm một khi nó được cài đặt và được đưa ra dùng. Các thuộc tính này không bao gồm các dịch vụ được cung cấp kèm theo sản phẩm đó.
- Thí dụ: mức hiệu quả, độ bền, khả năng bảo trì, khả năng dùng ở nhiều nền là các thuộc tính.
Các thuộc tính biến đổi tùy theo phần mềm. Tuy nhiên những thuộc tính tối quan trọng bao gồm:
- Khả năng bảo trì: Nó có khả năng thực hành những tiến triển để thỏa mãn yêu cầu của khách hàng.
- Khả năng tin cậy: Khả năng tin cậy của phần mềm bao gồm một loạt các đặc tính như là độ tin cậy, an toàn, và bảo mật. Phần mềm tin cậy không thể tạo ra các thiệt hại vật chất hay kinh tế trong trường hợp hư hỏng.
- Độ hữu hiệu: Phần mềm không thể phí phạm các nguồn tài nguyên như là bộ nhớ và các chu kì vi xử lý.
- Khả năng sử dụng: Phần mềm nên có một giao diện tương đối dễ cho người dùng và có đầy đủ các hồ sơ về phần mềm.
[sửa] Các mô hình phát triển sản phẩm phần mềm
Quá trình phát triển phần mềm là tập hợp các thao tác và các kết quả tương quan để sản xuất ra một sản phẩm phần mềm. Hầu hết các thao tác này được tiến hành bởi các kỹ sư phần mềm. Các công cụ hỗ trợ máy tính về kỹ thuật phần mềm có thể được dùng để giúp trong một số thao tác.
Có 4 thao tác là nền tảng của hầu hết các quá trình phần mềm là:
- Đặc tả phần mềm: Các chức năng của phần mềm và điều kiện để nó hoạt động phải được định nghĩa.
- Sự phát triển phần mềm: Để phần mềm đạt được đặc tả thì phải có quá trình phát triển này.
- Đánh giá phần mềm: Phần mềm phải được đánh giá để chắc chắn rằng nó làm những gì mà khách hàng muốn.
- Sự tiến hóa của phần mềm: Phần mềm phải tiến hóa để thỏa mãn sự thay đổi các yêu cầu của khách hàng.
[sửa] Mô hình thác nước
Mô hình này làm cho ý nghĩa việc sản xuất phần được thấy rõ hơn.
- Phân tích các yêu cầu và định nghĩa: hệ thống dịch vụ, khó khăn và mục tiêu được hình thành bởi sự trợ ý của hệ thống người tiêu dùng. Sau đó các yếu tố này được định nghĩa sao cho có thể hiểu được bởi cả người phát triển và người tiêu dùng.
- Thiết kế phần mềm và hệ thống: Thiết kế hệ thống các quá trình, các bộ phận và các yêu cầu về cả phần mềm lẫn phần cứng. Hoàn tất hầu như tất cả kiến trúc của các hệ thống này. Thiết kế phần mềm tham gia vào việc biểu thị các chức năng hệ thống phần mềm mà có thể được chuyển dạng thành một hay nhiều chương trình khả thi.
- Thực hiện và thử nghiệm các đơn vị: Trong giai đoạn này, thiết kế phần mềm phải được chứng thực như là một tập họp nhiều chương trình hay nhiều đơn vị nhỏ. Thử nghiệm các đơn vị bao gồm xác minh rằng mỗi đơn vị thỏa mãn đặc tả của nó.
- Tổng hợp và thử nghiệm toàn bộ: Các đơn vị chương trình riêng lẻ hay các chương trình được tích hợp lại và thử nghiệm như là một hệ thống hoàn tất và chứng tỏ được các yêu cầu của phần mềm được thỏa mãn. Sau khi thử nghiệm phần mềm được cung ứng cho người tiêu dùng.
