Softwarová analýza a procesy vývoje

Analýza a modelování softwarových systémů

• Předmět se zabývá analýzou a modelováním softwarových systémů.
• Úvodem do předmětu jsou představeny úvodní informace a základní principy.

Čím se budeme zabývat, I

• Softwarová analýza se podobá stavbě domu, s paralelami mezi fázemi výstavby a vývoje softwaru.
• Potřeba nového softwaru je analogická potřebě nového domu (růst rodiny, změny v práci, nové technologie, potřeba automatizace).

Čím se budeme zabývat, II

• Plánování: výběr týmu, definování požadavků, návrh řešení, revize.
• Postavení základů: stabilita domu, příprava terénu, základové desky.
• Analogie v softwaru: výběr správných technologií, databází a nástrojů pro projekt.

Čím se budeme zabývat, III

• Fáze výstavby: postupný proces od zdí po střechu, koordinace různých specialistů.
• Softwar: kódování různých částí aplikace, integrace a testování.
• Dokončení: estetické a funkční dokončování domu, malování, instalace zařízení.
• Softwar: ladění, testování, uživatelské testy a zpětná vazba.

Čím se budeme zabývat, IV

• Předání klíčů: proces předání domu novým majitelům, seznamy, dokumentace.
• Softwar: nasazení aplikace, školení uživatelů, dokumentace.
• Život po předání: pravidelná údržba, opravy, aktualizace, opravy chyb, rozšiřování funkcí, podpora.

Fáze výstavby domu/Softwarový vývojový cyklus

• Grafické znázornění fází výstavby domu a paralelního softwarového vývojového cyklu.

Organizace přednášky

• Vyučovací hodina trvá 50 minut výuky a 10 minut přestávky.
• Přednášky budou zaměřeny na praktické modelování, nikoliv na teorii.
• K dispozici budou ukázkové projekty.

Organizace cvičení

• Přednášející: Ing. Darina Bajusová
• 1. až 8. týden: práce na modelování softwaru pomocí UML.
• 9. týden (od 7. listopadu): práce na týmovém semestrálním projektu.
• Odevzdání projektu do konce 13. týdne semestru.

Stránka předmětu

• moodle.utb.cz
• Najít AP1AM
• Klíč k zápisu - podle cvičení.

Dostupné materiály

• moodle.utb.cz
• Možnost využívat Sparx Enterprise Architect i doma.
• Instalace a instrukce na moodlu.

Hodnocení

• Zkouška (písemný test): moodle.
• Zápočet: semestrální projekt v malém týmu.
• Informace o zápočtu na moodlu.
• Témata projektů na stag.utb.cz (sekce semestrální práce).

Co budeme dělat

• Co je to vývoj softwaru?
• Co je to analýza?
• Jak vzniká software?
• Platí to i pro platformy jako Facebook, Instagram, eshopy?
• Softwarové inženýrství – další téma.

Význam softwarového inženýrství

• Moderní ekonomika je závislá na softwaru.
• Poskytuje postupy pro celý proces vývoje softwaru.
• Zavádí systematický přístup k vývoji.
• Softwarové investice jsou často vyšší než investice do hardwaru.
• (Sommerville, 2015).

Co je to inženýrství?

• Návrh řešení problému s požadovanou kvalitou a rozumnými náklady.
• Věda je založena na experimentech, nikoliv na čistě teoretické cestě.
• Software (i když abstraktní) je typem zařízení.

Mýty

• Software je levnější než hardware.
• Software je jednoduše nahraditelný, vyměnitelný, aktualizovatelný.
• Software se dají matematicky ověřit na 100%.
• Opakované využívání (software reuse) zvyšuje spolehlivost.

Základní otázky

• Co je to software (zahrnuje zdrojový kód, vývojových dokumentů, příruček)?
• Atributy dobrého softwaru (funkcionalita, proveditelnost, spolehlivost , udržitelnost, použitelnost).
• Systémové inženýrství / Softwarové inženýrství jako disciplína. (Sommerville, 2015)
• Systémové inženýrství je disciplína, která se věnuje podnikovým systémům (návrh, realizace hardwaru i softwaru, stavební práce, procesní otázky).

Základní otázky (Pokračování)

• Jaké jsou nejlepší techniky a postupy?

