IDK0071 Tarkvaratehnika Loeng 1: Sissejuhatus tarkvaratehnikasse

IDK0071 Tarkvaratehnika
Loeng 1: Sissejuhatus tarkvaratehnikasse
Professor Kuldar Taveter

Loengu eesmärgid
• Aine struktuur ja organisatsioon
• Tarkvaratehnika mõiste ja olulisus
• Tarkvaratehnika ja süsteemitehnika
• Tarkvaratehnika eetilised ja professionaalsed
aspektid

Teemad loengus
• Ülevaade ainest
Õppejõud
Struktuur
Hindamine
• Sissejuhatus tarkvaratehnikasse
Miks tarkvaratehnika?
Mis on tarkvaratehnika?
• Tarkvaratehnika eetika

Inimesed
• Õppejõud
Professor Kuldar Taveter
Meil: kuldar.taveterADDttu.ee
Konsultatsiooniajad: E 14.00 – 15.00 ruumis ICT-647
(etteteatamisega)
• Lektorid:
Kaspar Loog, Browserbite
Alar Raabe, Swedbank
Erik Jõgi, codeborne
Priit Potter, Plumbr
Pirjo Vanem, LHV
Paul Leis, SEB
• Laborijuhendajad:
Tanel Tenso, Proekspert
Jekaterina Ivask, TTÜ
• Tudengid:
Kes olete teie?

Kes olen mina?
• Nimi: Kuldar Taveter
• Ametikoht: professor, tarkvaratehnika õppetooli juhataja
• Haridus:
Dip.Eng., TTÜ, 1988
M.Sc., TTÜ, 1995
Ph.D., TTÜ, 2004
• Töökogemus:
1985-1989: Küberneetika Instituut
1989-1993: Erasektor
1993-1998: TTÜ Informaatika Instituut
1997-2005: VTT Tietotekniikka, Soome
2005-2008: Melbourne Ülikool, Austraalia
2011: South Carolina Ülikool, USA
• Uurimisalad: nõuete esiletoomine ja analüüs,
agentorienteeritud modelleerimine, tarkvaraagendid,
agendipõhine simulatsioon, sotsiaalvõrgustikel
põhinevad infosüsteemid

Kuhu kuulub IDK0071 informaatika
õppekavas?
IDU3350
(S/j. IS)
IDU5360
(Kon. s/a.)
IDK0071
IDU0230
(AB II)
IDU0200
(Veebip.
rak.)
IDU0220
(AB I)
IDK0051
(OO Prog.
Javas)
IDU0075
(Sissej.
veebit.)

Kuhu kuulub IDK0071 äriinfotehnoloogia
õppekavas?
IDU3350
(S/j. IS)
IDU5360
(Kon. s/a.)
IDU0220
(AB I)
IDK0051
(OO Prog.
Javas)
IDK0071
IDU0075
(Sissej.
veebit.)
IDU0230
(AB II)
IDU0200
(Veebip.
rak.)
IDU0080
(Veebit.
ja Inter.)

Aine eesmärgid
• Arusaamine suurte tarkvarasüsteemide loomise
probleemidest ja keerukusest
• Arusaamine tarkvara arendusprotsessi etappidest
ja tegevustest
• Arusaamine hea projektihalduse eelistest tarkvara
arendusprotsessis
• Võime kriitiliselt analüüsida ja hinnata tarkvara
arendusprotsessis esilekerkivaid probleeme
• Võime valida ja rakendada sobivaid
disainitehnikaid

Aine eesmärgid (jätkub)
• Arusaamine tarkvara arendusprotsessi olulisusest
tarkvarasüsteemi kvaliteedi saavutamisel
• Teadlikkus vajalikest tehnikatest ja tööriistadest
• Võime rakendada oma teadmisi ja kogemusi
otustamisel
• Saada rühmatöö kogemusi
• Arendada oma suhtlemis- ja kirjutamisoskust

Aine muudes maailma ülikoolides
• The University of Melbourne: Software
Engineering Process and Practice
• Swinburne University of Technology: Software
Engineering
• University of South Carolina: Software Engineering
(project)

