Om prosesser 21. august 2002, Tore Berg Hansen, TISIP

Transkript

1 Om prosesser 21. august 2002, Tore Berg Hansen, TISIP Kursleksjonene er forfatters eiendom. Som kursdeltaker kan du fritt bruke leksjonene til eget personlig bruk. Kursdeltakere som ønsker å bruke leksjonene til undervisning eller kursformål må ta kontakt med TISIP for nærmere avtale. Tore Berg Hansen/TISIP Denne leksjonen handler om utviklingsprosesser. Den gir en introduksjon til prosessbegrepet. Vi ser på hvorfor det er viktig med en definert prosess ved utvikling av programvare. Eksempler på prosesser som er beskrevet i litteraturen blir gjennomgått. Det blir lagt spesiell vekt på Unified Process (UP). Versjon 2.0 august 2002

2 Innholdsfortegnelse 1. DEFINISJONER INTRODUKSJON UTVIKLINGSPROSJEKTETS AKTIVITETER ITERATIV OG INKREMENTELL UTVIKLING EKSEMPLER PÅ ITERATIVE OG INKREMENTELLE UTVIKLINGSPROS ESSER... 4 GENERELT...4 THE UNIFIED PROCESS...5 Historien... 5 Prosessen... 5 EKSTREM PROGRAMMERING...7 Generelt... 7 Hva er ekstremt?... 7 SELECT PERSPECTIVE...8 Generelt... 8 Løsningsprosessen...10 Komponentprosessen...11 TEXEL OG WILLIAMS...12 DEN PERSONLIGE PROSESSEN...14 OM PROSESSER OG PROSESSFORBEDRING...14 Et rammeverk...14 Den definerte prosessen...16 LITTERATUR

3 1. Definisjoner Aktivitet (eng activity) Arbeidsstykke (eng work package) Oppgave (eng task) Utviklingsprosess En mengde arbeid som må utføres. En spesifikasjon av det arbeid som må utføres for å gjøre ferdig en aktivitet eller oppgave. Det omfatter arbeidsprodukter som skal leveres, ressurser, forventet varighet, akseptansekriterier, ansvarlige og andre eventuelle spesielle forhold som det må tas hensyn til. Den minste enhet av arbeid som kan defineres og styres i et prosjekt En fasedelt oppdeling av trinn og aktiviteter som utføres fra unnfangelsen av en ide til idriftsetting og vedlikehold. Egentlig en abstraksjon i form av en modell som i denne sammenheng beskriver aktivitetene ved utvikling av programvare. 2. Introduksjon Dagens mennesker er helt avhengige av godt fungerende programvare. Vi støter nesten daglig på systemer som enten er rene programvaresystemer eller systemer hvor programvare er en svært kritisk del av systemet. Avhengig av hvilket arbeid vi har, bruker vi mange hjelpemidler og verktøy for å gjøre en effektiv jobb. Mange av disse hjelpemidlene og verktøyene er programvaresystemer. I hjemmet har vi en rekke apparater. Noen av disse apparatene trenger vi i husholdningen (kjøleskap, mikrobølgeovner, komfyrer). Andre apparater brukes til underholdning (tv, radio, video). De fleste av oss kan heller ikke unnvære telefon/mobiltelefon og bil. Og med Internett handler vi, betaler regninger og finner informasjon om snart nesten det meste. Sikker transport enten det skjer med fly, buss eller båt er avhengig av programvaresystemer. Det dette betyr er at programvaresystemer blir både større og mer komplekse. Det gjør igjen at de som skal utvikle disse programvaresystemene stilles overfor store utfordringer. Utviklerne trenger støtte av metoder, verktøy og god praksis for å kunne håndtere den økende størrelse og kompleksitet. Dette er grunnleggende nødvendig fordi vi erfarer at svært mange utviklingsprosjekter er problematiske. Alt for ofte overskrides tids og kostnadsrammer. Brukerne får ikke det de har forventet. Noe av årsaken til problemet er mangel på en definert utviklingsprosess. Man må strukturere arbeidet. Dvs at man må arbeide etter en prosessmodell. Med utgangspunkt i prosessmodellen skreddersys en prosess for det aktuelle utviklingsprosjektet. En definert prosess skal gi grunnlag for å finne frem til det arbeid som må gjøres og dele det opp å følge opp fremdrift planlegging av ressurser estimering av tid og kostnader å finne betingels ene for at en aktivitet kan starte å spesifisere produkter fra hver aktivitet å spesifisere teknikker som skal brukes i hver aktivitet å samle erfaring En prosessmodell er likevel bare et element i et vellykket utviklingsprosjekt. Vi skal derfor før vi diskuterer noen aktuelle prosessmodeller, kort se hvilke elementer som må være på plass for at et utviklingsprosjekt skal bli vellykket. 3. Utviklingsprosjektets aktiviteter Vi kan dele et utviklingsprosjekt inn i tre hovedgrupper av aktiviteter: Prosjektstyring Planlegging Organisering Bemanning Ledelse Kontroll Programvare system engineering Problemdefinisjon 1

