Wymagania niefunkcjonalne i Diagram Hierarchii Funkcji

Fakty o Oprogramowaniu

• Gospodarki wszystkich rozwiniętych krajów zależą od oprogramowania.
• Coraz więcej systemów wymaga niezawodnego oprogramowania.
• Obecnie wytwarzanie oprogramowania jest poważną gałęzią gospodarki narodowej w rozwiniętych krajach.
• W Polsce, według stanu na 2020 rok, sektor ICT wygenerował 8% PKB.

Inżynieria oprogramowania

• Inżynieria oprogramowania zajmuje się teorią, metodami i narzędziami związanymi z wytwarzaniem oprogramowania.
• Obejmuje wszystkie aspekty tworzenia oprogramowania, od początkowej fazy do pielęgnacji.

Koszty oprogramowania

• Koszty oprogramowania często stanowią dominujący składnik kosztów całego systemu.
• Koszt utrzymania i konserwacji oprogramowania jest wyższy niż koszt jego wytworzenia.
• Długoterminowa konserwacja oprogramowania może wielokrotnie przekroczyć koszt jego zakupu.

Geneza inżynierii oprogramowania

• Początki inżynierii oprogramowania sięgają połowy lat 60. XX wieku.
• Powstała jako odpowiedź na kryzys oprogramowania.
• Kryzys oprogramowania wiązał się z rosnąca złożonością systemów informatycznych i trudnościami w ich wytwarzaniu.
• Niepowtarzalność poszczególnych przedsięwzięć, nieprzejrzystość procesu tworzenia oprogramowania oraz pozorna łatwość poprawek stanowiły istotne wyzwania.
• Uważa się, że kryzys oprogramowania trwa do dziś.

Pojęcia podstawowe

• Oprogramowanie to programy komputerowe, cała dokumentacja i dane konfiguracyjne związane z nimi.
• Rodzaje produktów oprogramowania:
• Powszechne (generic products) – kierowane do wielu odbiorców.
• Dostosowane (customized products) – tworzone na zamówienie dla konkretnego odbiorcy.

Właściwości dobrego oprogramowania

• Zdolność do pielęgnacji – zdolność do dostosowania do potrzeb klientów.
• Niezawodność (dependability and security) – działanie zgodne z przeznaczeniem bez zakłóceń.
• Efektywność – efektywne wykorzystanie zasobów systemu.
• Użyteczność – łatwość i przyjemność w korzystaniu z oprogramowania.

Inżynieria oprogramowania – dziedzina wiedzy

• Obejmuje wszystkie aspekty tworzenia i pielęgnacji oprogramowania.
• Zajmuje się teorią, metodami i narzędziami związanymi z wytwarzaniem oprogramowania.
• Praca inżynierów oprogramowania charakteryzuje się systematycznością i uporządkowaniem.

Informatyka

• Obejmuje teorie informatyczne.
• Budowę systemów informatycznych (w tym programowanie).
• Budowę i działanie sprzętu komputerowego.
• Zastosowanie metod informatycznych w różnych dziedzinach działalności ludzkiej.

Informatyka ekonomiczna

• Zajmuje się systemami informatycznymi w organizacjach.
• Obejmuje obszary inżynierii oprogramowania, systemy typu ERP, SCM, CRM, WFM, Business Intelligence oraz biznes elektroniczny.

Inżynieria oprogramowania vs Informatyka

• Informatyka skupia się na teorii i podstawach działania komputerów.
• Inżynieria oprogramowania koncentruje się na praktycznych problemach związanych z tworzeniem oprogramowania.

Inżynieria systemów vs inżynieria oprogramowania

• Inżynieria systemów obejmuje wszystkie aspekty tworzenia systemów komputerowych, w tym sprzęt, oprogramowanie oraz procesy.
• Inżynierowie systemów uczestniczą w specyfikacji systemu i definiowaniu jego ogólnej architektury.