Definice

• IEEE definice: Systematický, disciplinovaný, měřitelný přístup k tvorbě a údržbě softwaru.
• NATO definice: Klade důraz na ekonomické hledisko a spolehlivost softwaru na dostupném hardwaru.
• Sommerville (2015)

Historie disciplíny

• Softwarová krize v 60. letech: Rostoucí počet projektů, které nebyly dokončeny včas.
• První konference o softwarovém inženýrství v roce 1968.
• Rostoucí složitost a zdroje počítačů.
• (Naur, 1969)

Co je to softwarový produkt

• Generický: Vývojářské firmy, kancelářské aplikace, grafické programy.
• Zákaznícky: Vývoj na základě požadavků zákazníků, bankovní aplikace, elektronické obchody.
• Konfigurace může být nutná.
• Commercial off-the-shelf (COTS).

Co je to softwarový proces

• Množina činností, které vedou k vývoji/modernizaci softwaru.
• Základní činnosti v softwarových procesech v oblastech: koncepce, analýza, design, implementace, testování, používání, údržba.

Modely softwarového procesu

• Někdy také modely softwarového procesu.
• Ideální model: Sekvenční (analýza, návrh, sestavení, testování, používání).
• Realita: Iterativní (opakování fází).

Vodopádový model

• Dlouhá prodleva mezi zadáním a spuštěním systému.
• Důraz na dokumentaci.
• Další fáze začíná až po skončení předchozí.
• Opakování menších vodopádových cyklů.

Vodopádový model, II

• Problémy: Nemůžeme oddělit jednotlivé fáze pevně.
• Obtížné odhalit a opravit chyby.
• Vyhodnocení výhod: Formální analýza.
• Vztahy ke subsystému.
• (Royce, 1987)

Vodopádový model, schéma

• Grafická znázornění kroků vodopádového modelu.

Přírůstkový, inkrementální přístup

• Založena na verzování.
• Projekt je rozdělen na dílčí části (verze/sestavení).
• Postupné přidávání funkcí do verzí.
• Reagovat na změny zadání.

Spirálový model

• Opakované cykly (otočky spirály).
• Zahrnuje plánování, analýzu, vývoj a hodnocení.
• Vyřešit rizika a požadavky.

Metoda Tunel

• Rozdělení projektu mezi pracovníky dle částí.
• Každý pracovník provádí veškeré činnosti (analýza, návrh, programování a testování).

Poznámka

• Čím dříve je chyba nalezena, tím méně nákladná její oprava.
• Chyby jsou nejčastěji v oblasti požadavků (50%), návrhu (30%).

Dotazy?

• Otázky pro studenty.

Analýza a modelování významů Business procesů (BPMN)

• Základní pojem a význam Business Procesů.
• Význam Business procesů.
• Business Process Model Notation (BPMN) notace jako metoda pro grafické znázornění obchodních procesů a popis procesů s vývojovými diagramy.

Vývojový diagram

• Grafické znázornění procesu např. funkce či zařízení.
• Používá se k vyřešení problémů například se žárovkou (Příklad: „sviť žárovka ? Pokud ano děláj to, pokud ne děláj to")

Co je business proces?

• Definovány jsou souvisící, strukturované aktivity, které vedou ke konkrétnímu cíli či výsledku pro zákazníka.
• Důležité pro analýzu softwarových požadavků.
• Např. proces objednávání zboží v e-shopu.

Co je to proces?

• Základní prvek procesního řízení.
• Uspořádaná množina aktivit.
• Množina aktivit, jejichž cílem je dosáhnout cílů podniku.
• Má vstupní a výstupní atributy.
• Popis činnosti v organizaci (např. nákup, zapsání do kurzu, platba faktury).

Typy procesů

• Hlavní, řídící, podpůrné, vedlejší procesy.

Cíle procesu

• Musí být jasné, zda proces podporuje cíle organizace.
• Metriky - indikátory pro měření průběhu a úspěšnosti procesu.
• Načrtněte příklad metriky pro měření procesu.

Procesní řízení

• Sledování a zlepšování podnikových procesů.
• Sladění informačních technologií s řízením organizace.
• Techniky, metody a nástroje pro analýzu a kontrolu.

Procesní řízení, II

• Návrh procesu: sběr dosavadních procesů (např. BPMN).
• Modelování procesů: Modelování průběhu procesů a jejich atributů.
• Implementace procesů: Využití navrženého procesu v praxi.
• Monitorování procesů: Sledování a sběr dat pro reportování.

Procesní řízení, III

• Optimalizace procesu: využití vytvořených zpráv ke zlepšení činnosti organizace (jako rychlejší procesy , větší produktivita apod.)