- Sản xuất và bảo trì: Thông thường (nhưng không bắt buộc) đây là pha lâu nhất của chu kỳ sống (của sản phẩm). Phần mềm được cài đặt và được dùng trong thực tế. Bảo trì bao gồm điều chỉnh các lỗi mà chưa được phát hiện trong các giai đọan trước của chu kì sống; nâng cấp sự thực hiện của hệ thống các đơn vị và nâng cao hệ thống dịch vụ cho là các phát hiện vê yêu cầu mới.
Chỗ yếu của mô hình này là nó không linh hoạt. Các bộ phận của đề án chia ra thành những phần riêng của các giai đoạn. Hệ thống phân phối đôi khi không dùng được vì không thỏa mãn được yêu cầu của khách hàng. Mặc dù vậy mô hình này phản ảnh thực tế công nghệ. Như là một hệ quả đây vẫn là mô hình cơ sở cho đa số các hệ thống phát triển phần mềm - phần cứng.
[sửa] Mô hình phát triển tiến hoá của phần mềm
- Phân loại sự phát triển tiến hóa
- Lập trình thăm dò: đối tượng của quá trình bằng cách làm việc với khách hàng để thăm dò các yêu cầu và phân phối phần mềm dứt diểm. Sự phát triển nên bắt đầu với những phần nào đã được hiểu rõ. Phần mềm sẽ được thêm vào các chức năng mới khi mà nó được đề nghị cho khách hàng (và nhận về các thông tin).
- Mẫu thăm dò: đối tượng của phát triển tiến hoá này là nhằm hiểu các yêu cầu của khách hàng và do đó phát triển các định nghĩa yêu cầu tốt hơn cho phần mềm. Các mẫu tập trung trên các thí nghiệm với những phần đòi hỏi nào của khách hàng mà có thể gây sự khó hiểu hay ngộ nhận.
- Phân tích mô hình: Mô hình phát triển tiến hóa này hiệu quả hơn mô hình thác nước. Tuy nhiên, nó vẫn còn các khuyết điểm:
- Quá trình thì không nhìn thấy rõ được: Các nhà quản lý cần phân phối thường xuyên để đo lường sự tiến bộ. Nó không kinh tế trong việc làm ra các hồ sơ cho phần mềm.
- Phần mềm thường dược cấu trúc nghèo nàn: Sự thay đổi liên tục dễ làm đổ vỡ cấu trúc của phần mềm, tạo ra sự khó khăn và tốn phí.
- Thường đòi hỏi những kỹ năng đặc biệt: Hầu hết các hệ thống khả dĩ theo cách này được tiến hành bởi các nhóm nhỏ có kỹ năng cao cũng như các cá nhân phải năng động.
- Mô hình này thích hợp với:
- Phát triển các loại phần mềm tương đối nhỏ
- Phát triển các loại phần mềm có đời sống tương đối ngắn
- Tiến hành trong các hệ thống lớn hơn ở những chỗ mà không thể biểu thị được các đặc tả chi tiết trong lúc tiến hành. Thí dụ của trường hợp này là các hệ thống thông minh nhân tạo (AI) và các giao diện cho người dùng.
[sửa] Mô hình xoắn ốc Boehm
Đây là mô hình phát triển từ mô hình thác nước cho thấy mức độ tổng quát hơn của các pha sản xuất của một sản phẩm. Mô hình được đề nghị bởi Boehm vào năm 1988. Mô hình này có thể chỉ ra các rủi ro có thể hình thành trên căn bản của mô hình quá trình (sản xuất) tổng quát.
Mô hình Boehm có dạng xoắn ốc. Mỗi vòng lặp đại diện cho một pha của quá trình phần mềm. Vòng trong cùng tập trung về tính khả thi, vòng kế lo về định nghĩa các yêu cầu, kế đến là thiết kế, ...
Không có một pha nào được xem là cố định trong vòng xoắn. Mỗi vòng có 4 phần tương ứng với một pha.
- Cài đặt đối tượng: Chỉ ra các đối tượng của pha trong đề án. Những khó khăn hay cưỡng bức của quá trình và của sản phẩm được xác định và được lên kế hoạch chi tiết. Xác định các yếu tố rủi ro của đề án. Các phương án thay thế tùy theo các rủi ro này có thể được dự trù.
