582104 Ohjelmistojen mallintaminen, Johdatus ohjelmistotuotantoon 1
Lyhyt johdatus ohjelmistotuotantoon Ohjelmistotuotanto, ohjelmistoprojektit Miten ohjelmistojen tuottaminen eroaa teollisesta tuotannosta Ohjelmistojen elinkaari, elinkaarimallit 2
Ohjelmistotuotannon ongelma Ohjelmistotuotanto on se tietojenkäsittelytieteen osa-alue, joka käsittelee laajuudeltaan ja monimutkaisuudeltaan sellaisten ohjelmistojen tuottamista, jossa kehitystyöhön tarvitaan ryhmä [Ghezzi et al.] Vuonna 1994, vain 16% ohjelmistoprojekteista valmistui ajallaan ja budjetissa [The Standish Group s Chaos Report, 1994] Vuonna 2003 vastaavasti jo 34% [The Standish Group, 2003] 3
Ohjelmistotuotannon alan käsitteitä Ohjelmistoprojekti Ohjelmistotuotteen tai -palvelun tuottamishanke Ohjelmiston elinkaari Vaiheet alkuvaiheen ideoinnista ( syntymästä ) aina lopulliseen töpselin nykäisemiseen seinästä Ohjelmistojen kehitystyölle ominaista iterointi: elinkaaren vaiheita toistetaan vaatimusten ja ympäristön muuttuessa inkrementaalisuus: tuotetta rakennetaan pienissä osasissa 4
Erilaisia ohjelmistojen sovelluskohteita Ohjelmistot ohjaavat mitä moninaisimpien asioiden toimintaa Erilaisia ohjelmistoja, esimerkiksi Liiketoimintajärjestelmät (enterprise applications) Sulautetut järjestelmät (embedded software) Tosiaikajärjestelmät (real-time software) Varusohjelmistot (systems software) Ohjelmistotuotantoa katsotaan monesti (ehkäpä liiaksikin!) liiketoimintajärjestelmien kehittämisen näkökulmasta Esimerkiksi avoimen lähdekoodin järjestelmät - mitä kategoriaa? 5
Tietojärjestelmä, ohjelmisto, ohjelma Tietojärjestelmä on hallinnollinen kokonaisuus Laitteet, palvelut, tietosisällöt, ohjelmistot Ohjelmisto taas koostuu yhdestä tai useammasta ohjelmasta, jotka toimivat jollakin laitteisto- ja ohjelmistoalustalla Ohjelmistot ja tietojärjestelmät ovat monimutkaisia kokonaisuuksia.. jotka kutoutuvat toimintaympäristönsä yhteyteen 6
Tietojärjestelmä tarjoaa palveluita koko toimintaympäristöönsä 7
Liiketoimintasovelluksille ominaisia piirteitä Ohjelmisto on osa tietojärjestelmää Ohjelmistoprosessi on osa liiketoimintaprosessia Ohjelmistojen tuottaminen on muutakin kuin ohjelmointia Menestyksekäs liiketoimintasovellusten tuottaminen on monesti ensisijaisesti liiketoiminnan prosessien automatisoimista Joten.. ohjelmistotuotanto on oikeastaan liiketoiminnan mallintamista 8
Ohjelmistotuotanto eroaa teollisesta tuotannosta Ohjelmat eivät ole konkreettisia muokkaaminen onnistuu loputtomiin Ohjelmat ovat keskenään hyvin erilaisia sovellusalueet, toimintaympäristöt, laite- ja ohjelmistoympäristöt 9
Ohjelmistotuotanto eroaa teollisesta tuotannosta Ohjelmistoja ei juurikaan suunnitella sarjatyönä Standardointityö monilla sovellusalueilla vasta lapsenkengissään Ohjelmistojen toiminta sovitetaan kuhunkin ympäristöön sopivaksi Ohjelmistot vaativat ylläpitoa Toisaalta, tiettyä ohjelmistoa voidaan monistaa nollakustannuksin Ohjelmistotuoteliiketoiminta perustuu tähän Entäpä massaräätälöitävät ohjelmistot? 10
Ohjelmistotuotanto on muutakin kuin ohjelmointia Ohjelmistotuotannossa ratkotaan ihmisten ja organisaatioiden monimutkaisia ongelmia Tyypilliset ohjelmointikielen (esim. Javan) käsitteet ovat monesti aivan liian matalalla abstraktion tasolla Monimutkaiset järjestelmät on suunniteltava ennen toteutusta (ohjelmointia) Ennen suunnittelua on ymmärrettävä ongelman asettamat vaatimukset Vaatimukset taas on suhteutettava ympäristöönsä ja käytettävissä oleviin toteutusvoimiin. 11