Business procesy a modelování

• Popisuje fungování firmy a postupy pro řešení úkolů.
• Zachycení reality organizace.
• Optimalizace.
• Interní a externí procesy.
• UML modely, BPMN notoce.

Význam modelování procesů

• Určí činnosti a odpovědnosti zaměstnanců/oddělení.
• Zlepšení způsobu práce.
• Znají noví zaměstnanci organizační strukturu a fungování firmy.
• Možnosti analýzy firemních požadavků.

Business Process Model Notation

• Grafická notace pro znázornění obchodních procesů.
• Srovnatelné s vývojovými diagramy (UML).
• Služí pro zachycení toků aktivit a zpráv mezi účastníky.
• Může se využívat v servisně orientované architektuře.
• Nelze k definování funkcí v BPMN nebo pro datové modelování.

Základní prvky diagramu BPMN

• Znázornění aktivit, událostí, rozhodnutí, toků zpráv, asociací, datových objektů, poznámek v diagramech.

Diagram vyšší úrovně (Diagram BPMN)

• Používání subprocesů v diagramech.

Diagram atomický aktivit (Diagram BPMN)

• Detailní zobrazení kroků a aktivit v rámci procesu.

Přechod z procesu do procesu

• Grafický zobrazení kroků a aktivit při přechodu mezi procesy.

BPMN – Prvky

• Flow Objects (tok)
• Event (události)
• Activity (aktivity)
• Asociace (způsob spojení prvků mezi sebou).
• Artefakty (přidání dalších informací k lepšímu porozumění).
• Datové objekty (využití dat v rámci aktivit)

BPMN - Prvky (pokračování)

• Gateway (rozhodování, rozvětvení toku).
• Spojovací objekty (používá se k propojení objektů nebo s artefakty).
• Sekvenční tok (směr toku).
• Message Flow (tok zpráv)
• Association (asociace)
• Artifacts (artefakty)
• Data Object (datový objekt)

BPMN - Prvky (pokračování)

• Group (seskupení aktivit)
• Annotation (poznámky)
• Swimlanes (plavecké dráhy)

BPMN - Prvky (pokračování)

• Pool (obvod, který definuje účastníka procesů, např. zákazník).
• Lane (dráha) - organizace aktivit v rámci poolu, znázornění role či oddělení v rámci procesu.

Ukázka Pizza

Dotazy?

Vývojové metodiky

• Unified Process
• SCRUM
• Extrémní programování

Co jsou to vývojové metodiky?

• Metodiky představují doporučené postupy pro vývoj softwaru (Sommerville, 2015).
• Určují způsob práce, průběh vývoje a využívané nástroje.
• Založeny na modelu softwarového procesu.

Unified Process (UP)

• Jedna z klasických rigorózních metodik.
• Volný průmyslový standard (Arlow & Neustadt, 2005).
• Inkrementační, založený na iteracích (opakování fází).
• Založený na případech použití a požadavcích.

Typická složení iterace UP

• Sběr požadavků
• Analýza
• Návrh řešení
• Implementace (kódování)
• Testování

Fáze metodiky Unified Process

• Počátek (Inception)
• Rozpracování (Elaboration)
• Konstrukce (Construction)
• Přechod (Transition)

Rozložení základních činností ve fázích

• Základní činnosti mají různou míru důležitosti v různých fázích.

I. Fáze - Počátek

• Cíle: studie proveditelnosti, návrh klíčových požadavků, identifikace rizik.
• Milníky: rozsah a klíčové požadavky, architektury, souhlasí s parametry projektu.

I. Fáze - Počátek (Graficky)

• Grafické znázornění průběhu I. fáze.

II. Fáze - Rozpracování

• Cíle: vytvoření spustitelného výchozího zpracování architektury, definování kritérií kvality, zpracování případů využití.
• Milníky: aktualizace rizik, realistický plán, souhlas stakeholderů.

II. Fáze – Rozpracování (b)

• Milníky: aktualizace, realistický plán, ověření cílů, souhlas stakeholderů.

II. Fáze – Rozpracování (Graficky)

• Grafický zobrazení průběhu II. fáze.

III. Fáze – Konstrukce

• Cíle: dokončení případů použití, implementace a testování, ověření integrity architektury, vyhodnocení rizik.
• Milníky: připravenost produktu pro beta testování.

III. Fáze - Konstrukce (Graficky)

• Grafické znázornění průběhu III. fáze

IV. Fáze – Přechod

• Cíle: oprava chyb, příprava prostředí zákazníka, uživatelská dokumentace, podpora.
• Milníky: provedení testů, akceptace, nasazení.

