Tài liệu Phương pháp hình thức trong việc phát triển hệ thống hướng đối tượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ------# "------ Nguyễn Hoàng Hà PHƯƠNG PHÁP HÌNH THỨC TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Công Nghệ Phần Mềm Mã số: 68 40 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ HÀ NỘI – 2007 Mục lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................2 DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................................4 MỞ ĐẦU .........................................................................................................................5 U Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................................7 I.1. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng............................................................7 I.1.1. Khái niệm ..................................................................................................................8 I.1.2. Các ưu điểm của phương pháp hướng đối tượng ......................................................8 I.2. Tiến trình thống nhất .............................................................................................................9 I.2.1. Khái niệm về tiến trình thống nhất ............................................................................9 I.2.2. Các đặc trưng của tiến trình thống nhất...................................................................10 I.2.3. Vòng đời của một tiến trình thống nhất...................................................................14 I.2.4. Một tiến trình tích hợp ............................................................................................16 I.3. Ngôn ngữ hình thức trong phát triển phần mềm .................................................................16 I.3.1. Mục tiêu của việc áp dụng phương pháp hình thức ................................................16 I.3.2. Ưu điểm của phương pháp hình thức ......................................................................17 I.3.3. Ngôn ngữ đặc tả hình thức ......................................................................................17 I.4. Mục tiêu và nội dung của đề tài ..........................................................................................18 Chương II: ĐẶC TẢ VÀ LÀM MỊN HỆ THỐNG ĐỐI TƯỢNG VỚI rCOS.............19 II.1. rCOS – Một phép làm mịn hệ thống đối tượng .................................................................19 II.1.1. UTP – cơ sở của rCOS ...........................................................................................19 II.1.2. Đặc tả hệ thống đối tượng bằng rCOS ...................................................................20 II.1.3. Lý thuyết làm mịn hệ thống đối tượng...................................................................24 II.2. Một tiến trình phát triển đặc tả hệ thống hướng đối tượng ................................................29 II.2.1. Tổng quát................................................................................................................29 II.2.2. Các bước của tiến trình...........................................................................................31 II.3. Kết chương.........................................................................................................................40 Chương III: XÂY DỰNG CÔNG CỤ ..........................................................................41 III.1. Đặt vấn đề.........................................................................................................................41 III.2. Phân tích hệ thống ............................................................................................................42 III.2.1. Xác định yêu cầu...................................................................................................42 III.2.2. Phát triển biểu đồ miền lĩnh vực ...........................................................................43 III.2.3. Xây dựng các mô hình ca sử dụng........................................................................45 III.2.4. Phát triển các biểu đồ lớp khái niệm.....................................................................47 III.3. Thiết kế hệ thống ..............................................................................................................48 III.3.1. Biểu đồ lớp thiết kế...............................................................................................48 III.3.2. Biểu diễn thông tin đặc tả hệ thống ......................................................................50 III.4. Cài đặt thử nghiệm ...........................................................................................................52 III.4.1. Môi trường và công cụ..........................................................................................52 III.4.2. Công cụ FM Tool..................................................................................................53 III.5. Tiến hành một case study với FM Tool............................................................................56 III.5.1. Khởi tạo hệ thống..................................................................................................56 III.5.2. Bổ sung các thuộc tính..........................................................................................57 III.5.3. Bổ sung các phương thức......................................................................................58 III.5.4. Tổng quát hóa .......................................................................................................59 III.5.5. Chuyển đặc tả sang công cụ CASE khác ..............................................................60 III.6. Hai hướng sử dụng FM Tool ............................................................................................61 III.7. Kết luận chương ...............................................................................................................63 KẾT LUẬN ...................................................................................................................64 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ....................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................67 PHỤ LỤC ......................................................................................................................71 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh CASE Computer DTD Ý nghĩa Aided Software Kỹ nghệ phần mềm được trợ Engineering giúp bởi máy tính. Document type definition Định nghĩa dạng tài liệu: đặc tả về thông tin định dạng tài liệu viết bằng XML MDA Model driven architecture Kiến trúc định huớng mô hình MOF Meta object facility Cách đặc tả siêu đối tượng OMG Object Management Group Một tổ chức của các hãng phần mềm phát triển hướng đối tượng. OOA Object – Oriented Analysis Phân tích hướng đối tượng OOD Object – Oriented Design Thiết kế hướng đối tượng OOP Object – Oriented Programming Lập trình hướng đối tượng rCOS Relation Calculus of Object Phép làm mịn quan hệ của hệ System thống đối tượng. RUP Rational Unified Process Tiến trình thống nhất UTP Unified Theory Programming Lý thuyết lập trình thống nhất XMI XML Metadata Interchange Trao đổi siêu dữ liệu bằng XML XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ XML, một ngôn ngữ đánh dấu có thể được người dùng tự định nghĩa, mở rộng -1- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Tiến trình phát triển phần mềm ...............................................................9 Hình 2. Ca sử dụng điều khiển các hoạt động phát triển....................................11 Hình 3. Mô hình hoá kiến trúc hệ thống ............................................................13 Hình 4. Một vòng đời hệ thống với các pha và bước