Proces tworzenia oprogramowania

• Niezależnie od metodyki, proces tworzenia oprogramowania obejmuje: specyfikację, tworzenie, zatwierdzenie i ewolucję oprogramowania.

Model procesu tworzenia oprogramowania

• Niektóre modele procesu tworzenia oprogramowania obejmują: model kaskadowy, tworzenie ewolucyjne i formalne przekształcenia oraz składanie systemu z komponentów.
• Modele te przedstawiają uproszczone reprezentacje procesu tworzenia oprogramowania.

Koszty inżynierii oprogramowania

• Koszty wytworzenia oprogramowania mogą być zbliżone do kosztów jego testowania.
• Ewolucja oprogramowania może przewyższyć koszty jego wytworzenia.
• Koszty zmian oprogramowania użytkwanego przez długi okres czasu, mogą wielokrotnie przekroczyć koszty jego wytworzenia.
• Koszty zależą od stosowanego modelu tworzenia oprogramowania.

CASE (Computer-Aided Software Engineering)

• Obejmuje różne programy wspomagające proces tworzenia oprogramowania.
• Wiele programów wspomagających (np. edytory kodów, generatory, programy CASE).

Wyzwania dla inżynierów oprogramowania

• Pielęgnacja i modyfikacje dużych, istniejących systemów informatycznych.
• Wspieranie pracy oprogramowania w zróżnicowanych systemach i typach komputerów.
• Dostarczenie gotowego oprogramowania w krótkim czasie bez utraty jakości.
• Dostosowanie oprogramowania do zmieniającej się otoczenia biznesowego i społecznego.
• Tworzenie rozwiązań, którym użytkownicy mogą zaufać.
• Skalowanie oprogramowania (od małych systemów lokanych do rozległych systemów w chmurze).

System

• System jest strukturą komponentów powiązanych ze sobą, które współpracują, aby osiągnąć określony cel.
• Przykłady prostych systemów – pióro, złożone – system kontroli lotu.
• Funkcjonowanie i zachowanie systemów jest nierozerwalnie związane z właściwościami ich komponentów.

Właściwości systemu

• Właściwości niefunkcjonalne, np. niezawodność, efektywność, bezpieczeństwo i zabezpieczenia.
• Właściwości funkcjonalne, np. wydajność i użyteczność systemu.
• Ważnym aspektem jest zależność komponentów od otoczenia i innych komponentów.

Niezawodność systemu

• Niezawodność jest złożonym pojęciem, które należy badać na poziomie całości systemu, a nie jego poszczególnych elementów.
• Komponenty systemowe są od siebie zależne, a awarie w jednym elemencie mogą mieć wpływ na działanie innych komponentów.

Czynniki wpływające na niezawodność systemu

• Niezawodność sprzętu— prawdopodobieństwo awarii komponentów sprzętowych i czas naprawy.
• Niezawodność oprogramowania— prawdopodobieństwo błędnych danych wyjściowych.
• Niezawodność operatora— prawdopodobieństwo błędu operatora systemu.

Efektywność, użyteczność, bezpieczeństwo i zabezpieczenia systemu

• Efektywność i użyteczność oceniane po uruchomieniu systemu.
• Bezpieczeństwo i zabezpieczenia to wymagania dotyczące zachowania systemu.

Modelowanie systemu

• Proces tworzenia, spisywania wymagań i projektowania systemów obejmuje konstruowanie modeli systemu.
• Przy użyciu diagramów blokowych, przedstawia się najważniejsze podsystemy i połączenia między nimi.

Proces tworzenia oprogramowania

• Obejmuje kolejne, zazwyczaj powiązane, etapy.
• Przykładowe etapy: specyfikacja, projektowanie, implementacja, integracja oraz konserwacja.

Kontekst systemu

• Stanowi opis otoczenia, z którym system będzie współpracował.
• Opisuje wszystkie systemy, z którymi dany system ma kontaktu.