IV. Fáze – Přechod (Graficky)

• Grafické znázornění průběhu IV. fáze

SCRUM a extrémní programování

• Zástupci agilních metod.
• Zaměřují se na rychlý vývoj a snížení nákladů.
• Založené na iteracích, přírůstkovém přístupu.

Agilní přístup - nevýhody

• Nutnost zapojení uživatelů a jejich souhlasu.
• Schopnost vývojářů akceptovat flexibilitu agilních metod.

XP (Extrémní programování)

• Dříve nejpoužívanější agilní metodika.
• Dodávání funkcí v krátkých cyklech (iterací).
• Automatické testování před vydáním verze.

xP – Extrémní programování - Graficky

• Grafické znázornění workflow.

Princip XP

• Plánování přírůstků.
• Jednoduchý design.
• Testování (včetně jednotkových testů).
• Refactoring.
• Párové programování.

Princip XP (b)

• Sdílení kódu mezi vývojáři.
• Průběžná integrace.
• Přítomnost zákazníka.

Jak si představit párové programování?

• Pracují ve dvojicích.

Dokumentace požadavků v XP

• Realizace jako scénáře, stručné záznamy.
• Nejčastěji v podobě karet.
• Podrobné k implementačním úkolům, odhady pracnosti.
• Zákazník následně volí, které požadavky budou v dalším sestavení.

Ukázka User Story a rozpadu na úkoly

• Popis stažení a tisku článku jako součásti uživatelské story.
• Zobrazuje rozpad stažení na menší, specifikovatelné úkoly (implementace základního workflow, katalógy, výběr a platby).

XP a testování

• Testy se provádějí před zahájením vývoje, ověřují, zda nové funkce neovlivňují hotové části.

SCRUM

• Komplexní agilní metodika, populární v současnosti.
• Využívá iterativní a přírůstkový způsob vývoje.
• Důraz na krátké cykly (sprinty).

Základní princip SCRUMu

• Produktový backlog
• Sprint backlog
• Sprinty (doba trvání 2-3 týdny, 24 hodin)
• Vývoj (implementace) spustitelných částí softwaru.

Pojmy ve SCRUMu

• Product Owner: Vlastník produktu, představuje zákazníka, stanovuje priority.
• Tým: vývojáři, samoorganizující, zodpovědní za realizaci.
• ScrumMaster: Facilitátor, pomáhá týmu plnit cíle (sprint), odstraňuje překážky.

Význam Backlog-u

• Přehled práce, priority, odhad pracností, definice hotovo.
• Vytváří se ze user stories.
• Během práce se mění a doplňuje.
• Co je to Sprint Backlog? Základní backlog pro plnění práce v rámci sprintů.

Přírůstek ve SCRUM-u

• Množina dokončených položek produktového Backlogu po ukončení sprintu.
• Stav položky (story): funkčnost, nasaditelnost.
• Plánování přírůstku a jeho smysl: vychází z Fibonacciho posloupnosti (F(n+1) = F(n) + F(n-1)), relativní odhad pracnosti a náročnosti.

Co je to Sprint?

• Základní iterace vývoje ve SCRUMu (2-3 týdny).
• Fáze každého sprintu: plánování, denní plánování, vývoj, hodnocení, retrospektiva.
• Nemění se cíl a tým v průběhu sprintu.

Fáze Plánování

• Odhaduje náročnost tasků (user stories).
• Určuje co se má v rámci sprintu provést.
• Otázky: Jaký přírůstek, práca?
• Vstup: Backlog, dokončení předchozího sprintu, cíl, tým.
• Výstup: Plán sprintu, Sprint Goal.

Fáze Plánování (b)

• Návrh a plánování prací pro realizaci sprintu.
• Scrum Master a Product Owner stanovují plán pro iterace.

Význam Daily Scrum

• Plán na 24 hodin.
• Zpravidla ráno.
• Kontrola minulých 24 hodin.
• Odhad práce na den.
• Identifikace překážek, zodpovědnost týmu, pozorování a minimalizace konzultací.

Sprint Review

• Hodnocení dokončeného přírůstku.
• Adaptace produktového backlogu.
• Diskuze o problémech a zjištěných chybách.
• Prezentace týmu.

Fáze Retrospectiva

• Kontrola a ohodnocení činnosti během sprintu.
• Identifikace pozitivních a negativních prvků, možností zlepšení.
• Plán na zlepšení pro budoucí sprinty.
• Nejde o produkt, ale proces.