Aine struktuur
• Loengud esmaspäeviti kell 16.00 – 17.30
auditooriumis VI-229
• Laboritunnid kord nädalas, vastavalt
tunniplaanile
Laborirühmi üldjuhul vahetada ei saa!
• Hindamine:
Laboritunnid 60%
Kirjalik eksam 40%

Loengute teemad
Sissejuhatus tarkvaratehnikasse (2. Sept., Kuldar Taveter, TTÜ)
Infosüsteemi/tarkvarasüsteemi elutsükkel ja arendusprotsess (9.
Sept., Kaspar Loog, Browserbite)
Süsteemi nõuete esiletoomine ja analüüs (16. Sept., Priit
Potter, Plumbr)
Mudelid ja modelleerimine tarkvaraprotsessis (23. Sept., Kuldar
Taveter, TTÜ)
Süsteemi arhitektuur ja arhitektuuriline kavandamine (30. Sept., Alar
Raabe, Swedbank)
Süsteemi detailne (koodi) disain (7. Okt., Erik Jõgi, codeborne)
Arenduse infrastruktuur ja konfiguratsioonihaldus (14. Okt.)
Süsteemi testimine ja kvaliteet (21. Okt.)
Agiilne tarkvaratehnika: CMMI ja Scrum (28. Okt., Paul Leis, SEB)
Agiilne tarkvaratehnika: XP (4. Nov., Erik Jõgi, codeborne)
Agiilne tarkvaratehnika: kasutajaliides ja kasutusmugavus (11. Nov.,
Pirjo Vanem, LHV)
Agiilne tarkvaratehnika: Kanban (18. Nov., Paul Leis, SEB)
Süsteemi evolutsioon ja elukaar (25. Nov., Paul Leis, SEB)
Arendusprotsessi organisatsioon (2. Dets., Kaspar Loog, Browserbite)
Mudelipõhine tarkvaratehnika (9. Dets., Alar Raabe, Swedbank)
Turva-aspektid tarkvaratehnikas (16. Dets., Paul Leis, SEB)

Ülevaade teemadest laboritundides
(mitte veel siduv)
• Projekti nõuded, SVN
• Test Driven Design sissejuhatus. JUnit
• User Stories ja Test Driven Design
• Koodi loetavus e. "Clean Code”
• Kasutajaliidese testimine, Swingi testimine
• Retrospektiiv (Scrum)
• Koodi kattuvuse mõõtmine.
• Paarisprogrammeerimine
• Testimine teisikobjektidega
• Ant / Maven
• Miniprojektide vahekaitsmised ja lõpukaitsmine

Ressursid
• Õpikud:
Sommerville, I. (2011). Software engineering (9th
International Ed.). Boston, MA: Pearson.
Pressman, R. S. (2005). Software engineering: A
practitioner's approach (6th Ed.). New York, NY:
McGraw Hill
• Aine koduleht:
http://maurus.ttu.ee/sts/?page_id=1577
• NB! Mitte tavaline maurus!

Taust
• Tarkvara iseloom
• Kõrgenenud nõudmised:
suuremad süsteemid;
keerulisemad süsteemid;
kiiremini.

Mis on ühist kaitsesimulaatoritel, Skype-il,
energia ülekandesüsteemidel ja
liikluskaameratel?

Miks vajame tarkvaratehnikat?
• Asjalik mees või naine suudab ehitada
tööriistakuuri oma maja või suvila juurde. Kas
seesama inimene saab hakkama ka 30-
korruselise kontorihoone püstipanekuga?
• Insener suudab valmis programmeerida lihtsa
kontrolleri. Kas seesama insener saab
hakkama ka lennuliikluse kontrollsüsteemi
programmeerimisega?