4 Analyse av løsninger Prosessplanlegging Prosesskontroll Evaluering av ferdig produkt Programvare engineering Design av programvaren Koding Enhetstest Integrasjon av enheter Aktivitetene under prosjektstyring utfører vi i alle typer prosjekter. Det å få på plass og kontrollere en prosess hører inn under systemaktivitetene. Det er aktiviteter som vi utfører enten vi skal utvikle utelukkende programvare eller programvaren er en del av et større system med både programvare og maskinvare. Den siste gruppen av aktiviteter er kun knyttet til programvare. Prosjektstyringsaktivitetene er ikke tema for dette kurset. Et overordnet ramme for dette kurset er objektorientering. Vi skal derfor se på aktiviteter i de to siste gruppene som må spesialiseres i en objektorientert sammenheng. Vi starter med prosesser, som derfor er tema for resten av denne leksjonen. Det er beskrevet en rekke prosessmodeller. Det første forsøk på å lage etablere en prosess for utvikling av programvare resulterte i den velkjent vannfallsmodellen. Forandrings analyse Analyse Utforming Realisering Implementering Forvaltning og drift Avvikling Figur 1 En utforming av vannfallsmodellen. Den finnes i forskjellige varianter. Man kan finne forskjellig antall faser og navn på faser. Men hovedprinsippet er at man gjør seg ferdig med en fase før neste begynner. Erfaringer fra et utall prosjekter viser at dette sjelden er mulig i praksis. Det skjer stadig at krav endrer seg under veis. Det tar for lang tid før brukere får et produkt å forholde seg til. Flere undersøkelser har også vist at en av de aller viktigste årsaker til fiasko er manglende forståelse av kravene til systemet som utvikles. Svaret fra dem som sverger til en eller annen form for vannfallsmodell er å legge ned enda mer arbeid i analysen av krav. Men det er fåfengt. Virkeligheten er ikke slik. Det er umulig å fremskaffe alle krav på forhånd. Svakhetene med vannfallsmodellen har gitt opphav til andre modeller. En forbedring er spiralmodellen [1]. Men heller ikke den gir den nødvendige fleksibilitet for utvikling av objektorienterte systemer. Det er viktig at en 2

5 prosess både kan kontrolleres og måles og at den samtidig tillater utviklerne å være kreative. Basert på erfaringer om hva som virker og ikke virker, er det etter hvert blitt utbredt enighet om en del beste praksiser. Disse beste praksiser er: iterativ og inkrementell utvikling tidlig kontroll med risikofaktorer kontinuerlig involvering av brukere og andre interessenter tidlig etablering av en arkitektur for programvaresystemet kontinuerlig verifikasjon av kvalitet use case som tråd i utviklingsprosessen visuell modellering av programvare opptatthet av krav praktiseringa av endringskontroll og konfigurasjonsstyring Det viktigste er den første praksisen, iterativ og inkrementell utvikling, fordi den legger på en måte grunnlaget for de andre. Vi skal i de etterfølgende kapitler se på noen prosessmodeller basert på disse praksisene. Vi legger hovedvekten på Unified Process. Det gjør vi fordi den ser ut til å ha fått en viss allmenn utbredelse og støttes av verktøy. 4. Iterativ og inkrementell utvikling En iterativ og inkrementell utviklingsprosess består av en rekke iterasjoner som til slutt ender opp med det endelige system. Denne overordnete filosofien kan gi opphav til prosesser med forskjellig antall faser. Likedan kan graden av formalisme variere. Men et hovedpoeng er at ettersom kravene ikke er fullstendig kjente på forhånd, må denne kunnskap fremskaffes under veis. Man leverer systemet i inkrementer. Hvert inkrement realiserer deler av systemets funksjonalitet, samtidig som man fremskaffer mer kunnskap om systemet og risikoene man står overfor. Et inkrement er i seg selv er miniprosjekt som leverer et kjørbart system. Brukerne får presentert håndfaste resultater tidlig og i en jevn strøm og kan gi stadig tilbakemelding om systemet tilfredsstiller forventningene. Det endelige systemet bygges dermed i inkrementer ved at det legges til ny funksjonalitet etter hvert. Hvert inkrement vil inneholde innsamling av krav, analyse, design, implementasjon og test. Filosofien har en parallell i Shewhart/Deming syklusen for kontinuerlig forbedring som er sentral innenfor total kvalitets tenkningen. Denne syklusen har fire faser: 1. Planlegg hva som skal gjøres. 2. Gjør det. 3. Sjekk resultatet. 4. Handle og start en ny syklus Anvendt på utviklingsprosessen blir det som i Figur 2 som er hentet fra [2]. Initielle risiki Initielt prosjektomfang Definer iterasjoner med høyeste risiko Planlegg og utvikle iterasjonen Iterasjon N Vurder iterasjonen Revider prosjektplaner Risiki eliminert Revider risikovurderingen Figur 2 Inkrementell og iterativ utvikling. 3

6 5. Eksempler på iterative og inkrementelle utviklingsprosesser Generelt Vi vil ikke i dette notatet trekke frem en prosess som den riktige. Den prosessen finnes neppe. Prosesser må velges slik at de passer til den kulturen som er i bedriften og hvor det tas hensyn til et utviklingsprosjekts størrelse og type. Det utvalget prosesser som presenteres kan brukes som maler som kan tilpasses produkttype og egne ønsker og behov. Den informasjon man kan hente i litteraturen om forskjellige prosesser er ikke like detaljert. Noen forfattere nøyer seg med å beskrive de forskjellige faser i prosessen uten å gå detaljert inn på aktiviteter og produkter. Andre gir detaljerte beskrivelser av de aktiviteter som skal utføres i den enkelte fase med angivelse av hvilke resultater hver aktivitet skal gi. Mange nøyer seg med retningslinjer og erfaringer. Man kan også registrere motsetninger mellom anbefalinger gitt av forskjellige forfattere. 4

