Softwaretechnik -- Vorgehensweisen...The Emperor: Everything is proceeding as I have foreseen. (Return of the Jedi, 1983) Karsten Weicker, Nicole Weicker 1/ 44 Softwaretechnik –

Softwaretechnik – Vorgehensweisen

Softwaretechnik –Vorgehensweisen

Karsten Weicker, Nicole WeickerHTWK Leipzig, FHTW Berlin

The Emperor: Everything is proceeding as I have foreseen.(Return of the Jedi, 1983)

Karsten Weicker, Nicole Weicker 1/ 44


Vorgehensweisen der Softwareentwicklung

Defintion: Softwaretechnik

Die Anwendung eines systematischen,disziplinierten, quantitativ bewertbaren Ansatzes furdie Entwicklung, den Betrieb und die Wartung vonSoftware; d.h. die Anwendung derIngenieurswissenschaft auf Software.

IEEE Std. 610.12 (1990)

Alternative Definition:Softwaretechnik ist Multi-Personen-Konstruktionvon Multi-Versionen-Software.

(nach David L. Parnas, 1974)




Defintion: Softwaretechnik

Die Anwendung eines systematischen,disziplinierten, quantitativ bewertbaren Ansatzes furdie Entwicklung, den Betrieb und die Wartung vonSoftware; d.h. die Anwendung derIngenieurswissenschaft auf Software.

IEEE Std. 610.12 (1990)Alternative Definition:Softwaretechnik ist Multi-Personen-Konstruktionvon Multi-Versionen-Software.

(nach David L. Parnas, 1974)




Tatigkeiten der Softwareentwicklung(informell)

I grobe Beschreibung der Aufgabe/Idee, was zuentwickeln ist

I Klarung, dass alle das Gleiche verstehenI Identifikation von getrennten Aufgaben

(Aufteilung der Aufgaben auf dieTeammitglieder)

I Entwicklung der SoftwareI enge KommunikationI Integration der TeileI Uberprufung, ob die Software das tut, was sie

tun sollKarsten Weicker, Nicole Weicker 3/ 44



Evolutionare Entwicklung

Spezifikation

Entwicklung

Validierung

GrobeBeschreibung

Endversion

Anfangsversion

Zwischenversionen

GleichzeitigstattfindendeAktivitaten




Wasserfall-Modell

Betrieb

Anforderungs-analyse

Anforderungs-spezifikation

System-entwurf

Implementation

Test




Definition

Definition (Vorgehensmodell)Ein Vorgehensmodell (oder auch Softwareprozess)ist eine Menge von Aktivitaten, die benotigt werdenum Softwaresysteme zu entwickeln, sowie derenAnordnung bzw. Abfolge.

I Beispiele:I evolutionare EntwicklungI WasserfallmodellI weitere spater




Definition

Definition (Vorgehensmodell)Ein Vorgehensmodell (oder auch Softwareprozess)ist eine Menge von Aktivitaten, die benotigt werdenum Softwaresysteme zu entwickeln, sowie derenAnordnung bzw. Abfolge.

I Beispiele:I evolutionare EntwicklungI WasserfallmodellI weitere spater



Aufbau der Vorlesung als Spirale


C BA

D

Code-Verstehen

Vorgehensweisen

UML

Testen funkt. Anforderungen

Strukturen und Muster

Vermeid. v. Missverstandnis

Nichtfunkt. Anforderungen

Qualitatsmanagement

A = Anforderungsanalyse

B = Anforderungsspezifikation

C = Systementwurf

D = Implementation

Aufgaben des Projektmanagements

Risikomanagement

Prozessmodelle

Kostenschatzung

Funkt. Anforderungen am Beispiel



Identifikation der grundlegenden Ablaufe


Definition (Anforderung)Eine Anforderung ist eine vom Anwender benotigteFahigkeit des Systems, um ein Ziel zu erreichen,bzw. eine Fahigkeit, die das System besitzen muss,damit es einen Vertrag, einen Standard oder einanderes formelles Dokument erfullt.




