Systematische Software-Qualität mittels einer durchgängigen Analyse- und Teststrategie

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1 Insert picture and click Align Title Graphic. Systematische Software-Qualität mittels einer durchgängigen Analyse- und Teststrategie Dr. Dieter Lederer, Geschäftsführer Vector Consulting Services GmbH Euroforum Tagung Software imautomobil Stuttgart, Mai Vector Consulting Services GmbH. All rights reserved. Any distribution or copying is subject to prior written approval by Vector. V

2 Jüngst erlebt Sicherheitskritisches System Kurz vor Straßenfreigabe Viel zu wenige Reviews durchgeführt Teststrategie unklar Qualität? Freigabe möglich? Konsequenzen: Risiko unbekannt, Terminverzug, Kostenexplosion, Kunde unzufrieden 2/19

3 Einige Fakten Entwicklungskosten Projektaufwand Fehler im Feld 30 50% Cost of non-quality Bis zu 40% Aufwand für Test und Fehlerbehebung 30% Feldfehler können mit besseren Tests gefunden werden 3/19 Fehlerentdeckung und -behebung sind aufwändig und teuer. Besseres Analysieren und Testen reduziert Kosten und Risiken. Quelle: Dumke, Ebert: Software Measurement, 2007

4 Was macht eine gute Analyse- und Teststrategie aus? 4/19

5 Fehlervermeidung und -behebung Fehlervermeidung: Systematische Entwicklungsprozesse, Entwicklungswerkzeuge, Modellierungsrichtlinien, Codierungsrichtlinien, Konfigurationsmanagement, Ausbildung,... Fehlerentdeckung und -behebung: Fokus dieses Vortrags Reviews, statische und dynamische Code-Analysen, Unit-Tests, Integrationstests, formale Verifikation, Systemvalidierung,... Die richtige Kombination und der gezielte Einsatz der einzelnen Methoden ist ausschlaggebend für die Effektivität und die Effizienz der Qualitätsstrategie. 5/19

6 Was macht eine gute Analyse- und Teststrategie aus? (1/3) Eine gute Analyse- und Teststrategie basiert auf dem Verständnis der Wirksamkeit der einzelnen Methoden für die Entdeckung bestimmter Arten von Fehlern. Anforderungs- Analyse Anforderungs-Review: Alle Anforderungen sind eindeutig formuliert System-Test: Das System verhält sich in der Zielumgebung wie erwartet System- Test System- Design Design-Review: Alle Anforderungen sind im Design berücksichtigt Implementierung Integrations- Test Unit- Design Unit- Test Unit-Test: Die Algorithmen sind korrekt implementiert Code-Analyse: Die Software ist frei von Laufzeitfehlern 6/19

7 Was macht eine gute Teststrategie aus? (2/3) Eine gute Analyse- und Teststrategie setzt Prioritäten und erlaubt den effizienten Einsatz von Ressourcen. Projektaktivität Maximale Fehlerentdeckungsrate Typische Fehlerentdeckungsrate Aufwand für die Entdeckung und Korrektur [Stunden/Fehler] Anforderungs-Review 15% 5-10% ~ 2 Design-Review 10% 5-10% 3 5 Statische Code-Analyse 20% 10-20% 3 5 Code-Review 40% 20-30% 3 5 Unit-Test 30% 10-30% 3 5 Integrations-Test 20% 5-20% Abnahme-Test 5% 1-5% ~ 30 7/19 Quelle: Dumke, Ebert: Software Measurement, 2007

8 Was macht eine gute Teststrategie aus? (3/3) Eine gute Analyse- und Teststrategie nutzt Methoden die sich gegenseitig ergänzen. Code- Review Fokussierte Code-Reviews da, wo die Code-Analyse eine hohe Komplexität und die Möglichkeit von Laufzeitfehlern aufzeigt. Gezielter Review von Software- Pfaden, die durch Tests nicht abgedeckt worden sind. Code- Analyse Aufwand für Analysen erst investieren, nachdem automatisierte Tests keine Fehler mehr entdeckt haben. Unit-Test 8/19

9 Fünf Schritte zum besseren Analysieren und Testen 9/19

10 Fünf Schritte zum besseren Analysieren und Testen 1 Identifikation und Priorisierung der Qualitätsmerkmale 2 Festlegung der Ziele der Review-, Analyse- und Test- Aktivitäten, abhängig von den Qualitätsmerkmalen 3 Festlegung messbarer Erfolgskriterien für die Durchführung der Reviews, Analysen und Tests 4 Festlegung der Methoden und Werkzeuge 5 Umsetzung und Messung sowie kontinuierliche Verbesserung der Maßnahmen 10/19

11 1. Identifikation und Priorisierung von Qualitätsmerkmalen Priorisierung je Entwicklungsphase Qualitätsmerkmale nach ISO/IEC 9126 Prototyp Serienvorbereitung Produktionsfreigabe Funktion 70% 30% 30% Zuverlässigkeit/Sicherheit 30% 60% Benutzbarkeit 20% 10% Effizienz 20% 10% Wartbarkeit 5% 5% Portierbarkeit 5% 5% Priorisierung der Qualitätsmerkmale je Entwicklungsphase, um jeweils kritische Fehler möglichst früh zu entdecken. 11/19

