Kevät Ohjelmistoarkkitehtuurit 2014

Transkriptio

1 Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät

2 Ohjelmistoarkkitehtuurien arviointi Johdanto ATAM-menetelmä Esimerkki Käytännön kokemuksia ja ongelmia Yhteenveto 2

3 Mitä on ohjelmistoarkkitehtuurin arviointi? Ohjelmistoarkkitehtuurin arviointi tarkoittaa toimintaa, jonka avulla voidaan tehdä johtopäätöksiä siitä, miten hyvin tietty ohjelmistoarkkitehtuuri tukee ko. järjestelmän vaatimusten toteutumista 3

4 Miksi ohjelmistoarkkitehtuuria on arvioitava? Arkkitehtuuri on ensimmäinen täsmällinen kuvaus järjestelmästä Arviointi vahvistaa hyvät ratkaisut ja kiinnittää huomiota mahdollisiin ongelmiin aikaisin Arviointi auttaa ymmärtämään paremmin järjestelmää 4

5 Muita mahdollisia hyötyjä Kehitystrendien sekä potentiaalisten kehitys- ja riskialueiden tunnistaminen Arvioinnilla voidaan varmistua muiden tekemien ohjelmistojen (esim. alihankinta) laadusta Arkkitehtuurin suunnittelua ohjaavien laatuvaatimusten kirjaaminen ja tarkentaminen Arkkitehtuuriratkaisuiden kirjaaminen ja liittäminen laatuvaatimuksiin Arkkitehtuuridokumentaation parantaminen Kommunikaation lisääminen 5

6 Milloin ohjelmistoarkkitehtuuri olisi arvioitava? Ensimmäisten (vaihtoehtoisten) luonnosten pohjalta (alustava arkkitehtuuridokumentti) Arkkitehtuurisuunnittelun jälkeen, ennen toteutuksen aloittamista (järjestelmä/alijärjestelmäarkkitehtuuridokumentti) Olemassa olevalle järjestelmälle (esim. vanhan järjestelmän uudistaminen) 6

7 Arkkitehtuurin rakentaminen kehitysprosessissa Laatuvaatimukset Arkkitehtuurin kannalta merkittävät vaatimukset Vaatimusanalyysi Keskeiset toiminnalliset vaatimukset Ympäristövaatimukset Alustava arkkitehtuuri Alustava arkkitehtuurisuunnittelu Laatuvaatimuksen huomiointi Rajoitteet Yleisten ratkaisumallien soveltaminen Arkkitehtuurimuunnos ei OK OK Toissijaiset toiminnalliset vaatimukset Kaikki käsitelty Yksityiskohtainen suunnittelu Arkkitehtuurin arviointi Arkkitehtuuri 7

8 Arkkitehtuuri ja laatuvaatimukset Tässä laadulla ei viitata virheettömyyteen vaan siihen millä laadulla järjestelmä tekee loogiset toimintonsa Arkkitehtuuri määrää miten (useimmat) laatuvaatimukset toteutuvat. Hiukan kärjistäen: Ohjelmistoarkkitehtuuri on tapa toteuttaa ohjelmiston laatuvaatimukset Arkkitehtuurin kuvauksen täytyy sisältää kaikki se informaatio, joka tarvitaan päättelemään laatuvaatimustentoteutuminen tai toteutumattomuus Arkkitehtuuria arvioidaan (yleensä) vasten laatuvaatimuksia 8

9 Ohjelmistojen laatuominaisuudet Ajoaikaiset laatuominaisuudet Suorituskyky Tilankäyttö Luotettavuus Saatavuus Tietoturvallisuus Käytettävyys Kehitys- ja evoluutioaikaiset laatuominaisuudet: Muunneltavuus Siirrettävyys Ylläpidettävyys Uudelleenkäytettävyys Laatustandardit: esim. ISO

10 ISO 9126 laatukehikko 10

11 11

12 Pariintumistyöskentelyä Mitä tarkennuksia laatuominaisuuksille? Ylläpidettävyys Käytettävyys Luotettavuus Toiminnallisuus Tehokkuus Siirrettävyys 12

