Modellbasierte Qualitätsbewertung von Softwaresystemen: Bewertung von Softwarearchitekturen in Bezug auf ihren Erfüllungsgrad der Qualitätsanforderungen
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Norderstedt
Books on Demand
2004
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis VII
Tabellenverzeichnis XV
Vorwort 1
1 Einleitung 7
1.1 Einleitung und Problemstellung 7
1.2 Ziele und Abgrenzung der Arbeit 10
1.3 Methodische Vorgehensweise 14
1.4 Aufbau der Arbeit 17
2 Grundlagen der Modellierung von Software 21
2.1 Begriffliche Grundlagen 22
2.1.1 Der Begriff des Softwaremodells 22
2.1.2 Die Softwarearchitektur als Spezialisierung des Software¬
modells 26
2.1.3 Der Rational Unified Process als Instanz eines Softwareent¬
wicklungsprozesses 33
2.1.4 Artefakte im Rational Unified Process 37
II Inhaltsverzeichnis
2.2 Notation von Softwaremodellen 56
2.2.1 Die Spezifikation von Software 56
2.2.2 Die Notation während des Entwicklungsprozesses 63
2.2.3 Die Unified Modeling Language 68
2.3 Die Güte der Spezifikation 78
2.3.1 Anspruch und Erfüllbarkeit 79
2.3.2 Korrelation zwischen der Notation und der Güte der Spe¬
zifikation 81
2.3.3 Einfluss der Spezifikationsgüte auf die Softwarequalität . . 83
2.3.4 Die Güte der Spezifikation und die Modellbewertung ... 84
2.4 Zusammenfassung 85
3 Bewertung von Softwaremodellen: State of the Art 87
3.1 Die Anforderungen als Maßstab aller Bewertungsbemühungen . . 88
3.1.1 Funktionale und nicht-funktionale Anforderungen 88
3.1.2 Anforderungen aus Sicht der Stakeholder am Softwaresystem 89
3.1.3 Das Spannungsfeld: Mehrdimensionale Gewichtung von
Anforderungen 91
3.1.4 Die nicht-funktionalen Anforderungen als wichtigste Ne¬
bensache bei der Softwareentwicklung 92
3.1.5 Quantifizierte und nicht-quantifizierte Anforderungen ... 98
3.1.6 Die Berücksichtigung von zukünftigen Anforderungen . . . 100
3.2 Grundsätzliche Zusammenhänge in der Bewertung 101
3.2.1 Artefakte und darauf anwendbare Bewertungsmethoden . . 103
Inhaltsverzeichnis III
3.2.2 Die von den Bewertungsverfahren betrachteten Artefaktei¬
genschaften 105
3.2.3 Einfiuss der Artefakteigenschaften auf die Qualität der
Software 107
3.3 Methoden zur Bewertung von Softwaremodellen 109
3.3.1 Metriken zur Messung von Modelleigenschaften 110
3.3.2 Einsatz von Pattern zur Bewertung von Softwaremodellen 129
3.3.3 Visuelle Analyse als Mittel zum Erkennen von Zusam¬
menhängen 119
3.3.4 Inspektion als Methode zur Einbeziehung von Expertenwissen 157
3.3.5 Case-Based Retrieval zur Nutzung bekannter Zusam¬
menhänge 104
3.3.6 Modellsimulation als frühzeitiges Abschätzungverfahren . . 1( 8
3.3.7 Messung am Prototyp als Validierung des Produkts .... 175
3.3.8 Architecturc Tradeoff Analysis Method (ATAM) 179
3.3.9 Zusammenfassung und Vergleich der Bewertungsniethoden 1S3
3.4 Heuristiken zur Bewertung der Artefakteigenschaften 1X7
3.4.1 Der Begriff der Heuristik 1X8
3.4.2 Heuristiken als notwendiges Instrument und als Ergänzung
der Messverfahren IX!)
