Vector Software. Qualitativ hochwertige Software entwickeln. Test-fokussierte Softwareentwicklung verbessert die Qualität

Transkript

1 Vector Software W H I T E P A P E R Qualitativ hochwertige Software entwickeln Test-fokussierte Softwareentwicklung verbessert die Qualität Technische Systeme zu erstellen bedeutet harte Arbeit und spezialisiertes Wissen wird benötigt: Sprachen und Protokolle, Codierung und Fehlerbeseitigung, Testen und Refaktorieren. James Garrett Überblick Alle Unternehmen arbeiten jedes Jahr hart daran um ihre Kernziele zu erreichen. Diese werden häufig durch Leistungsziele erreicht, welche auf Metriken basieren. Dazu gehören Qualitätsziele, sowie bewährte Vorgehensweisen, die den Geschäftsprozess straffen. Wird der Einfluss dieser Ziele auf das Unternehmen letztlich gemessen, beinhaltet dies auch eine Form des Testens und der Berichterstattung. Versierte Mitarbeiter fragen nach einer Liste mit den Dingen, nach denen sie beurteilt werden, lange bevor sie geprüft werden. Wenn es aber um die Entwicklung neuer Softwareprodukte geht, wird die Definition von Ziel und Zweck der Tests häufig übersehen. Wenn Unternehmen Produkte entwerfen, wird viel Zeit aufgewendet um den Herstellungsprozess zu konzipieren, aber auch für das automatisierte Testen des fertigen Produktes. Kein Unternehmen würde ein Produkt zu entwerfen, das nicht hergestellt oder effizient getestet werden kann. Die Bereiche Herstellung und Testen werden noch vor dem fertigen Design abgedeckt. Ein Design ist nur sinnvoll, wenn es wirtschaftlich hergestellt werden kann. Was wäre, wenn der gleiche Ansatz auch in der Softwareentwicklung angewendet werden würde? Wenn die Entwicklung eines Softwaresystems beginnt, würde darüber nachgedacht werden, wie die Softwareherstellung und das Testen der Software so effizient wie möglich gestaltet werden kann. Dadurch kann die Entwicklung eines qualitativ hochwertigen Softwareprodukts und ein Prozess zur Unterstützung von eben dieser hohen Qualität im gesamten Lebenszyklus des Produktes gewährleistet werden.

2 Testbare Software entwickeln Die Idee Software so zu konzipieren, dass die Testbarkeit im Hinterkopf steht, kann eine Art Paradigmenwechsel für das jeweilige Unternehmen bedeuten. Während der ersten Planungen und der Prototypenerstellung, liegt der Fokus fast immer auf der Funktionalität und der Leistung. Diese sind zwar von großer Bedeutung, aber nutzlos, wenn die produzierte Anwendung aufgrund vieler Fehler und schlechter Qualität schwer zu verwalten ist. Einige einfache Ansätze sollten stets beachtet werden: Die Vollständigkeit und Richtigkeit der Anforderungen gewährleisten, Anwendungen so entwickeln, dass Softwaretests ermöglicht werden, ein einfach zu verstehender Codierungsstil einhalten und die Implementierung eines echten Verifikations- und Prüfungsprozesses. Anforderungen Hinterfragen Die Vollständigkeit von Softwareanforderungen zu gewährleisten verhindert viele Fehler. Als ein simples Beispiel soll die Spezifikation einer Quadratwurzelfunktion dienen. Eigentlich ist dies eine einfache Funktion aus dem Mathematikbuch, aber schon diese einfache Funktion kann schlecht implementiert sein, wenn die Anforderungen nicht vollständig sind. Beispiel Spezifikation: Die square_root() Funktion soll die Quadratwurzel ihres Inputs für alle gültigen Werte ausgeben. Eine bessere Spezifikation wäre: Die square_root() Funktion soll die Quadratwurzel ihres Inputs für alle gültigen Werte ausgeben, und 0 für ungültige Werte. Gültige Werte sind positive 32-Bit Fließkommazahlen, Null und positiv unendlich. Ungültige Werte sind negative Zahlen, negativ unendlich und NaN. Basierend auf dieser Spezifikation können Low-Level- Anforderungen erstellt und Testfälle entwickelt werden, die die korrekte Funktion überprüfen. Kontroll- und Datenanforderungen trennen Systeme mit einer klaren Trennung zwischen Kontrolle und Datenverarbeitung zu entwickeln, vereinfacht das Design und verbessert so das Testen. Die nachfolgende Grafik erläutert dies: Seite2