Milleks tarkvaratehnika?
• Tarkvaratööstuse kriis 1965-1985:
failure
31%
success
16%
Source: The Standish Group International, Inc. (CHAOS research)
over budget
53%

Dünaamika CHAOS raporti järgi
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2009
Successful 16% 27% 26% 28% 34% 29% 35% 32%
Over
budget
53% 33% 46% 49% 51% 53% 46% 44%
Failed 31% 40% 28% 23% 15% 18% 19% 24%

Ariane Crash (1996)
Reference: http://www.around.com/ariane.html
(Story by James Gleick)
It took the European Space Agency 10 years and $7 billion to
produce Ariane 5, a giant rocket capable of hurling a pair of
three-ton satellites into orbit with each launch and intended to
give Europe overwhelming supremacy in the commercial
space business.
All it took to explode that rocket less than a minute into its
maiden voyage last June, scattering fiery rubble across the
mangrove swamps of French Guiana, was a small computer
program trying to stuff a 64-bit number into a 16-bit space.
One bug, one crash. Of all the careless lines of code recorded
in the annals of computer science, this one may stand as the
most devastatingly efficient. From interviews with rocketry
experts and an analysis prepared for the space agency, a
clear path from an arithmetic error to total destruction
emerges.

Ariane Crash (1996): vigane kood
L_M_BV_32 := TBD.T_ENTIER_32S ((1.0/C_M_LSB_BV) *
G_M_INFO_DERIVE(T_ALG.E_BV));
if L_M_BV_32 > 32767 then
P_M_DERIVE(T_ALG.E_BV) := 16#7FFF#;
elsif L_M_BV_32 < -32768 then
P_M_DERIVE(T_ALG.E_BV) := 16#8000#;
else
P_M_DERIVE(T_ALG.E_BV) :=
UC_16S_EN_16NS(TDB.T_ENTIER_16S(L_M_BV_32));
end if;
P_M_DERIVE(T_ALG.E_BH) := UC_16S_EN_16NS
(TDB.T_ENTIER_16S ((1.0/C_M_LSB_BH) *
G_M_INFO_DERIVE(T_ALG.E_BH)));

THERAC-25 (1)
• Therac 25 was engineered by Atomic Energy Canada
Limited (AECL) in conjunction with a French company
CGR. It was an advancement in the fight against
cancer. The million dollar, dual-mode linear accelerator
was first developed in 1976 and the commercial version
was available in 1982
• The machine had two settings, a low energy, 200-rad
mode, and a x-ray mode of 25 million electron volt
capacity. The low setting could be directly aimed at the
patient whereas the high-energy mode had to aim at the
patient through a thick tungsten shield. It was controlled
through a terminal

THERAC-25 (2)
• In Texas, the technician entered mode "x" instead of the
proper mode "e". Upon realization of the error the
technician scrolled up to "Edit", corrected the mistake,
hit "e" and then hit "Enter". The total time that it took for
the sequence of events to occur was less then eight
seconds
• Meanwhile, the patient was bombarded with 25 000-
rads with 25 million electron volts, 125x the normal
dose. The man died four months later

The Mars Climate Orbiter (MCO) Satellite
• The MCO was launched in December 1998
• The MCO was lost after it entered the Martian
atmosphere in September 1999

The Mars Climate Orbiter (MCO) Satellite
• The root cause was the use of an incorrect unit of
measure when calculating the trajectory of landing
• While the software on board the MCO used metric
units, a ground software file contained English
units of pound-seconds

Tarkvaratehnika ajalugu
• Terminit „tarkvaratehnika“ (software engineering)
kasutati esimest korda NATO Software
Engineering Conference 1968 raames Garmish-
Partenkirchenis, Saksamaal
• See oli mõeldud ühe ideena, kuidas tulla toime
tarkvaratööstuse kriisiga

Tarkvaratehnika “point”
• Tarkvaratehnika = tarkvara inseneeria
• Tarkvaratehnika on suunatud professionaalsele
tarkvaraarendusele
• Tarkvaratehnika ei tegele tarkvaraarenduse
endaga vaid sellega, kuidas organiseerida
tarkvaraarendust

