Vorlesung: Methoden des Software Engineering

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1 Software Engineering The application of a systematic, disciplined, quantifiable approach to the development,operation, and maintenance of software; that is, the application of engineering tosoftware. IEEE Std (1990) Methoden des Software Engineering Nora Koch, Martin Wirsing mit Beiträgen von Harald Störrle in Zusammenarbeit mit Florian Hacklinger WS 2006/07 Vorlesung: Methoden des Software Engineering Block R (Rahmen) Einführungund Übersicht Martin Wirsing Einheit R1,

2 4.Juni 1996: Erster Start der "Ariane-5" Während des Flugs läuft einunnötiges Kalibrierungsprogrammfür die Trägheitssensoren.Die inder Ariane-4-Softwarevorgesehenen gemessenen Werte Bereiche. derariane-5 überschreiten die Die dadurch ausgelöste (Ada-)Exceptionwird durchanhalten des Steuerungscomputersbehandelt, umzuschalten. um auf ein zweitesredundantes System Im zweiten System tritt dergleiche Software-Fehler aufund wird identisch behandelt. Kosten des Ariane-5-Programms bis1996ca. 7 Milliarden US-$ Wert des zerstörten Satelliten:ca. 500 Millionen US-$ Software-Katastrophe: Kein Einzelfall Technik-Katastrophen: Einheitenumrechnung September 1999: Verlust der Sonde "Mars ClimateOrbiter" wegen falscher Therac25 Programmierung führt zu (Strahlengerät Verbrennungen zur und Krebsbehandlung): Todesfällen Fehlerhafte Finanzielle Katastrophen: Fehlers 1990 AT&T für mehr Telefonverbindung als 24 Stdunterbrochen: zwischen ca. Ost-und 1 Mia US-$ Westküste der USA wgeines SW- 1992: Reservierungssystemen Integration des Reservierungssystems abgebrochen: 165 Mio. SABRE US-$ mit anderen 1996 DtscheTelecom: 1. Januar 1996 ist kein Feiertag : >50 MioDM Terminkatastrophen: 1994: Softwareproblemen Eröffnung des im Denver Gepäcktransport-System International Airport um 9 Monate verzögertwegen 2003: Einführung des LKW-Mautsystems in Deutschland verzögert sich um 18 Monate

3 Permanente Software-Krise? 1965:Der Begriff der Softwarekriseetabliert sich in Industrie und Wissenschaft. Fehler in Computersystemen sind fast immer auf Softwarefehlerzurückzuführen Software wird nicht termingerecht und/oder zu höheren Kosten als geschätztfertiggestellt Software entspricht oft nicht den Anforderungen ihrer Benutzer Studie von 1979zu Softwareprojekten (USA): 75% der Ergebnisse nie eingesetzt 19% der Ergebnisse stark überarbeitet 6% benutzbar. Studie von 1994zu Software-Großprojekten (IBM Consulting): 55% Kostenüberschreitung 68% Terminüberschreitung 88% Bedarf für starke Überarbeitung Was ist Software? Software ist eine Sammlung von Computerprogrammen, Prozeduren, Regeln,zugehöriger Dokumentation und Daten [IEEE Std ] Software ist eine Menge von Programmen oder Daten zusammen mit begleitenden Dokumenten, die für ihre Anwendung notwendig oder hilfreich sind [Hesse et al. 1984] Verschiedene Sichten auf Software: Innensicht:Software alssystem Außensicht:Software alsprodukt