3 Kontrolle Systemstatus aktualisieren Daten bewegen Daten Nachrichten formatieren Erfassen von I/O Algorithmen ausführen Abbildung 1: Eine klare Trennung zwischen Kontrolle und Datenverarbeitung unterstützt den Testprozess Eine klare Trennung erlaubt es sowohl Entwicklern, als auch Testern, sich auf spezielle Arten von Input, Verhalten und Resultaten zu konzentrieren. Hinzu kommt, dass ein sauberes Design die Wiederverwendung von Software erhöht und so Wartungskosten einspart. Codierungsstil und Architektur beachten Ein guter Anfang, die Testbarkeit zu verbessern ist es sicher zu stellen, dass der Code einfach zu verstehen ist und flexibel gestaltet wurde. In den Anfängen der Softwareentwicklung waren Entwickler, die kleine und schnelle Software schreiben konnten sehr angesagt. Computersysteme hatten nur begrenzte Speicher und CPU Kapazitäten und Entwickler waren deshalb stets bemüht, mehr Funktionalität in eine Anwendung zu zwängen. Anwendungen waren sehr viel kleiner und wurden mit der Zeit oftmals auch komplett überschrieben, wenn Sprache oder Hardware sich änderte. Heutzutage ist es ganz anders. Zwar gibt es immer noch Größenbeschränkungen und zeitkritische Anwendungskomponenten, aber grundsätzlich sind Anwendungsgrößen und Lebenszyklen viel größer und länger geworden. Daher sollte besonders großer Wert darauf gelegt werden, einfach zu verstehenden und zu verwaltenden Code zu entwickeln. Wenn der Code einfacher zu verstehen ist, geht dies immer mit einer enormen Verbesserung der Testbarkeit einher. Bob Gray vom Consulting Unternehmen Virtual Solutions prägte die Aussage: In C oder C++ zu schreiben ist vergleichbar mit der Nutzung einer Kettensäge, wenn alle Sicherheitsvorrichtungen entfernt wurden. (zitiert in Byte (1998) Ausgabe. 23, Nr 1-4. S. 70). Hier sind einige Sicherheitsvorrichtungen für den Codierungsstil aufgelistet, die die Testbarkeit verbessern: Seite3

4 vermeiden Sehr komplexe Funktionen mit langen Input-Listen Direkten Zugriff auf Hardware-Adressen und Geräte Komplexe Bedingungen mit > 5 Nebenbedingungen Statische Funktions-Level Variablen Implizite und verdoppelte Schaltfälle Komplexe Logik, die schwer zu verstehen ist Undefinierte Sprachefunktionen (nicht- initialisierte Variablen) berücksichtigen Kleine modulare Funktionen Hardwarezugriff durch gängige API - Schicht "If-else-if-else Blöcke Echte globale Variablen (Namespaces sind okay) Komplexe Logik in Teilfunktionen faktorisieren Konstrukte die den Codefluß offensichtlich machen Explizite Codierung vs. implizites Verhalten Abbildung 2: Diese schnellen Tipps sind zu beachten, um einfach zu testenden Code zu schreiben Implementierung eines aussagekräftigen Peer-Review Prozesses Wird ein Entwickler gefragt, was einen gut gestalteten Code ausmacht, gibt es sicher genauso viele Antworten wie befragte Entwickler. Aussagekräftige Peer Reviews zu implementieren ist eine gute Möglichkeit um herauszufinden, ob der Code für alle einfach zu verstehen ist oder nur für den jeweiligen Entwickler selbst. Jedes Team hat sich im Laufe der Zeit spezifisches Gruppenwissen angeeignet. Durch Peer Review wird sichergestellt, dass dieses Wissen auch genutzt wird. Bewährte Vorgehensweisen zur Verbesserung der Software Qualität Die beste Methode um eine Qualitätskultur zu erstellen ist es Arbeitsabläufe und Metriken für jedes einzelne Teammitglied auszuarbeiten, die einen individuellen Teil der Qualitätsherausforderung ansprechen. Zum Beispiel wird eine Code Basis schnell extrem viele Fehler aufweisen, wenn die Entwickler Änderungen ohne Einschränkungen durchführen können. Andererseits wird nie eine neue Version veröffentlicht werden, wenn zu viele Gates geschlossen bleiben. Ein praktischer und wiederholbarer Arbeitsablauf ist notwendig. Zum Beispiel könnten Entwickler folgende Pflichten haben, bevor eine Erlaubnis zur Codeänderung im Konfigurationsmanagement gegeben wird: Seite4