lặp. ..................................14 Hình 5. Luồng công việc trong các pha và các bước lặp khác nhau ..................15 Hình 6. Biểu đồ lớp của hai khai báo lớp cdelcs1 và cdecls2 .............................28 Hình 7. Ý tưởng cho phương pháp giải quyết vấn đề ........................................30 Hình 8. Quan hệ phụ thuộc A phụ thuộc B qua một phương thức.....................38 Hình 9. Gói mô tả các khái niệm thuộc biểu đồ lớp UML theo OMG ..............44 Hình 10. Biểu đồ khái niệm miền lĩnh vực ........................................................45 Hình 11. Biểu đồ ca sử dụng mức gộp ...............................................................45 Hình 12. Biểu đồ ca sử dụng quản lý các đặc tả hệ thống..................................46 Hình 13. Biểu đồ ca sử dụng phát triển và làm mịn đặc tả hệ thống ................47 Hình 14. Biểu đồ lớp khái niệm tổng quát .........................................................48 Hình 15. Biểu đồ lớp thiết kế của hệ thống........................................................49 Hình 16. So sách cách định nghĩa XML và UML của OMG.............................50 Hình 17. Giao diện công cụ FM Tool ................................................................53 -2- Hình 18. Sửa đồi đối tượng bằng cách nhấn phải chuột và chọn Properties .....55 Hình 19. Form sửa đổi các thuộc tính của một lớp ............................................55 Hình 20. Khởi tạo hệ thống cho đặc tả APP0 .....................................................57 Hình 21. Mô hình UML tương ứng với APP1 ....................................................58 Hình 22. Mô hình UML tương ứng với APP2 ....................................................59 Hình 23. Mô hình UML tương ứng với APP3 ...................................................60 Hình 24. Đặc tả được chuyển sang công cụ Power Designer ............................61 Hình 25. Biểu đồ hoạt động hai phương án sinh mã nguồn sau khi có đặc tả hệ thống trong FM Tool .....................................................................................................62 -3- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Ví dụ làm về làm mịn khai báo lớp ...................................................25 Bảng 2. Ví dụ về biến đổi cấu trúc khai báo lớp.............................................27 Bảng 3. Bảng tổng hợp chức năng của công cụ..............................................43 -4- MỞ ĐẦU Ngày nay thật hiếm có lĩnh vực nào lại không có sự tham gia của phần mềm. Sự phát triển nhanh chóng của phần cứng và sự gia tăng rất nhanh của nhu cầu sử dụng phần mềm đã làm cho việc phát triển phần mềm ngày càng phức tạp. Ngoài nhu cầu phát triển những hệ thống phần mềm có quy mô lớn và phức tạp thì yêu cầu bảo trì các hệ thống đó cũng ngày càng trở nên khó khăn. Thách thức của ngành công nghiệp phần mềm hiện nay là làm thế nào phát triển phần mềm thương mại với chất lượng cao: tin cậy, dễ mở rộng và bảo trì, phù hợp với yêu cầu người dùng đồng thời giá thành và thời gian phát triển phần mềm phải không được vượt quá mong đợi. Trong những năm gần đây, công nghệ phần mềm hướng đối tượng và các công cụ tự động trợ giúp cho nó đã trờ thành một giải pháp công nghệ hữu hiệu cho nghành công nghiệp phần mềm. Tiếp cận hướng đối tượng đã tỏ rõ nhiều ưu điểm so với các cách tiếp cận khác và trở thành một phương pháp phổ biến trong công nghệ phần mềm. Bên cạnh đó, việc áp dụng phương pháp hình thức vào quá trình phát triển phần mềm từ lâu đã là một phương án tốt cho việc phát triển phần mềm, đặc biệt đối với các hệ thống đòi hỏi sự chính xác cao. Phương pháp hình thức với việc sử dụng các công cụ toán học đã làm cơ sở cho việc đặc tả, chứng minh tính chính xác và kiểm chứng các hệ thống phần mềm. Việc kết hợp hai phương pháp trên trong phát triển phần mềm là một ý tưởng tốt, giúp cho chúng có thể bổ sung cho nhau. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này và các tác giả đã giải quyết được một số khía cạnh vấn đề trong những mặt khác nhau. Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ “Phương pháp hình thức trong việc phát triển hệ thống hướng đối tượng” này, tôi hy vọng sẽ đóng những nghiên cứu của mình vào xu hướng trên. Bố cục của luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận và ba chương. -5- Chương I trình bày những khái niệm cơ bản, những vấn đề liên quan đến phát triển phân mềm hướng đối tượng và phương pháp hình thức. Chương này cũng đề ra các vấn đề và nội dung nghiên cứu của luận văn này. Trong chương II, một tiến trình phát triển phần mềm tập trung vào khung nhìn biểu đồ lớp được đề xuất trong đó đặc tả hệ thống, các phép biến đổi, luật làm mịn được thể hiện và chứng minh bằng rCOS. Cuối cùng, chương III trình bày những nghiên cứu của tôi trong việc xây dựng một phần mềm công cụ trợ giúp cho quá trình phát triển phần mềm hướng đối tượng, cơ sở lý thuyết của chương này được vận dụng từ các nghiên cứu trong chương II. Phần kết luận nêu tóm tắt các vấn đề đã được trình bày trong luận văn và những vấn đề tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu. Ngoài ra trong phần phụ lục có trình bày nội dung một file XML theo chuẩn XMI được xuất ra bởi công cụ xây dựng trong chương III. Bên cạnh đó, luận văn có các phần như: danh mục các từ viết tắt, danh sách các hình vẽ, các bảng và tài liệu tham khảo để giúp cho người đọc thuận tiện trong việc tìm hiều nội dung luận văn. -6- Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG I.1. Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng Một trong những thách thức đối với ngành công nghiệp phần mềm là làm thế nào phát triển các phần mềm với chất lượng cao, nhanh chóng và dễ bảo trì trong khi các hệ thống ngày càng lớn và phức tạp [30]. Điều đó xuất phát từ những nguyên nhân sau: - Nhu cầu của người dùng đối với phần mềm ngày một cao do sự phát triển như vũ bão của internet và do yêu cầu tin học hóa các lĩnh vực của cuộc sống. - Năng lực xử lý của phần cứng tăng nhanh (theo định luật Moore: Năng lực của máy tính tăng gấp đôi sau 18 tháng) đặt ra yêu cầu làm thế nào để các hệ thống phần mềm có thể tận dụng tiềm năng đó. Vào những năm 70 của thế kỷ trước cuộc “khủng hoảng phần mềm” đã diễn ra và đã đặt ra cho việc phát triển phần mềm nhiều yêu cầu và thách thức [28]. Từ đó đã có nhiều nhiều lý thuyết, phương pháp luận và kỹ thuật được nghiên cứu, đề xuất và việc phát triển phần mềm dần trở thành một ngành công nghiệp. Từ sau năm 1990 phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng ra đời và nhanh chóng đóng một vai trò quan trọng. Phương pháp hướng đối tượng ngày càng mạnh mẽ và trở nên phổ biến cho việc xây dựng các hệ thống phần mềm lớn và phức tạp. Cùng với sự ra đời và phát triển của các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng phương pháp mới này đã dần trở thành xu thế trong công nghệ phần mềm. Đặc biệt khi ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất UML được tổ chức OMG công nhận là chuẩn công nghiệp, lúc này các công cụ CASE đã hỗ trợ hầu hết các giai đoạn phát triển phần mềm hướng đối tượng thì phương pháp hướng đối tượng đã gần như hoàn thiện và tỏ rõ ưu thế so với các phương pháp khác. -7- I.1.1. Khái niệm Xây dựng hệ thống phần mềm theo phương pháp hướng đối tượng bao gồm các công việc: phân tích, thiết kế và lập trình hướng đối tượng. Phương pháp này dựa trên 3 nguyên tắc cơ bản: tính đóng gói, tính kế thừa và đa hình. Phân tích hướng đối tượng (OOA) là hoạt động điều tra, nghiên cứu hệ thống nhằm tìm hiểu kỹ bài toán, tìm ra các đối tượng để xây dựng các module của hệ thống phần mềm, phân tách bài toán thành các phần nhỏ hơn, xây dựng mô hình logic mô tả chức năng của toàn hệ thống. Nhiệm vụ của thiết kế hướng đối tượng (OOD) là mô hình hóa các đối tượng của bài toán thành các đối tượng phần mềm, xây dựng mô hình kiến trúc