5 Wartung & Pflege von Software

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1 Softwaretechnik II 5 Wartung & Pflege von Software Lernziele Wissen, warum eine kontinuierliche Wartung und Pflege von Software unabdingbar ist Verstehen, was Pflege/Wartung von Softwaresystemen bedeutet Verhältnis zwischen Entwicklungs- und Wartungsaufwand verstehen Probleme bei der Pflege von Software verstehen Wartungstätigkeiten kennen Literatur S. Özekici: Reliability and Maintenance of Complex Systems (NATO ASI Series. Advanced Science Institutes Series SERS F Vol. 154), Springer Verlag, 1996 D. Smith: Designing Maintainable Software, Springer-Verlag Telo, 1999 H.M. Sneed, M. Hasitschka, M.T. Teichmann: Software Produktmanagement, Wartung und Weiterentwicklung bestehender Anwendungssysteme, dpunkt.verlag, IAS, Universität Stuttgart 208

2 Softwaretechnik II 5 Wartung & Pflege von Software 5.1 Aspekte bei der Pflege von Softwaresystemen 5.2 Aufgaben und Aufwand 5.3 Effiziente Wartung und Pflege 5.4 Moderne Softwarepflege 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen 5.6 Hinweise für die Praxis 2015 IAS, Universität Stuttgart 209

3 5.1 Aspekte bei der Pflege von Softwaresystemen Was versteht man unter Pflege/Wartung von Softwaresystemen? Alle Arbeiten nach der Inbetriebnahme eines Softwaresystems zur Erhaltung, Änderung, Erweiterung und Optimierung der Funktionsfähigkeit Nach der Inbetriebnahme von Software Fehler in der Software Mangelhafte Ausführung (Reaktionszeit, Benutzungsoberfläche) Erhaltung Optimierung Änderungen bei der Hardware Änderungen bei der Softwareumgebung (Betriebssystem, Datenbank, Benutzungsoberfläche) Änderung von Gesetzen, Vorschriften und Normen Behebung von Wartungsfehlern Neue Kundenwünsche und Anforderungen Änderung Erhaltung Erweiterung 2015 IAS, Universität Stuttgart 210

4 5.1 Aspekte bei der Pflege von Softwaresystemen Alterung von Software Software altert, wenn Keine Fehler behoben werden, Keine Anpassung an neue Umweltbedingungen erfolgt, Neue Anforderungen nicht berücksichtigt werden Folge: Einsatz der Software für den ursprünglich vorgesehenen Zweck ist nicht mehr möglich Software veraltet in dem Maße, wie sie mit der Wirklichkeit nicht Schritt hält (H. Sneed) 2015 IAS, Universität Stuttgart 211

5 5.1 Aspekte bei der Pflege von Softwaresystemen Verhältnis zwischen Entwicklungs- und Wartungsaufwand bei Softwaresystemen Lebenszyklus (life cycle) eines Produkts Aufwand für die Entwicklung: 20 % Aufwand für die Wartung & Pflege: 80 % 20 % Entwicklung Wartung & Pflege 80 % 2015 IAS, Universität Stuttgart 212

6 5.1 Aspekte bei der Pflege von Softwaresystemen Probleme bei der Pflege von Softwaresystemen Historisch gewachsen Unzureichende Dokumentation Wenige Erfahrungsträger Niedere Programmiersprachen, Assembler Teilweise unstrukturiert Aufwand für Pflegearbeiten 60-80% des gesamten DV-Budgets 10% der Entwicklungskosten pro Jahr 2015 IAS, Universität Stuttgart 213

7 Frage zu Kapitel 5.1 Frage zu Kapitel 5.1 Sie haben eine Software zur Gehaltsabrechnung einer Behörde entwickelt. Ein Jahr nach der Inbetriebnahme der Software treten verschiedene Probleme auf. Ordnen Sie diese Probleme den unterschiedlichen Aktivitäten der Pflege/Wartung (Änderung, Erhaltung, Erweiterung und Optimierung) zu. Antwort Fehler in einem Rechenalgorithmus Integration einer neuen Funktion Datenbank-Wechsel Neue Vorschriften zur Gehaltsabrechnung Erhaltung Erweiterung Änderung Erhaltung 2015 IAS, Universität Stuttgart 214