Mis on tarkvara(toode)
• Arvutiprogrammid + nende dokumentatsioon

Kvaliteetse tarkvara atribuudid
• Evib nõutud funktsionaalsust
• Hooldatav
Tarkvara peab arenema, et vastata muutuvatele
vajadustele
• Usaldusväärne
• Efektiivne
• Vastuvõetav
Tarkvara peab olema töökindel
Tarkvara ei tohi raisata süsteemi ressursse
Tarkvara peab olema aktsepteeritud kasutajate poolt,
kelle jaoks ta on loodud. See tähendab, et tarkvara
peab olema arusaadav, kasutatav ja ühilduv teiste
süsteemidega

Mis on tarkvaratehnika?
• Suuremastaabiline programmeerimine vrdl. väikesemastaabiline
programmeerimine
• “Engineers Australia” definitsioon: Tarkvaratehnika on tiimide poolt
rakendatav distsipliin tootmaks kõrgekvaliteedilist,
suuremastaabilist ja hinnaefektiivset tarkvara mis rahuldab
kasutajate nõudmisi ja mida saab hooldada teatud ajaperioodi
vältel
• IEEE definitsioon: Tarkvaratehnika on süstemaatilise,
distsiplineeritud ja mõõdetava lähehemisviisi rakendamine
tarkvara arendamisele, käitamisele ja hooldamisele, see
tähendab, inseneriteaduste rakendamine tarkvarale.
• Tarkvaraarendus on nõrgem termin, kus tingimata ei kasutata
protsesse, tööriistu, standardeid, jne.
• Hallatakse ja kontrollitakse:
Kvaliteeti
Keerukust
Ressursse: eelarvet, aega, inimesi
Riske

Tarkvaratehnika huvigrupid
• Klient
• Arendaja
• Kasutaja

Tarkvaratehnika kontekst
• Tarkvaratehnika ei ole isoleeritud distsipliin vaid
osa laiemast süsteemitehnikast
• Tarkvarasüsteemid ei ole isoleeritud süsteemid
vaid sotsiaalsete süsteemide osad sotsiotehniline
süsteem

Mis on süsteem?
• Mis on süsteem?
Üksteisega ühendatud olemite või komponentide
hulk, mis moodustavad keerulise terviku või
täidavad koos keerulist funktsiooni
Süsteem võib sisaldada tarkvara, mehhaanilist,
elektrilist ja elektroonilist riistvara ja olla opereeritud
inimeste poolt
Süsteemi komponentide omadused ja käitumine
sõltuvad teistest süsteemi komponentidest

Süsteemide kategooriad
• Tehnilised süsteemid
Süsteemid, mis sisaldavad riist- ja tarkvara ning kus
kasutajaid ja kasutusprotsesse ei käsitleta süsteemi
osadena. Tehniline süsteem ei ole iseendast teadlik
• Sotsio-tehnilised süsteemid
Süsteemid, mis sisaldavad nii tehnilisi süsteeme kui
ka inimesi, kes kasutavad tehnilisi süsteeme ja
suhtlevad nendega ning kasutusprotsesse

Sotsio-tehniline süsteem
• Süsteem, mis koosneb riistvarast, tarkvarast ja
inimestest
• Sotsio-tehnilise süsteemi karakteristikud:
Esilekerkiv käitumine: süsteemi kui terviku
omadused sõltuvad süsteemi komponentidest ja
seostest nende vahel
Mittemääratud käitumine: süsteem ei anna alati
sama väljundit sama sisendi puhul, sest et süsteemi
käitumine sõltub inimoperaatoritest ning riistvara,
tarkvara ja andmete muudatustest

Sotsio-tehniliste süsteemide „kihiline
tort“

Mis on süsteemitehnika?
• Sotsio-tehniliste süsteemide spetsifitseerimise,
kavandamise, realiseerimise, valideerimise,
installeerimise ja hooldamise protsess
• Selles kursuses piirdume tarkvaratehnikaga,
süsteemitehnikat käsitlen näiteks oma
magistrikursuses “Agentorienteeritud
modelleerimine ja multiagentsüsteemid”

Millised on parimad tarkvaratehnika
meetodid?
• Erinevat tüüpi meetodid erinevat liiki süsteemidele

