Vorgehensmodelle: Motivation. Vorgehensmodelle: Beispiele. Wasserfallmodell. Code-and-Fix - Zyklus. Machbarkeitsstudie (2) Machbarkeitsstudie
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- Maike Baumann
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1 Software Engineering: Definition Software Engineering Web Site Engineering in der Theorie Web Site Engineering, Vorlesung Nr. 7 Entwicklung, Pflege und Einsatz qualitativ hochwertiger Software mit wissenschaftlichen Methoden, wirtschaftlichen Prinzipien, geplanten Vorgehensmodellen, Werkzeugen und quantifizierbaren Zielen [nach KAHLBRANDT] Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 2 Softwarekatastrophen Softwarekrise On June 4, 1996, on its maiden flight, the Ariane-5 was launched and performed perfectly for approximately 40 seconds. Then it began to veer off course. At the direction of the Ariane ground controller, the rocket was destroyed by remote control. total cost of the disaster was $500 million. [PFLEEGER. Software Engineering - Theory and Practice, S. 37] Fehler: Real-Integer-Konvertierung (!) Viele Fehler sind Software-Fehler! (vgl. Ausgangspunkt Zunehmende Komplexität bei Programmsystemen in den 60er Jahren Keine geeigneten (Programmier-)Sprachen Methoden bzw. Vorgehensweisen Werkzeuge Folgen Kontinuierlicher Anstieg der Software-Kosten (anders als Hardware!) Scheitern vieler Softwareentwicklungsprojekte Ansatz: Ingenieurwissenschaft und wohldefiniertes Vorgehen statt kreativer Kunst Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 3 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 4 Probleme bei der Erstellung von Software Ziele von Software Engineering Kommunikationsprobleme mit dem Anwender Immaterielle Natur von Software, fehlende begrenzende physikalische Gesetze schwierige Modellbildung Leichte Modifizierbarkeit von Software Änderung der Anforderungen während Entwicklungszeit Alterung ohne Verschleiß Portabilitätsprobleme Explosion der Variantenvielfalt Verknüpfung mit/abbildung von bestehenden Arbeitsabläufen Akzeptanz beim Kunden/Anwender Mangel an Standards, Methoden und Werkzeugen Effiziente Entwicklung von messbar qualitativ hochwertiger Software Korrektheit und Zuverlässigkeit Robustheit Effizienz (bzgl. Ressourcen) Benutzerfreundlichkeit Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit Qualitätsfaktoren Extern (für den Benutzer sichtbar) Intern (nur für den Entwickler sichtbar) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 5 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 6 1
2 Vorgehensmodelle: Motivation Voraussetzung für den sinnvollen Einsatz von Notationen und Werkzeugen zur Softwareentwicklung ist ein Vorgehensmodell, das den Gesamtprozess der Softwareerstellung und -pflege in einzelne Schritte aufteilt und die Verantwortlichkeiten der beteiligten Personen (Rollen) klar regelt. Vorgehensmodelle: Beispiele Code-and-fix - Zyklus (Vorgehensmodell?) Klassisches Wasserfallmodell Wasserfallmodell mit Zyklen Evolutionäres Prototyping Rapid Prototyping Transformationsansatz (ist.unibw-muenchen.de/lectures/ht99/seu/seu.pdf) Rational Unified Process (RUP) ( Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 7 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 8 Code-and-Fix - Zyklus Vorgehensweise für kleine Projekte und Übungsaufgaben 1. Code schreiben und übersetzen 2. Code testen bzw. debuggen 3. Code verbessern (Fehlerbeseitigung, Erweiterung, Effizienzsteigerung, ) 4. Ggf. zurück zu 1. Probleme Abnehmende Wartbarkeit und Zuverlässigkeit Starke Abhängigkeit vom einzelnen Programmierer Meinungsverschiedenheiten über erwarteten/ realisierten Funktionsumfang zwischen Entwickler und Anwender Wasserfallmodell Machbarkeitsstudie Anforderungsanalyse Systementwurf Codierung und Modultest Integrations- und Systemtest Auslieferung und Installation Wartung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 9 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 10 Machbarkeitsstudie Problembeschreibung Erarbeitung verschiedener Lösungsansätze Kosten- und Ertragsschätzung der geplanten Softwareentwicklung Angebotserstellung Lastenheft (enthält lediglich grobe Beschreibung der Anforderungen) Projektkalkulation Projektplan Angebot an Auftraggeber Machbarkeitsstudie (2) Verfahren Richtlinien für Lastenhefte Erstellungsrichtlinien Schätzverfahren Faustregeln Projektpläne und Projektorganisation für Terminund Ressourcenplanung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 11 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 12 2
