Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2011-2012 Johannes Koskinen http://www.cs.tut.fi/~ohar/ 11. Tuoterunkoarkkitehtuurit Johdanto Näkökulmat tuoterunkoihin perustuvaan ohjelmistokehitykseen: liiketoiminta, organisaatio, prosessi, tekninen Tuoterunkojen etuja ja ongelmia 2 Uudelleenkäyttö opportunistinen: hyödynnetään aikaisempaa koodia, joka sattumalta sopii uuteen sovellukseen. suunniteltu: organisaatio käyttää resursseja yleisesti uudelleenkäytettävien ohjelmistojen kehittämiseen, jotka tarjoavat yrityksen alaan sopivat abstraktiot ja variaatiopisteet. oppotunistinen tapa ei toimi hyvin käytännössä alhaalta-ylös: potentiaalisesti uudelleenkäytettävät komponentit lisätään yleisesti käytössä olevaan komponenttikirjastoon, josta haetaan valmiita komponentteja uuteen sovellukseen. ylhäältä-alas: uudelleenkäytettävät ohjelmistot tehdään johonkin laajempaan kokonaisuuteen sopiviksi (esim. rajapinnat, arkkitehtuurit, kehykset) alhaalta-ylös tapa johtaa matalan tason uudelleenkäyttöön 3 1
Määritelmiä Tuoteperhe: joukko koordinoidusti kehitettyjä ohjelmistotuotteita, joilla on samankaltainen rakenne ja toiminta. Tuotelinja: kaikki artifaktit, välineet ja prosessit, jotka tukevat tuoteperheen jäsenten kehittämistä ja ylläpitoa. Tuoterunko, tuotealusta: tuoteperheen yhteinen ohjelmistoalusta Tuoterunkoarkkitehtuuri, tuoteperhearkkitehtuuri: tuoteperheen yhteinen arkkitehtuuri, tuoterungon arkkitehtuuri 4 Tuoterunko = yhteiseen arkkitehtuuriin ja alustaan perustuva ohjelmistojen uudelleenkäyttö - suunniteltu - ylhäältä-alas Tuoterunkoarkkitehtuurit (Product-line Architectures): http://www.sei.cmu.edu/plp/product_line_overview.html http://www.sei.cmu.edu/architecture/essays.html#jazayeri 5 Tuoterunkoihin pohjautuva ohjelmistokehitys Keskeiset tavoitteet: merkittävä uudelleenkäyttö, lyhyempi kehitysaika, parempi laatu vähemmillä resursseilla, yhdenmukainen ja rationalisoitu kehitysprosessi, yhdenmukaiset tuotteet Edellytykset: halutaan tuoteperhe, jolla on riittävästi yhteisiä ominaisuuksia ja hyvin ymmärretty variaatio: vaatimusten on määriteltävä soveltamisala, yhteiset vaatimukset ja variaatiopisteet Tuoterunkotyyppisiin tilanteisiin joudutaan joskus myös ilman selvää tuoteperhekonseptia: Tuntemattomat vaatimukset johtavat usein variaatiopisteisiin Avoin lähdekoodi on usein tulkittavissa tuoterunkona Tuotteista halutaan räätälöitäviä 6 2
Tuoterunkoihin pohjautuvan ohjelmistokehityksen näkökulmat Liiketoimintanäkökulma Milloin tuoterunkolähestymistapa kannattaa taloudellisesti? Millaisten taloudellisten mallien pohjalta voidaan tehdä päätöksiä? Organisaationäkökulma Miten organisaatio voi omaksua tuoterunkoajattelun ja tukea tuoterunkoon pohjautuvaa kehittämistä? Prosessinäkökulma Millainen kehitysprosessi sopii tuoteperheille? Tekninen näkökulma Millaisia arkkitehtuurimalleja ja teknologioita käytetään tuoterungoille? 7 Liiketoimintanäkökulma 4C 3C takaisinmaksu perinteinen tuoterunko 2C 1C alustan rakentaminen 0 1 2 3 4 ten lukumäärä 8 Liiketoimintanäkökulma Perustuu työmääräarviomenetelmiin In H.P. et al.: A quality-based cost estimation model for the product-line life-cycle. CACM 49 (2006), 85-88. 9 3