7 The Unified Process Historien For å få det hele i et perspektiv skal vi se kort på historien. Mange sett av metodikker og tilhørende notasjoner er lansert i forbindelse med den objektorienterte bølge som har slått over oss. Tre av de mange pionerer innen feltet er James Rumbaugh, Grady Booch og Ivar Jacobson. De har bidratt med hver sine metoder. Rumbaugh med OMT (Object Modelling Technique) [8], Booch [9] med sine spesielle klasse og objektdiagrammer og verktøyet Rational og Jacobson [7] med Use Case og metoden/verktøyet Objectory. Disse slo seg for noen år tilbake sammen. Et av resultatene er UML (Unified Modeling Language) som er et notasjonsspråk, dvs det redskapet man trenger når man skal visualisere forskjellige sider av et objektorientert system. UML forener OMT, Booch og Objectory. Det ser ut som de har vunnet notasjonskrigen og at UML har blitt det allment aksepterte notasjonsspråket. Det er nå en standard i regi av organisasjonen OMG (Object Management Group). UML er nå i versjon 1.3 utvidet med ideer fra andre av de mest kjente aktørene rundt objektorientering som Meyer, Wirfs_Brock, Shlear-Mellor, Gamma og andre. Revisjon 1.4 er i betaversjon og det arbeides med versjon 2.0. Et annet resultat av samarbeidet mellom de tre (amigos) er verktøyet Rational Rose som også ser ut til å vinne stor utbredelse i det objektorienterte miljø. Et verktøy kan ikke stå alene. Det må være en støtte for det arbeidet som gjøres i utviklingsprosessen. Samarbeidet mellom de tre har resultert i en prosessmodell som har fått betegnelsen Unified Process (opprinnelig kalt Objectory Process). Den overordnede filosofi for denne prosessen er inkrementell og iterativ utvikling. Det er utgitt en bok som Jacobson [10] er hovedforfatter for, hvor prosessen beskrives. De som kun trenger en oversikt over prosessen kan lese i bl.a [2] og [11]. Prosessen omtales ofte som Rational Unified Process (RUP) fordi firmaet Rational støtter prosessen med verktøy. Prosessen The Unified Process (UP) er en livsløpsmodell som skal være godt egnet for bruk sammen med UML. UML er imidlertid ikke avhengig av noen spesiell prosess. Heller ikke er UP avhengig av noe spesielt notasjonsspråk. Imidlertid har UP og UML utviklet seg sammen og involvert noen av de samme personer. Målet med denne prosessen, som med alle andre livsløpsprosesser, er å sørge for produksjon av programvare av høy kvalitet som tilfredsstiller brukerkravene innenfor forutsigbare tids og budsjettrammer. Prosessen skal kunne skreddersys til å passe mange forskjellige prosjekter og organisasjoner. Prosessen legger vekt på at det skal produseres og vedlikeholdes modeller i stedet for dokumenter. Den er arkitektursentrert. Med det menes at det tidlig i prosessen må lages en grunnleggende arkitektur. Denne arkitekturen skal være robust for å kunne videreutvikles i iterasjon etter iterasjon. Prosessen er Use Case drevet (Jacobsons bidrag [7]) og produserer objektmodeller under veis. Det legges vekt på at prosessen skal bidra til å redusere risiko og fremme kvalitet på sluttproduktet. Risikovurdering og kvalitetsvurdering er bygget inn i prosessen. Fasene i prosessen er vist i Figur 3. Oppstart Detaljering Konstruksjon Overlevering Figur 3 De fire fasene utgjør til sammen en livssyklus for programvaren. Hver fase ender i en milepæl. Man itererer seg gjennom hver fase. Dette utgjør tidsdimensjonen i modellen. Dette gjøres i de forskjellige fasene: 5

8 Oppstart (inception på engelsk). Her skal man legge grunnlaget for prosjektet. Det vil si å finne frem til suksesskriterier, vurdere risikoer, estimere ressursbehov og utforme en tidsplan med faser og milepæler. Prototyper er nyttige i denne fasen. Detaljering (elaboration på engelsk). Problemdomenet analyseres. Man skal ha på plass en arkitektur, detaljere prosjektplaner og søke eliminere de største risikoelementene. Hovedkravene til systemet skal beskrives. Konstruksjon (construction på engelsk). Her fremstilles systemet gjennom en rekke iterasjoner og inkrementer. Man finner flere krav og akseptansekriterier. Design detaljeres og systemet inplementeres og testes. Overlevering (transition). Systemet leveres til brukerne. Dette vil typisk være en beta-versjon av systemet.ved at systemet tas i bruk kan nye krav og problemer dukke opp som gjør at livsløpet må startes på nytt. Slutten av hver fase ender i en milepæl. Hver fase i prosessen kan deles i flere iterasjoner. En iterasjon er et fullstendig utviklingsløp som skal resultere i et frislipp (release) som enten er internt eller eksternt. Hvert slikt frislipp er en kjørbar del av systemet som er under utvikling. Det endelige systemet blir gradvis komplettert etter hver iterasjon. Dvs hver iterasjon bringer frem et nytt inkrement av systemet. Iterasjonene i hver fase har forskjellig fokus. I den første fasen vektlegges å få frem kravene, deretter vektlegges analyse og design. Under konstruksjon er det implementasjon som vektlegges. Man kan si at prosessen har to dimensjoner som vist i Figur 4. Disipliner (aktivitetsdimensjonen) Oppstart Faser (tidsdimensjonen) Detaljering Konstruksjon Overføring Virksomhetsmodellering Krav Analyse og design Implementasjo n Test Deploymen t Konfig & endringsstyring Prosjektstyring Omgivelse r Innledende iterasjoner Iter #1 Iter Iter #n Iter #1 Iter Iter #m Iter #1 Iter Figur 4 Disiplinene (tidligere kalt workflows) representerer aktiviteter som må utføres. Hver disiplin har i tillegg et sett artefakter. Et poeng er at hver iterasjon inneholder nesten alle aktiviteter, men med forskjellig omfang og at man arbeider med de samme artefakter. Det vil si at artefaktene til å begynne med stadig endres, men etter hvert vil de konvergere mot en stabil tilstand. F.eks så vil kravene være flytende i oppstartsfasen og i begynnelsen av bearbeidingsfasen. Hovedpoenget er at man gjennom iterasjoner med tilbakemelding fra brukere kommer frem til sikrere og sikrere krav. Også i de senere faser kan det bli endringer, men etter hvert færre og færre. Et hovedmål med detaljeringsfasen er å få på plass en arkitektur for programvaresystemet. Arkitekturen er det fundament og ramme som skal gi grunnlaget for et kvalitetssystem. Vi kommer tilbake til temaet arkitektur i en senere leksjon. 6