5 Code und Tests müssen Peer Review bestehen Testen muss 100% Statement Coverage (Vollständigkei tstesten) produzieren Zyklomatische Komplexität für alle Funktionen <10 Kandidaten für die Änderung des Software Prozesses Neue Tests müssen Anforderungen zugeordnet werden Statische Analyse muss sauber sein Alle existierenden Tests müssen bestehen (Korrektheitste sten) Abbildung 3: Kandidaten für die Änderung des Software Prozesses Für manche Unternehmen ist dieser Prozess neu oder die veralteten Code Basen verfügen über eine Testinfrastruktur. Ist dies der Fall muss ein Arbeitsablauf erstellt werden, der für diese Umstände angemessen ist. Testfälle zu erstellen, um 100 % Code Coverage für eine bereits eingesetzte Anwendung zu erreichen, würde niemand anregen. Aber wäre es nicht sinnvoll, die Anforderung zu verhängen, dass jeder neue Code Korrektheits- und Vollständigkeitstests durchlaufen haben muss? Eines ist sicher: Die Einstellung unser Code ist schlecht, wir können es aber auch nicht besser machen wird die Qualität nicht verbessern. Während des Übergangs zu einer Qualitätskultur können Rückmeldungen von Entwicklern kommen, die neue Regeln als zu zeitaufwändig ansehen. Mentoring und Training können den Übergang vereinfachen. Eine Gruppe von leitenden Teammitgliedern zu benennen, die den Übergang anführen sollen, und Berater zu nutzen die mit Erfahrungen weiter helfen sind nur zwei kostengünstige Methoden um die Übernahme der Änderungen voranzutreiben. Wirklich annehmen werden die Entwickler die Neuerungen aber erst, wenn sie sehen, wie ihre Arbeit problemlos das QA passiert und schneller vom Kunden angenommen wird. Für das Team ist es wichtig, handfeste Ergebnisse zu erkennen. So wird die Botschaft der internen Qualitätsverbesserung verstärkt. Mit der Zeit sollte sich die Anzahl der gefundenen Fehler vom Kunden zum Entwickler bewegen, wie im folgenden Beispiel gezeigt wird. Seite5

6 Developers SQA Customers Month 0 Month 3 Month 6 Month 9 Abbildung 4: Fehler vor der Auslieferung beheben ist der kosteneffektivste Weg um Anwendungen von höchster Qualität anzubieten Da weniger Fehler zur QA gelangen, haben die Entwickler mehr Zeit um an neuen Funktionen zu arbeiten und das QA wird mehr Zeit zum gründlicheren Testen haben beides führt dazu, dass weniger Fehler zum Kunden gelangen. Testautomatisierung implementieren Das Testen der Software muss gründlich durchgeführt werden um die Anwendungsqualität zu verbessern. Außerdem sollte es schnell und einfach sein und jeder Entwickler sollte jeden Test, zu jeder Zeit, auf jeder Version des Codes durchführen können. Obwohl alle Unternehmen ein System entwickelt haben, das unbeaufsichtigtes inkrementelles Erstellen von Software ermöglicht wurde oft versäumt auch eine wiederholbare inkrementelle Test- Infrastruktur zu implementieren. Oft werden Tests periodisch durchgeführt und manuelle Prozesse werden benötigt, obwohl es durchaus möglich wäre konstant und inkrementell vollautomatisiert zu Testen. In vielen Entwicklerteams implementiert jeder Entwickler seine eigene Testmethodik. Eine Unternehmensweite Plattform für die Testautomatisierung ist nur selten vorhanden. Aufgrund dessen ist ein signifikanter Zeitabstand zwischen dem Einführen eines Fehlers und der Entdeckung unvermeidbar. Je länger der Zeitabstand, desto schwieriger wird es die Ursache eines Fehlers zu finden. Idealerweise sollte jede Veränderung der Software vor der Implementierung mit allen Tests laufen gelassen werden, die von dieser Veränderung betroffen sind. Aber wie kann bestimmt werden, welche Tests durchgeführt werden müssen, wenn der Code geändert wurde? Eine Change- Based Test- Infrastruktur ist in der Lage, automatisch festzustellen, welche Tests von einer Veränderung betroffen sind und lässt daraufhin nur diese Seite6