4 Block R (Rahmen): Innensicht Einführung der Entwickler: Software als System System Menge von Elementen, zwischen denen bestimmte Beziehungenbestehen [Duden 1974] Softwaresystem Basissoftware: Schnittstelle zur Hardware (insbes. Betriebssystemewie Unix, Windows, ), Datenbanken, Kommunikationsprotokolle Middleware: Plattform insbesondere für verteilte Anwendungen(Workflow- Management, CORBA, Grid-Plattform, ) Anwendungssoftwarezur Lösung kundenspezifischer Aufgaben Software-intensives System System, das Softwarekomponenten enthält und in dem Software eine große Rolle spielt (eingebettete Systeme in Zügen, Autos; verteilte Anwendungen wie virtuelle Firmen, Geschäftsnetzwerke; mobile und ortsbezogene Informationsdienste; Webdienste,...) Block R (Rahmen): Außensicht Einführung der Anwender: Software als Produkt Produkt Ein in sich abgeschlossenes, i.a. für einen Auftraggeberbestimmtes Ergebnis eines erfolgreich durchgeführten Projektsoder Herstellungsprozesses [Balzert 2000] Softwareprodukt Individualsoftwareentwickelt Kundenverwaltung, Hubschraubersteuerung) für einen Auftraggeber (z.b. Standardsoftwareentwickelt Logistik (SAP R/3), für Anwenderklasse, z.b. Büro(MS-Office), Typische Systemarten Informationssysteme (Sachbearbeitung) Eingebettete Systeme (Steuerungen) Produktionsplanung und -steuerung Telekommunikation (Vermittlungssysteme) E-Business(Web-Systeme)

5 Besonderheiten von Software Software ist immateriell. Software unterliegt keinemverschleiß. Es gibt keine Software-Ersatzteile: Defekte sind immer Konstruktionsfehler. Software ist schwer zu vermessen( Technische Daten von Software?). Software gilt als relativ leicht änderbar (im Vergleich zu materiellen technischen Produkten). Software unterliegt einem ständigen Anpassungsdruck. Softwarealtert. Software thing. Software isa hybrid, isneitherland halfwaybetweenan norsea, butswamp: abstractideaand a hybrid a toothinforth physical, tan (software engineering) and toothickforthenavy(computerscience). Brad Cox Block R (Rahmen): Software-Produktqualität Einführung (ISO 9126/DIN 66272) Funktionalität Angemessenheit Sicherheit Genauigkeit der Berechnung Interoperabilität Konformanzzu Standards Zuverlässigkeit Reife Fehlertoleranz Wiederherstellbarkeit Benutzbarkeit Verständlichkeit Erlernbarkeit Bedienbarkeit Effizienz Zeitverhalten Verbrauchsverhalten Änderbarkeit Analysierbarkeit Modifizierbarkeit Stabilität Prüfbarkeit Übertragbarkeit Anpassbarkeit Installierbarkeit Konformanzzu Standards Austauschbarkeit

6 Was ist Software Engineering? Eine naive Sicht: Problem Spezifikation Kodierung Programm Aber... Wo kommt die Spezifikationher? Woher weißman, dass die Spezifikation die Nutzerbedürfnisseerfüllt? Wie wurde die Struktur des Programmsbestimmt? Woher weißman, dass das Programm die Spezifikation erfüllt? Woher weißman, dass das Programm immer zuverlässig arbeitenwird? Was macht man, wenn der Anwender Änderungen benötigt? Wie Team strukturiert von Entwicklernzur man die Verfügung Programmentwicklung steht? in Unteraufgaben, wenn ein Software Engineering (I) Einige Definitionen und Aspekte Theestablishmentand useof soundengineering principlesin order to obtaineconomicallysoftware F.L. Bauer, NATO-Konferenz thatisreliableand Software-Engineering runson real machines The application of a systematic, disciplined, quantifiable approach to the application development, of operation, engineering and to maintenance software. of software; that is, the IEEE Std (1990) Also: Bereitstellung und systematischeanwendung von Methoden,Verfahren und Werkzeugen zur Entwicklung, Betrieb und Wartung von Software.

7 Software Engineering (I) stateof theart of developingqualitysoftware on time and withinbudget Trade-off zwischen Perfektion und physischen Grenzen SE muss sich mit Problemen der realen Welt auseinandersetzen Stand der Kunst! Die Gemeinschaft entscheidet über Beste Praxis Lebenslange Weiterbildung Software Engineering (III) multi-personconstructionof multi-versionsoftware David L.Parnas Teamarbeit Aspekt der Größenordnung ( Gut programmieren ist nicht genug) Kommunikationsaspekt Erfolgreiche Softwaresysteme müssen sich weiterentwickeln oder sie werden verschwinden Änderung ist die Norm, nicht die Ausnahme