A = Anforderungsanalyse:Gegenstand der Anforderung

I funktionale Anforderung –uberprufbare Funktionalitat des SystemsProduktfunktionen

I nichtfunktionale Anforderung –andere Eigenschaften, u.a.

Benutzbarkeit KompatibilitatEffizienz DatenschutzZuverlassigkeit SicherheitPortierbarkeit




Zwei Minuten AufgabeWelche der folgenden Aussagen ist einenicht-funktionale Anforderung?

� Neue Kunden konnen angelegt werden.

� Das System antwortet auf jede Anfrage inmaximal 2 ms.

� Auf Kundendaten kann nur intern zugegriffenwerden.

� Kundendaten konnen verandert werden.

� Die Bedienung des Systems ist leicht erlernbar.

� Die Kreditwurdigkeit eines Kunden kannberechnet werden.




Zwei Minuten AufgabeWelche der folgenden Aussagen ist einenicht-funktionale Anforderung?

� Neue Kunden konnen angelegt werden.

�8 Das System antwortet auf jede Anfrage inmaximal 2 ms.

�8 Auf Kundendaten kann nur intern zugegriffenwerden.

� Kundendaten konnen verandert werden.

�8 Die Bedienung des Systems ist leicht erlernbar.

� Die Kreditwurdigkeit eines Kunden kannberechnet werden.




A = Anforderungsanalyse:Lastenheft zur Dokumentation

Lastenheft beschreibt Wunsche des Auftraggebers

I auf Ebene der Benutzungsanforderungen

I Was und Warum

I Form: naturliche Sprache

I wichtig: Verstandlichkeit fur Auftraggeber

I ist Vordokument zum Pflichtenheft

I Ist- und Soll-Analyse




B = Anforderungsspezifikation:Warum nach Analyse noch Spezifikation

I Beschreibung der Anforderungen in naturlicher Sprache

I vieldeutigI missverstandlich

I Eindeutigkeit in der FormulierungI Analyse: Problemfeld mit AblaufenI Analyse: keine Losung durch System!I Ubertragung der Anforderungen in informatische

ZusammenhangeI Was muss das System konnen, damit es die

Anforderungen erfullen kann?




B = Anforderungsspezifikation:Pflichtenheft zur Dokumentation

Pflichtenheft = Realisierungsvorhaben des Auftragnehmers

I auf Ebene der SystemanforderungenI Wie und WomitI keine programmiertechnischen/ architektonischen DetailsI Ubertragung der Benutzerwunsche → Planung/

MachbarkeitsanalyseI Form: strukturierte naturliche Sprache, grafische

Notation oder mathematische SpezifikationI wichtig: eindeutige Beschreibung fur EntwicklerI wichtig: Vertragsgrundlage zwischen Entwickler und

Kunden! → verstandlich bleiben




B = Anforderungsspezifikation:Validierung von Anforderungen

I Fur jede Anforderung ist zu uberprufnenI korrektI machbarI eindeutigI nachprufbar

I Fur den Katalog aller AnforderungenI vollstandigI konsistent




B = Anforderungsspezifikation:Beispiel: Gliederung des Pflichtenhefts (IEEE)

1. Einleitung: a) Ziel, b) Anwendungsbereich desProdukts, c) Definitionen, d) Referenzen, e) Uberblickuber das Dokument

2. Allgemeine Beschreibung: a) Produktperspektive,b) Produktfunktion, c) Benutzercharakteristika,d) Beschrankungen, e) Voraussetzungen undAbhangigkeiten

3. Spezifische Anforderungen: funktionale/nichtfunktionale Anforderungen, externe Schnittstellen

4. Anhange

5. Index




B = Anforderungsspezifikation:Beispiel: Gliederung des Pflichtenhefts (Sommerville)

1. Vorwort: Versionsgeschichte

2. Einleitung: Notwendigkeit des Systems, Funktion,Zusammenarbeit mit anderen Systemen

3. Definition der Benutzeranforderungen

4. Systemarchitektur

5. Spezifikation der Systemanforderungen

6. Systemmodelle

7. Systementwicklung: erwartete Veranderungen

8. Anhange, Index




B = Anforderungsspezifikation:Beispiel: Gliederung des Pflichtenhefts (Balzert)

1. Zielbestimmung: a) Muss b) Wunsch c) Abgrenzung2. Produkteinsatz3. Produktubersicht4. Produktfunktionen5. Produktdaten6. Produktleistungen (Zeit und Genauigkeit)7. Qualitatsanforderungen8. Benutzungsoberflache9. Nichtfunktionale Anforderungen (Gesetze, Normen etc.)