13 Tarkennetut laatuominaisuudet Efficiency Time performance Resource utilization Response time Memory usage Scalability Throughput Maintainability Analyzability Changeability Stability Testability Variability Subsetability Conceptual integrity Traceability Portability Adaptability Installability Co-existence Replaceability Functionality Suitability Accuracy Interoperability Security Data security Access security Safety Reliability Maturity Fault tolerance Recoverability Availability Predictability Usability Understandability Learnability Operability Attractiveness Itse ryhmittelyllä ei käytännössä suurta merkitystä arvioinnissa. Luettelo hyvä pohja arviointikohteiden valintaan. 13

14 Arkkitehtuuri ja liiketoimintatavoitteet 14

15 Arvioinnin tulokset Ohjelmistoarkkitehtuurin arviointi vastaa tyypillisesti seuraaviin kysymyksiin: 1) Täyttääkö suunniteltu arkkitehtuuri olennaiset laatuvaatimukset? Jos täyttää, miksi? Jos ei täytä, miksi? 2) Mikä vaihtoehtoisista arkkitehtuuriratkaisuista sopii parhaiten järjestelmälle? Miksi? 3) Kuinka hyvin tietty laatuvaatimus voidaan saavuttaa suunnitellulla arkkitehtuurilla? 15

16 Varauksia Arviointi pohjautuu arkkitehtuurin kuvaukseen, saatavilla olevaan informaatioon ja osallistujien aktiivisuuteen Arvioinnin tulosten tarkkuus riippuu lähtötietojen tarkkuudesta Arvioinnissa täytyy olettaa järkevä toteutus, arkkitehtuurin täytyy mahdollistaa järkevä toteutus 16

17 Kysyttävää?

18 Ohjelmistoarkkitehtuurien arvioinnin ongelma? Laatuvaatimukset Ohjelmistoarkkitehtuuri 18

19 Laatuvaatimukset tulevat sidosryhmiltä Hyvä suorituskyky, luotettava, hyvä käytettävyys Helposti ylläpidettävä, siirrettävä Loppukäyttäjä Ylläpitäjä 19

20 Laatuominaisuuksien arviointi Laatuominaisuuksille ei ole selviä täyttymiskriteerejä Esim. ylläpidettävyys: järjestelmän on oltava helppo muuttaa kun sen käyttöympäristö muuttuu Miten arvioida jotain ominaisuutta, jolla on suuri (ääretön) määrä erilaisia tilanteita, joissa ominaisuuden olemassaolo on potentiaalisesti uhattuna Vrt. oikeellisuus testaus Yleinen menetelmä: määrää tavoitteet järjestelmälle, johda niistä halutut laatuominaisuudet tarkenna laatuominaisuudet anna kullekin tarkennetulle laatuominaisuudelle esimerkkitilanne tutki täyttyykö ko. laatuominaisuus tässä esimerkkitilanteessa 20

21 Laatuvaatimusten täsmentäminen skenaarioilla Skenaario = tilanne tai tapahtumasarja, joka tuo esille jonkin laatuvaatimuksen täyttymisen (jonkin järjestelmän osan kannalta) Skenaario konkretisoi laatuvaatimuksen esimerkillä Skenaarion on oltava riittävän täsmällinen, jotta arkkitehtuuria voidaan arvioida sitä vasten usein tarkkoja lukuarvoja Vrt. perinteinen käyttötapaus toiminnallinen vaatimus Skenaario = arkkitehtuurin testitapaus 21

22 Ohjelmistoarkkitehtuurien arvioinnin ongelman ratkaisu: skenaariopohjainen arviointi? Vaatimusten tarkennus Skenaariot Analyysi Laatuvaatimukset Ohjelmistoarkkitehtuuri Arkkitehtuuriratkaisut Ratkaisujen identifiointi 22

23 Tiedon louhinta arkkitehtuurista Asiantuntijoiden näkemykset esim. pääarkkitehti, muita vastaavia järjestelmiä suunnitelleet arkkitehdit ym. Takaisinmallinnus koodia voidaan abstrahoida takaisinmallinnustyökaluilla, ei tuota varsinaista arkkitehtuurikuvausta vaan analysoi erilaisia riippuvuuksia Simulointi jos on olemassa ajettava malli, voidaan tutkia arkkitehtuurista johtuvaa suorituskykyä, luotettavuutta; edellyttää järjestelmän mallintamista ja hyvää työkalua Metriikat voidaan käyttää karkeana työkaluna epäilyttävien kohtien löytämiseen (toimii lähinnä ylläpidettävyydelle), edellyttää hyviä työkaluja esim. suuret luokat, paljon riippuvuuksia komponenttien välillä 23