9 I UP defineres disse disipliner: Virksomhetsmodellering er aktiviteter for å modellere forretningsprosesser. Målet er å få frem kunnskap om de virksomhetsområder som det skal utvikles programvare for. På den måten bygger man bro mellom systemutviklere og de som skal bruke systemene. Disse aktivitetene vil være forskjellige avhengige av hvilken type virksomhet det dreier seg om. Krav. Her er målet å komme frem til hva programvaresystemet skal gjøre. Man skal frem til funksjonelle krav uttrykt ved use case og ikke-funksjonelle krav. det utarbeides en visjon for systemet og identifiserer aktører. Gjennom analyse og design beskriver man hvordan systemet skal realiseres. Man fastlegger en arkitektur, hvilke objekter programvaren skal bestå av, eventuelt database, nettverk og desslike. Implementasjon omfatter aktiviteter for å realisere systemet. Koding av klasser utføres. Systemet organiseres i delsystemer og komponenter. Enheter testes. Deployment er aktivitetene for å produsere et frislipp (relesase) og levere programvaren til sluttbruker. Det kan inkludere planlegging og gjennomføring av beta-tester og konvertering av eksisterende programvare og data. Konfigurasjons og endringsstyring skal sikre at de forskjellige artefakter ikke er i konflikt med hverandre. Man må ha kontroll med oppdateringer, endringer, versjoner, varianter og frislipp av programvaren. Dette er ikke praktisk mulig å få til uten automatiserte verktøy. Prosjektstyring er gjennomgående aktiviteter hvor man planlegger og følger opp progresjonen i prosjektet. Omgivelsesdisiplinen er aktiviteter for å få på plass det som trengs for å støtte gjennomføringen av prosjektet. Man skal finner frem og tilrettelegge nødvendig verktøy og tilpasse prosessen til det aktuelle prosjekt. Etter første gjennomløp av de fire hovedfasene har man utviklet første versjon av systemet. Nye generasjoner produseres ved nye løp gjennom hovedfasene. Det er dette som ligger i begrepet evolusjonær utvikling. I løpet av prosessen fremstilles flere modeller. Disse er: Domenemodell som plasserer systemet i sin kontekst. Use Case modell som utgjør de funksjonelle kravene. Modell over ikke-funksjonelle krav. Analysemodell som gir en implemetasjonsuavhengig arkitektur (her aner vi Jacobson). Designmodell Prosessmodell som viser samtidighet og synkroniseringsmekanismer. Deployment modell som viser topologien for maskinvaren som systemet skal kjøre på. Komponentmodell viser hvordan systemet fysisk settes sammen. Testmodell. Det er fremstillingen av disse modellene som står sentralt i senere leksjoner i dette faget. Selv om det er UP vi legger vekt på er det i det følgende beskrevet noen andre prosessmodeller. Det gjør vi for at dere skal se at det finnes alternativer. Ekstrem Programmering Generelt Extreme Programming (XP) er en prosessmodell som har fått en god del oppmerksomhet i den senere tid. Hovedpoenget for de som står bak er at for å utvikle god programvare må man føre ut i det ekstreme det som er nedfelt som de beste praksiser. Han som står bak er Kent Beck. Ideene er forklart i [15]. Her følger en kort presentasjon av prosessen. Hva er ekstremt? Kent Beck skriver følgende om hva som er det ekstreme: Hvis koderevisjoner er bra, må vi revidere kode hele tiden. To programmere må arbeide sammen hele tiden. (Pair programming) Hvis testing er bra, skal alle teste hele tiden, også kundene. Hvis det å designe er bra, må det være noe enhver holder på med hver dag. Hvis enkelhet er bra, skal systemet være i den enkleste form som støtter ønsket funksjonalitet. 7

10 Hvis arkitektur er viktig, skal alle arbeide med å definere og raffinere arkitekturen hele tiden. Hvis integrasjonstesting er viktig, så skal man integrere og teste mange ganger hver dag. Hvis korte iterasjoner er bra, gjør man iterasjonene virkelig korte sekunder, minutter og timer, ikke uker, måneder og år. Videre skriver han at XP, i tillegg til en del andre ting, er en morsom måte å utvikle programvare på. Den skiller seg ut fra andre prosesser ved ved tidllig, konkret og kontinuerlig tilbakemelding fra korte sykluser inkrementell planlegging som tidlig frembringer en grov overordnet plan som skal utvikles videre gjennom livsløpet fleksibel implementasjon av funksjonalitet i takt med endrede behov bruk av automatiske tester skrevet av programmerere og kunder for tidlig å fange opp defekter muntlig kommunikasjon, tester og kildekode for å kommunisere strukturen for og hensikten med systemet basering på en evolusjonær design prosess som varer så lenge systemet varer tett samarbeid mellom programmere med gjennomsnittlige ferdigheter praksiser som for programmere instinktivt føles riktige i det daglige og som tjener prosjektene på lang sikt. Det som er innovativt med XP er Alle gjennomprøvde praksiser settes under en paraply. At man sikrer at praksisene følges så nøye som mulig. At man sikrer at alle som er involvert støtter hverandre på best mulig måte. En god del av dette finner man igjen i UP. Felles er fokusering på å kontrollere risikofaktorer gjennom iterasjon. I UP legger man stor vekt på visuelle modeller for å kommunisere forskjellige sider av systemet. I XP er muntlig kommunikasjon og kildekode det sentrale. SELECT Perspective Generelt SELECT Software Tools er et firma, som navnet antyder, leverer verktøy til støtte for utvikling av programvare. SELECT Perspective er a collection of industry best-practice modeling tecniques that are applied and adapted using process templates within an architectural framework across a wide range of developments in a componentbased setting [5]. Eller med andre ord så er det en prosess en komponentbasert arkitektur retningslinjer for gjennomføring Utgangspunktet var Rumbaughs OMT. Det er senere supplert med Jacobsons Use case, komponent-basert 1 arkitektur og UML som notasjonsspråk. Til sammen skal dette muliggjøre raskere utvikling av applikasjoner med høy kvalitet. Det er også mulig å modellere inn eksisterende systemer (legacy systems). Prosessen tar hensyn til at fremtidens applikasjoner vil bli satt sammen av komponenter i stedet for at man hver gang starter fra bunnen. Det betyr at det opereres med to prosesser. En løsningsprosess (solution process) og en komponentprosess (component process). Løsningsprosessen skal sørge for løsninger som raskt gir en verdi for brukeren. Komponentprosessen skal gi komponenter som vil være felles for mange systemer i en virksomhet og som kan brukes av tredjepart. Prosessene skal hjelpe til med å identifisere og dele opp det arbeid som skal gjøres følge opp utviklingsarbeidet sette på riktig bemanning finne frem til behovet for fysiske ressurser estimere tid og kostnader identifisere betingelser som må være til stede før man starter en aktivitet 1 I en senere leksjoner skal vi se nærmere på hva komponenter er. 8