Ohjelmistotuotanto on erityisesti mallintamista Malli abstrahoi, jäsentää ja kuvaa todellisuutta Mikä on todellisuus? Liiketoimintaympäristö? Tietokoneen käskykanta? Java-kielen myöhäisen sidonnan säännöstö? Projektin budjetti ja henkilöstö? 12
Mallinnusvälineitä [Eriksson & Penker 1998] 13
Ohjelmakoodin sovittaminen malliin Ohjelmistoa mallinnettaessa teemme sillan ohjelmakoodin ja ulkoisen ympäristön välille Lähestymistapoja mallintamiseen Proseduraalinen mallintaminen: järjestelmä jaetaan moduuleihin toiminnallisella osituksella Oliomallintaminen: ositus perustuu luokkien muodostamiin komponentteihin ja niiden suhteisiin Ohjelmointikielten luokittelussa käytetään samankaltaisia termejä - olioparadigma, proseduraalinen ohjelmointi, funktionaalinen ohjelmointi... 14
Ohjelmiston elinkaari Määrittely - millainen ohjelmisto? Suunnittelu - miten ohjelmisto toteutetaan? Toteutus - ohjelmointi, testaus Käyttöönotto Ylläpito Mikä vaiheista vie eniten aikaa? 15
Suhteellisia työmääriä, ohjelmistoprojektit vuosina 1976-1981 Määrittely 8 % 24 % Suunnittelu 7 % 20 % Ohjelmointi 6 % 18 % Moduulitestaus 7% 20 % Integrointi 6 % 18 % Ylläpito 67 % Määrittely Suunnittelu Ohjelmointi Moduulitestaus Integrointi Ylläpito [Schach 1993] 16
Suhteellisia työmääriä, ohjelmistoprojektit 1992-1998 Kehitys 25% Ylläpito 75% [Schach 2005] 17
Vaatimusmäärittely Vaatimukset kuvaavat luonnollisella kielellä ja kaavioilla järjestelmältä edellytettäviä palveluja ja sen toiminnalle asetettuja rajoitteita. [Sommerville] Ulkoinen näkökulma järjestelmään, ei vielä mietitä miten vaaditut ominaisuudet toteutetaan Osa-alueina Vaatimusten kerääminen käyttäjiltä ja muilta sidosryhmiltä Vaatimusmäärittely käyttötapauksina ja tekstinä Menetelmät ja työkalut Haastattelut, vanhat järjestelmät, läpikäynnit CASE-välineet 18
Esimerkki: Yliopiston kurssinhallinta Toiminnallisia vaatimuksia esim.: Opetushallinto voi syöttää kurssin tiedot järjestelmään Opiskelija voi ilmoittautua valitsemalleen kurssille Opettaja voi syöttää opiskelijan suoritustiedot Opettaja voi tulostaa kurssin tulokset Toimintaympäristön rajoitteita esim.: Kurssien tiedot talletetaan jo olemassa olevaan tietokantaan Järjestelmää käytetään www-selaimella Toteutus Javalla Kyettävä käsittelemään maksimissaan 100 ilmoittautumista minuutissa 19
Suunnittelu Ohjelmistosuunnitelmassa kuvataan tulevan ohjelmiston rakenne, rakenneosien väliset rajapinnat ja tietosisältö sekä jossain tapauksissa algoritmit. [Sommerville] Suunnitteluvaiheessa näkökulma on ohjelmiston sisäinen Arkkitehtuurisuunnittelu - kokonaisrakenne Oliosuunnittelu - osien tarkempi suunnittelu Ero vaatimusmäärittelyvaiheeseen nähden Heijastaako ohjelmistosuunnitelma vaatimuksia, vai tehtiinkö mitä osattiin? 20
Esimerkki mallinnuksesta arkkitehtuurisuunnitelmassa Mallissa esitetään järjestelmän jako alikomponentteihin Komponenttien väliset rajapinnat 21
Toteutus Ohjelmointi Testaus Virheenjäljitys Koodikatselmukset Edellisten vaiheiden ollessa kunnossa, tämä vaihe on suoraviivaista 22