Esimerkki ( oikea ) alue: videopelit Perinteinen Santelices R.A., Nussbaum M.: A framework for the development of videogames. Software Practice & Experience 31 (2001), 1091-1107. 1. peli 2. peli 3. peli työtuntia 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Kehykseen perustuva Kehyksen rakentaminen + koulutus Suorituskyky: aika +70% tila +200% 10 Uudelleenkäytön kypsyystasot Konfiguroitava tuoterunko (automaattinen tuki tuotteen rakentamiselle) Kypsyystaso Yhteinen arkkitehtuuri, variaatiopisteet (tuoterunko) Yhteinen alusta, yhteistä toiminnallisuutta Standardisoitu infrastruktuuri (yhteinen OS, DB, GUI jne.) Riippumattomat tuotteet 11 Hierarkkinen tuoterunko Jan Bosch 12 4
Organisaation kypsyys suhteessa arkkitehtuuriin Arkkitehtuuri selittää järjestelmää Arkkitehtuuri ohjaa järjestelmän rakentamista Arkkitehtuuri mahdollistaa erilaisten järjestelmien rakentamisen (tuoterunko) organisaation kypsyys 14 Kysyttävää? 15 Eri tapoja lähteä tuoterunkopohjaiseen ohjelmistokehitykseen Onko yrityksellä aikaisemmin ohjelmistoa kohdealueella? Tehdäänkö tuoterungon kehittely vähitellen vai yhdellä kertaa? Muunnetaan olemassa olevia komponentteja yleisemmiksi Korvataan olemassa olevat komponentit tuotealustalla Kehitetään uusi tuotealusta asteittain kasvavalle tuoteperheelle (ei olemassa olevaa ohjelmistoa) Kehitetään uusi tuotealusta heti koko suunnitellulle tuoteperheelle (ei olemassa olevaa ohjelmistoa) 16 5
Tuoterunkoprosessi sisältyy alueen käsitemalli Vaatimusmäärittely Muunneltavuusvaatimukset, piirremalli Yhteiset vaatimukset Alustan suunnittelu Alustakehitysprosessi Tuoterunkoarkkitehtuuri Tuoterunkorajapinta Arviointi Alustan toteutus Alusta Variaationhallinta Vaatimusmäärittely Tuotekehitysprosessi Tuotevaatimukset Tuoteen toteutus Tuotekohtainen koodi 17 Tuoterunko-organisaatio Markkinointi Tuoterungon mahdollisuudet Asiakas Tuoterungon mahdollisuudet alueen ymmärrys Arkkitehtuuriosaaminen Abstrahointikyky Teknologiatuntemus Kommunikaatiokyvyt Asiakkaan tarpeet Tuoterungon ymmärtäminen, sitoutuminen, puolustaminen ( Champion ) Johto Vaatimukset Tuotteen ominaisuudet Tuotteen ymmärrys Asiakkaan tarpeiden ymmärrys Komponenttipohjainen kehitys Räätälöintikyky Toteutustekniikoiden tuntemus Tuoterunko ryhmä Komponentit Päivitykset Vaatimukset Mahdollisuudet Tuoteryhmät Tuotteet Palaute 19 Tuoterunkoja tukevia teknologioita Komponenttiteknologiat Olioteknologiat, kehykset Mallintamisteknologiat, UML suuntautuneet kielet, XML Tekstuaalisten ja visuaalisten kielten rakentamisympäristöt 20 6
Tuoterunkoarkkitehtuurit vs. DSL Vaatimukset Kääntäjä Ajettava sovellus 21 Tuoterunkoarkkitehtuurit vs. DSL Vaatimukset Kääntäjä Ajettava sovellus DSL = Domain- Specific Language DSL koodi DSL kehitin 22 Tuoterunkoarkkitehtuurit vs. DSL Vaatimukset Yhteinen arkkitehtuuri ja Kääntäjä Ajettava sovellusalueen tuki sovellus DSL = Domain- Specific Language DSL koodi DSL kehitin Alusta tuoterunkorajapinta 23 7