8 Software Engineering (IV) software engineering isdifferent fromotherengineering disciplines Ian Sommerville Nicht durch physikalische Gesetze eingeschränkt Die Grenze ist der menschliche Geist Aber beschränkt durch politische Kräfte Interessen der Beteiligten abwägen und ausgleichen Methoden des Software Engineering: WS 2003/04 Dozenten: Dr. Nora Koch, Prof. Dr. Martin Wirsing Übungsleitung: Dipl.Inf. Florian Hacklinger Vorlesungstrukturiert in einzelne Moduln Folienmöglichst am Vorabend der Vorlesung im Netz Feedback Stellen Sieviele Fragen während der Vorlesung! OhneRückmeldungkönnen wir nichts verändern! Durchführung: Am Besten konstruktiv & offline.

9 Übungen zur Vorlesung Voraussetzungen: Gute Programmierkentnisse(möglichst Java) Übungsbetrieb: Wöchentliche Übungen, Mi Uhr, Oettingenstr. 67, Raum 0.33, Beginn 2. Woche 3 Hausaufgabenblätter Klausur, 10. Februar 2007, 13:00-15:00 Uhr, Hauptgebäude, Raum B 201 Literatur Ian Sommerville: Software Engineering, 6th edition,addison-wesley2000. Helmut Balzert: Lehrbuch der Software-Technik (2 Bände), SpektrumAkademischer Verlag 2000 und Weitere Literatur bei den einzelnen Moduln

10 Software-Engineering an der LMU Methoden des Software Engineering SW-Engineering-Praktikum Grundlagen der Systementwicklung Semantik von Programmiersprachen Temporale Logik und Zustandssysteme Modelchecking-Praktikum Entwurf und Implementierung paralleler Programme WS 06/07 Software-Architektur Formale Objekt-orientierte Software- Entwicklung SS07 Objekt-orientierte Software-Entwicklung Inhalt der Vorlesung Block R: Block A: Block B: Block C: Block D: Block E: Block F: Block R: Einführung und Übersicht (MW) Anforderungsentwicklung (MW) Software-Architektur (MW/HS) Formale Methoden (MW) Validierung& Verifikation (MW) Software-Prozess & Projektmanagement (MW/HS) Web-Engineering (NK) Ausblick (MW)

11 Anforderungsanalyse Anforderungserwerb Konzeptuelle Modellierung Anforderungsvalidierung Software-Architektur Architekturentwurf Systemarchitektur Middleware Entwurfsmuster & Komponenten Beispiel: Architektur einer Java- Entwicklungsplattform (informell)

12 Funktionale Spezifikation Eigenschaften dynamischer Systeme Formale Methoden Zustandsautomaten Petrinetze interface Konto balance: Integer update(n: Integer) getbalance(): Integer undo() self.getbalance() = self@pre.getbalance() + n self.undo() = obs self@pre Beweisverpflichtung implements Konto balance: Integer update(n: Integer) getbalance(): Integer undo() history History balance: Integer prev balance = balance@pre + n history.oclisnew Validierungund Test Testplanung Blackbox-und Whiteboxtest Modultest mit JUnit Verifikation durch Modelchecking Alle Tests erfolgreich!

13 Prozess und Projektmanagement Vorgehensmodelle Prozessverbesserung Projektmanagement Empirisches Software-Engineering Systemanforderungen Softwareanforderungen Analyse Design Codierung Test Beispiel: Wasserfallmodell -vereinfachte Darstellung Betrieb Web-Engineering Modellierung von Web Anwendungen Web-Architektur, -Implementierung und Testen Web-Prozessmodelle und Projektmanagement Konzeptuelles Modell Implementierung des Präsentationsmodells

14 Zusammenfassung Software-Produktqualität umfasst die Aspekte Funktionalität, Zuverlässigkeit, Benutzbarkeit, Effizienz, Änderbarkeit, Übertragbarkeit Software Engineering bedeutet die Bereitstellung und systematischeverwendung von Methoden,Verfahren und Werkzeugen zur Entwicklung, Betrieb und Wartung von Software