10. Technische Produktumgebung11. Anforderung an Entwicklungsumgebung12. Glossar




Zwei Minuten AufgabeWelche der folgenden Aussagen ist korrekt?

� Lastenheft ist gleich Pflichtenheft.

� Das Pflichtenheft wird nur intern verwendet.

� Beide Dokumente dienen der Kommunikationmit dem Kunden.

� Das Pflichtenheft ist die Vorbereitung fur dasLastenheft.

� Das Lastenheft ist uberwiegend in naturlicherSprache verfasst.

� Das Pflichtenheft kann bereits Systemmodelleenthalten.




Zwei Minuten AufgabeWelche der folgenden Aussagen ist korrekt?

� Lastenheft ist gleich Pflichtenheft.

� Das Pflichtenheft wird nur intern verwendet.

�8 Beide Dokumente dienen der Kommunikationmit dem Kunden.

� Das Pflichtenheft ist die Vorbereitung fur dasLastenheft.

�8 Das Lastenheft ist uberwiegend in naturlicherSprache verfasst.

�8 Das Pflichtenheft kann bereits Systemmodelleenthalten.




C = Systementwurf

Definition (Software-Architektur)Die Software-Architektur eines Systems beschreibtdessen Software-Struktur(en), dessenSoftware-Bausteine sowie deren sichtbarenEigenschaften und Beziehungen zueinander (nachBass et. al., 2003).

Der Erstellungsprozess wird (Grob-)Entwurfgenannt.




C = Systementwurf:Vorteile

Vorteile eines expliziten Entwurfs (gegenuber einerevolutionaren Entwicklung)

I Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten:vereinfachte Darstellung des Systems alsDiskussionsgrundlage

I Systemanalysen: fruh Analysen bzgl. systemkritischerAnforderungen moglich, z.B. Performanz,Zuverlassigkeit, Wartbarkeit

I Wiederverwendung in großem Umfang: Ubertragung derArchitektur auf ahnliche Systeme




C = Systementwurf:Mogliche Inhalte

I statisches Strukturmodell: Darstellung derKomponenten des Systems

I dynamisches Strukturmodell: Welche Prozesseentstehen zur Laufzeit?

I Schnittstellenmodell: Details der Dienste dereinzelnen Komponenten/Module

I Beziehungsmodelle: Datenflusse, Kontrollflusseetc.




C = Systementwurf:Einflusse

I Leistungsfahigkeit: kritische Ablaufe in moglichstwenigen Komponenten mit wenig Kommunikation

I Zugriffsschutz: evtl. Schichtenarchitektur, kritischeInhalte in untersten Schicht

I Sicherheit (d.h. Vertraulichkeit, Authentizitat,Integritat): sicherheitskritische Aktivitaten in Subsystem⇒ verringert Kosten der Sicherheitsvalidierung

I Verfugbarkeit: redundante Komponenten zurAusfallsicherheit bei Updates/Wartung

I Wartbarkeit: kleine austauschbare Komponenten,Trennung von Erzeugen und Benutzen von Daten,Vermeidung gemeinsamer Datenstrukturen




C = Systementwurf:Beschreibungsmittel

I schriftlich, textuellI Visualisierungen:

I wichtigeste AspekteI Wegweiser durch die Beschreibung

I In den Visualisierungen:I Rollen der BausteineI Beziehungen zwischen den BausteinenI Kommunikation