24 Analysointityökalujen hyödyntäminen Olemassa olevan järjestelmän arkkitehtuuriarvioinnissa voidaan käyttää erilaisia työkaluja (esim. metriikkatyökalut, sääntöjen tarkistustyökalut, visualisointityökalut, riippuvuusanalysaattorit, koodin kopioinnin tarkistajat, takaisinmallinnustyökalut) Erityisen hyödyllistä ylläpidettävyyden ja muunneltavuuden analysoinnissa Monet työkalut toimivat koodin perusteella -> ei välttämättä arkkitehtuuritason informaatiota Voidaan hyödyntää skenaariopohjaisessa arvioinnissa esim. hakemalla ja priorisoimalla skenaarioita, jotka kohdistuvat epäilyttäviin osiin järjestelmässä 24

25 25

26 26

27 Esimerkki (Columbus): koodin kopiointi 27

28 Vaihtoehtoinen tapa: tarkistuslistapohjainen arviointi? Laatuvaatimukset Ohjelmistoarkkitehtuuri Yleinen tarkistuslista Järjestelmätyyppi Sovitettu tarkistuslista Analyysi yleiset/järjestelmätyyppikohtaiset tarkistuslistat: esim.: onko käyttöliittymäosat erotettu selvästi sovelluslogiikasta? onko kerrosten välillä selvät rajapinnat? onko tietokanta abstrahoitu yleisen rajapinnan taakse? 28

29 Kysyttävää?

30 Skenaariopohjaiset arviointimenetelmät SAAM (Software Architecture Analysis Method) keskittyy erityisesti muunneltavuuteen, siirrettävyyteen, ylläpidettävyyteen kehitetty SEI:ssä (Software Engineering Institute, Carnegie-Mellon University) perustuu evoluutioaikaisiin skenaarioihin ATAM (Architecture Tradeoff Analysis Method) soveltuu kaikille laatuominaisuuksille kehitetty SEI:ssä johdettu SAAM:ista MPM (Maintenance Prediction Method) keskittyy ylläpidettävyyteen pyrkii löytämään suht. tarkat kustannusarviot ylläpidolle Jan Bosch:in kehittämä perustuu ylläpitoskenaarioihin 30

31 ATAM tietovuo 31

32 ATAMin peruskäsitteet Skenaario: arkkitehtuurin testitapaus Laatupuu: kohdejärjestelmän laatuvaatimusten tarkennus asteittain skenaarioiksi (utility tree) Herkkyyskohta: muutokset tämän arkkitehtuuripäätöksen suhteen voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia johonkin laatuominaisuuteen (sensitivity point) Tasapainokohta: arkkitehtuuripäätös joka vaikuttaa useampaan laatuominaisuuteen vastakkaisiin suuntiin (tradeoff) Riski: arkkitehtuuripäätös joka saattaa aiheuttaa ongelmia tulevaisuudessa laatuattribuutin näkökulmasta (risk) Ei-riski: arkkitehtuuripäätös joka voi edesauttaa laatuominaisuuden toteutumisessa (non-risk) 32

33 Skenaariot ja skenaariolajit Skenaario konkretisoi laatuvaatimuksen esimerkillä. Tapahtuma tai tapahtumasarja, joka liittyy johonkin laatuvaatimukseen. Skenaario on täsmällinen (vrt. testitapaus, use case) Skenaarion rakenne: Ärsyke - Ympäristö Vaste Käyttötapausskenaario: käyttäjän interaktio järjestelmän kanssa Etäkäyttäjä hakee tietokantaraportin web-käyttöliittymästä suurimman kuormahuipun aikana ja saa sen 5s kuluessa. Kasvuskenaario: ennakoituja muutoksia Järjestelmään lisätään uusi datapalvelin latenssin vähentämiseksi 2,5s, työ tehdään 1 henkilötyöviikossa. Tutkiva skenaario: odottamattomia muutoksia, kuormituksia jne. Puolet palvelimista kaatuu normaalissa käyttötilanteessa, tämä ei vaikuta järjestelmän saavutettavuuteen. Oletusympäristö: Normaali käyttötilanne 33

34 Skenaario esimerkki 34

35 Skenaarion priorisointi Tavallisesti kaksiosainen prioriteetti: kuinka tärkeä (tuotepäällikkö, projektipäällikkö) kuinka vaikea toteuttaa (arkkitehti) Kolme arvoa: H (high), M (medium), L (low) Voidaan tehdä myös äänestämällä 35