3.4.3 Klassifikation von Heuristiken und ihre Verwandtschaft zu
Metriken 11)0
3.4.4 Heuristiken zur Bewertung von Softwaremodellen .)i
3.5 Zusammenfassung 207
JV Inhaltsverzeichnis
4 Eigener Vorschlag eines Bewertungsprozesses für Softwaremo¬
delle 209
4.1 Prozessvorschläge aus der Literatur 210
4.1.1 Vorschlag für einen Bewertungsprozess nach Bennicke und
Zehler 210
4.1.2 Vorschlag für einen Bewertungsprozess nach Wallmüller . . 223
4.1.3 Vorschlag für einen Bewertungsprozess nach Kan 226
4.1.4 Vorschlag für einen Bewertungsprozess nach Clements et al. 231
4.1.5 Allgemeiner versus spezialisierter Bewertungsprozess . . . 232
4.1.6 Erfahrungen bei der Prozessdurchführung 233
4.2 Eigener Vorschlag für einen modellbasierten Prozess 242
4.2.1 Anforderungen an den Bewertungsprozess 243
4.2.2 Artefakte im Bewertungsprozess 245
4.2.3 Rollen im Bewertungsprozess 249
4.2.4 Werkzeuge im Bewertungsprozess 250
4.2.5 Disziplinen und Prozess 250
4.2.6 Integration des Bewertungsprozesses in den Entwicklungs-
prozess 297
4.3 Die Suche nach neuralgischen Punkten im Modell 299
4.3.1 Motivation für die Suche nach neuralgischen Punkten . . . 300
4.3.2 Eigenschaften eines neuralgischem Punktes 302
4.3.3 Schwierigkeiten bei der Suche nach neuralgischen Punkten 303
4.3.4 Verfahren zur Suche nach neuralgischen Punkten 303
4.3.5 Behandlung neuralgischer Punkte 318
4.4 Zusammenfassung 319
Inhaltsverzeichnis V
5 Erfahrungen aus einem Entwicklungsprojekt 321
5.1 Erfahrungen mit dem Bewertungsprozess 322
5.1.1 Das Projekt Heidelberg Eye Explorer 323
5.1.2 Erfahrungen bei der Definition der Qualitätsanforderungen 324
5.1.3 Erfahrungen bei der Identifizierung neuralgischer Punkte . 328
5.1.4 Erfahrungen beim Vergleich von Designalternativen .... 331
5.1.5 Erfahrungen bei der Vorhersage der Systemeigenschaften . 333
5.2 Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse der Arbeit .... 335
5.2.1 Qualitätsattribute und deren Erhebung 336
5.2.2 Bewertung von Softwaremodellen 337
5.2.3 Vergleich von Softwarearchitekturen 342
5.2.4 Sparmungsfeld widersprechender Qualitätsanforderungen . 313
5.2.5 Unterstützung durch Entwurfsmuster 344
5.2.6 Außerhalb der vorformulierten Fragestellungen gewonnene
Erkenntnisse 345
5.3 Forschungsdesign für eine weitere empirische Arbeit 347
5.3.1 Offene Fragestellungen im Bereich des Bewertungsprozesses 348
5.3.2 Offene Fragestellungen im Bereich der Bewertungsverfahren 356
5.3.3 Offene Fragestellungen im Bereich der Werkzeugun-
terstützung 363
5.3.4 Offene Fragestellungen im Bereich der Auswirkungen auf
den Entwicklungsprozess 366
5.4 Zusammenfassung 373
VI Inhaltsverzeichnis
6 Zusammenfassung und Ausblick 375
6.1 Resümee über die Arbeit 375
6.2 Ausblick auf zukünftige Herausforderungen 379
Abkürzungsverzeichnis 381
Literaturverzeichnis 385
Index 419
Abbildungsverzeichnis
1.1 Grundlegende Einordnung der Softwarearchitektur 9
1.2 Aufbau der Arbeit 18
2.1 Der indirekte Einfiuss der Architekturdomäne auf die Softwarear¬
chitektur 30
2.2 Die Phasen des Rational Unified Process in Anlehnung an [272] . 34
2.3 Die Artefakte der Unternehmensmodellierung in Anlehnung an [273] 40
2.4 In das Business Architecture Document eingehende Artefakte . . . 42
2.5 Die Artefakte der Anforderungserhebung in Anlehnung an [273] . 44
2.6 Die Artefakte der Analyse und des Designs in Anlehnung an [273] 46
2.7 Die Artefakte der Implementierung in Anlehnung an [273] .... 19
2.8 Die Artefakte des Softwaretests in Anlehnung an [273] 50
2.9 Die Artefakte des Projektmanagements in Anlehnung an [273] . . 53
2.10 Zusammenhänge zwischen den Artefakten des RUP 55
2.11 Die Spezifikation als Teil des Softwareentwicklungsprozesses . . . 57