Integrointi ja käyttöönotto Integrointi Ohjelmiston koostaminen erikseen toteutetuista ja testatuista komponenteista Nuoren järjestelmän kohdalla vaikea erottaa toteutuksesta ja testauksesta Iäkkäämmässä järjestelmässä erilliset testi- ja tuotantoympäristöt Käyttöönotto Järjestelmän toimittaminen asiakkaille tuotantokäyttöön Järjestelmä- ja hyväksymistestaukset Käyttökoulutus, käyttöohjeet, dokumentaatio 23
Käyttö ja ylläpito Ohjelmistotuote asennettu ja otettu osaksi käyttäjän normaalia toimintaa Aiempi järjestelmä poistettu käytöstä Ylläpitotoimenpiteiden luokittelu Korjaavat ylläpitotoimet (virheiden poistaminen) Sopeuttavat ylläpitotoimet (ympäristön muutoksiin vastaaminen) Lisäävät / parantavat ylläpitotoimet (lisäominaisuudet) Uudelleenjärjestelytoimet (sisäiset muutokset, ei vaikutusta ulkoiseen käyttäytymiseen) 24
Elinkaari vaihtelee projekteittain Kullakin sovelluksella on yksilöllinen elinkaarensa Ohjelmistot myös heijastavat käyttävän organisaation elinkaarta 25
Vaiheiden suhde toisiinsa Näinkö? 26
Vesiputousmallin ongelmia Järjestelmää testataan vasta kokonaisuutena Suunnitteluvaiheen virheet saattavat paljastua vasta testauksessa, ongelmat selviävät myöhään Perustuu oletukselle, että käyttäjä pystyy määrittelemään ohjelmalta halutun toiminnallisuuden heti projektin alussa Näin ei useinkaan ole Vasta nähdessään lopputuloksen käyttäjä tajuaa mitä oikeastaan halusikaan => Seurauksena raskas ylläpitovaihe 27
Vesiputousmallin lisäongelmia Jos projekti on pitkäkestoinen, voi olla että käyttäjän tarve muuttuu projektin kuluessa (esim. yritysfuusion seurauksena) Eli se ohjelma mitä haluttiin tilausvaiheessa ei olekaan enää tarpeellinen ohjelman valmistuessa Perustavanlaatuinen ongelma asiakkaan ja toteuttajan välinen kommunikointi kärjistyy vesiputousmallissa koska palautetta hankala saada kesken projektin 28
Iteratiivinen ja ketterä ohjelmistokehitys Lähdetään olettamuksesta, että asiakkaan vaatimukset muuttuvat projektin kuluessa Ei siis yritetäkään kirjoittaa alussa tyhjentävää määrittelydokumenttia Tuotetaan järjestelmä iteratiivisesti, eli pienissä paloissa Ensimmäisen iteraation aikana tuotetaan pieni osa järjestelmän toiminnallisuutta määritellään vähän, suunnitellaan vähän ja toteutetaan ne Lopputuloksena ohjelmisto, jossa mukana osa toiminnallisuutta Iteraatio kestää tyypillisesti muutaman viikon Asiakas antaa palautteen iteraation päätteeksi Jos huomataan, että järjestelmä ei ole sellainen kuin haluttiin, voidaan tehdä heti korjausliike Seuraavassa iteraatiossa toteutetaan taas hiukan uutta toiminnallisuutta asiakkaan toiveiden mukaan 29
Iteratiivinen ja ketterä ohjelmistokehitys Jokainen iteraatio tuottaa (jotenkin) toimivan järjestelmän Asiakkaan palaute välitön Vaatimuksia voidaan tarkentaa ja muuttaa Asiakas valitsee jokaisen iteraation aikana toteutettavat lisäominaisuudet 30
Ketterä ohjelmistokehitys Iteraation sisällä määrittely, suunnittelu, toteutus ja testaus eivät välttämättä etene peräkkäin Määritellään, suunnitellaan, toteutetaan ja testataan jatkuvasti Ketterissä menetelmissä dokumentoinnin rooli kevyempi kun vesiputousmallissa Virheellinen johtopäätös on ajatella, että kaikki eiperinteinen tapa tuottaa ohjelmistoja on ketterien menetelmien mukainen Monissa ketterissä menetelmissä (kuten XP eli extreme Programming) on päinvastoin erittäin tarkasti määritelty miten ohjelmien laatua hallitaan 31