3 Anforderungsanalyse (Requirements Engineering) Festlegung, was die Software leisten soll, und nicht, wie diese Leistungsmerkmale erreicht werden. Festlegung der Systemeigenschaften wie Funktionalität, Leistung, Benutzungsschnittstelle, Portierbarkeit, Bestimmung von Testfällen Festlegung erforderlicher Dokumentationsdokumente Pflichtenheft = Anforderungsanalysedokument Akzeptanztestplan Benutzungshandbuch Systementwurf (System Design) Festlegung, wie die Funktionen der Software zu realisieren sind Bauplan der Software und der Softwarearchitektur Programmieren im Großen = Entwicklung eines Bauplans Grobentwurf, Zerlegung des Systems in Teilsysteme/ Module Auswahl bereits existierender Softwarebibliotheken, Frameworks, Feinentwurf für Modulschnittstellen und Algorithmen Entwurfsdokument mit Softwarebauplan Detaillierte Testpläne Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 13 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 14 Programmierung und Modultest Implementierungs- und Testphase: Realisierung und Validierung einzelner Module Programmieren im Kleinen = Implementierung einzelner Module Einhaltung von Programmierrichtlinien Code-Inspektionen kritischer Modulteile Test der erstellten Module Menge realisierter Module Implementierungsberichte (Abweichungen vom Entwurf, Zeitplan, ) Technische Dokumentation einzelner Module Testprotokolle Integration und Systemtest Integration einzelner Module zum Gesamtsystem Systemintegration = Zusammenbau der Module Gesamtsystemtest durch Entwicklungsorganisation Fertigstellung der Dokumentation Fertiges System Benutzerhandbuch Technische Dokumentation Testprotokolle Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 15 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 16 Auslieferung und Installation Inbetriebnahme der Software beim Kunden findet häufig in zwei Phasen statt Auslieferung an ausgewählte Benutzer Auslieferung an alle Benutzer Schulung der Benutzer Fertiges System Akzeptanztestdokument Wartung (Maintenance) Softwarewartung macht ca. 60% der gesamten Softwarekosten aus! Fehlerbehebung (korrektive Wartung) Anpassungen (adaptive Wartung) Verbesserungen (perfektive Wartung) Softwareproblemberichte (Bug Reports) Softwareänderungsvorschläge Neue Softwareversionen Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 17 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 18 3
4 Referenzmodell Wasserfall: Probleme Nur ungenaue Kosten- und Ressourcenschätzungen zu Projektbeginn Pflichtenheft vs. Umgang mit dem (spät) fertigen System (Risikomaximierung) Fehlende Anforderungen für das Pflichtenheft zu Projektbeginn Frühes Einfrieren der Anforderungen, notwendiger Wandel (aufgrund organisatorischer, politischer, technischer, Änderungen) Unrealistisch strikte Phaseneinteilung (notwendige Rückgriffe) Wartung (ca. 60% des Gesamtaufwandes!) nicht detailliert genug berücksichtigt Wasserfallmodell: Verbesserungen Naheliegendste Idee zur Verbesserung des Wasserfallmodells: Einführung von Zyklen bzw. Rückgriffen, Wiederaufnehmen früherer Phasen bei Problemen Modell wird komplexer und teurer! Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 19 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 20 Evolutionäres Modell (Evolutionary Prototyping) Evolutionäres Modell (2) Rasche Entwicklung eines auch durch den Kunden evaluierbaren Prototyps Keine vollständige Festlegung von Kosten und Leistungsumfang des gesamten Softwaresystems zu Beginn des Projekts Vereinfachte Projektplanung durch überschaubarere Teilprojekte Probleme Erweiterbarkeit der Systemarchitektur (Bindung an Prototyp) Hinfälligkeit bereits realisierter Funktionen Endresultat wie nach 10 Jahren Wartung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 21 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 22 Rapid Prototyping (Throw-Away-Prototyping) Realisierung und Vorführung eines Prototyps des Systems (evtl. lediglich seiner Benutzeroberfläche) mit Generatoren, ausführbaren Spezifikationssprachen, Skriptsprachen etc. Schnelle Klärung der Funktionalität und Risikominimierung Vermeidung von Missverständnissen zwischen Entwickler und Auftraggeber Früher Test der Benutzerschnittstelle Nachteile Gefahr der Weiterverwendung des Prototypen (ungeplantes evolutionäres Modell) Ggf. erheblicher Mehraufwand Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 23 Transformationsansatz Formale Spezifikation der stellung (z. B. algebraische Spezifikation) Transformation mit kleinen semantikerhaltenden Schritten in effiziente Implementierung Rapid Prototype ggf. als Zwischenprodukt Präzise und nachweisbar konsistente Anforderungen Beweisbarkeit der Eigenschaften des Systems Nachteile Auftraggeber (Auftragnehmer) versteht formale Spezifikationen nicht Nicht alle Anforderungen werden so erfasst (Benutzeroberfläche, ) Für große Systeme kaum durchführbar Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 24 4