2.12 Beschreibende und spezifizierende Modelle 59
2.13 Das UML Paket- und Verteilungsdiagramm 70
2.14 Das UML Klassendiagramm 71
VIII Abbildungsverzeichnis
2.15 Das UML Geschäftsprozessdiagramm 73
2.16 Das UML Zustandsdiagramm 75
2.17 Das UML Aktivitätsdiagramm 76
2.18 Das UML Kollaborationsdiagramm 77
2.19 Das UML Sequenzdiagramm 77
3.1 Die Gewichtungsmatrix der Anforderungen als Würfel 91
3.2 Grundsätzlicher Zusammenhang zur Qualitätsbestimmung von
Software 102
3.3 Aufbau einer CRC-Karte 118
3.4 Prinzip des Built-In-Test 140
3.5 Die Konzepte des Patterns und des AntiPatterns 142
3.6 Das Prinzip der visuellen Analyse 150
3.7 Ein durch die visuelle Analyse aufgedeckter Zyklus 152
3.8 Ausschnitt aus einem dreidimensionalen Modell eines Softwaresys¬
tems 155
3.9 Die Architektur von REBUILDER in Anlehnung an [136] 165
3.10 Beispiel eines UML-Sequenzdiagramms mit Informationen zur Per¬
formance 171
3.11 Zeitplan des Testens in Anlehnung an [311] 176
3.12 Vergleich des Prinzips der Heuristiken von Chidamber et al. und
Miller et al 196
3.13 Schematische Darstellung von Zyklen innerhalb eines Softwaresys¬
tems in Anlehnung an [215] 201
3.14 Abhängigkeiten zwischen Schichten eines Softwaremodells 203
Abbildungsverzeichnis IX
3.15 Abhängigkeiten zwischen Schichten eines Softwaremodells mit
zusätzlicher Abstraktion 203
3.16 Der Begriff der Stabilität in Anlehnung an [220] 206
4.1 Prozess der Softwareproduktanalyse nach [54] 211
4.2 Beispiel eines Frequenzdiagrannns aus [54] 216
4.3 Beispiel eines Kiviatdiagramms aus [54] 218
4.4 Beispiel eines Min/Max-Diagramms aus [54] 218
4.5 Mögliche Fälle bei der Identifizierung von Anomalien 220
4.6 Qualiätsmanagement mit einem Qualitätsmodell in Anlehnung an
[345] 225
4.7 Beispieltabelle zur Zusammenfassung von Daten in Anlehnung an
[168] 230
4.8 Vorgabe akzeptabler Messwerte durch Relativierung in Anlehnung
an [52] 231
4.9 Vorgabe akzeptabler Messwerte durch Vergleich in Anlehnung an
[52] 235
4.10 Zu veranschlagender Aufwand für eine Iterationsstufe einer Qua¬
litätsuntersuchung bei ca. 500.000 LOC nach [313; 239
4.11 Technische Einordnung des Bewertungsprozesses in den RUF . . . 244
4.12 Im Bewertungsprozess enthaltene Pakete 245
4.13 Artefakte zur Beschreibung des Untersuchungsgegenstandes .... 24(
4.14 Artefakte zur Steuerung des Bewertungsprozesses 247
4.15 Artefakte zur Aufnahme der Bewertungsergebnis.se 2 18
4.16 Rollen in einem Bewertungsprozess 249
X Abbildungsverzeichnis
4.17 Übersicht über den Bewertungsprozess 251
4.18 Vorbereitung des Bewertungsprozesses 252
4.19 Aktivitäten zur Präsentation des Prozessablaufs 253
4.20 Aktivitäten um die Ziele zu definieren 254
4.21 Aktivitäten um die Durchführung zu planen 255
4.22 Anforderungen für die Bewertung vorbereiten 256
4.23 Aktivitäten um die Software Requirements Specification zu prüfen 257
4.24 Aktivitäten um die nicht-funktionalen Anforderungen zu erfassen 257
4.25 Aktivitäten um die nicht-funktionalen Anforderungen zu quantifi¬
zieren 258
4.26 Aktivitäten um die Anforderungen zu priorisieren 259
4.27 Einschätzung der Gefahren und Risiken 260
4.28 Aktivitäten um die Gefahren der nicht-funktionalen Anforderun¬
gen einzuschätzen 261
4.29 Aktivitäten um die Gefahren der anzuwendenden Technologien ein¬
zuschätzen 262
4.30 Bewertungsverfahren wählen und Artefakt vorbereiten 264
4.31 Aktivitäten um das zu betrachtende Artefakt lesbar zu machen . . 264
4.32 Aktivitäten um das Bewertungsverfahren auszuwählen 265
4.33 Testfälle konstruieren 266
4.34 Aktivitäten um die nicht-funktionalen Anforderungen zu betrachten267
4.35 Aktivitäten zur Ableitung eines Testfalls aus einem Szenario . . . 268