Komponenty funkcjonalne systemu

• Detektorowe – zbierają informacje ze środowiska.
• Efektorowe – powodują zmiany w środowisku.
• Obliczeniowe – pobierają dane, wykonują obliczenia i tworzą wyniki.
• Komunikacyjne - komunikują się z innymi komponenty.
• Koordynujące – synchronizują działanie innych komponentów.
• Interfejsu – przetwarzają dane w odpowiednim formacie.

Komponenty funkcjonalne systemu - kontynuacja

• Są to elementy, które definiują w jaki sposób system obsługuje dane wejściowe, wykonuje procesy i generuje dane wyjściowe.

Proces inżynierii systemów

• Obejmuje etapy: definicję wymagań, projektowanie, tworzenie podsystemów, integrację, instalację, ewolucję i likwidację systemu.

Modele cyklu życia oprogramowania

• Upraszczają sposób prezentacji procesu tworzenia oprogramowania poprzez określanie faz i ich kolejności.
• Przykłady ogólnych modeli (paradygmatów) tworzenia oprogramowania – model kaskadowy, model cyklu życia iteracyjnego, model formalnych przekształceń, model składania z komponentów.

Koszty inżynierii oprogramowania

• Koszty w procesie tworzenia oprogramowania to nie tylko koszty bezpośrednio związane z tworzeniem, lecz także koszty testowania, konserwacji, adaptacji i dostosowania do nowych wymagań.
• Koszty są związane z wytworzeniem, testowaniem, ewolucją oprogramowania.
• Zależą od stosowanego modelu i zmienności otoczenia.

Wzorce architektury

• Wzorce architektoniczne udostępnione dla wielokrotnego wykorzystania, dające strukturę i zasady tworzenia oprogramowania.
• Niektóre wzorce takie jak klient-serwer, peer-to-peer czy SOA oferują zbiór rozwiązań dla konkretnej dziedziny.

Model repozytorium

• W tym modelu dane wykorzystywane przez wiele podsystemów znajdują się w centralnym repozytorium.

Modele sterowania

• Centralizowane – jeden podsystem zarządza uruchamianiem i zatrzymywaniem pozostałych podsystemów.
• Zdarzeniowe – systemy komunikują się za pośrednictwem zdarzeń.

Rozkład na moduły

• Rozkład systemu na moduły to podział podsystemów na mniejsze, niezależne elementy (moduły).
• Zapewnia lepsza czytelność, łatwość utrzymania i modyfikacji.
• Istnieją dwa główne modele podziału na moduły - przepływ danych i model obiektowy.

Modele przepływu danych

• Przedstawiają sposób przepływu danych między komponentami, procesami i składnicami.
• W miarę przepływu danych wykonywane są przekształcenia i działania.

Model obiektowy systemu fakturowania

• Przedstawia podział całego systemu fakturowania na oddzielne obiekty (klienci, faktury, płatności), odpowiadające na konkretne funkcje systemu.
• Znaczącym aspektem jest komunikacja pomiędzy tymi obiektami, określającą przepływ danych i transakcji.

Architektura charakterystyczna

• Reprezentują cechy architektoniczne specyficzne dla określonego obszaru zastosowań oprogramowania (np. dziedziny).
• Modele ogólne oparcie dla rozwiązań w tej samej dziedzinie, modele odniesienia opisujące ideały rozwiązań.

Model kompilatora

• Przykładem ogólnego modelu architektonicznego.
• Zbiór modułów: analizator leksykalny, tabela symboli, analizator składniowy, drzewo składni, analizator znaczeniowy, generator kodu.

Modele odniesienia

• Reprezentują wyidealizowane architektury obejmujące wszystkie udogodnienia, które system mógłby oferować.
• Służą jako punkty odniesienia do oceny i porównania istniejących systemów z perspektywy idealnego wzorca.