11 finne frem til produkter og resultater fra hver aktivitet bestemme teknikker som skal brukes dra nytte av erfaringer fra tidligere arbeid Filosofien bak prosessene er: RAAD (Rapid Architected Application Development) iterasjon fokusering på produkter (ikke aktiviteter det er sluttresultatet som teller, ikke hvordan man kommer dit) inkrementell utvikling (tjenester leveres i deler for å redusere risiko) evolusjonær utvikling (tidlig tilbakemelding, evolusjon av krav) stadig validering (bygges det riktige produkt) positiv politikk rafinering av prosessen Man ser at filosofien har mye til felles med filosofien bak RUP. Starten på en løsnings- eller komponentprosess kan ha forskjellig opphav. Men en god start er å modellere foretningsprosesser. 9

12 Løsningsprosessen I Figur 5 er løsningsprosessen skissert. Muligheter Analyser Prototyp Ta i bruk Planlegg inkrement Aksept fra brukere Design & bygg Figur 5 Hensikten med hvert trinn er: Muligheter Mulige løsninger, grov prosjektplan. Undersøk om problemet er løst før. Høst gjenbruk. Analyser Få tak i tilstrekkelige krav til å kunne lage en plan for inkrementell levering. Høst gjenbruk ved å se etter eksisterende tjenester som kan brukes til å løse problemet. Prototyp Få tak i kravene til brukere ved å lage skjermbilder. Tett iterasjon med analysen. Planlegg inkrement Legg en plan for produksjon av tjenester gjennom inkrementelle leveranser. Design og bygg Konstruer, bygg sammen og test et inkrement. Se etter eksisterende komponenter. Aksept fra brukere Sørg for aksept fra brukerne før inkrementet tas i bruk. Iterer med design og bygg. Ta i bruk Installer et inkrement i brukermiljøet. 10

13 Komponentprosessen Figur 6 viser komponentprosessen. Vurdering Mulighet Ny vei Arkitektonisk omfang Oppgrader vei Analyser Ta i bruk Planlegg tjenester Design & bygg Aksepter Figur 6 Hensikten med trinnene er: Vurdering - Vurder behovet for gjenbrukbare tjenester. Planlegg tjenester Lag en plan for et komponentprosjekt. Planlegg inkrementer. Design og bygg Konstruer, bygg og test komponentene Aksepter Sørg for aksept og sertifisering før de rulles ut Rull ut Installer et sett med komponenter i repositoriet For nye komponenter er det nødvendig med en runde med krav og analyse som i løsningsprosessen, mens oppgradering av komponenter kan gå direkte til planlegging av tjenester. I komponentprosessen må man legge større vekt på kvalitet enn i løsningsprosessen. 11

14 Texel og Williams Disse har hva de kaller en komplett objektorientert system og programvare utviklingsprosess [6]. Den er komplett fordi den starter med å finne frem til krav (requirements engineering) og slutter med vedlikehold. Prosessen kan brukes som et rammeverk hvor det kan trekkes inn forskjellige objektorienterte utviklingsmetodikker. Prosessen er evolusjonær. Basis for prosessen er Use cases som ble introdusert av Jacobson [7]. Den overordnede filosofi er at prosessen skal støtte iterativ utvikling, inkrementell uvikling, utvikling gjennom forskjellige abstraksjonsnivåer. Prosessen består av 17 faser. Disse er vist i Figur PV OOD - metode design 12. Klasse imp/test 13. Kategori test 10. PV OOD - språk representasjon 4. HW/SW splitting 5. Programvare OOA- statisk syn 14. PV integrasjon og test 1. Innsamling av krav 9. PV OOD - dynamisk syn 3. System OOAdynamisk syn 2. System OOA- statisk syn 6. PV - OOA dynamisk syn 15. System test 8. PV OOD- statisk syn 7. PV OOD - prosess syn 16. Sporing av krav 17. Vedlikehold Figur 7 Boken [6] gir en meget detaljert beskrivelse av hva som skal gjøres i hver fase: hva som er forutsetningen for å starte en fase (input) hvilke aktiviteter som skal utføres hvilke resultater som skal leveres (work product) Fasene kan være iterative, samtidige eller overlappende. Sentralt i prosessen er en Requirements Trace Matrix (RTM). Denne matrisen kompletteres i løpet av utviklingstiden. Det gjør det mulig å spore tilbake og se at det systemet som utvikles er i henhold til kravene. 12

