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Qualitätssicherung
12.04.2013Software(technik)praktikum - Vorlesung Qualitätssicherung
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Externe Qualitätsprobleme (1)
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Externe Qualitätsprobleme (1)
Entwicklungskosten >300 Mio. € Erwartete Dauer: 1 Jahr (tatsächlich: 3 Jahre)
Unterstützt 10 Nutzer gleichzeitig statt den geplanten 1.000
Zitat: „Hauptproblem sei das Design des Systems, das Servern den Zugriff auf brachliegende Kapazitäten anderer Rechner nicht ermögliche.“
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Externe Qualitätsprobleme (2)
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Software(technik)praktikum - Vorlesung Qualitätssicherung 512.04.2013
Interne Qualitätsprobleme: Wartung
Prozesskontrollsystem
Charakteristika?
Lange Lebenszeit(>30 Jahre)
Große Codebasis (>1 Mio. LOC)
Warum warten?
Probleme beheben
Software ändern
Wo suchen?
Doku-mentation
Quell-code
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6
Interne Qualitätsprobleme: Wartung
[Som12]
Initialentwicklung
Verstehen
Ändern
Kosten der Software über ihren Lebenszyklus
Rebecca Tiarks: What Maintenance Programmers Really Do: An Observational Study
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Inhalte dieser Vorlesung
Was ist Qualität? Begriffsdefinition
Welche Qualitätseigenschaften gibt es? Qualitätsmodelle definieren diese
Wie quantifiziert man Qualität? Messen & Schätzen Qualitätsmetriken
Wo im Entwicklungsprozess spielt Qualität eine Rolle? Am Beispiel des V-Modells
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Qualität
Qualität kann verschiedene Bedeutungen haben, bzw. hängt von der Perspektive ab produktbezogene Qualität („Wie gut ist das Produkt“) benutzerbezogene Qualität („Wie gut ist das Produkt für die Bedürfnisse
eines bestimmten Benutzers“) prozessbezogene Qualität („Wie gut ist der Erstellungsprozess des
Produkts“)
Qualität möchte man erzielen Qualität sollte daher nachweisbar sein
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Qualität
Gesamtheit der Merkmale eines Produkts oder einer Tätigkeit, die die Erfüllung festgelegter oder vorausgesetzter Eigenschaften betreffen(nach DIN EN ISO 8402)
Dazu gehören auch Dokumente des Entwicklungs-prozesses
Qualitäts-anforderung
9
Welche Qualitätseigenschaften gibt es? Hierfür gibt es Qualitätsmodelle
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Qualitätsmodelle
Mit Hilfe eines Qualitätsmodells kann eine systematische und begründete Abschätzung der Qualität eines Produkts erfolgen Qualität wird in DIN EN ISO 8402 „Quality management and quality
assurance” definiert
Typischerweise werden Qualitätseigenschaften über mehrere Hierarchiestufen in Teileigenschaften zerlegt ISO/IEC 25010
• ehemals ISO/IEC 9126 “Software engineering — Product quality”
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11Software(technik)praktikum - Vorlesung Qualitätssicherung
ISO/IEC 25010
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Software product quality model (interne und externe Qualitäten)
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Relevanz der Q-Eigenschaften
Anwendungsklasse Qualitätseigenschaften
Menschliches Leben ist betroffenZuverlässigkeit, Korrektheit,
Testbarkeit
Hohe Entwicklungskosten Zuverlässigkeit, Flexibilität
Lange EinsatzdauerWartbarkeit, Flexibilität,
Portabilität
Echtzeitanwendungen Effizienz
Eingebettete Anwendungen Effizienz, Zuverlässigkeit
Ähnlich zu McCall, Richards und Walters und nach Balzert1212.04.2013Software(technik)praktikum - Vorlesung Qualitätssicherung
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Qualitätsmetriken
Qualität lässt sich durch Qualitätsmetriken nachweisen Eine Metrik M ist eine präzise definierte Methode, um ein Element
einer (geordneten) Menge V einem System S zuzuordnen M ist zugleich auch die Einheit in der man die Qualität angibt
Beispiel:• S = Code eines Softwaresystems• M = Lines of Code von S• V = Natürliche Zahlen• Methode: Zähle alle LOCs von S
Weitere Beispiele für weitere Metriken: Anzahl der Methoden, Klassen, Codekommentarzeilen Antwortzeit Auslastung (z.B. der CPU) Durchsatz (z.B. in Netzwerken relevant)
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Qualitätsmetriken
Wie ermittelt man Metriken? Schätzen? – Ja, aber wenn dann möglichst
• genau, • begründet • und systematisch
Messen• Bestenfalls wiederholbare Messungen
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Beispiel für ein Qualitätsmodell: Factor-Criteria-Metrics-Model
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Q-MetrikenQ-TeileigenschaftenQ-Eigenschaften
Funktionalität
Zuverlässigkeit
Bedienbarkeit
…
Richtigkeit
Angemessenheit
Interoperabilität
Verständlichkeit
Erlernbarkeit
Bedienbarkeit
…LOC
Interactions/Use Case
…
380k
2,5
0,01
0,1
0,7
0,3
0,2
0,2
0,5
0,3
0,2
0,2
0,5
QM-BerichtDie Qualität beträgt: 0,4 Qualitätsstufe: gut
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Arten des Qualitätsmanagements
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Produktorientiertes und prozessorientiertes Qualitätsmanagement Konstruktive und analytische Maßnahmen des Qualitätsmanagements
Diskussion: Welche Maßnahmen können wir in der Gruppe zur Erhöhung der Softwarequalität treffen?