9 5.2 Aufgaben und Aufwand Klassifikation der Arbeiten Korrektive Tätigkeiten Fehlerbehebung Optimierung / Leistungsverbesserung Wartungsaktivitäten Progressive Tätigkeiten Anpassung / Änderung Erweiterung Pflegeaktivitäten Anpassung/ Änderung 20 % Erweiterung 40% Optimierung/Leistungsverbesserung 15% Fehlerbehebung 25% 2015 IAS, Universität Stuttgart 216

10 5.2 Aufgaben und Aufwand Korrektur / Stabilisierung (1) Alle Tätigkeiten zur Behebung von Fehlern Fehler während der Softwareentwicklung: Fehlerarten Kodierfehler: Falsche Umsetzung der Entwurfsspezifikationen in Programme Entwurfsfehler: Falsche konzeptionelle Entscheidungen bzw. falsche Umsetzung von Anforderungsspezifikationen Fehler in der Anforderungsbeschreibung: Zielvorstellungen des Auftraggebers sind nicht abgedeckt, bzw. Anforderungen sind unvollständig, inkonsistent oder mehrdeutig Umfassende Tests aller Programmfunktionen sind oft wirtschaftlich nicht vertretbar Software-Produkte werden mit durchschnittlich 0,75% Fehlern pro 100 Anweisungen freigegeben ( Zeilen = 75 Fehler) 2015 IAS, Universität Stuttgart 217

11 5.2 Aufgaben und Aufwand Korrektur / Stabilisierung (2) Fehler während der Wartung (Second Level Defects): Ursache: Schlechte Konstruktion und Fehleranfälligkeit des ursprünglichen Produktes Faustregel: Auf 10 Fehler vor der Produktfreigabe, entfällt 1 Fehler nach der Freigabe Es dauert die 4 bis 10-fache Zeit, um einen Fehler einer im Einsatz befindlichen Software zu beheben, als vor der Freigabe 2015 IAS, Universität Stuttgart 218

12 5.2 Aufgaben und Aufwand Optimierung / Leistungsverbesserung Alle Tätigkeiten zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Softwaresystems: Reaktionszeiten Speicherplatzbedarf effiziente Benutzungsoberfläche Optimierung erfolgt selten vor der ersten Freigabe Optimierung bleibt der Wartung vorbehalten 2015 IAS, Universität Stuttgart 219

13 5.2 Aufgaben und Aufwand Anpassung / Änderung Alle Tätigkeiten, zur Anpassung der Software an neue Umgebungsbedingungen Neue Umgebungsbedingungen: Änderung der technischen Umgebung (z.b. neue Systemsoftware) Änderung der Benutzungsoberfläche (z.b. modifizierte Fenster und Formulare) Änderungen in den Funktionen (z.b. Gesetzesänderungen, neue betriebliche Regelungen) Y2K-Problem: Problem der Rechner-Umstellung Ende der 1990er- Jahre 2015 IAS, Universität Stuttgart 220

14 5.2 Aufgaben und Aufwand Erweiterungen Alle Tätigkeiten, die der Erweiterung des bestehenden Produktes dienen Funktionale Ergänzungen Funktionen, die bei der Entwicklung geplant, aber nicht realisiert wurden Neue Funktionen, die sich aus dem Betrieb der Software ergeben Auswirkungen von Wartungs- und Pflegearbeiten Lokale Auswirkungen Bsp.: Änderung einer Manifest-Größe Globale Auswirkungen Bsp.: Strukturveränderungen im Gesamtaufbau 2015 IAS, Universität Stuttgart 221

15 5.2 Aufgaben und Aufwand Wartung versus Pflege Wartung: Lokalisierung und Behebung von Fehlerursachen von in Betrieb befindlichen Software-Produkten, wenn die Fehlerwirkung bekannt ist Korrektur / Stabilisierung Optimierung / Leistungsverbesserung Pflege: Lokalisierung und Durchführung von Änderungen und Erweiterungen von in Betrieb befindlichen Software-Produkten, wenn die Art der gewünschten Änderungen/Erweiterungen festliegt Anpassung / Änderung Erweiterung 2015 IAS, Universität Stuttgart 222