Tarkvararakenduste liigid
• Kohalikud (stand-alone) rakendused, nt. MS Office ja
fotode mainupuleerimise süsteemid
• Interaktiivsed transaktsioonipõhised rakendused, nt.
pangarakendused ja e-kaubanduse rakendused
• Mähisrakendused (embedded control systems), nt.
ABS-pidureid ja mikrolaineahju kontrollivad süsteemid
• Andmetöötlusrakendused (batch processing systems),
nt. arvete ja palgaarvestuse süsteemid
• Meelelahutusrakendused, nt. mängud
• Modelleerimis- ja simulatsioonirakendused
• Andmekogumisrakendused (data collection systems),
nt. keskkonna kohta andmeid koguvad süsteemid
• Süsteemide süsteemid (systems of systems)

Mis on protsess?
• Protsess on sammude jada, mis hõlmab
tegevusi, piiranguid ja ressursse mingit
liiki väljundi loomiseks
• Näiteid protsessidest?

Mis on tarkvara arendusprotsess e.
tarkvaraprotsess?
• Tarkvaraprotsess on sammude jada, mille
eesmärgiks on tarkvara arendamine ja
evolutsioon
• Üldistatud tegevused
tarkvaraprotsessides:
Spetsifitseerimine – mida süsteem peab tegema
ja mis on piirangud tema arendamisel?
Arendamine – tarkvarasüsteemi tootmine
Valideerimine – kas toodetud tarkvarasüsteem
on see, mida kasutaja soovis?
Evolutsioon – tarkvarasüsteemi muutmine
vastavalt kasutajate muutuvatele nõudmistele

Tarkvaraprotsessi mudel
• Tarkvaraprotsessi lihtsustatud esitus teatud
vaatepunktist
• Näited vaatepunktidest:
Protsessikeskne vaatepunkt: tegevuste jada
Andmekeskne vaatepunkt: andmevood
Rollikeskne vaatepunkt: kes mida teeb?
• Üldistatud tarkvaraprotsessi mudelite näited:
Kosk (waterfall)
Iteratiivne arendamine
Komponendipõhine arendamine
• NB! Erinevad tarkvaraprotsessid erinevat tüüpi
rakendustele!

Näide: kose mudel

Näide: iteratiivne arendamine

Tarkvara arenduskulud
• Koosnevad:
Arenduskulud
Evolutsiooni ja hoolduse kulud
• Kulud sõltuvad arendatava süsteemi tüübist ja
süsteemile esitatud nõudmistest nagu näiteks jõudlus
ja töökindlus
0
100 200 300 400
Arendamine
Evolutsioon

Tarkvara arenduskulude jaotus
• Sõltub arendatava süsteemi tüübist ja kasutatavast
tarkvaraprotsessi mudelist
• Pöidlareegel, mis näitab, kuidas arenduskulud sõltuvad
arendatava süsteemi tüübist:
Mittekriitilised süsteemid
40-20-40
Nõudmised
Kavandamine
Kodeerimine
Testimine
Kriitilised süsteemid
60-20-20

Tarkvara arenduskulude jaotus (jätkub)
• Tarkvara arenduskulude jaotuse sõltuvus kasutatavast
tarkvaraprotsessi mudelist:
Kose mudel
0
25 50 75 100
Nõudmiste
analüüs
Kavandamine
Iteratiivne arendamine
0
Arendamine
Integreerimine ja testimine
25 50 75 100
Spetsifitseerimine
Komponendipõhine tarkvaratehnika
0
Iteratiivne arendamine
Süsteemi testimine
25 50 75 100
Spetsifitseerimine
Arendamine
Integratsioon ja testimine

Tarkvarainseneri professionaalsus
• Tarkvaratehnika on laiem pelgalt tehniliste oskuste
rakendamisest
• Tarkvarainsenerid peavad käituma ausal ja
eetiliselt vastutustundlikul viisil, kui soovivad olla
respekteeritud professionaalidena
• Eetiline käitumine on rohkem kui pelgalt seaduste
järgimine

