[科普中國]-軟件生命周期

軟件生命周期(Software Life Cycle,SLC)是軟件的產(chǎn)生直到報廢或停止使用的生命周期。軟件生命周期內(nèi)有問題定義、可行性分析、總體描述、系統(tǒng)設(shè)計、編碼、調(diào)試和測試、驗收與運行、維護升級到廢棄等階段，也有將以上階段的活動組合在內(nèi)的迭代階段，即迭代作為生命周期的階段。

簡介軟件生命周期又稱為軟件生存周期或系統(tǒng)開發(fā)生命周期，是軟件的產(chǎn)生直到報廢的生命周期，周期內(nèi)有問題定義、可行性分析、總體描述、系統(tǒng)設(shè)計、編碼、調(diào)試和測試、驗收與運行、維護升級到廢棄等階段，這種按時間分程的思想方法是軟件工程中的一種思想原則，即按部就班、逐步推進，每個階段都要有定義、工作、審查、形成文檔以供交流或備查，以提高軟件的質(zhì)量。但隨著新的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法和技術(shù)的成熟，軟件生命周期設(shè)計方法的指導(dǎo)意義正在逐步減少。

生命周期的每一個周期都有確定的任務(wù)，并產(chǎn)生一定規(guī)格的文檔（資料），提交給下一個周期作為繼續(xù)工作的依據(jù)。按照軟件的生命周期，軟件的開發(fā)不再只單單強調(diào)“編碼”，而是概括了軟件開發(fā)的全過程。軟件工程要求每一周期工作的開始只能必須是建立在前一個周期結(jié)果“正確”前提上的延續(xù)；因此，每一周期都是按“活動-結(jié)果-審核-再活動-直至結(jié)果正確”循環(huán)往復(fù)進展的。1

階段同任何事物一樣，一個軟件產(chǎn)品或軟件系統(tǒng)也要經(jīng)歷孕育、誕生、成長、成熟、衰亡等階段，一般稱為軟件生存周期（軟件生命周期）。把整個軟件生存周期劃分為若干階段，使得每個階段有明確的任務(wù)，使規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜和管理復(fù)雜的軟件開發(fā)變的容易控制和管理?？梢詫④浖芷诟爬檐浖媱澯诳尚行匝芯侩A段（問題定義、可行性研究）、需求分析階段、軟件設(shè)計階段（概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計）、軟件編碼階段、軟件測試階段和軟件運行于維護階段。軟件計劃于可行性研究階段（問題定義、可行性研究）：此階段是軟件開發(fā)方與需求方共同討論，主要確定軟件的開發(fā)目標(biāo)及其可行性。

需求分析階段：在確定軟件開發(fā)可行的情況下，對軟件需要實現(xiàn)的各個功能進行詳細(xì)分析。需求分析階段是一個很重要的階段，也是在整個軟件開發(fā)過程中不斷變化和深入的階段，能夠為整個軟件開發(fā)項目的成功打下良好的基礎(chǔ)。

軟件設(shè)計階段（概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計）：主要根據(jù)需求分析的結(jié)果，對整個軟件系統(tǒng)進行設(shè)計，如系統(tǒng)框架設(shè)計，數(shù)據(jù)庫設(shè)計等等。軟件編碼階段：是將軟件設(shè)計的結(jié)果轉(zhuǎn)換成計算機可運行的程序代碼。在程序編碼中必須要制定統(tǒng)一，符合標(biāo)準(zhǔn)的編寫規(guī)范。以保證程序的可讀性，易維護性，提高程序的運行效率。

軟件測試階段：在軟件設(shè)計完成后要經(jīng)過嚴(yán)密的測試，以發(fā)現(xiàn)軟件在整個設(shè)計過程中存在的問題并加以糾正。

軟件運行和維護階段：是軟件生命周期中持續(xù)時間最長的階段，包括糾錯性維護和改進性維護兩個方面。2

模型分類從概念提出的那一刻開始，軟件產(chǎn)品就進入了軟件生命周期。在經(jīng)歷需求、分析、設(shè)計、實現(xiàn)、部署后，軟件將被使用并進入維護階段，直到最后由于缺少維護費用而逐漸消亡。這樣的一個過程，稱為"生命周期模型"（Life Cycle Model）。