16 5.2 Aufgaben und Aufwand Charakteristika von Wartungsaktivitäten Ausgangsbasis ist ein fehlerhaftes bzw. inkonsistentes Produkt Abweichungen zwischen Teilprodukten sind zu lokalisieren und zu beheben Die Korrektur einzelner Fehler hat nur begrenzte Auswirkungen auf das Gesamtprodukt Die Fehlerkorrekturen konzentrieren sich auf die Implementierung (Programme) Ereignisgesteuert, d.h. nicht vorhersehbar und daher schwer planbar und kontrollierbar 2015 IAS, Universität Stuttgart 223

17 5.2 Aufgaben und Aufwand Charakteristika von Pflegeaktivitäten Ausgangsbasis ist ein konsistentes Produkt, in das gezielt unter Beibehaltung der Konsistenz Änderungen und Erweiterungen einzubringen sind Die Bandbreite bei Änderungen und Erweiterungen kann von kleinen bis zu großen Modifikationen gehen Änderungen und Erweiterungen sind in allen Teilprodukten durchzuführen Produkt-Definition Produkt-Entwurf Produkt-Implementierung Planbar, d.h. nicht spontan sondern vergleichbar mit Produktentwicklung Im englischsprachigen Raum wird Wartung und Pflege nicht unterschieden, sondern zu dem Begriff Maintenance zusammengefasst! 2015 IAS, Universität Stuttgart 224

18 5.2 Aufgaben und Aufwand Faustregeln Der Aufwand für die Wartung & Pflege ist typischerweise um einen Faktor von 2 bis 4 größer als der Entwicklungsaufwand für ein umfangreiches Produkt. Eine solche Aufwandsverteilung bedeutet Im Extremfall sind von 100 Mitarbeitern einer Software-Abteilung 80 Mitarbeiter mit der Wartung & Pflege»alter«Software beschäftigt. Nur 20 Mitarbeiter entwickeln neue Software IAS, Universität Stuttgart 225

19 5.2 Aufgaben und Aufwand Wartungstätigkeiten 6 % 6 % Lesen 28 % 18 % Inhalt verstehen Programmlogik verstehen 19 % 23 % Änderung durchführen Testen Dokumentation aktualisieren 2015 IAS, Universität Stuttgart 226

20 5.2 Aufgaben und Aufwand Ablauf von Wartungsarbeiten Einlesen in die Dokumentation Einprägung der Zusammenhänge Erfassen der Logik der Software Ausführung der direkten und indirekten Änderungen Kontrolle des Erfolgs der Wartungsarbeiten Änderung der Dokumentation Wartungsproduktivität Produktivität eines Wartungsingenieurs Gesamtmenge: LOC / Programmierer Änderung: 1-2 LOC / Programmierer/ Tag LOC... Lines of code, Programmtextzeilen Quelle:Digital Consulting Inc., 2015 IAS, Universität Stuttgart 227

21 5.2 Aufgaben und Aufwand Notwendige Informationen bei der Durchführung von Wartungs- und Pflegearbeiten Korrekturarbeiten: Änderungsarbeiten/ Optimierungsarbeiten: Erweiterungsarbeiten: Informationen über einen lokalen Ausschnitt des Systems Informationen über Konnektivitäten im System Informationen über Entwicklungsebenen 2015 IAS, Universität Stuttgart 228

22 5.2 Aufgaben und Aufwand Softwaresystem Requirementspezifikation Erweiterung Entwurfsspezifikation Informationen über eine Entwicklungsebene Änderung Code Informationen über Konnektivitäten im System Informationen über einen Lokalen Ausschnitt Korrektur 2015 IAS, Universität Stuttgart 229

23 Frage zu Kapitel 5.2 Frage zu Kapitel 5.2 Welche Aktivitäten gehören zu Wartungstätigkeiten? Antwort f f Beseitigung eines Fehlers Änderung einer Funktion Hinzufügen eines Abfragefensters Optimierung / Leistungsverbesserung 2015 IAS, Universität Stuttgart 230