- Lượng định và giảm thiểu rủi ro. Tiến hành phân tích mỗi yếu tố rủi ro đã xác định. Các bước đặt ra để giảm thiểu rủi ro.
- Phát triển và đánh giá: Sau khi đánh giá các yếu tố rủi ro, một mô hình phát triển cho hệ thống được chọn.
- Lên kế hoạch: Đề án được xem xét và quyết định có nên hay không tiếp tục pha mới trong vòng lặp.
Hình vẽ là một thí dụ đơn giản của mô hình Boehm.
[sửa] Các quá trình linh hoạt
Là quá trình mà trong đó cấu trúc khởi động sẽ nhỏ nhưng linh động và lớn dần của các đề án phần mềm nhằm tìm ra các khó khăn trước khi nó trở thành vấn đề có thể dẫn tới những hủy hoại. Quá trình này nhấn mạnh sự gọn nhẹ và tập trung hơn là các phương pháp truyền thống. Các quá trình linh hoạt dùng các thông tin phản hồi thay vì dùng các kế hoạch, như là một cơ chế diều khiển chính. Các thông tin phản hồi có được từ các thử nghiệm và các phiên bản phát hành của phần mềm tham gia.
Các quá trình linh hoạt thưòng có hiệu quả hơn các phương pháp cũ, nó dùng ít thời gian lập trình để sản xuất ra nhiều chức năng hơn, chất lượng cao hơn, nhưng nó không cung cấp một khả năng kế hoạch lâu dài.
Một cách ngắn gọn các phuơng pháp này cung ứng hiệu quả cao nhất cho vốn đầu tư, nhưng lại không định rõ hiệu quả gì.
Lập trình cực hạn, gọi tắt là XP, là loại quá trình linh hoạt được biết đến nhiều nhất. Trong XP, các pha được xúc tiến trong các bước cực nhỏ (hay liên tục) nếu so với các quá trình kiểu cũ, gọi là các "toán" xử lý. Bước đầu tiên (với chủ định là không hoàn tất) cho đến các bước có thể chỉ tốn một ngày hay một tuần, thay vì phải tốn nhiều tháng như trong phương pháp thác nước. Đầu tiên, một người viết các thử nghiệm tự động để cung cấp các mục tiêu cụ thể cho sự phát triển. Kế đến là giai đoạn viết mã (bởi một cặp lập trình viên); giai đoạn này hoàn tất khi mà các mã viết qua được tất cả các thử nghiệm và những người lập trình không tìm ra thêm được thử nghiệm cần thiết nào nữa. Thiết kế và kiến trúc được điều chỉnh và nâng cao ngay sau giai đoạn viết mã này bởi người đã viết mã trong giai đoạn trước. Hệ thống chưa hoàn tất nhưng hoạt động được này được khai thác hay được đem ra minh họa cho (một phần) người tiêu dùng mà trong số đó có người trong đội phát triển phần mềm. Thời điểm này những người thực nghiệm lại bắt đầu viết các thử nghiệm cho những phần quan trọng kế tiếp của hệ thống.
[sửa] Tầm nhìn của các quá trình
Do bản chất không thể nắm bắt cụ thể của các hệ thống phần mềm, các nhà quản lý quá trình phần mềm cần các báo cáo, các hồ sơ và xem xét để theo dõi tiến độ cũng như những gì xảy ra của công việc. Hầu hết các tổ chức phát triển các phần mềm lớn dùng kiểu quá trình "định hướng chuyển giao được". Mỗi thao tác phải kết thúc bằng một hồ sơ hay báo cáo nhằm làm cho quá trình phần mềm trở nên cụ thể hơn.
[sửa] Lịch sử
Công nghệ phần mềm có một lịch sử khá sớm. Các công cụ được dùng cũng như các ứng dụng được viết đã tham gia vào kỹ nghệ phần mềm theo thời gian.