D = Implementation

Aspekte der Implementation

I Dokumentation

I ProgrammierrichtlinienI Testen

I Unit-TestI KomponententestI IntegrationstestI Systemtest

I Versionskontrolle





C BA

D

Code-Verstehen

Vorgehensweisen

UML





Qualitatsmanagement



C = Systementwurf

D = Implementation


Risikomanagement

Prozessmodelle

Kostenschatzung




Vorgehensweise Anforderungsanalyse

A: Ablauf der Anforderungsanalyse

Verstehen desAnwendungsbereichs

Setzen vonPrioritaten

Anforderungs-sammlung

Konflikt-losung

Klassifizierung

Anforderungs-uberprufung

Lasten-heft

Start




A: Anforderungsanalyse:Schwierigkeit

I Beteiligte wissen nicht, was sie von einem Systemerwarten:

I unbewusste Anforderungen: SelbstverstandlichkeitI ungeahnte Anforderungen: Leistungsfahigkeit eines

derartigen Systems nicht abschatzbar

I unterschiedliches Fachwissen/ Fachsprache

I Konflikte zwischen Anforderungen oder unterschiedlicheFormulierungen derselben Anforderungen

I Veranderungen politischer, wirtschaftlicher odergeschaftlicher Randbedingungen




A: AnforderungsanalyseSie offnen also morgens das Schloss am Haupteingang?

Ja, habe ich Ihnen doch gesagt.Jeden Morgen?

Naturlich.Auch am Wochenende?

Nein, am Wochenende bleibt der Eingang zu.Und wahrend der Betriebsferien?

Da bleibt er naturlich auch zu.Und wenn Sie krank sind oder Urlaub haben?

Dann macht das Herr Schmidt.Und wenn auch Herr Schmidt ausfallt?

Dann klopft irgendwann ein Kunde ans Fenster, weil er nichtreinkommt.

Was bedeutet eigentlich”morgens“? . . . (Ludewig/Lichter)




Zwei Minuten Aufgabe

Welche Kompetenzen benotigt Ihrer Meinung nachein Informatiker zur Erhebung einerAnforderungsanalyse?



Vorgehensweise: Anforderungsspezifikation

B: Ablauf der Anforderungsspezifikation

Durchfuhrbar-keitsstudie

System-modelle

Benutzer- undSystem-

anforderungen

Datenanalyse

SpezifikationLastenheft Validierung

Pflichtenheft




B: Anforderungsspezifikation:Durchfuhrbarkeitsstudie

Beantwortet eine (oder mehrere) der folgendenFragen:

I Beitrag zur Verwirklichung der Gesamtziele desUnternehmens?

I Realisierbar unter Nutzung der derzeitigenTechnologie und innerhalb des Kosten- undZeitrahmens?

I Kompatibel mit bestehenden Systemen?




B: Anforderungsspezifikation:Validierung

I Ziele:I GultigkeitsprufungenI KonsistenzprufungenI VollstandigkeitsprufungenI RealisierbarkeitsprufungenI Verifizierbarkeitsprufungen

I Techniken:I Anforderungs-ReviewsI PrototypenI TestfallerzeugungI automatische Konsistenzanalyse




B: Anforderungsspezifikation

Glass-Gesetz

Mangel hinsichtlich der Anforderungen sind dieHauptursache fur das Scheitern von Projekten.

(nach Endres & Rombach, 2003)




B: Anforderungsspezifikation

Boehms erstes Gesetz

Fehler kommen einerseits am haufigstenwahrend der Anforderungs- und der Ent-wurfsphase vor und sind andererseits umsokostspieliger je spater sie entfernt werden.






C BA

D

Code-Verstehen

Vorgehensweisen

UML





Qualitatsmanagement



C = Systementwurf

D = Implementation


Risikomanagement

Prozessmodelle

Kostenschatzung




Vorgehensweise Software-Entwurf

C: Aktivitaten in allen EntwurfsprozessenSystemstrukturierung, z.B.