25 5.3 Effiziente Wartung und Pflege Entwicklung des Wartungs- und Pflegeaufwands Wartungs & Pflegeaufwand wächst mit dem Alter und dem Umfang des Software-Produkts Umfang wächst um ca. 10% pro Jahr Bereitstellung zusätzlicher Merkmale und Funktionen trägt vor allem zu diesem Zuwachs bei Ab einem bestimmten Zeitpunkt folgende Fragen: Soll weiter gewartet und gepflegt werden? Soll das Produkt saniert werden? Reengineering Soll das Produkt durch ein neues ersetzt werden? 2015 IAS, Universität Stuttgart 232

26 5.3 Effiziente Wartung und Pflege Reduzierung des Wartungs- & Pflegeaufwands Verbesserung des Entwicklungsprozesses Nur Produkt mit hoher Qualität freigeben Produktivitätsverbesserung der Wartung & Pflege Trennung von Wartung & Pflege Oft schwierig durchzuführen und durchzuhalten Wenn ein Programm»angefasst«wird, dann werden in der Regel Fehlerkorrekturen, Optimierungen, Anpassungen und Erweiterungen in einem Durchgang ausgeführt Da aber Wartungs- & Pflegeaktivitäten unterschiedliche Charakteristika besitzen, sollte auf jeden Fall eine Trennung erfolgen 2015 IAS, Universität Stuttgart 233

27 5.3 Effiziente Wartung und Pflege Qualitätskriterien für die Wartung Wartung wird erleichtert, wenn Software folgende Qualitätsmerkmale erfüllt: Zuverlässigkeit: Leistungsniveau unter definierten Bedingungen über einen festgelegten Zeitraum bewahren Reife (Versagenshäufigkeit) Fehlertoleranz (Leistungsniveau bei Fehlern oder Schnittstellen-Verletzungen) Wiederherstellbarkeit (Wiederherstellung des Leistungsniveaus nach einem Versagen Effizienz: Verhältnis zwischen Leistungsniveau und eingesetzten Betriebsmitteln Zeitverhalten (Antwort-, Verarbeitungszeit) Verbrauchsverhalten (Anzahl und Dauer der benötigten Betriebsmittel) Film: Wartungswerkzeug XENU 2015 IAS, Universität Stuttgart 234

28 5.3 Effiziente Wartung und Pflege Qualitätskriterien für die Pflege (1) Pflege wird erleichtert, wenn Software folgende Qualitätsmerkmale erfüllt: Änderbarkeit: Aufwand zur Durchführung vorgegebener Änderungen Analysierbarkeit (Aufwand zur Diagnose von Mängeln und änderungsbedürftigen Programmteilen) Modifizierbarkeit (Aufwand zur Durchführung von Verbesserungen, Fehlerbeseitigungen oder Anpassungen) Stabilität (Wahrscheinlichkeit von unerwarteten Auswirkungen nach Änderungen) Prüfbarkeit (Aufwand zur Prüfung der geänderten Software) 2015 IAS, Universität Stuttgart 235

29 5.3 Effiziente Wartung und Pflege Qualitätskriterien für die Pflege (2) Pflege wird erleichtert, wenn Software folgende Qualitätsmerkmale erfüllt: Übertragbarkeit: Eignung der Software, in einer neuen Umgebung (Hardware, Software, organisatorisch) eingesetzt zu werden Anpassbarkeit (Möglichkeit, Software auf vorhergesehene Weise an neue Umgebungen anzupassen) Installierbarkeit (Installationsaufwand) Konformität (Grad, in dem die Software Normen und Vereinbarungen erfüllt) Anwendbarkeit (Aufwand und Möglichkeit, die Software in einem vorgegebenen Umfeld zu verwenden) 2015 IAS, Universität Stuttgart 236