典型的幾種生命周期模型包括瀑布模型、快速原型模型、迭代模型。

瀑布模型（Waterfall Model）首先由Royce提出。該模型由于酷似瀑布聞名。在該模型中，首先確定需求，并接受客戶和SQA小組的驗證。然后擬定規(guī)格說明，同樣通過驗證后，進入計劃階段…可以看出，瀑布模型中至關(guān)重要的一點是只有當(dāng)一個階段的文檔已經(jīng)編制好并獲得SQA小組的認(rèn)可才可以進入下一個階段。這樣，瀑布模型通過強制性的要求提供規(guī)約文檔來確保每個階段都能很好的完成任務(wù)。但是實際上往往難以辦到，因為整個的模型幾乎都是以文檔驅(qū)動的，這對于非專業(yè)的用戶來說是難以閱讀和理解的。想象一下，你去買衣服的時候，售貨員給你出示的是一本厚厚的服裝規(guī)格說明，你會有什么樣的感觸。雖然瀑布模型有很多很好的思想可以借鑒，但是在過程能力上有天生的缺陷。

然而輕易拋棄瀑布模型的觀點也是非常錯誤的，瀑布模型還是所有軟件開發(fā)模型的基礎(chǔ)，體現(xiàn)了軟件開發(fā)的本質(zhì)過程。對于一些大型 的軟件項目，試圖過于簡化瀑布的前期的需求和設(shè)計階段，用一個簡單的原型或者迭代來模擬未來的系統(tǒng)，并試圖幫助確認(rèn)和挖掘客戶的需求，是不可能的，不僅此時離客戶的最終需求和隔山萬千重，系統(tǒng)的架構(gòu)也會隨著過程而有很大被拋棄和大幅調(diào)整的過程，原型也就起不到原型的作用，成本和時間反而浪費，所以前期的功課還是少不了的，尤其對于復(fù)雜系統(tǒng)。即使對于簡單如定制一件衣服，在給客戶提出修改的時候，它要基本是一件衣服，而不是幾塊布片，否則客戶無從提出進一步的需求，前期的功夫也是白費的。

迭代式模型迭代式模型是是RUP（Rational Unified Process，統(tǒng)一軟件開發(fā)過程，統(tǒng)一軟件過程)推薦的周期模型，也是我們在這個系列文章討論的基礎(chǔ)。在RUP中，迭代被定義為：迭代包括產(chǎn)生產(chǎn)品發(fā)布（穩(wěn)定、可執(zhí)行的產(chǎn)品版本）的全部開發(fā)活動和要使用該發(fā)布必需的所有其他外圍元素。所以，在某種程度上，開發(fā)迭代是一次完整地經(jīng)過所有工作流程的過程：（至少包括）需求工作流程、分析設(shè)計工作流程、實施工作流程和測試工作流程。實質(zhì)上，它類似小型的瀑布式項目。RUP認(rèn)為，所有的階段（需求及其它）都可以細(xì)分為迭代。每一次的迭代都會產(chǎn)生一個可以發(fā)布的產(chǎn)品，這個產(chǎn)品是最終產(chǎn)品的一個子集。迭代的思想如圖所示。

迭代和瀑布的最大的差別就在于風(fēng)險的暴露時間上?！叭魏雾椖慷紩婕暗揭欢ǖ娘L(fēng)險。如果能在生命周期中盡早確保避免了風(fēng)險，那么您的計劃自然會更趨精確。有許多風(fēng)險直到已準(zhǔn)備集成系統(tǒng)時才被發(fā)現(xiàn)。不管開發(fā)團隊經(jīng)驗如何，都絕不可能預(yù)知所有的風(fēng)險?！?/p>

由于瀑布模型的特點（文檔是主體），很多的問題在最后才會暴露出來，為了解決這些問題的風(fēng)險是巨大的。"在迭代式生命周期中，您需要根據(jù)主要風(fēng)險列表選擇要在迭代中開發(fā)的新的增量內(nèi)容。每次迭代完成時都會生成一個經(jīng)過測試的可執(zhí)行文件，這樣就可以核實是否已經(jīng)降低了目標(biāo)風(fēng)險。"

快速原型模型快速原型（Rapid Prototype）模型在功能上等價于產(chǎn)品的一個子集。注意，這里說的是功能上。瀑布模型的缺點就在于不夠直觀，快速原型法就解決了這個問題。一般來說，根據(jù)客戶的需要在很短的時間內(nèi)解決用戶最迫切需要，完成一個可以演示的產(chǎn)品。這個產(chǎn)品只是實現(xiàn)部分的功能（最重要的）。它最重要的目的是為了確定用戶的真正需求。在我的經(jīng)驗中，這種方法非常的有效，原先對計算機沒有絲毫概念的用戶在你的原型面前往往口若懸河，有些觀點讓你都覺得非常的吃驚。在得到用戶的需求之后，原型將被拋棄。因為原型開發(fā)的速度很快，設(shè)計方面是幾乎沒有考慮的，如果保留原型的話，在隨后的開發(fā)中會為此付出極大的代價。至于保留原型方面，也是有一種叫做增量模型是這么做的，但這種模型并不為大家所接受，不在我們的討論之內(nèi)。 上述的模型中都有自己獨特的思想，其實現(xiàn)在的軟件組織中很少說標(biāo)準(zhǔn)的采用那一種模型的。模型和實用還是有很大的區(qū)別的。