15 Her følger en grov beskrivelse av hva som gjøres i hver fase: 1) Innsamling av krav. Det innebære å finne frem til kravene til både maskinvare og programvare. Fokus er på det ytre grensesnitt for systemet. Fasen avsluttes med en prioritering av kravene. 2) System OOA statisk bilde. Det man skal frem til er hovedkomponentene i systemet. Hensikten med denne fasen er å omforme programvarekrav til Use Case få laget en liste over kategorier (forfatternes ord for klasse eller gruppe av klasser i denne sammenheng) lage scenarier og skissere brukergrensesnittet for hver Use Case lage et kategoridiagram 3) System OOA dynamisk bilde. I denne fasen skal man frem til et dynamisk bilde, dvs samspillet mellom kategoriene. Man lager interaksjonsdiagrammer for kategoriene funnet i den foregående fasen. Et poeng er at det skal utpekes en ansvarlig for utviklingen av hver kategori. Den hovedansvarlige kan fordele ansvaret for maskinvarekategorier og programvarekategorier på forskjellige personer. 4) Maskinvare/programvare splitting. Hensikten er å få klarlagt hvilke kategorier som skal realiseres som maskinvare, programvare eller en kombinasjon. Selv om en kategori skal implementeres i maskinvare er det behov for grensesnittklasse som er programvare. 5) Programvare OOA statisk bilde. Hensikten med fasen er å følge opp med klassediagrammer for hver kategori. 6) Programvare OOA dynamisk bilde. Her fokuseres det på den dynamiske oppførsel med vekt på hver klasses oppførsel samarbeidsrollen til hver enkelt klasse 7) Programvare OOD språkavhengig. Her skal man se på prosesser 2 og fordeling på prosessorer. Man lager et prosessarkitekturdiagram. 8) Programvare OOD statisk bilde. Hensikten er å omforme det statiske logiske bilde fra fase 5 til et fysisk eller implementasjonsbilde. Det innebærer å oppdatere klassediagrammene for hver kategori og spesifikasjon av hver klasse. Det introduseres ikke nye produkter, men eksisterende produkter raffineres ved at flere detaljer legges til. Man skal også se etter muligheter for å gjenbruke design mønstre som allerede er i bruk. 9) Programvare OOD dynamisk bilde. Det dynamiske bildet fra fase 6 detaljeres og kompletteres med nyoppdagede klasser. 10) Programvare OOD språkavhengig. Poenget er å ta hensyn til egenskaper ved det aktuelle språket som skal brukes, f.eks pakker i Java. 11) Programvare OOD design av metoder. Man ser på algoritmisk struktur til metodene. 12) Implementasjon og test av klasser. Kode skives for hver klasse. Teststrategier for den enkelte klasse utformes og klassene testes. 13) Test av kategorier. Man utformer strategier for testing av hver kategori og gjennomfører tester for kategorier og mellom kategorier. 14) Programvare integrasjon og test. Fokus er på å teste funksjonaliteten for et bestemt frislipp representert ved Use Casene. 15) System integrasjon og test. Hovedhensikten er å teste hele systemet som en helhet for et gitt frislipp. Testingen utføres av kunden (akseptansetest). 16) Sporing av krav. Poenget er å se hvilken kode som representerer spesielle deler av funksjonaliteten. Kildekodefiler som deltar eller er ansvarlig for hvert krav identifiseres. 17) Vedlikehold. De samme 16 fasene om igjen. 2 Prosess i denne forbindelse er en kjørbar enhet bestående av klasser og deres tilhørende metoder. En prosess kjører på en prosessor. 13

16 Den personlige prosessen Ideen om den personlige prosessen er lansert av Watts S. Humphrey. Hans poeng er at profesjonelle programvareutviklere må kunne levere programvare av høy kvalitet innenfor avtalte tids- og kostnadsrammer. Dette oppnås ved at den enkelte utvikler definerer sin egen personlige utviklingsprosess. Gjennom erfaring med prosessen og enkle målinger, tar man sikte på stadig å forbedre prosessen. Man blir kjent med sine styrker og svakheter og hvor man kan forbedre seg. En definert prosess som følges, fører til at man får et stadig bedre grunnlag for å gjøre gode estimater. En skisse av den personlige prosessen er vist i Figur 8. Krav Planlegging Beskrivelser Retningslinjer Design Koding Kompilering Logger Planlagte data Virkelige data Testing Ettervurdering Tid og feildata Ferdig produkt Sammendrag Planlagte og virkelige prosjekt og prosess data Figur 8 Om prosesser og prosessforbedring Et rammeverk De prosesser som er beskrevet foran er med et unntak laget av personer som er først og fremst opptatt av metoder for objektorientert utvikling av programvare. Unntaket er den personlige prosessen. Humphrey [3] [4] arbeider ved Software Engineering Institute (SEI) ved Carnegie Mellon Universitetet i USA. I det miljøet er de opptatt av utviklingsprosesser i sin allminnelighet og sammenhengen mellom kvaliteten på prosessen og de produkter som er resultatet av prosessen. Fokus på prosesser blir et annet, enn når prosessen blir noe man legger på en utviklingsmetode. SEI har utviklet et rammeverk som skal hjelpe virksomheter i å forbedre sine utviklingsprosesser. Det startet med at amerikanske myndigheter, spesielt forsvaret, ønsket metoder for å kunne vurdere om leverandører var i stand til å gjennomføre utvikling av programvare med nødvendig kvalitet. Bakgrunnen for dette var igjen de mange problemer med forsinkelser, kostnadsoverskridelser og problemer med kvaliteten på levert programvare som man stadig opplevde. For å gjøre historien kort, så ble resultatet det som nå er kjent under betegnelsen Capability Maturity Model (CMM). CMM er basert på sunn praksis som har vist seg å fungere i vellykkede organisasjoner. Det har i seg elementer som skal hjelpe utviklerne til stadig å forbedre utviklingsprosessen. Kunnskapen er hentet inn gjennom erfaringer fra både statlige og offentlige virksomheter (i USA) i tillegg til en rekke andre kilder. Dette er nærmere beskrevet i bla [12] og [13]. 14