[sửa] 60 năm tuyến thời gian
- Thập niên 1940: Các chương trình cho máy tính được viết bằng tay.
- Thâp niên 1950: Các công cụ đầu tiên xuất hiện như là phần mềm biên dịch Macro Assembler và phần mềm thông dịch đã được tạo ra và sử dụng rộng rãi để nâng cao năng suất và chất lượng. Các trình dịch được tối ưư hoá lần đầu tiên ra đời.
- Thập niên 1960: Các công cụ của thế hệ thứ hai như các trình dịch tối ưu hoá và công việc kiểm tra mẫu đã được dùng để nâng cao sản phẩm và chất lượng. Khái niệm công nghệ phần mềm đã được bàn thảo rộng rãi.
- Thập niên 1970: Các công cụ phần mềm, chẳng hạn trong UNIX các vùng chứa mã, lệnh make, v.v. được kết hợp với nhau. Số lượng doanh nghiệp nhỏ về phần mềm và số lượng máy tính cỡ nhỏ tăng nhanh.
- Thập niên 1980: các PC và máy trạm ra đời. Cùng lúc có sự xuất hiện của mô hình dự toán khả năng. Lượng phần mềm tiêu thụ tăng mạnh.
- Thập niên 1990: Phương pháp lập trình hướng đối tượng ra đời. Các quá trình nhanh như là lập trình cực hạn được chấp nhận rộng rãi. Trong thập niên này, WWW và các thiết bị máy tính cầm tay phổ biến rộng rãi.
- Hiện nay: Các phần mềm biên dịch và quản lý như là .NET, PHP và Java làm cho việc viết phần mềm trở nên dễ dàng hơn nhiều.
[sửa] Hướng tương lai của kỹ nghệ phần mềm
Lập trình định dạng và các phương pháp linh hoạt sẽ giữ vai trò quan trọng trong tương lai của công nghệ phần mềm. ICSE 2005 đã tham gia theo dõi cả hai chủ đề này. (ICSE là dạng viết tắt của International Conference on Software Engineering tức là Hội nghị Quốc tế về Kỹ nghệ Phần mềm.)
- Lập trình định dạng (aspect-oriented programming) sẽ giúp người lập trình ứng xử với các yêu cầu không liên quan đến các chức năng thực tế của phần mềm bằng cách cung ứng các công cụ để thêm hay bớt các khối mã ít bị thay đổi trong nhiều vùng của của mã nguồn. Lập trình định dạng mô tả các đối tượng và hàm nên ứng xử như thế nào trong một tình huống cụ thể.
-
- Thí dụ: Lập trình định dạng có thêm vào các cơ cấu kiểm soát hiệu chỉnh lỗi, biên bản và khoá cho tất cả các đối tượng của một số kiểu. Các nhà nghiên cứu đang tìm cách ứng dụng lập trình định dạng để thiết kế mã cho mục tiêu thông thường.
- Phát triển phần mềm linh hoạt: nhằm hướng dẩn các đề án phát triển phần mềm mà trong đó bao gồm việc thoả mãn các nhu cầu thay đổi và sự cạnh tranh của thị trường một cách nhanh chóng. Các quá trình cồng kềnh, nặng về hồ sơ tính như là TickIT, CMM và ISO 9000 đang lu mờ dần tầm quan trọng.
Hội nghị Future of Software Engineering (FOSE) tin rằng ICSE 2000 đã hồ sơ hoá các tính năng hiện đại nhất của kỹ nghệ phần mềm và nêu ra nhiều vấn đề cần được giải quyết trong thập niên tới.
Đề án Feyerabend có ý định tìm hiểu tương lai của kỹ nghệ phần mềm qua tìm kiếm và xuất bản các ý kiến sáng tạo.
[sửa] Những chủ đề liên quan
- Phần mềm
- Sản xuất phần mềm
- Thiết kế phần mềm
- Bảo trì phần mềm
- Quản lý dự án phần mềm
- Chất lượng của hệ thống phần mềm