軟件生命周期模型的發(fā)展實際上是體現(xiàn)了軟件工程理論的發(fā)展。在最早的時候，軟件的生命周期處于無序、混亂的情況。一些人為了能夠控制軟件的開發(fā)過程，就把軟件開發(fā)嚴(yán)格的區(qū)分為多個不同的階段，并在階段間加上嚴(yán)格的審查。這就是瀑布模型產(chǎn)生的起因。瀑布模型體現(xiàn)了人們對軟件過程的一個希望：嚴(yán)格控制、確保質(zhì)量?？上У氖?，現(xiàn)實往往是殘酷的。瀑布模型根本達(dá)不到這個過高的要求，因為軟件的過程往往難于預(yù)測。反而導(dǎo)致了其它的負(fù)面影響，例如大量的文檔、繁瑣的審批。因此人們就開始嘗試著用其它的方法來改進或替代瀑布方法。例如把過程細(xì)分來增加過程的可預(yù)測性。

螺旋模型1988年，Barry Boehm正式發(fā)表了軟件系統(tǒng)開發(fā)的"螺旋模型"，它將瀑布模型和快速原型模型結(jié)合起來，強調(diào)了其他模型所忽視的風(fēng)險分析，特別適合于大型復(fù)雜的系統(tǒng)。

螺旋模型沿著螺線進行若干次迭代，圖中的四個象限代表了以下活動：

（1） 制定計劃：確定軟件目標(biāo)，選定實施方案，弄清項目開發(fā)的限制條件；

（2） 風(fēng)險分析：分析評估所選方案，考慮如何識別和消除風(fēng)險；

（3） 實施工程：實施軟件開發(fā)和驗證；

（4） 客戶評估：評價開發(fā)工作，提出修正建議，制定下一步計劃。

螺旋模型由風(fēng)險驅(qū)動，強調(diào)可選方案和約束條件從而支持軟件的重用，有助于將軟件質(zhì)量作為特殊目標(biāo)融入產(chǎn)品開發(fā)之中。但是，螺旋模型也有一定的限制條件，具體如下：

（1） 螺旋模型強調(diào)風(fēng)險分析，但要求許多客戶接受和相信這種分析，并做出相關(guān)反應(yīng)是不容易的，因此，這種模型往往適應(yīng)于內(nèi)部的大規(guī)模軟件開發(fā)。

（2） 如果執(zhí)行風(fēng)險分析將大大影響項目的利潤，那么進行風(fēng)險分析毫無意義，因此，螺旋模型只適合于大規(guī)模軟件項目。

（3） 軟件開發(fā)人員應(yīng)該擅長尋找可能的風(fēng)險，準(zhǔn)確地分析風(fēng)險，否則將會帶來更大的風(fēng)險

一個階段首先是確定該階段的目標(biāo)，完成這些目標(biāo)的選擇方案及其約束條件，然后從風(fēng)險角度分析方案的開發(fā)策略，努力排除各種潛在的風(fēng)險，有時需要通過建造原型來完成。如果某些風(fēng)險不能排除，該方案立即終止，否則啟動下一個開發(fā)步驟。最后，評價該階段的結(jié)果，并設(shè)計下一個階段。3

需求分析軟件生命周期是指軟件從產(chǎn)生到最終被廢棄的生命周期，可以分為三大階段，分別為定義問題、軟件開發(fā)和軟件維護，其中問題定義中的需求分析是軟件開發(fā)和維護的前提，它直接決定軟件項目的成敗。在進行軟件需求分析時，要明確需求分析的目標(biāo)，采用合理的需求分析方法和工具，全面且正確的進行需求分析。獲取需求時會受很多因素的影響，從而導(dǎo)致需求不能正確表達(dá)用戶需求或者需求分析不夠正確等，所以需求獲取時要選擇合理的獲取方法，同時對需求要進行正確深入的分析，進而采用適合的工具來對需求進行說明和描述，這樣對于后續(xù)的軟件設(shè)計、編碼、測試和維護打下堅實的基礎(chǔ)。

軟件需求簡單的說就是研究“做什么”的問題，在現(xiàn)實工作過程中，應(yīng)該考慮除功能需求之外的業(yè)務(wù)需求和用戶需求。業(yè)務(wù)需求主要反映某機構(gòu)或者客戶對軟件產(chǎn)品高層次的目標(biāo)要求；用戶需求是指用戶使用產(chǎn)品必須完成的任務(wù)；功能需求指開發(fā)者不得不完成的軟件功能，可以說功能需求滿足了，業(yè)務(wù)需求也就達(dá)到了，需求分析并不考慮怎么做的問題。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)