I Datenspeichermodell:Bericht-generator

Datenspeicher

Admin-Zugriff

Kunden-Zugriff

Waren-lager

I Client-Server-Architektur:Katalog-Server

Bilder-Server

Web-Server

Client 1 Client 2

Netzwerk

I Schichtenmodell:

Programmlogik

Datenbank

GUI






Datenspeicher

Admin-Zugriff

Kunden-Zugriff

Waren-lager


Bilder-Server

Web-Server

Client 1 Client 2

Netzwerk

I Schichtenmodell:

Programmlogik

Datenbank

GUI






Datenspeicher

Admin-Zugriff

Kunden-Zugriff

Waren-lager


Bilder-Server

Web-Server

Client 1 Client 2

Netzwerk

I Schichtenmodell:

Programmlogik

Datenbank

GUI




C: Aktivitaten in allen Entwurfsprozessen

Modellierung der SteuerungI zentrale Steuerung

I Aufruf/Ruckgabe-Modell⇒ hier sind Abweichungen vom Betrieb nur schwermoglich

I Managermodell (oder Event-Loop-Modell)

I ereignisgesteuerte SystemeI Broadcast-Modell, z.B. Integration in einem

NetzwerkI Interrupt-getriebene Modelle, z.B. Echtzeitsysteme




C: Aktivitaten in allen Entwurfsprozessen

Dekomposition in ModuleI Objektmodelle

I lose gekoppelte Objekte kommunizierenmiteinander

I an Datenanalyse orientiert

I Datenflussmodell: Funktionalitaten werdengekapselt, die Daten transformieren




C: Entwurf:Vorgehensweise

Lastenheft

ErstellungArchitektur-Vision

Dekompositionin Bausteine

Bewertung derAlternativen

PflichtenheftArchitekturdefinieren




C: Entwurf:Erstellen der Architektur-Vision

I z.T. parallel zur Anforderungsanalyse

I erste Skizze der ArchitekturI grundlegende Auswahl der

I Architekturstile (Strukturierung und Steuerung)I Architektur-/EntwurfsmusterI Technologien

I gesamte Bandbreite der Anforderungenabdecken




C: Entwurf:Dekomposition des Systems in Bausteine

I basierend auf bekannten LosungenI Referenzarchitekturen, Architekturmuster etc.

I oder anhand von Architektur-PrinzipienI anschließend: Iterative Verfeinerung der

Architektur-VisionI durch Ergebnisse aus der Anforderungsspezifikation




C: Entwurf:Bewertung von Alternativen

I große Entscheidungsfreiheit fuhrt zu vielenArchitektur-Alternativen

I Bewertungsansatze:I Checklisten: Liste detaillierter Fragen zu

funktionalen und nicht-funktionalen AnforderungenI Szenarien: Auftraggeber, Benutzer und Architekten

erarbeiten Szenarien (z.B. zur Erweiterbarkeit)I Architektur-Prototypen




C: Entwurf:Bewertung von Alternativen

Curtis Gesetz

Ein guter Entwurf erfordert tiefes Wissen hin-sichtlich des Anwendungsgebietes.





Zwei Minuten AufgabeSchlagen Sie fur die folgenden Beispiele jeweils einegeeignete Systemstrukturierung vor.

I Suchmaschine zur Suche im Internet nachBildern und Web-Seiten

→ Client-Server

I elektronisches Warenhaus

→ Schichtenmodell

I Reinigungsroboter zum Saubern freierFussbodenflachen, der Wande und andereHindernisse erkennt

→ Datenspeichermodell




Zwei Minuten AufgabeSchlagen Sie fur die folgenden Beispiele jeweils einegeeignete Systemstrukturierung vor.

I Suchmaschine zur Suche im Internet nachBildern und Web-Seiten→ Client-Server

I elektronisches Warenhaus→ Schichtenmodell

I Reinigungsroboter zum Saubern freierFussbodenflachen, der Wande und andereHindernisse erkennt→ Datenspeichermodell


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Softwaretechnik -- Vorgehensweisen...The Emperor: Everything is proceeding as I have foreseen. (Return of the Jedi, 1983) Karsten Weicker, Nicole Weicker 1/ 44 Softwaretechnik –