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Produkt- und Prozessorientiertes QM
Produktorientiertes Qualitätsmanagement Das Softwareprodukt und Zwischenergebnisse (Klassen, Methoden oder
Komponenten wie GUI, Parser, Algorithmen, usw.) werden auf vorher festgelegte Q-Eigenschaften und Metriken überprüft
Direkte Sicherstellung, dass das Produkt bestimmte Q-Eigenschaften besitzt
Prozessorientiertes Qualitätsmanagement Bezieht sich auf den Entwicklungsprozess der Software, eingesetzte
Werkzeuge, Richtlinien für Dokumente, etc. Wird der Prozess eingehalten, ergibt sich automatisch eine hohe Qualität Inspiriert durch die industrielle Serienfertigung
• die gibt es aber bei Software kaum, daher muss prozess-orientiertes QM typischerweise an Projekte angepasst werden
Rein prozessorientiertes QM hat sich als unzweckmäßig erwiesen
17
nach Balzert
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Konstruktive und Analytische QM-Maßnahmen
Konstruktive QM-Maßnahmen Sorgen während des Erstellungsprozesses dafür, dass am Ende
Qualitätsmerkmale erfüllt werden
Analytische QM-Maßnahmen Dienen nur der Diagnose
• Messen des Qualitätsniveaus• Finden von Defekten
Erhöhen nicht direkt die Qualität eines Produkts, bzw. Prozesses Analytische Verfahren: Sammeln von Informationen über das Produkt bzw.
den Prozess durch statische Betrachtung Testenden Verfahren: Sammeln von Informationen über das Produkt bzw.
den Prozess durch dynamische Ausführung
18nach Balzert
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Konstruktive, produktorientierte QM-Maßnahmen (Beispiele)
sind Methoden, Sprachen, Standards, Richtlinien, etc., die für das erreichen bestimmter Q-Merkmale im Produkt sorgen, z.B. Richtlinien für Dokumente (z.B. Schema für das Pflichtenheft) Einsatz einer Programmiersprache mit statischer Typprüfung, z.B. Java
(vermeidet viele Fehler) Objektorientierte Entwicklung (Vererbung und Polymorphie unterstützt die
Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit) Einsatz von Design-Patterns (Plug-in-Mechanismus, MVC, etc. unterstützen
das Erreichen verschiedene Q-Merkmale) Modellbasierte Entwicklung (z.B. mit UML, EMF; viele Fehler in automatisch
generiertem Code werden vermieden) Einsatz von Werkzeugen wie z.B. Eclipse: automatische Code-
Vervollständigung, Syntax-Highlighting, …
19nach Balzert
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Konstruktive, prozessorientierte QM-Maßnahmen (Beispiele)
sind Methoden, Sprachen, Standards, Richtlinien, etc., die für das erreichen bestimmter Q-Merkmale im Prozess sorgen, z.B. Richtlinien: Welche Teilergebnisse mit welchem Inhalt müssen wann und
von wem erstellt werden Definition eines Prozessmodells (Transparenz, Planbarkeit) Unterstützung der Zusammenarbeit durch ein Versions- und
Konfigurationsmanagementsystem (SVN) Automatische Überwachung des Entwicklungsprozesses Einsatz von Wikis, oder z.B. Mylyn, IBM Rational Jazz, … Regelmäßige Treffen mit standardisiertem Ablauf und schriftlichen
Protokollen Pair-programming (prozess- oder produktorientierte Maßnahme?)