12 2. Ziele der Review-, Analyse- und Testaktivitäten Projektaktivität Anforderungs-Review Design-Review Code-Analyse Code-Review Unit-Test Integrations-Test System-Test Ziele für die Serienvorbereitungsphase 30% Funktion, 30% Zuverlässigkeit/Sicherheit, 10% Benutzbarkeit, 20% Effizienz, 5% Wartbarkeit, 5% Portierbarkeit Anforderungen vollständig, eindeutig, abgestimmt Nicht-funktionale Anforderungen berücksichtigt Code enthält keine Laufzeitfehler Funktionalität, Wartbarkeit und Portierbarkeit des Codes bestätigt Funktionalität und Effizienz des Codes bestätigt Zuverlässigkeits- und Performance-Anforderungen bestätigt Benutzbarkeit und kritische Szenarien aus Sicht des Kunden bestätigt Ausrichtung der Unit-Tests an Funktion und Effizienz, dadurch Erhöhung der Anzahl der gefundenen Fehler. 12/19

13 3. Festlegung messbarer Erfolgskriterien Projektaktivität Anforderungs-Review Design-Review Code-Analyse Code-Review Unit-Test Integrations-Test System-Test Beispiele für Kriterien Anforderungen 100% abgestimmt, Qualitätsmerkmale der Anforderungen bestätigt Entwurfsrichtlininen eingehalten MISRA-C-Regeln eingehalten Keine unbegründeten Abweichungen von Code- Richtlinien 100% Abdeckung der funktionalen Anforderungen, Worst Case Execution Time ermittelt Betriebsprofile, Konfigurationen und Schnittstellen abgedeckt Fahrmanöver und kritische Use-Cases abgedeckt Ausrichtung der Testplanung mittels Kriterien, die ein ausbalanciertes Kosten/Nutzen-Verhältnis ermöglichen. 13/19

14 4. Festlegung der Methoden und Werkzeuge Projektaktivität Anforderungs-Reviews Design-Reviews Code-Analyse Code-Reviews Unit-Test Integrations-Test System-Test Beispiele für Methoden und Werkzeuge Reviews auf Basis von Checklisten Inspections auf Basis von Checklisten z.b. QA-C (MISRA-C-Regeln), Polyspace Inspections auf Basis von Checklisten Äquivalenzklassen, Grenzwertanalyse, CUnit inkl. Code-Abdeckung, Simulationen, SiL-Tests Automatisierte HiL-Tests mit Restbus-Simulation, Schnittstellen-Abdeckung, Performance-Messungen Testfahrten auf Basis des Fahrmanöverkatalog Anpassung der Fragen in Reviews auf Basis von Fehlern, die später in der Entwicklung gefunden wurden. Dadurch Verbesserung der Review-Effektivität. 14/19

15 5. Umsetzung, Messung und kontinuierliche Verbesserung Messung Plan- und Ist-Aufwände je Aktivität? In welcher Phase werden Fehler eingeführt? Welche Software-Module enthalten welchen Anteil an kritischen Fehlern? Werden die festgelegten Erfolgskriterien erreicht? Rückschlüsse auf Verbesserungen Priorisierung der Aktivitäten auf Basis der Kosteneffizienz (Aufwand/Fehler). Priorisierung der Aktivitäten, die Fehler möglichst nahe an der Quelle entdecken. Priorisierung von aufwändigen manuellen Verifikationen derjenigen Software-Module mit hoher Dichte an kritischen Fehlern. Wird die Strategie mit ausreichender Konsequenz umgesetzt? Verwendung von vier einfachen Messgrößen, die Rückschlüsse auf die Umsetzung und die stetige Optimierung des Vorgehens ermöglichen. Dadurch besseres Verständnis und höhere Effektivität. 15/19

16 Heutiger Umsetzungsstand und Handlungsbedarf 16/19

17 Heutiger Umsetzungsstand Reviews und Analysen Anforderungs-/Design-Reviews: Werden häufig nicht umgesetzt, das Know-how dafür ist oft nicht ausreichend. Code-Analysen/-Reviews: Werden teils umgesetzt, es werden jedoch zu viele Ausnahmen in den Befunden akzeptiert. Reviews und Analysen werden nicht konsequent umgesetzt, Befunde werden nicht konsequent behoben. Tests Fokus auf Integrationstests in den letzen Jahren. Zu viele Fehler werden erst in Integrations- und Systemtests gefunden. Nutzt das Potenzial von Unit-Tests viel zu wenig. Es fehlt eine ganzheitliche Strategie damit ist das Verständnis für die Wirksamkeit zu gering und es finden lediglich lokale Optimierungen statt. 17/19

18 Handlungsbedarf Verständnis für das, was heute gemacht wird: Wie viele Fehler werden mit welcher Methode in welcher Entwicklungsphase gefunden? Verständnis für den Effekt der Methoden: Welche Methode eignet sich am besten für welche Art von Fehler und für welche Entwicklungsphase? Entwicklung einer ganzheitlichen Strategie unter Berücksichtigung aller Qualitätssicherungsmaßnahmen. Konsequente Umsetzung und Messung sowie kontinuierliche Verbesserung der Strategie. Besseres Analysieren und Testen reduziert Kosten und Risiken. Das Potenzial dafür ist erheblich. 18/19

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Weitere Informationen über Vector Consulting Services finden Sie hier: Vector Consulting Services GmbH Ingersheimer Str Stuttgart Phone: Fax: Your Partner in Achieving Engineering Excellence. 19/19

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