5 Rational Unified Process (RUP) Basiert auf Standard-OO-Modellierungssprache UML und dem zugehörigen Vorgehensmodell Bestandteile Verschiedene Generationen Generationen bestehen aus verschiedenen Phasen mit Iterationen Inception (Vorbereitung) Elaboration (Entwurf) Construction (Konstruktion) Transition (Einführung) Eigenschaften des RUP Modellbasiert Modelle (Dokumente) für die einzelnen Schritte des Prozesses Prozessorientiert genau definierte Abfolge von anderweitig wiederholbaren Aktivitäten Iterativ und inkrementell Risikobewusst Aktivitäten mit hohem Risiko in frühen Iterationen Zyklisch Ergebnis jedes Zyklus: Neue Systemgeneration (als kommerzielles Produkt ausgeliefert) Ergebnisorientiert Meilenstein (definiertes Ergebnis zu definiertem Zeitpunkt) steht am Ende jeder Iteration Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 25 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 26 Eigenschaften des RUP (2) Faustregeln für die Ausgestaltung eines Entwicklungsprozesses Rollenbasierte Softwareentwicklung und Arbeitsbereiche Projekte funktionieren, wenn die richtigen Personen unter Verwendung geeigneter Sprachen, Methoden und Werkzeuge kooperieren Zuweisung von Rollen an Personen klärt Verantwortlichkeiten und Kompetenzen Bewertung des RUP Standardisierungsvorschlag und kommerzielles Produkt Eigene Managersicht Feinere aktivitätsorientierte Sicht für Entwickler Nachteile Komplexes, noch stark in Veränderung befindliches Vorgehensmodell Qualitätssicherung nicht integriert Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 27 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 28 Trend: OO SWE Daten- und Verhaltensmodellierung mit UML- Objekt- und Klassendiagrammen Fließender Übergang von der Analyse zum Entwurf Verwendung von Entwurfsmustern Modellierung von Softwarearchitekturen mit UML Übergang vom Entwurf zur Implementierung: Versuch der Generierung Wiederholung: Typen von Web Sites Statisch Plain HTML mit Links HTML mit Formularen Dynamisch Datenbankzugriff Generiert Web-basierte SW-Applikationen Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 29 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 30 5
6 SW-Kontinuum von Web Sites Anforderungen an Well-Engineered Web Sites Korrektheit Funktionalität Formal schwer nachweisbar, deshalb pragmatisch Testbarkeit ( separate VORL) Funktionalität Benutzbarkeit Benutzerakzeptanz Wartbarkeit ( separate VORL) Änderungen leicht durchführbar Bis zu 75% der Entwicklungskosten (!) Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 31 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 32 Anforderungen an Well-Engineered Web Sites (2) Portierbarkeit/Skalierbarkeit Client Server Wiederbenutzbarkeit Standardanforderung an SW Kern übersteht Oberflächen-Änderungen Robustheit/Verlässlichkeit Implementation Übermittlung ( Medium) Anforderungen an Well-Engineered Web Sites (3) Effizienz Implementation Übermittlung ( Medium) Lesbarkeit: Sourcecode Kommentare Formatierung Sprechende Namen Dokumentation History Help Files Präsentation: Effizienz vs. Qualität Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 33 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 34 Entwicklung von Web Sites Unsichtbarkeit mangelnde Transparenz Need for Speed unrealistische Termine Inkrementelle Entwicklung Ständiger Wechsel im Softwarebereich Generelle Trends Verschiedene Komplexitätsstufen Ziel und Ausrichtung entscheidend Von Dokumenten zu Software Einsatz von SW-Engineering-Methoden SW-Lifecycle-Implementation 1. RAD (Rapid Application Development): Rapid Prototyping 2. Wasserfall 3. Whirlpool: Modifizierter Wasserfall 4. JAD (Joint Application Development): Evolutionäres Prototyping 5. Spirale NB: Unterscheide Kunde und Benutzer! Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 35 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 36 6