36 Tehtävä: Anna muunneltavuuteen liittyvä skenaario VR:n matkalippuautomaattijärjestelmälle. Anna muunneltavuuteen liittyvä skenaario metsäkoneelle. 36

37 Esimerkki: laatupuu laatuominaisuudet Suorituskyky tarkennukset Transaktioiden käsittely Vasteaika skenaariot Käsittelee 1000 palvelupyyntöä/sek ilman viivettä käyttäjille. (H,M) Käyttäjävarmistus < 1 sek. (H,M) GUI Web-pohjaiseksi 1 kk:ssa (M,H) Laatu Muunneltavuus Saatavuus GUI muutokset Tietokantamuutokset Laitteistoviat Tietokanta vaihdetaan Oracleksi 6 kk:ssa (L,H) Palvelimen kovalevyn hajoamisen jälkeen uusintakäynnistys 5 min:ssa (L,H) Tietoturvallisuus Palvelimen kaatuminen Korttien käyttö Uudelleenkäynnistys autentikaatiopalvelimen kaatuessa 5 min:ssa (M,M) Luottokortin tiedot turvassa % (H,L) 37

38 Herkkyyskohta Herkkyyskohta = arkkitehtuuriratkaisu, joka on kriittinen jonkin laatuominaisuuden saavuttamisen kannalta. Esimerkki: MVC-tyylin käyttö GUI arkkitehtuurissa on olennaista järjestelmän siirrettävyyden kannalta. 38

39 Tasapainokohta Tasapainokohta = herkkyyskohta, joka koskee useaa laatuominaisuutta (yleensä vastakkaisiin suuntiin) Esimerkki: XML:n käyttö tietoformaattina parantaa järjestelmän integroitavuutta mutta heikentää sen suorituskykyä. 39

40 Riski Riski = potentiaalisesti ongelmallinen arkkitehtuuriratkaisu, joka voi heikentää jotain laatuominaisuutta Riski = ratkaisu/fakta + laatuseuraamus + perustelu Esimerkki: Kriteerit ja säännöt keskimmäisen kerroksen komponenttien tekemiselle ovat epäselvät (ratkaisu/fakta). Tästä voi seurata toiminnallisuuden replikointia eri kerroksissa (perustelu), mikä heikentää ylläpidettävyyttä (laatuseuraamus). 40

41 Ei-riski Ei-riski = arkkitehtuuriratkaisu, jolla on tiedossa (lähinnä) vain hyviä laatuseuraamuksia. Ei-riski = oletus + ratkaisu + laatuseuraamus + perustelu Esimerkki: Olettaen, että komponentit eivät joudu tutkimaan toistensa tilaa (oletus), Tarkkailija-suunnittelumallin käyttö komponenttien välisessä kommunikoinnissa (ratkaisu) parantaa muunneltavuutta (laatuseuraamus), koska komponenttien ei tarvitse tietää toisistaan mitään muuta kuin takaisinkutsu- ja rekisteröintirajapinnat (perustelu). 41

42 ATAMin vaiheet (2 päiväinen) 0. Ennakkovalmistelu 1. ATAMin esittely 2. Liiketoiminnan asettamat vaatimukset tuotteelle 3. Arkkitehtuuriesittely 4. Arkkitehtuurilähestymistapojen tunnistaminen 5. Laatupuun ja skenaarioiden laadinta 6. Arkkitehtuurilähestymistapojen analysointi 7. Skenaarioaivoriihi ja priorisointi 8. Arkkitehtuurilähestymistapojen analysointi 9. Tulosten esittäminen 1. päivä 2. päivä 42

43 Osallistujat Sidosryhmät: Arkkitehti Ylläpitäjä Testaaja Standardiasiantuntija Turvallisuusvastaava Projektipäällikkö Tuotepäällikkö Asiakas Loppukäyttäjä Oheispalveluvastaava Sovellusalueen asiantuntija Laiteasiantuntija Huolto Markkinointi Ohjelmistokehittäjä 1. päivä 3-5 hlöä. Arkkitehti ja muista kiinteästi suunnittelussa tai toteutuksessa mukana olleita Arviointiryhmä 2. päivä 5-10 hlöä. Kattavasti kaikkien sidosryhmien edustajia Arviointiryhmä 43