Projektowanie architektoniczne

• Skupione na tworzeniu struktury wysokiego poziomu oprogramowania.
• Obejmuje podział systemu na moduły, określenie ich wzajemnych relacji oraz sposób sterowania między nimi.

Środowisko implementacyjne

• Języki programowania, system operacyjny, baza danych (relacyjna/nierekcyjna) to elementy środowiska programistycznego używane w procesie implementacji oprogramowania.

IDE (Zintegrowane środowisko programistyczne)

• Zintegrowany pakiet programów służący do obsługi różnych faz tworzenia oprogramowania.
• Obejmuje edytory tekstu, kompilatory, debbueger, edytory interfejsu użytkownika, narzędzia do tworzenia baz danych itp.

Narzędzia RAD (Rapid Application Development)

• Narzędzia wspierające zwalidowany sposób tworzenia oprogramowania, zazwyczaj z wykorzystaniem komponentów.
• Często wykorzystywane przy tworzeniu prototypu.
• Zapewniają wsparcie w różnych etapach tworzenia oprogramowania.

Testowanie

• Proces weryfikacji i walidacji oprogramowania
• Wykorzystuje się różne testy jednostkowe, komponentów, integracyjne i systemowe, akceptacyjne.

Testowanie- kontynuacja

• Część testów przeprowadza się przed, a część po implementacji
• Ważne jest uwzględnienie różnych przypadków użycia i specyfikacji wymagań.

Błędy w kodzie

• Rodzaje błędów w kodzie, z przykładami.

Klasyfikacja testów

• Statyczne (analiza kodu bez uruchamiania).
• Dynamiczne (wykonanie kodu).
• Strukturalne (bazujące na strukturze kodu).
• Funkcjonalne (bazujące na wymaganiach).
• Statystyczne (służą do określania niezawodności poprzez symulację dużej ilości operacji).
• Wydajnościowe (pozwala ocenić wydajność systemu dla większego obciążenia).

Testy wydajnościowe

• Testy obciążeniowe i przeciążeniowe.

Skalowalność

• Zdolność systemu do efektywnie przetwarzania informacji przy rosnącym obciążeniu.

Model V

• Model cyklu życia oprogramowania skupiający się na testoaniu.
• Przykłady powiązano poszczególne etapy testowania z fazami implementacji oprogramowania. -Testowanie akceptacyjne -Testowanie systemowe -Testowanie integracyjne -Testowanie komponentu -Testowanie jednostkowe

Specyfikacja testów

• Definicja warunków testowych.
• Opis przypadków testowych.
• Opis sposobów przeprowadzenia testów w formie kroków (Given, When, Then).

Automatyzacja testów

• Zautomatyzowane narzędzie do testowania kodu.

Testy regresyjne

• Testy mają na celu sprawdzenie czy system nadal działa prawidłowo po modyfikacji.

Test Driven Development (TDD)

• Technika programowania w oparciu o testy jednostkowe.

Dokumentacja

• Dokumentacja musi opisywać system i jego sposób funkcjonowania.
• Powinna być aktualizowana na bieżąco.

Dokumentacja techniczna

• Dokumentacja przeznaczona dla osób, które będą rozwijać lub modyfikować system.

Dokumentacja użytkownika

• Dokumentacja przeznaczona dla użytkowników, którzy będą korzystać z systemu.

Instalacja

• Obejmuje szkolenie, instalację sprzętu, instalację oprogramowania, zasilenie danymi, rozruch, nadzór pracy i przekazanie systemu klientowi.

DevOps

• Zbiór praktyk i narzędzi wspomagających współpracę pomiędzy zespołami programistów i administratorów.
• Wsparciem dla ciągłego ulepszania i rozwoju oprogramowania.

Inne pojęcia

• Terminy z zakresu testowania oprogramowania, takie jak błędy, powiązania, techniki oceny oraz aspekty związane z testowaniem COTS oraz narzędzi wspierających, tj. CASE.