và mô hình tính toán cho hệ thống. Kiến trúc trong OOD nhấn mạnh đến việc định nghĩa các đối tượng phần mềm và tương tác giữa chúng. Lập trình hướng đối tượng (OOP) cho phép chúng ta kết hợp những tri thức bao quát về các quá trình với các khái niệm trừu tượng được sử dụng trong máy tính. Cụ thể hơn nhiệm vụ giai đoạn này là chuyển các đặc tả hệ thống đối tượng từ bản thiết kế thành chương trình mã máy bằng các công cụ và ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. I.1.2. Các ưu điểm của phương pháp hướng đối tượng Các phương pháp hướng đối tượng nói chung và lập trình hướng đối tượng nói riêng cho phép chúng ta giải quyết được nhiều vấn đề gây khó khăn, trở ngại cho quá trình phát triển phần mềm. Ngoài những khía cạnh đã phân tích ở trên, những ưu điểm chính của phương pháp hướng đối tượng là: - Giúp cho nhà phát triển có tư duy ánh xạ các đối tượng bài toán vào phần mềm, nhờ đó hệ thống trở nên trong sáng dễ hiểu và gần gũi với người dùng. - Những đối tượng được thiết kế tốt trong những hệ thống hướng đối tượng là cơ sở để kết hợp các đơn thể được sử dụng lại thành hệ lớn hơn, tạo ra những hệ thống chất lượng ở mức cao hơn. -8- - Lập trình hướng đối tượng, đặc biệt là kỹ thuật thừa kế cho phép loại bỏ những đoạn mã chung, làm tăng tính tái sử dụng. - Quy ước truyền thông điệp giữa các đối tượng đảm bảo cho việc mô tả các giao diện giữa các đơn thể bên trong hệ thống và các hệ thống bên ngoài trở nên dễ dàng hơn. Điều đó cũng đảm bảo cho việc phân chia công việc trong dự án có cơ sở tự nhiên và dễ hiểu hơn. - Nguyên lý che dấu thông tin hỗ trợ cho việc xây dựng các hệ thống thông tin an toàn. Nguyên lý thiết kế dựa chính vào dữ liệu rất phù hợp với ngữ nghĩa của mô hình trong cài đặt. - Định hướng đối tượng cung cấp cho chúng ta những công cụ hỗ trợ để giải quyết được độ phức tạp của bài toán. I.2. Tiến trình thống nhất I.2.1. Khái niệm về tiến trình thống nhất Một tiến trình phát triển phần mềm là một tập các hoạt động cần thiết để chuyển yêu cầu người sử dụng thành một hệ thống phần mềm đáp ứng được các yêu cầu đặt ra [6](hình 1). Hình 1. Tiến trình phát triển phần mềm Tiến trình thống nhất (RUP – Rational Unified Process) là tiến trình phát triển phần mềm do Rational Software phát triển và bảo trì. Đó là một khung làm việc chung mà có thể được chuyên biệt hoá cho mỗi lớp lớn của các hệ thống phần mềm, cho các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, các kiểu tổ chức khác nhau, các cấp độ hoàn thiện khác nhau và các qui mô dự án khác nhau. -9- Tiến trình thống nhất dựa trên các thành phần, điều đó có nghĩa là hệ thống phần mềm được xây dựng dựa trên các thành phần phần mềm kết nối với nhau thông qua giao diện đã được định nghĩa trước. Tiến trình thống nhất sử dụng ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất UML để thiết kế các hệ thống phần mềm. RUP giúp sử dụng hiệu quả UML và trên thực tế UML là một phần tích hợp của RUP. Hiện nay RUP được rất nhiều công cụ hỗ trợ tự động trên phần lớn tiến trình. I.2.2. Các đặc trưng của tiến trình thống nhất RUP có 3 đặc trưng cơ bản: [6], [21]: - Ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển. - RUP lấy kiến trúc làm trung tâm. - Là tiến trình lặp và tăng dần. Phần sau đây sẽ trình bày chi tiết hơn từng đặc trưng trên. I.2.2.1. Ca sử dụng điều khiển tiến trình phát triển Một hệ thống phần mềm được tạo ra là để phục vụ người dùng, thuật ngữ người dùng ở đây bao gồm cả người dùng hệ thống hay các hệ thống khác tương tác sử dụng dịch vụ hệ thống mà chúng ta xây dựng. Một ca sử dụng (use case) là một phần chức năng hệ thống cung cấp cho người dùng để đem lại kết quả nào đó khi sử dụng nó. Các ca sử dụng dùng để nắm bắt các yêu cầu chức năng. Tập hợp tất cả các ca sử dụng lập thành mô hình ca sử dụng mô tả đầy đủ chức năng của hệ thống (hình 2). Mô hình này sẽ thay thế cho các đặc tả chức năng hệ thống bằng phương pháp truyền thống. Một