44 ATAM prosessi (Päivä 1) ATAMin esittely ATAMin vaiheet ATAMin tekniikat (skenaariot, laatupuu, jne) Liiketoimintanäkökulma tärkeimmät toiminnallisuudet käyttäjien kannalta liiketoimintatavoitteet taloudelliset, poliittiset yms. rajoitteet Arkkitehtuuriesittely tekniset rajoitteet (kj, ohjelmistoalustat, laitteisto jne.) järjestelmän ulkoiset rajapinnat arkkitehtuurin kuvaus 44

45 ATAM prosessi (Päivä 1 jatkuu) Arkkitehtuuriratkaisujen tunnistaminen tunnistetaan ja nimetään käytetyt tyylit, suunnittelumallit ja omat ratkaisut selitetään miten ratkaisuilla oletetaan saavutettavan tietyt laatuvaatimukset Laatupuun ja skenaarioiden laatiminen tarkennetaan laatuvaatimukset järjestelmäkohtaisella ryhmittelyllä konkretisoidaan kukin tarkennettu laatuvaatimus skenaariolla priorisoidaan skenaariot tärkeyden ja vaikeuden perusteella Arkkitehtuuriratkaisujen analysointi keskitytään tärkeimpiin skenaarioihin kysytään: tekeekö tämä arkkitehtuuri mahdolliseksi skenaarion, miksi? arkkitehtuuri on syyllinen kunnes toisin todistetaan pyritään tunnistamaan riskit, turvalliset ratkaisut, herkkyyskohdat ja tasapainokohdat 45

46 Täydennys (Päivä 2) Skenaarioaivoriihi kaikki osapuolet esittävät skenaarioita omilta näkökulmiltaan uudet skenaariot priorisoidaan ja liitetään laatupuuhun vanhat skenaariot vahvistetaan Uusinta-analyysi tärkeimmät skenaariot tarkistetaan vasten arkkitehtuuria mahdolliset uudet riskit tunnistetaan 46

47 Raportointi ATAM:in tärkeimmät tulokset: Keskeisten arkkitehtuuriratkaisujen tunnistaminen Olennaisimpien laatuun vaikuttavien käyttö- ja kehitysskenaarioiden tunnistaminen Laatupuu skenaarioineen: kuvaus laatuvaatimusten ja arkkitehtuuriratkaisujen yhteydestä Arkkitehtuuriin liittyvien riskien tunnistaminen 47

48 Raportin rakenne (esimerkiksi) 1. Introduction 2. Target System 2.1 Description of the System 2.2 Most Important Architectural Solutions 3. Analyzed Scenarios 3.1 Maintainability 3.2 Reliability 3.3 Efficiency 3.4 Usability 4. Analysis Overview 4.1 General Observations 4.2 Specific Issues 4.3 About the Process 5. Conclusions References Appendix: Complete Scenario List 48

49 Skenaariot arviointiraportissa (esim.) Tyypillisesti korkealle priorisoitua skenaariota Skenaarioon liittyvät arkkitehtuuriratkaisut tunnistetaan ja luokitellaan (esim. T = tasapainokohta, R = riski, N = eiriski) Arkkitehdin selvitys skenaarion hoitumisesta kirjataan (Description) Kunkin ratkaisun liittyminen skenaarioon selitetään (Argumentation) 49

50 Mitä potentiaalisia ongelmia näet ATAMissa / vastaavissa menetelmissä? 50

51 ATAMista Iso kysymys: ovatko skenaariot oikeasti järkeviä/hyödyllisiä, pystytäänkö valitsemaan olennaisia skenaarioita (ennustaminen)? Löydetyt riskit vs. piiloon jääneet Priorisointi, osataanko valita oikeat skenaariot? Varma hyöty: keino saada ohjelmistoon liittyvät tahot kerrankin yhteen Saadaan hiljaista tietoa dokumentoitua Saadaan jonkinlainen yleiskäsitys järjestelmästä Saadaan julki eri osapuolien huolia ja ongelmia / mahdollisesti resursseja joihinkin kriittisimpiin asioihin puuttumiseen 51

52 Yhteenveto Arkkitehtuuripäätösten löytäminen/dokumentointi Laatuominaisuuksien yhdistäminen arkkitehtuuriratkaisuihin Skenaariopohjaisuus, skenaarioiden käsittely ATAM:

53 Kysyttävää?