4.36 Aktivitäten zur Konstruktion eines Testfalls durch Hinzunahme
einer Heuristik 269
Abbildungsverzeichnis XI
4.37 Aktivitäten um das Configuration Management für die Testfälle
durchzuführen 270
4.38 Betrachtungsbereich der Bewertung definieren 272
4.39 Aktivitäten zur Auswahl der Designalternative 273
4.40 Aktivitäten zur Betrachtung des Systemkontextes 273
4.41 Aktivitäten zum Ausdehnen des Betrachtungsbereichs auf angren¬
zende Systeme 274
4.42 Aktivitäten zur Kategorisierung der Softwarekomponenten .... 274
4.43 Aktivitäten zur Suche nach neuralgischen Punkten 275
4.44 Bewertung durchführen 276
4.45 Detaillierung zur groben Analyse zur Trenderkennung 277
4.46 Aktivitäten zur Inspektion des Artefakts 278
4.47 Aktivitäten zum Vergleich der Dokumentation mit dem Software¬
modell 279
4.48 Aktivitäten zur Analyse der Systemphilosophie 280
4.49 Aktivitäten zur Inspektion durch einen Experten 281
4.50 Aktivitäten zur Suche nach Mustern 282
4.51 Aktivitäten zur Dokumentation der Trends 282
4.52 Aktivitäten zur Untersuchung statischer Zusammenhänge 283
4.53 Aktivitäten zur Untersuchung dynamischer Zusammenhänge . . . 284
4.54 Detaillierung zur Auswertung der Bewertung 285
4.55 Aktivitäten zur Identifikation der Anomalien 287
4.56 Aktivitäten zum Hinzufügen semantischer Informationen 288
XII Abbildungsverzeichnis
4.57 Aktivitäten zum Abgleich der Ergebnisse mit dem Eindruck der
Entwickler 289
4.58 Aktivitäten zur Gegenüberstellung der Ergebnisse mit den Exper¬
tenmeinungen 290
4.59 Aktivitäten zur Überarbeitung der Anomalienidentifikation .... 290
4.60 Aktivitäten zur Protokollierung der Ergebnisse 291
4.61 Aktivitäten zur Verfeinerung des Abstraktionsgrades 291
4.62 Aktivitäten zum Ausschluss erkannter Problembereiche 292
4.63 Aktivitäten um die Erfahrungen zu speichern 293
4.64 Ergebnisse präsentieren 294
4.65 Aktivitäten zur Vorbereitung der Präsentation 295
4.66 Aktivitäten zur Präsentation der Ergebnisse 295
4.67 Aktivitäten zur Diskussion der Ergebnisse 296
4.68 Aktivitäten um eine weitergehende Bewertung anzustoßen .... 297
4.69 Suche nach neuralgischen Punkten mit Metriken 307
4.70 Vergleich von Kiviatdiagrammen 308
4.71 Zusammenführung der Kivitdiagrammo zum Vergleich 308
4.72 Suche nach neuralgischen Punkten mit Mustern 311
4.73 Suche nach neuralgischen Punkten durch einen Test am Prototyp 312
4.74 Gefahreneinschätzung der Technologien 314
4.75 Gefahreneinschätzung der Anforderungen 316
4.76 Aufzeichnung dominierender Diskussionsthemen 317
5.1 Screenshot des Heidelberg Eye Explorer 323
Abbildungsverzeichnis XIII
5.2 Beispiel einer Story-Card aus den frühen Projektphasen 331
5.3 Studie zur Adaption des Bewertungsprozesses auf extreme Pro¬
gramming 352
Tabellenverzeichnis
2.1 Für die Bewertung von Softwaremodellen relevante Artefakte ... 54
2.2 UML Diagrammtypen 69
3.1 Die Skaleneinteilungen der Gewichtungsmatrix für die Anforderun¬
gen 92
3.2 Zusammenhang zwischen den Artefakten des SE-Prozesses und den
Bewertungsmethoden 104
3.3 Zusammenhang zwischen den Artefakteigenschaften und den Be¬
wertungsmethoden 106
3.4 Einfluss der Artefakteigenschaften auf die Qualitätsattribute . . . 108
3.5 Von den AntiPattern betrachtete Artefakteigenschaften 144
3.6 Vergleich der Bewertungsmethoden 185
3.7 Pro und Contra zu den Bewertungsmethoden 187
3.8 Klassen von Heuristiken nach ihrer Leistungsfähigkeit 192
3.9 Klassen von Heuristiken nach der Wichtigkeit gefundener Aspekte 192
4.1 Verfahren zur Suche nach neuralgischen Punkten im Softwaremodell304
5.1 Iterative Konkretisierung der Hexibilitätsanforderung 32(
6.1 Abkürzungsverzeichnis 383
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