20nach Balzert
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Analytische QM-Maßnahmen (Beispiele)
Analytische Verfahren Statische Analyse Review Inspektion Walkthrough Audit (Erfassung von Prozessmerkmalen)
Testende Verfahren Test Simulation
Verifikation (vollständiger Beweis der Korrektheit eines Systems bzgl. bestimmter Eigenschaften, z.B. Model Checking) – analytisches oder testendes Verfahren?
21nach Balzert
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Prüfmethode Review
Mehr oder weniger formale Prozess, in dem es darum geht, Fehler, Unklarheiten, Inkonsistenzen (allg. Schwächen) eines Dokumentes (oder Code-Abschnitts) aufzudecken.
Dazu wird das Dokument systematisch in einem Team (von Gutachtern und unter Beteiligung der Autoren des Dokuments) angesehen und besprochen
Das Ergebnis ist ein Prüfprotokoll oder die Freigabe des Dokumentes (ggf. nach Iteration)
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Psychologie des „Reviews“
Problem: Autoren „stehen in der Schusslinie“ bzw. werden „in die Mangel genommen“
Psychologische Aspekte müssen beim Ablauf berücksichtigt werden: z.B. Keine Vorgesetzen anwesend Keine Beurteilung anhand der Reviews …
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Prüfmethode Inspektion
Sehr formale Form des Reviews Beteiligte: Gutachter, Autor(en), Moderator, Protokollant Ablauf:
Eingangsprüfung: Moderator prüft Eingangskriterien und kann Prüfung ablehnen
Planung: Moderator plant den Prüfprozess (Rollen, Zeitplan, Unterlagen, Aufteilung des Prüfobjekts, Kriterien)
Einführung: Aufgaben verteilen, Vorgehen abstimmen Individuelle Vorbereitung: Beteiligte bereiten sich auf die Inspektionssitzung
vor Inspektionssitzung: Prüfobjekt wird auf Defekte untersucht Überarbeitung Nachprüfung Abgabe
24nach Balzert
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Prüfmethode Walkthrough
Informelle Form des Reviews Beteiligte: Autor(en), Gutachter Ablauf:
Ggf. Individuelle Vorbereitung und Prüfung des Gutachters• kann den Walkthrough-Prozess verkürzen
Walkthrough-Sitzung:• Autor stellt das Produkt Schritt für Schritt vor• Gutachter stellt fragen und weist auf Probleme hin• Probleme werden protokolliert
Walkthroughs können während des Software(technik)praktikums gut in Gruppen-Sitzungen durchgeführt werden Tutor kann Rolle des Gutachter spielen
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Fehler und Tests
„Testen ist das Ausführen eines Programms, mit der Absicht (möglichst viele) Fehler zu finden“
Ein Fehler ist eine Abweichung des Verhaltens eines Produkts/Programms (IST) vom erwarteten Verhalten (SOLL).
Ein Test besteht aus einem Satz von Eingabedaten zusammen mit dem jeweils erwarteten Ergebnis (SOLL).
Beim Durchführen eines Tests wird das Programm mit den Eingabedaten ausgeführt und das Ergebnis mit dem erwarteten Ergebnis verglichen.
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Testen zur Qualitätssicherung
Tests können Zutrauen in die Fehlerfreiheit vermitteln und liefern damit ein Maß für die Richtigkeit (Funktionalität) und die Fehlertoleranz und Reife (Zuverlässigkeit)
des Programms
Tests können meist automatisch durchgeführt werden; problematisch sind nur graphische Benutzeroberflächen
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Stufen des Tests
Tests können auf verschiedenen Stufen durchgeführt werden
Abnahmetest(vom/mit Auftraggeber)
Systemtest Integrationstest Unit-Test
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Test*
De
kompo
sition
Spezifikation Inte
grat
ion
Implementierung
* der vorher spezifizierten Eigenschaften
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Erinnerung: Bereits bekannt aus Vorlesung Softwareentwurf
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Automatisierung
Tests können meist automatisch durchgeführt werden; dazu sind evtl. Testtreiber nötig
schwierig zu testen sind graphische Benutzeroberflächen Eingebettete Systeme
• … warum?
