Software Evolution: Einführung. Dr. Thorsten Arendt Marburg, 15. Oktober 2015

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1 Software Evolution: Einführung Dr. Thorsten Arendt Marburg, 15. Oktober 2015

2 Überblick Was ist Software-Evolution? Warum ist Software-Evolution wichtig? Was sind die Prinzipien der Software-Evolution? Ist Evolution von Open-Source-Software anders? 2 Software-Evolution WS 2015/2016

3 Warum ist Software-Evolution wichtig? Immer mehr Softwaresysteme existieren und müssen gewartet werden. Der Evolutionsanteil an der Softwareentwicklung wird immer höher. Faktor 2 bis 100 je nach Anwendung [Sommerville] : Wartungskosten mehr als 67% [Schach] Through 2008, at least 65 percent of custom-developed services for new SOA projects will be implemented via wrapping or reengineering of established applications. [Gartner] Software-Evolution ist häufig nicht genügend systematisch. 3 Software-Evolution WS 2015/2016

4 Was ist Software-Evolution? Im laufenden Betrieb in ihrer Zielumgebung ist Software in der Regel Änderungen unterworfen. Die dafür notwendigen Tätigkeiten kann man - je nach Ursache und Zielsetzung - in Pflege- und Wartungstätigkeiten einteilen. Alle Änderungen an Softwaresystemen nach der ersten Auslieferung, die auch Architekturänderungen einschließen können, werden als Software-Evolution bezeichnet. Definitionen Wartung Pflege Betreuung (eines SW-Systems): Beseitigung von Fehlverhalten des Systems nach seiner Inbetriebnahme (eines SW-Systems): Anpassung des Systems an geänderte Bedingungen oder dessen Weiterentwicklung aufgrund neuer oder geänderter Anforderungen (eines SW-Systems): Zusammenfassung der Pflege- und Wartungstätigkeiten. 4 Software-Evolution WS 2015/2016

5 Software-Wartung und Software-Pflege Reparatur von Software-Fehlern: Diese ist i.a. umso teurer, je früher die Ursache im Entwicklungsprozess liegt. D.h. Codierungsfehler lassen sich relativ billig beheben, Fehler in den Anforderungen sind am teuersten. Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen: Diese können sich z.b. durch neue Hardware, Betriebssysteme oder sonstige Basis-Software ergeben. Erweiterung oder Änderung der Funktionalität: Diese können sich z.b. aus organisatorischen oder geschäftlichen Änderungen ergeben. Fault repair (17%) So ftware adaptatio n (18%) Functionality addition or modification (65%) [Sommerville] 5 Software-Evolution WS 2015/2016

6 Software altert Warum??? Programs, like people, get old. We can t prevent aging, but we can understand its causes, take steps to limit its effects, temporarily reverse some of the damage it has caused, and prepare for the day when the software is no longer viable. [Parnas] zu wenig Anpassung an neue Anforderungen durch Anpassungen Einschränkungen im Design abnehmende Performanz abnehmende Zuverlässigkeit Nötige Aufräumarbeiten werden nicht durchgeführt. fehlende Dokumentation nachreichen Restrukturierung der Software Testsuite anpassen 6 Software-Evolution WS 2015/2016

7 Woran erkennt man Software-Alterung? Veraltete oder fehlende Dokumentation Fehlende Tests Die ursprünglichen Entwickler sind gegangen. Das Wissen über das Innere der Software ist weg. Das Gesamtsystem wird nicht voll verstanden. Die Entwickler brauchen zu viel Zeit für einfache Änderungen. Kontinuierliches Fehlersuchen Lange Build-Zeiten Duplizierter Code und andere Code Smells 7 Software-Evolution WS 2015/2016

8 Warum wollen wir ein Software-System ändern? Neue Anforderungen Die Performanz verbessern First do it, then do it right, then do it fast. Das System auf eine neue Plattform portieren. Eine neue Technologie ausprobieren Dazu muss plattformspezifischer Code identifiziert werden. Extraktion des Designs Um eventuell Teile neu zu schreiben Abhängigkeit vom Menschen reduzieren Ein monolithisches System in individuelle Teile zerlegen 8 Software-Evolution WS 2015/2016

9 Gesetze der Software-Evolution [Lehman] 1. Fortlaufende Änderungen: Wird ein System in realer Umgebung wirklich genutzt, so wird es notwendigerweise zum Gegenstand von Änderungen. 2. Wachsende Komplexität: Je länger ein System genutzt und fortlaufend geändert wird, desto komplexer wird seine Struktur. Vereinfachung erfordert zusätzlichen Aufwand. 3. Stabile Kenngrößen: Software-Evolution folgt festen Regeln. Kenngrößen wie SW-Umfangszuwachs, Zeit zwischen zwei Auslieferungen (Releases) oder Fehlerhäufigkeit sind (nahezu) invariant. 4. Organisatorische Stabilität: Große SW-Systeme entwickeln sich stabil - und relativ unabhängig von den dafür aufgewandten Kosten und Ressourcen. 9 Software-Evolution WS 2015/2016