17 Et av elementene i CMM er at virksomheter som ønsker å forbedre sine prosesser gjør det gjennom en langsiktig forbedringsprosess. I denne prosessen 3 skal virksomheten gå gjennom flere nivåer. Hvert nivå representerer en forbedring i forhold til nivået under. Det er fem nivåer. Disse er vist i Figur 9 og betegnes som modenhetsnivåer. Optimalisering Styrt Definert Repeterbar Initiell Figur 9 Det som karakteriserer utviklingsprosessene til virksomheter på det initielle nivå er: ad hoc tilfeldig og kaotisk suksess avhengig av spesielt begavede enkeltpersoner suksess vil ikke nødvendigvis kunne gjentas Det finnes ikke noe stabilt miljø som gjør at virksomheten kan inngå forpliktende avtaler om tids og kostnadsrammer eller kvaliteten på de produkter som utvikles. Men det betyr ikke at slike virksomheter ikke kan levere utmerkede produkter - av og til. Det er eksempler på at grupper bemannet med meget dyktige, entusiastiske og effektive utviklere har levert innovative produkter. Men noe av hensikten med å ha definerte prosesser er at selv middels utviklere skal kunne levere gode produkter; om ikke eksepsjonelle; om igjen og om igjen. Det er nettopp det som karakteriserer andre ingeniørvirksomheter. Neste nivå er det repeterbare. Her er noen nøkkelområder på plass: styring av økonomi, tid og funksjonalitet kan gjenta suksess med nye prosjekter av samme type som tidligere prosjekter Det vil si at man har på plass de nødvendige retningslinjer for å kunne planlegge og følge opp prosjekter. Man tar vare på erfaringer og data om kostnader og varighet fra tidligere prosjekter. Disse erfaringene og dataene er grunnlaget når nye prosjekter planlegges. Tidligere suksess kan gjentas (repeteres). På definert nivå har man en utviklingsprosess som består av aktiviteter som er dokumenterte, standardiserte og integrerte. Alle prosjekter følger en skreddersydd versjon av standardprosessen. En gruppe er gitt ansvaret for aktiviteter knyttet til arbeidet med å forbedre prosessen. Det eksisterer et opplæringsprogram som skal gi ledere og utviklere de nødvendige kunnskaper og ferdigheter. Prosessen kalles definert fordi det er på plass kriterier for start og avslutning av et prosesstrinn. Det er etablert standarder og retningslinjer for hvordan arbeidet skal utføres. Det er lagt inn rutiner for verifikasjon. Kostnader og ressursbruk er under kontroll. Karakteristisk for det styrte nivå er at man gjennomfører målinger på produkt og prosess. Produkter og prosesser kan uttrykkes gjennom tall som sier noe om kvaliteten. Prosessen er under statistisk kontroll. Man kan si at prosessen er kvantifiserbar og forutsigbar. Det er mulig å forutsi resultater innenfor kvantifiserbare grenser og 3 Legg merke til at man har prosesser for å forbedre prosesser! 15

18 man kan skille ut uvanlige hendelser fra normal variasjon i prosessen. Når slike avvik fra det normale inntrer er man i stand til å aksjonere for å korrigere situasjonen. Når man har nådd det øverste nivå er man i stand til å gjøre stadige forbedringer gjennom tilbakemelding fra prosessen. Alle i virksomheten er opptatt av kontinuerlig forbedring av utviklingsprosessen. Man er i stand til å handle proaktivt, ikke reagere i ettertid. Det vil si at man har så god innsikt i prosessen at man kan forutsi nytten og konsekvensene av å ta i bruk ny teknologi og de endringer man gjør. Forhindring er sentralt. Feil som gjøres analyseres og årsaker blir funnet slik at feil ikke gjentas. Kontinuerlig forbedring er stikkordet for det optimaliserende modenhetsnivå. CMM legger opp til at virksomheter skal arbeide seg oppover i modenhet. Nøkkelen til suksess ligger i å gå alle trinnene. Det er en langsiktig utfordring. Man kan ikke hoppe over noen av nivåene. Man må være etablert på et nivå før man kan begynne arbeidet for å nå neste nivå. CMM er et abstrakt rammeverk. Det betyr at man beskriver hva som forventes av utviklingsprosessen på hvert nivå, ikke hvordan prosessen detaljert utformes på hvert nivå. Hvert modenhetsnivå er karakterisert ved nøkkelområder og nøkkelvirksomheter innenfor hvert nøkkelområde. Innenfor hvert nøkkelområde settes det mål som skal oppnås. Nøkkelområdene er vist i Figur 10. Optimalisering Feilhindring Kontroll med teknologiske endringer Kontroll over endringer i prosessen Definert Styrt Kvantitativ prosesstyring Kontroll med kvaliteten Fokus på virksomhetens prosess Definisjon av virksomhetens prosess Opplæringsprogram Integrering av utviklingsaktiviteter med styringsaktivitetene Integrering av alle utviklingsaktiviteter Koordinering mellom grupper Kollegaveiledning Repeterbart Håndtering av brukerkrav Prosjektplanlegging Oppfølging av prosjekter Kontroll med underleverandører Kvalitetssikring Konfigurasjonsstyring Initiell Figur 10 Den definerte prosessen De fleste vil innse behovet for en definert utviklingsprosess for programvare. I arbeidet med å definere en prosess er det to krav som må tilfredstilles. Prosessen må være standardisert Prosessen må være fleksibel 16