7 Tests laufen. Der Schlüssel damit dieser Prozess funktioniert, ist die folgenden Schritte schnell und automatisiert durchzuführen: 1. Die Teile identifizieren, die von der Codeänderung betroffen sind 2. Diese Tests gegen die Codeänderung durchführen 3. Alle Testfehler berichten und Code Coverage aktualisieren Dieser Ansatz ermöglicht einen Codierungs- und Testzyklus von Minuten statt Tagen. Neue Tests hinzufügen Anforderungen erstellen Code Coverage evaluieren Code implementieren Fehler beheben Betroffene Tests durchführen Abbildung 5: Einen kontinuierlichen Testprozess zu implementieren beschleunigt das Time-to-Market und gewährleistet das qualitative hochwertige Anwendungen geliefert werden Notwendige Entwicklungswerkzeuge Wenn eine Qualitätskultur gebildet werden soll, sollten die folgenden Software- Werkzeuge verfügbar sein: Statische Analyse Werkzeuge: findet Muster im Quellcode, die gewöhnlich in Fehlern resultieren Dynamische Testwerkzeuge: Black-Box und White-Box Tests, um die Korrektheit der Anwendung zu gewährleisten Coverage Analysewerkzeuge: messen die Gründlichkeit aller Testaktivitäten Test- Automatisierungswerkzeuge: ermöglichen jedem Teammitglied, jeden Test von jeder Codeänderung laufen zu lassen Wirtschaftliche Vorteile Die Qualität und die Vollständigkeit von Tests zu verbessern sind großartige Ziele, aber es müssen auch wirtschaftliche Gründe für Veränderungen vorhanden sein. Im Folgenden sind einige offensichtliche Gründe aufgelistet: Seite7

8 Zur Verbesserung der Software Testbarkeit: Geringere Entwicklungskosten o Günstigere Entwickler mit weniger Berufserfahrung können für Test Design und Implementierung eingesetzt werden o Weniger Tests sind von Codeänderungen betroffen Geringere Lebenszykluskosten o Erhöhte Software Wiederverwertung o Verringerte Wartungskosten Zur Verbesserung der Software Qualität: Weniger Fehler in der Integrationsphase resultiert in einer kürzeren Integrationszeit Kürzere Integrationszeit heißt schnellere Veröffentlichungszyklen Kundenzufriedenheit wächst da weniger Fehler zu ihnen gelangen Zufriedenere Kunden führen zu höheren Einnahmen und Markenloyalität Zusammenfassung Qualitativ hochwertige Software zu erstellen ist harte Arbeit. Einen Design- Ansatz zu erstellen, der auf Tests in jeder Entwicklungsphase eingestellt ist, ermöglicht Entwicklerteams hochwertigere Anwendungen schneller zu erstellen. Je eher Tests geplant werden, desto einfacher ist es sie durchzuführen. Die Codierung ist entscheidend, aber nicht so sehr, wie viele Entwickler vermuten. Letztendlich ermöglicht das Schaffen eines Test- fokussierten Prozesses und die Investition in gute Werkzeuge den Unternehmen die steigenden Anforderungen an die Softwarequalität zu bewältigen. Über Vector Software Vector Software ist der weltweit führende Anbieter von Software Test Lösungen für sicherheitskritische und geschäftskritische embedded Applikationen. Weltweit vertrauen Unternehmen in Luft und Raumfahrt, Militär, Medizintechnologie, Automobilindustrie, Bahnverkehr und anderer Industriezweige in geschäftskritischen Sektoren auf Vector Software s VectorCAST. Durch die Automatisierung und die Bewältigung komplexer Aufgaben im Zusammenhang mit Modul, Integrationsund Systemlevel Tests, erleichtert VectorCAST Unternehmen, deren Entwicklungen zu beschleunigen und die Beständigkeit Ihrer eingebetteten Software Applikationen zu gewährleisten. Vector Software, Inc South County Trail, Suite 310 East Greenwich, RI USA T: F: E: info@vectorcast.com Vector Software Golden Cross House 8 Duncannon Street London WC2N 4JF, UK T: F: E: info@vectorcast.com Vector Software St. Töniser Str 2a Kempen Germany T: F: E: info@vectorcast.com Vector Software Rm 403, Building 6, No.88 Daerwen Rd, Zhangjiang Hi-tech Park Pudong New Area Shanghai China T: F: E: info@apac.vectorcast.com Seite8