10 Gesetze der Software-Evolution [Lehman] 5. Notwendige Vertrautheit: Im langfristigen Mittel ist der inkrementelle Zuwachs pro Version nahezu konstant. (Z.B. muss ein zu großer Evolutionsschritt durch mehrere kleinere wieder kompensiert werden.) 6. Kontinuierliche wachsende Software: Der funktionale Anteil eines Programms muss kontinuierlich wachsen, um den Anwender weiterhin zufrieden zu stellen. 7. Abnehmende Qualität: Programme scheinen eine abnehmende Qualität zu haben, es sei denn, sie werden systematisch gepflegt und an Änderungen in der Umgebung angepasst. 8. Feedback: Entwicklungsprozesse sind Feedback-Systeme und müssen als solche behandelt werden, um erfolgreich geändert oder verbessert zu werden. 10 Software-Evolution WS 2015/2016

11 Open Source Software: Projekte (1) ( ) 11 Software-Evolution WS 2015/2016

12 Open Source Software: Projekte (2) ( ) [Deshpande,Riehle] 12 Software-Evolution WS 2015/2016

13 Einige Hypothesen zur Evolution von Open Source Software (OSS) Beispiel: Die Linux-Entwicklung startete 1994 (v 1.0). Die Evolution bis 2003 zeigt, dass Linux mehr als linear wächst. Hypothesen: 1. OSS wächst schneller als Closed Source Software (CSS). 2. OSS-Projekte zeigen mehr Kreativität. (z.b. Hinzugefügte Funktionalität pro Zeiteinheit) 3. OSS ist weniger komplex als CSS. (z.b. Komplexitätsmaße) 4. OSS-Projekte haben weniger Fehler; Fehler finden und fixen erfolgt schneller. (z.b. modifizierte Funktionen pro Zeiteinheit) 5. OSS-Projekte haben eine bessere Modularisierung. (z.b. Korrelation von hinzugefügten Funktionen zu geänderten) 13 Software-Evolution WS 2015/2016

14 Die Gesetze von Lehman in Open Source Software [Xie, Chen, Neamtiu] Gesetz Fortlaufende Änderungen Wachsende Komplexität Stabile Kenngrößen Organisatorische Stabilität Notwendige Vertrautheit Kontinuierliches Wachstum Abnehmende Qualität Feedback Messungen / Metriken z.b. Anzahl der Änderungen (kumuliert) Komplexitätsmaße (z.b. McCabe) Inkrementelle Änderungen der Modulanzahl Durchschnittliche Anzahl der Änderungen pro Tag, Änderungs- und Wachstumsraten der Funktionen z.b. Anzahl der Änderungen an Programmelementen Lines of Code (LoC), Anzahl der Module, Anzahl der Definitionen (Typen, globale Variablen, Funktionen) Externe und interne Qualitätsmetriken Funktionaler Zusammenhang zwischen Modulanzahl und inkrementellem Aufwand 14 Software-Evolution WS 2015/2016

15 Zusammenfassung Softwareentwicklung ist vielfach langfristig angelegt. Software-Evolution umfasst die Wartung und Pflege von Softwaresystemen sowie ihre Erweiterung bezüglich neuer Anforderungen. Software altert. Meir M. Lehman hat eine Reihe von Gesetzen aufgestellt, die die Prinzipien der Software-Evolution beschreiben. Obwohl diese Gesetze ursprünglich für Closed-Source- Projekte aufgestellt worden sind, wollen wir sie anhand von Open-Source-Projekten studieren. 15 Software-Evolution WS 2015/2016

16 Sekundär-Literatur Ian Sommerville: Software Engineering, 9. Auflage, 2013 Stephen Schach: Object Oriented Software Engineering, 1. Auflage, 2007 David Lorge Parnas: Software Aging, ICSE, 1994 Meir M. Lehman: Laws of Software Evolution Revisited, EWSPT, 1996 Amit Deshpande, Dirk Riehle: The Total Growth of Open Source, OSS, 2008 Guowu Xie, Jianbo Chen, Iulian Neamtiu: Towards a Better Understanding of Software Evolution: An Empirical Study on Open Source Software, ICSM, Software-Evolution WS 2015/2016

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