30 Frage zu Kapitel 5.3 Frage zu Kapitel 5.3 Die Fähigkeit der Software, ihr Leistungsniveau unter festgelegten Bedingungen über einen festgelegten Zeitraum zu bewahren, bezeichnet man als Zuverlässigkeit. Welche Merkmale gehören der Zuverlässigkeit an? Antwort f f Reife Zeitverhalten Fehlertoleranz Verbrauchsverhalten Wiederherstellbarkeit 2015 IAS, Universität Stuttgart 237

32 5.4 Moderne Softwarepflege Klassischer Ansatz in der Nutzungsphase Defensives Änderungsverhalten mit minimalen chirurgischen Eingriffen Beibehaltung des Standes der Technik etwas tun, wenn Komplexe Systeme unbedingt notwendig! Basisstrukturen der Systeme werden überlastet Schwierigkeiten bei neuen Technologien Client-Server-Architekturen Verteilte Datenbank-Systeme Kommunikationsstrukturen Moderne Benutzungsoberflächen Neue Programmarchitekturen und Kontrollstrukturen 2015 IAS, Universität Stuttgart 239

33 5.4 Moderne Softwarepflege Organisationsform der Wartung (1) Eigenständiges Wartungsteam oder als Teil der Entwicklung? Vor- und Nachteile der eigenständige Wartung: Klare Zuordnung von Wartungs- und Entwicklungskosten Entlastung der Entwickler Strengere Abnahmetests durch Wartungsteam Besserer Kundenservice Höhere Produktivität bei Wartungstätigkeiten Koordinations- und Kommunikations-Overhead zwischen Entwicklung und Wartung Einarbeitungsaufwand für Wartungsteam Schlechtes Image von Wartungsarbeiten Gleichmäßige Auslastung ist schwierig Entwickler müssen nicht die Konsequenzen ihrer Arbeit tragen 2015 IAS, Universität Stuttgart 240

34 5.4 Moderne Softwarepflege Organisationsform der Wartung (2) Eigenständiges Wartungsteam oder als Teil der Entwicklung? Perfekte Aufteilung zwischen Entwicklungs- und Wartungsteam ist nicht möglich Kompromiss: Getrennte Organisationsform Mitarbeiter rotieren zwischen beiden Organisationseinheiten Wartungserfolg hängt sehr stark von der Organisationsform und dem Management ab 2015 IAS, Universität Stuttgart 241

35 5.4 Moderne Softwarepflege Organisationsform der Software-Pflege Pflege = Weiterentwicklung Anpassungen und Erweiterungen eines Produkts sind auch charakteristisch für die Weiterentwicklung Alle größeren Pflegeaktivitäten sollten den normalen Software- Entwicklungsprozess durchlaufen Im evolutionären und inkrementellen Prozessmodell: Pflegeaktivitäten sind gleichbedeutend mit der Erstellung einer neuen Produktversion! 2015 IAS, Universität Stuttgart 242

36 Frage zu Kapitel 5.4 Frage zu Kapitel 5.4 Bei älteren Produkten muss zunächst in Erwägung gezogen werden, ob die Wartung das richtige Mittel ist. Welche Alternative soll jeweils eingesetzt werden? Antwort Produkt ist von strategischer Bedeutung f Sanierung Neuentwicklung Produkt-Wartung bzw. -Sanierung ist mit sehr hohen Kosten verbunden f Sanierung Neuentwicklung 2015 IAS, Universität Stuttgart 243

37 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen 5 Wartung & Pflege von Software 5.1 Aspekte bei der Pflege von Softwaresystemen 5.2 Aufgaben und Aufwand 5.3 Effiziente Wartung und Pflege 5.4 Moderne Softwarepflege 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen 5.6 Hinweise für die Praxis 2015 IAS, Universität Stuttgart 244

38 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen Tätigkeitsbereiche in der Nutzungsphase Wartungs- und Pflegearbeiten Technische Durchführung von Korrektur-, Änderungs-, Optimierungs- und Erweiterungsarbeiten Management der Wartungs- und Pflegearbeiten Verwaltung und Organisation der Fehlerbehebungsmaßnahmen Verwaltung und Bewertung von Änderungsanträgen Planung, Steuerung und Kontrolle der Erweiterungsarbeiten Produktverwaltung Versions- und Variantenverwaltung Qualitätskontrolle 2015 IAS, Universität Stuttgart 245