Tuoterunkoarkkitehtuurit vs. DSL Vaatimukset Yhteinen arkkitehtuuri ja Kääntäjä Ajettava sovellusalueen tuki sovellus DSL = Domain- Specific Language DSL koodi DSL kehitin Alusta tuoterunkorajapinta 24 Kysyttävää? 25 Kerrostyyli tuoterunkoarkkitehtuureille alusta Arkkitehtuurialusta Resurssialusta 26 8
Esimerkki: EJB-pohjainen tuoterunko Tuote Talletustilien hallintajärjestelmä Pankkisovellustuki EJB: hajautettu asiakas-palvelintuki Tietokantapalvelut, tietoliikennepalvelut, KJ vrt. yleinen liiketoimintajärjestelmien kerrosarkkitehtuuri 27 Harjoitus Oletetaan, että aikaisemmin esimerkkinä ollut auton monitorointijärjestelmä halutaan muuntaa tuoterungoksi, jonka avulla voidaan luoda monitorointijärjestelmiä erilaisille ajoneuvoille. Anna tällaiselle tuoterungolle kerrosarkkitehtuuri nelikerrosarkkitehtuurimallin mukaisesti. 28 CANBus CANFilter MessageDispatcherIF XMLMsg Message Dispatcher Msg type(): MsgType Component receive(msg) send(msg) register(msgtype,component) BrakeViewIF update() alusta Arkkitehtuurialusta Resurssialusta Brake- View BrakeModelIF BrakeController handleevent(event) BrakeState recordusage checkcondition register(view) getstate() setstate() GSMComp sendreport DBAccess 29 9
Harjoitus alusta Arkkitehtuurialusta Resurssialusta 30 Kerrostyyliin perustuvan tuoterungon suunnittelu 1. Päätä yleiset tukipalvelut ja suunnittele niiden abstrahointi 2. Päätä perusarkkitehtuurityyli ja suunnittele sen tarvitsema infrastruktuuri (esim. viestinvälitys, asiakas-palvelin) 3. Suunnittele tuoteperheen yhteiset komponentit ja variaatiopisteiden toteutus 4. Huom: joku kerroksista voi myös puuttua tai olla hyvin ohut 31 Kerrosarkkitehtuuri auttaa hallitsemaan tuoterunkoa Mihin osiin vaikuttavat tietokantamuutokset? Miten varmistutaan, että ei muuteta tuoterungon perusarkkitehtuuria? Miten varmistutaan, että ei tuoda yksittäiseen tuotteeseen liittyviä asioita perusarkkitehtuuriin? Miten varmistutaan, että ei sotketa tuotekohtaisia asioita sovellusaluekohtaisiin asioihin? Mitkä osat vaikuttavat eniten laatuominaisuuksiin? Mitä osia on (todennäköisesti) muutettava, jos laatuvaatimukset muuttuvat? 32 10
Esimerkkejä tuoterungoista Kännykkäalustat (esim. S40, S60) Vakuutusjärjestelmäalustat Pankkijärjestelmäalustat Tietokone- ja kännykkäpelialustat Koneenohjausjärjestelmäalustat 33 ISA arkkitehtuuri (Nokia) Veijola 1999 34 S60 Product Platform 35 11
Tuoterunkojen etuja ja ongelmia Etuja: Pitkälle viety koodin, osaamisen uudelleenkäyttö Nopeutunut tuotesykli Tuottavuuden kasvu pitkällä tähtäyksellä Tuotteiden standardointi Kehitysprosessien ja työkalujen standardointi Laadun paraneminen Tukee nopeaa protoilua 36 Potentiaalisia ongelmia Henkilökunnan vaihtuvuus: motivointi, asiantuntemus, gurukeskeisyys Jäykistää kehitystä Konfliktit alusta vastaan tuotteet (kattavuus, aikataulut, resurssit ym.) Konfliktit tuotteiden haluttujen ominaisuuksien välillä Tuotantoviive: ensimmäinen tuote kestää kauan Testaus: miten testataan tuoterunko? Tuoterungon fokuksen katoaminen Kvartaaliekonomia 37 Kysyttävää? 38 12