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JUnit
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Grenzen des Testens
Testen kann nur die Anwesenheit von Fehlern zeigen nicht deren Abwesenheit, also die Fehlerfreiheit der Software „der Fehler ist immer genau da, wo man nicht getestet hat“
Die Abwesenheit von Fehlern kann nur durch eine vollständige Verifikation überprüft werden z.B. Modelchecking: jeden möglichen erreichbaren Zustand eines
Programms auf bestimmte Eigenschaften untersuchen „jeden Fall testen“
Aber auch hier gibt es Grenzen: man überprüft nur vorher spezifizierte Eigenschaften aber erfüllt die Software die Erwartungen? Ist die Software dann „sicher“?
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Prinzip: Frühzeitige Maßnahmen
Je früher ein Fehler gefunden und beseitigt wird, desto weniger Folgekosten verursacht er.
Extremform: „Test-Driven Development“ – Test-Cases werden vor der eigentlichen Implementierung geschrieben
Frühzeitige Maßnahmen:Fehler sollten möglichst früh entdeckt werden!
Podcast:http://www.se-radio.net/2010/09/episode-167-the-history-of-junit-and-the-future-of-testing-with-kent-beck/
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Prinzip: Unabhängige Qualitätssicherung
Niemand macht gern das eigene Produkt kaputt(„Psychologie des Testens“)!
Wer beim Entwickeln einen Fall vergisst, vergisst ihn auch beim Testen.
Unabhängige Qualitätssicherung:QS-Maßnahmen sollten niemals vom Entwickler selbst durchgeführt werden!
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Prozessorientiertes QM
Es gibt verschiedene Vorgehensmodelle bei der Softwareentwicklung Wasserfallmodell, V-Modell, Spiralmodell, … es sind nur grobe Beschreibungen für das Vorgehen bei der Entwicklung es ist nicht immer zweckmäßig, diese Modelle weiter zu detaillieren
Daher wurden verschiedene Rahmenmodelle entwickelt, welche allgemeiner Kriterien für die Durchführung eines Entwicklungsprozesses definieren CMMI SPICE / ISO 15504 ISO-9000 TQM
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ISO 9000-3 / ISO 9001
Das ISO 9000-Modell besteht aus einer Reihe von Normen für ein Qualitätsmanagementsystem
ISO 9000 RahmenwerkAuftraggeber - Lieferanten – Verhältnis
ISO 9001 beschreibt ganz allgemein Modelle zur Darlegung der Qualitätssicherung in Entwicklung, Produktion, Montage und Kundendienst
ISO 9000-3 ist eine Richtlinie für die Anwendung von ISO 9001 auf die Entwicklung und Wartung von Software(mit der hier üblichen Terminologie)
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Wichtig: Darlegung!
ISO 9000-1 legt kein Vorgehensmodell (Phasenmodell) fest; sie verlangt aber die Darlegung der Phasen, Ergebnisse und der
jeweiligen Qualitätssicherungsmaßnahmen (Verifizierung) und sie legt einmalig oder periodisch im Unternehmen durchzuführende
Maßnahmen und pro Projekt durchzuführende Maßnahmen fest Sie verlangt Maßnahmen zur Dokumentation der Projektabläufe
( Konfigurationsmanagement)
Vorgeschriebene Tags im SVN
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Qualitätssichernde Maßnahmen
Festlegung der Qualitätspolitik Festlegung eines mit der Qualitätspolitik Beauftragten Regelmäßige Überprüfung Einplanung der Ressourcen für die Qualitätssicherung … Konfigurationsmanagement Schulung …
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Dokumente
Vertrag Spezifikation Entwicklungsplan Qualitätssicherungsplan Testplan Wartungsplan Konfigurationsmanagementplan
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Dokumente lautProjektplanskizze
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Vorteile
Qualitätsbewusstsein(auf Geschäftsführungsebene und Mitarbeiterebene)
Dokumentation der Qualitätspolitik und ihrer Umsetzung
Anpassungszwang (jährliche Überwachung)
Wettbewerbsvorteil
Nachteile
Gefahr der Bürokratie(Dokumente um der Dokumente willen)
Gefahr der Inflexibilität
…
Vor- und Nachteile von ISO 9000
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