39 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen Rechnerunterstützung der Tätigkeitsbereiche Rechnerunterstützung bei der Entwicklungsdokumentation Konsistenz bei der Darstellung von Sachverhalten durch unterschiedliche Darstellungsformen Konsistenz von Requirements-Spezifikationen, Entwurfsspezifikationen, Programm und Dokumentation Rechnerunterstützung beim Management der Pflegearbeiten Rechnergestützte Produktverwaltung 2015 IAS, Universität Stuttgart 246

40 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen Informationsdarstellung zur effizienten Durchführung von Pflegearbeiten System Package 1 Package n Module 1 Module n Data Module Proc 1 Proc n Datarecor d1 Datarecord n Data n Data 1 Proc1 Header Formal Para Local Vars Proc 5 Proc 7 Proc 3 Proc 4 Proc 1 Proc 1 Stateme nts Proc 3 Proc 17 Proc 19 Flussdiagramm Darstellungstechniken: Aufrufbaum Hypertext Graphische Visualisierung Windowtechnik Datenflussdiagramm 2015 IAS, Universität Stuttgart 247

41 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen Aufbau einer Wartungsumgebung Benutzungsoberfläche Inspektor (passiv) Editor (aktiv) Quellcode Quellcode- Schnittstelle Analyse Dokumentation Wiederherstellen Quellcode Zusatzmanagement Datenbank der Wartungsumgebung 2015 IAS, Universität Stuttgart 248

42 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen Passive Wartungsumgebung Code Datenbank der Wartungsumgebung P3 P3 P1 D1 P7 P7 Strukturdiagramm Flussdiagramm Aufrufbaum Datenreferenzgraph 2015 IAS, Universität Stuttgart 249

43 5.5 Rechnerunterstützung bei der Pflege von Softwaresystemen Aktive Wartungsumgebung Anforderungs- Spezifikation Code Test- Spezifikation Anforderungs- Code-Beziehung Datenbank der Wartungsumgebung Code- Test-Beziehung P3 P3 P1 D1 P7 P7 Strukturdiagramm Flussdiagramm Aufrufbaum Datenreferenzgraph 2015 IAS, Universität Stuttgart 250

44 Frage zu Kapitel 5.5 Frage zu Kapitel 5.5 Welchen Nutzen bringt die Darstellungstechnik Hypertext bei der Durchführung von Pflegearbeiten? Antwort f Leichte Erlernbarkeit Höhere Aktualität Flexiblerer Informationszugriff Schneller Informationszugriff 2015 IAS, Universität Stuttgart 251

46 5.6 Hinweise für die Praxis Pareto s Law 20% der Module verursachen 80% der Kosten 20% der Module beinhalten 80% der Fehler 20% der Fehler verursachen 80% der Fehlerbeseitigungskosten 20% der Module verbrauchen 80% der Laufzeit 20% der vorhandenen Softwarewerkzeuge bedingen 80% der Toolanwendungen Je älter ein Programm ist, um so schwieriger ist es zu warten, je jünger ein Programm ist, um so mehr Fehler enthält es Design for maintenance Optimale Softwarearchitektur für die Wartbarkeit & Pflege Wartung verursacht mehr Fehler als die Entwicklung Je schneller im Rahmen der Wartung eine Änderung gemacht werden kann, um so wahrscheinlicher ist die Änderung fehlerhaft 2015 IAS, Universität Stuttgart 253

47 Vorbereitungsfragen Vorbereitungsfragen zu 5 Frage 1: Wartungs- und Pflegeaktivitäten (SS 05) Worin unterscheiden sich die Wartungs- und Pflegeaktivitäten? Frage 2: Prototyping-Life-Cycle (WS 04/05) Worin unterscheidet sich das traditionelle Wasserfall-Life-Cycle-Modell von einem Prototyping-Life-Cycle-Modell? Frage 3: Wartung (WS 04/05) Begründen Sie, warum die Effizienz einer Software deren Wartung sowohl erleichtern als auch erschweren kann IAS, Universität Stuttgart 254