7 RAD Wasserfall mit Zyklen Charakteristika Quick and Dirty / Implement and Test Schnell, aber hochriskant Feuerwehr-Prinzip / Reiz-Reaktions-Schema Kein formaler Entwicklungsprozess Häufig genutztes Verfahren bei Web Sites Web-Krise ähnlich Software-Krise Besser formale Prozessmodelle Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 37 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 38 Wasserfall mit Zyklen (2): Probleme beim Web Site Design Unzureichende Modellierung der WWW-Entwicklung Rückkehr zu früheren Stufen schwierig Überlappung von Stufen nicht vorgesehen Aber: Entwicklungsschritte bei Web Sites überlappen und wiederholen sich Detaillierte Planung: Mangelnde Flexibilität Schwierigkeiten bei Unsicherheit in der Planung Unerfahrenheit der Web Site Designer Whirlpool: Modifizierter Wasserfall Verwendung der Stufen lediglich als Meilensteine Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 39 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 40 Whirlpool (2): Einsatzgebiete Überlappung der Prozess-Schritte Vorbereitung zum Wasserfall Planung und RAS Risikoreduktion durch Iteration Anfangsprojekte, d.h. Projekte von Firmen im Anfangsstadium erste Projekte mit neuen Kunden JAD: Ablauf 1. Gespräch Entwickler-Kunde Requirements 2. Kunde testet Prototypen Kunde schlägt ggf. Änderungen vor Falls OK: Release der fertigen SW 3. Entwickler liefert neuen Prototypen; zurück zu 2. Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 41 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 42 7
8 JAD (2): Diskussion für Web Site Design Feedback statt Big Bang beim Release Einsatz in der Entwicklung von Intranet-Sites (Kommunikation entscheidend!) Spirale Nachteile Kunde und Benutzer als Beta-Tester Mangelnde Akzeptanz Ablenkung durch Inkompetenz Abschluss des Projekts schwer festzulegen Empfehlenswert für erfahrene Web-Designer Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 43 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 44 Spirale (2): Ideen Flexibilität in den Wasserfall integrieren Kritische Aspekte zuerst klären Subprojekte definieren Inkrementell entwickeln Auf weniger wichtige Teilaspekte im weiteren Verlauf zurückkommen Spirale (3): Probleme Komplex Grenzen zwischen Stufen fließend Kostenvorhersage schwierig Ungeeignet für Anfangsprojekte Übernahme bestehender Sites Anwendbar v.a. bei Planung und Wartung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 45 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 46 WWW-Sites vs. Software Dokument-Orientierung Statische Sites behalten weiterhin ihre Daseinsberechtigung Kein SW-Engineering nötig Look & feel Marketing-Aspekte: Kundennutzen Benutzer-Akzeptanz Inhalte Daten mit Design entwickeln Content Creation & Management Medium WWW-Sites vs. Software (2) Mit Prozessmodellen allein nicht zu erfassen! Verschieden stark strukturierte Herangehensweise für unterschiedliche Teile des Entwicklungszyklus je nach Inhalt Strukturierung Zielsetzung Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 47 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 48 8
9 Zusätzliche Faktoren Personal Kommunikation Kunde-Benutzer-Entwickler Unrealistische Erwartungen/Versprechungen Identifikation von Kunden und Managern mit Projekt Theorie und Praxis: Plan vs. Umsetzung SW-Engineering-Modelle und Realität Terminpläne (Wettbewerb!) Feature Creep : Unbedachte Schnellschüsse Technologie-Adaption: Ständig neue Software Literatur Powell, Thomas A. Web Site Engineering. Prentice Hall 1998 Sommerville, I. Software Engineering, 6 th Edition. Addison-Wesley 2000 Balzert, H. Lehrbuch der Softwaretechnik (Band 1): Software- Entwicklung. Spektrum Akademischer Verlag 1996 Ghezzi, C.; Jazayeri, M.; Mandrioli, D. Fundamentals of Software Engineering. Prentice Hall, 1991 Pfleeger, S. L. Software Engineering - Theory and Practice. Prentice Hall 1998 Kahlbrandt, B. Software- Engineering: Objektorientierte Software- Entwicklung mit der Unified Modeling Language, Springer (2001) Booch, G.; Rumbaugh, J.; Jacobson, I. The Unified Modeling Language User Guide. Addison Wesley 1999 Snelting, G.; Zeller, A. (TU Braunschweig) Einführung in Software Engineering. Lecture Notes, Braunschweig, 1998 Schürr, A. (Universität der Bundeswehr München) Software Engineering. ist.unibw-muenchen.de/lectures/ft2000/sei/sei.html Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 49 Martin Klarner, Informatik 8 VORL 7/Folie 50 9
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