đặc tả chức năng thường trả lời câu hỏi: hệ thống được dự kiến sẽ là gì? Nhưng đối với ca sử dụng thì câu hỏi lại là: hệ thống dự kiến sẽ làm được gì cho mỗi người sử dụng? -10- Ca sử dụng không phải chỉ là một công cụ để đặc tả các yêu cầu của hệ thống, nó còn điều khiển các tiến trình thiết kế, cài đặt và kiểm thử theo ngữ nghĩa như sau: Trước hết ca sử dụng phản ánh yêu cầu của hệ thống cần phải thực hiện để đem lại dịch vụ cho những người sử dụng và kết quả là những giá trị gia tăng mà họ nhận được. Dựa trên mô hình ca sử dụng, người phát triển tạo ra một loạt các mô hình phân tích, thiết kế và cài đặt nhằm vào việc ca sử dụng ở những mức khác nhau (từ mức khái niệm đến mức logic và phương tiện vật lý) và xem xét để sao cho mỗi mô hình này phù hợp với việc thực hiện mô hình ca sử dụng xây dựng được. Hình 2. Ca sử dụng điều khiển các hoạt động phát triển. Những người kiểm tra sẽ kiểm tra các cài đặt để đảm bảo rằng các thành phần của mô hình cài đặt đã được cài đặt đúng các ca sử dụng. Do vậy, ta nói rằng ca sử dụng điều khiển quá trình phát triển, điều đó có nghĩa là quá trình phát triển tuân theo các luồng công việc được điều khiển bởi ca sử dụng. -11- I.2.2.2. Tiến trình thống nhất lấy kiến trúc làm trung tâm Vai trò của kiến trúc hệ thống phần mềm giống như khung nền, dựa trên đó phần mềm được xây dựng và phát triển đến hoàn thiện. Khái niệm kiến trúc phần mềm chứa đựng các khía cạnh tĩnh và động có ý nghĩa nhất đối với hệ thống. Nó được phát triển dựa theo yêu cầu của tổ chức, theo cảm nhận của người dùng và các tổ chức có liên quan khác được phản ánh qua các ca sử dụng. Mặt khác, nó cũng chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố, chẳng hạn như môi trường nền của hệ thống, các khối xây dựng dùng lại có sẵn, các điều cân nhắc triển khai và các yêu cầu phi chức năng (như tính thể hiện, độ tin cậy...). Kiến trúc là một khung nhìn thiết kế tổng thể về những đặc điểm quan trọng nhất của hệ thống và tạm bỏ qua các chi tiết. Vậy ca sử dụng và kiến trúc có quan hệ với nhau như thế nào? Mọi sản phẩm đều bao gồm chức năng và hình thức thể hiện. Hai yếu tố này phải cân bằng với nhau để đem lại kết quả tốt nhất. Chức năng tương ứng với các ca sử dụng và hình thức thể hiện tương ứng với kiến trúc. Do đó việc lựa chọn các ca sử dụng để phát triển được định hướng theo kiến trúc và phù hợp với kiến trúc. Nói cách khác, kiến trúc phải cung cấp chỗ dựa cho việc thực hiện các ca sử dụng ngay từ khi bắt đầu tiến trình hệ thống và cả trong tương lai. Trên thực tế, cả kiến trúc và ca sử dụng đều phát triển song song. Kiến trúc của hệ thống là thành phần quan trọng nhất, được sử dụng để quản lý các khung nhìn khác, để điều khiển phát triển hệ thống tăng dần và lặp lại trong suốt chu kỳ sống của hệ thống phần mềm. Kiến trúc là tập các quyết định về: - Tổ chức của hệ thống phần mềm. - Lựa chọn các phần tử cấu trúc và giao diện cho hệ thống. - Hành vi của chúng thể hiện trong hợp tác giữa các phần tử. - Tập hợp các phần tử cấu trúc và hành vi vào hệ con lớn hơn. -12- Hình 3. Mô hình hoá kiến trúc hệ thống Kiến trúc của hệ thống phần mềm chuyên sâu được mô tả bằng các khung nhìn tương tác với nhau (hình 3). Các khung nhìn ánh xạ vào tổ chức và cấu trúc hệ thống, mỗi khung nhìn tập trung vào một khía cạnh cụ thể của hệ thống. I.2.2.3. Tiến trình thống nhất là tiến trình lặp và tăng dần Việc phát triển một phần mềm nói chung đòi hỏi một số lớn công việc và có thể diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định. Việc chia nhỏ toàn bộ công việc thành các phần nhỏ hoặc các dự án con là yêu cầu thiết thực. Mỗi dự án con là một bước lặp và tạo nên một sự tăng trưởng. Điều này dễ dàng thực hiện được khi phát triển phần mềm hướng đối tượng, vì nó được cấu thành từ các thành phần độc lập ghép nối lại với nhau. Để đạt hiệu quả nhất, các bước lặp phải được điều khiển, nghĩa là chúng phải được lựa chọn và tiến hành theo kế