19 Standardisering er nødvendig for å være forutsigbar. Fleksibilitet må til fordi prosjekter er forskjellige og det må være rom for kreativ utfoldelse som kan lede til innovasjoner. Forskjellige virksomheter har forskjellige behov. Forskjellige typer programvare krever forskjellige prosesser. Utviklernes dyktighet vil også variere og vil bestemme valg av prosess. Humphrey [19] viser en måte å bygge prosesser som samtidig er fleksible og standardiserte. Han definerer en prosessarkitektur basert på det han kaller enhetsceller. En slik celle definerer en bestemt oppgave. En komplett prosess bygges opp av slike celler. Figur 11 viser oppbyggingen av en enhetscelle. Innput Utput Inngang Oppgave Utgang Ut Inn Spesifikasjoner Inngang: Betingelser som må være tilfredstilt før oppgaven kan ta til (prebetingelser). Utgang: Resultatene som skal produseres og hvordan de skal uttrykkes (postbetingelser). Ut: Informasjon til foregående trinn. Inn: Informasjon fra foregående trinn. Oppgave: Hva som skal gjøres, av hvem, hvordan, når inkludert hensiktsmessige fremgangsmåter og standarder. Målinger: Hensiktsmessige målinger av prosesstrinn og produkt. F.eks tid, ressurser, størrelse, kvalitet. Figur 11 Enhetscelle Figur 12 viser oppbyggingen av en prosess for en integrasjonssyklus. Hver celle representerer en bestemt oppgave. Elementære celler settes sammen til større enheter, kalt kjerner, som igjen kan inngå i enda større enheter. Ved å bygge sammen slike hierarkier av celler kan prosesser skreddersys til et prosjekt. 17

20 Detaljert design Design Koding Kode inspeksj Enhetstest Høynivå ddesig n av test Detaljert design Design Koding Kode inspeksjon Ki Krav Høynivå design Kj Integrasjon Leveranse Lr i..l j Inte-grasjonsplan K Figur 12 Humphrey opererer med tre prosessnivåer. U er det universelle nivå som trekker opp de overordnede retningslinjer. Et eksempel på en U nivå prosessmodell er vannfallsmodellen. Andre eksempler er spiralmodellen og RUP. Det neste nivået er W (for wordly). Det angir rekkefølgen av oppgaver, betingelsene for å starte en oppgave og resultatene fra oppgaven. Det laveste nivået er A (for atomic). Her dreier det seg om detaljene som kommer til uttrykk gjennom forskjellige standarder, metoder og verktøy som skal brukes. Humphrey hevder at modeller som ikke går lenger enn til U nivå er lite egnet å bruke for praktiserende ingeniører. Jeg deler hans oppfatning. Disse modellene tar ikke hensyn til måten folk arbeider på. Modeller som legger opp til en gitt rekkefølge er lite egnet til å håndtere uforutsette hendelser. Heller ikke får man inn at oppgaver kan overlappe eller kjøres parallelt. Det nyttigste med disse modellene er at man får frem de forskjellige nøkkelaktiviteter. Men tiden går bare en vei og det er fremover, ikke bakover eller i spiral. Feil som gjøres kan bare rettes opp gjennom aktiviteter i fremtiden. Oppgaveorienterte prosessmodeller får ikke med denne dimensjonen. Det er ikke slik at prosjekter har et forhåndsdefinert sett av faser med oppgaver som kan utføres i en gitt rekkefølge. I stedet for å fokusere på oppgaver, bør man se på de resultater som skal produseres. RUP gjør dette til en viss grad. Men den må suppleres med A nivå detaljer. Et alternativ er å fokusere på objekter. Man finner frem til objekter og hva som skal gjøres med objektene. Et objekt har også et liv etter at prosjektet er avsluttet. Eksempler på slike objekter er brukerkravene, den ferdige kode og forskjellig modeller. Objektene har dynamisk oppførsel som kommer til uttrykk gjennom tilstander og tilstandsendringer. Disse endringene utløses av kjente og definerte hendelser. Man fokuserer altså på tilstandene (resultatene) og de aksjoner som skal utløse tilstandsendringene (frembringe resultatene). 18

21 Litteratur 1. Berry W. Boehm, A Spiral Model of Software Development and Enhancement, IEEE Computer, Mai Terry Quantrani, Visual Modeling with Rational Rose and UML, Addison-Wesley 1998, ISBN Watts S. Humphrey, Introduction to the Personal Software Process, Addison-Wesley 1997, ISBN Watts S. Humphrey, A Dicipline for Software Engineering, Addison-Wesley 1995, ISBN Paul Allen and Stuart Frost, Component-Based Development for Enterprise Systems, Cambridge University Press 1998, ISBN Putnam P. Texel and Charles B. Williams, Use cases combined with Booch, OMT, UML, Prentice Hall 1997, ISBN X. 7. Ivar Jacobson & al., Object-Oriented Software Engineering, A Use Case driven Approach, Addison- Wesley 1992, ISBN James Rumbaugh & al, Object-Oriented Modeling and Design, Prentice Hall 1991, ISBN Grady Booch, Object-Oriented Analysis and Design, Benjamin/Cummings 1994, ISBN Ivar Jacobson, Grady Booch, James Rumbaugh, The Objectory Software Development Process, Addison Wesley 1999, ISBN Martin Fowler and Kedall Scott, UML Distilled, Addison Wesley 1997, ISBN Watts S. Humphrey, Managing the Software Process, Addison-Wesley 1989, ISBN Mark C. Paulk & al, The Capability Maturity Model: Guidelines for improving the Software Process, Addison-Wesley 1995, ISBN Craig Larman, Applying UML and Patterns, An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and the Unified Process, Prentice Hall 2001, ISBN Kent Beck, extreme Programming explained, Addison-Wesley 2000, ISBN