hoạch đã được định trước. Lựa chọn gì cần để cài đặt trong một bước lặp dựa trên hai yếu tố sau: Thứ nhất, bước lặp phải liên quan tới một nhóm các ca sử dụng để mở rộng tính khả dụng của hệ thống khi phát triển. Thứ hai, bước lặp phải giải quyết những rủi ro quan trọng nhất. -13- Mỗi bước lặp tiếp được xây dựng trên cơ sở các chế tác từ trạng thái mà nó vừa kết thúc ở bước lặp trước [21]. Bởi vì là một dự án con, nên từ các ca sử dụng đã sử dụng, nó tiếp tục thực hiện các công việc phân tích, thiết kế, cài đặt và kiểm thử đối với các chức năng còn lại được nắm bắt trong các ca sử dụng tiếp theo để đưa chúng về dạng các mã nguồn thực thi được. Tuy nhiên, trong một vài bước đầu, người phát triển có thể chỉ thay thế một thiết kế còn sơ bộ bằng một thiết kế khác chi tiết hơn, phức tạp hơn, vì vậy có thể chưa tạo ra sự tăng trưởng của sản phẩm. Nhưng ở các bước sau, sự tăng trưởng của sản phẩm nói chung là tất nhiên và cần thiết. Trong mỗi bước lặp, người thiết kế xác định các ca sử dụng liên quan, tạo lập thiết kế dựa trên kiến trúc đã chọn, triển khai thiết kế dưới dạng các thành phần, kiểm tra mức độ tương ứng giữa các thành phần và các ca sử dụng. Nếu một bước lặp thoả mãn được các mục đích của nó thì có thể chuyển sang bước lặp tiếp theo. Nếu không, người thiết kế phải xem lại các quyết định trước đây của mình và thử một cách tiếp cận mới. Một dự án gọi là thành công nếu được tiến hành mà không chệch hướng nhiều so với kế hoạch đã định ra. Tối thiểu hoá được các vấn đề còn chưa được nhận thức, đó chính là mục tiêu của việc giảm rủi ro. I.2.3. Vòng đời của một tiến trình thống nhất Hình 4. Một vòng đời hệ thống với các pha và bước lặp. -14- Vòng đời phát triển phần mềm được chia thành 4 pha [17] (hình 4): sơ bộ (inception), chi tiết (elaboration), xây dựng (construction), và chuyển giao (transition). Trong mỗi pha lại chia thành nhiều bước lặp nhỏ (phase), mỗi bước lặp gồm một số công việc thực hiện trọn vẹn một sản phẩm phần mềm (product release): lập mô hình nghiệp vụ, xác định yêu cầu, phân tích, thiết kế, triển khai và kiểm thử. Tuy nhiên, bước lặp trong mỗi pha khác với bước lặp ở các pha khác về nội dung cũng như khối lượng công việc thực hiện (hình 5). Hình 5. Luồng công việc trong các pha và các bước lặp khác nhau -15- I.2.4. Một tiến trình tích hợp Tiến trình thống nhất là tiến trình dựa trên thành phần. Nó sử dụng mô hình hoá trực quan mới nhất – ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất UML và dựa trên ba ý tưởng chính sau: ca sử dụng, kiến trúc, phát triển lặp và tăng dần. Để làm được điều này, khi thực hiện tiến trình cần phải xem xét đến nhiều mặt, đó là: các vòng đời, các giai đoạn, các dòng công việc, giảm độ rủi ro, kiểm soát chất lượng, quản lý dự án, quản lý cấu hình. Tiến trình thống nhất chính là một khung làm việc mà đã tích hợp được tất cả các mặt này. Nó cho phép những nhà xây dựng công cụ và người phát triển có thể xây dựng nên các công cụ hỗ trợ cho việc tự động hoá quá trình, hỗ trợ các dòng công việc cụ thể, xây dựng nên các mô hình khác nhau, tích hợp công việc qua vòng đời và qua các mô hình[18]. I.3. Ngôn ngữ hình thức trong phát triển phần mềm Trong kỹ nghệ phần mềm phương pháp hình thức là một kỹ thuật dựa trên toán học để đặc tả, phát triển và kiểm chứng hệ thống. Phương pháp hình thức bao gồm ngôn ngữ đặc tả hình thức và lập luận hình thức [31]. I.3.1. Mục tiêu của việc áp dụng phương pháp hình thức Phương pháp hình thức giúp ích cho tất cả các công việc của quá trình làm phần mềm: - Đặc tả yêu cầu: Việc áp dụng phương pháp hình thức với các ngôn ngữ mang tính toán học chính xác sẽ làm cho yêu cầu của khách hàng được rõ ràng, loại bỏ những điều nhập nhằng, không nhất quán không đầy đủ. - Thiết kế hệ thống: Các ngôn ngữ hình thức cung cấp cho các nhà thiết kế một ngôn ngữ để đặc tả cấu trúc hệ thống, đặc tả mối quan hệ các thành phần, làm mịn từng bước cho hệ thống. -16-