Professionaalse vastutuse aspektid
• Konfidentsiaalsus
Tarkvarainsener peab respekteerima oma
tööandja ja klientide konfidentsiaalsust,
sõltumata sellest, kas formaalne leping
konfidentsiaalsuse kohta on alla kirjutatud
• Kompetents
Tarkvarainsener ei tohi anda väära ettekujutust
oma kompetentsist. Ta ei tohi võtta teadlikult
vastu tööd, mis on väljaspool tema kompetentsi

Professionaalse vastutuse aspektid
(jätkub)
• Intellektuaalne omand
Tarkvarainsener peab olema teadlik kohalikest
seadustest ja määrustest, mis sätestavad
intellektuaalse omandi kasutamise näiteks patentide ja
kopeerimisõiguse näol. Ta peab olema ettevaatlik, et
tööandjate ja klientide intellektuaalne omand oleks
kaitstud
• Arvuti väärkasutus
Tarkvarainsener ei tohi kasutada oma tehnilisi oskusi
teiste inimeste arvutite väärkasutamiseks. Väärkasutus
katab vahemiku suhteliselt triviaalsest (näiteks
mängude mängimine tööandja arvutil) kuni äärmiselt
tõsiseni (viiruste levitamine ja teiste arvutite
ründamine)

ACM/IEEE eetikakood
• ACM ja IEEE liikmed allkirjastavad liitumisel vastava
organisatsiooni eetikakoodeksi
• Eetikakoodeks sisaldab kaheksat põhimõtet
professionaalsete tarkvarainseneride käitumise ja
otsustuste jaoks

Code of ethics - preamble
• Preamble
The short version of the code summarizes aspirations at a
high level of the abstraction; the clauses that are included in
the full version give examples and details of how these
aspirations change the way we act as software engineering
professionals. Without the aspirations, the details can
become legalistic and tedious; without the details, the
aspirations can become high sounding but empty; together,
the aspirations and the details form a cohesive code.
Software engineers shall commit themselves to making the
analysis, specification, design, development, testing and
maintenance of software a beneficial and respected
profession. In accordance with their commitment to the
health, safety and welfare of the public, software engineers
shall adhere to the following Eight Principles:

Code of ethics - principles
• PUBLIC
Software engineers shall act consistently with the
public interest.
• CLIENT AND EMPLOYER
• PRODUCT
Software engineers shall act in a manner that is in the
best interests of their client and employer consistent
with the public interest.
Software engineers shall ensure that their products
and related modifications meet the highest
professional standards possible.

Code of ethics - principles
• JUDGMENT
Software engineers shall maintain integrity and
independence in their professional judgment.
• MANAGEMENT
Software engineering managers and leaders shall
subscribe to and promote an ethical approach to the
management of software development and
maintenance.
• PROFESSION
Software engineers shall advance the integrity and
reputation of the profession consistent with the public
interest.

Code of ethics - principles
• COLLEAGUES
Software engineers shall be fair to and
supportive of their colleagues.
• SELF
Software engineers shall participate in lifelong
learning regarding the practice of their profession
and shall promote an ethical approach to the
practice of the profession.

Eetilised dilemmad
• Põhimõtteline mittenõustumine firma juhtkonna
poliitikaga?
• Sinu tööandja käitub ebaeetilisel viisil väljastades
ohutuskriitilise süsteemi ilma seda testimata?
• Osalemine massihävitusrelvade või tuumarelvade
valjatöötamisel?

Põhipunktid
• Tarkvaratehnika e. tarkvara inseneeria on
professionaalsele tarkvaraarendusele suunatud
distsipliin, mis tegeleb sellega, kuidas organiseerida
tarkvaraarendust
• Tarkvaratooted koosnevad valjatöötatud
programmidest ja nende dokumentatsioonist
• Tarkvaratoode on alati osa mingist laiemast sotsiotehnilisest
süsteemist
• Tarkvaraprotsess koosneb tegevustest, mis on
vajalikud tarkvaratoodete arendamiseks. Nende
tegevuste organiseerimisega tegelebki
tarkvaratehnika.
• Tarkvarainseneril on eetilised kohustused, mis ei piirdu
vaid tehniliste oskuste rakendamisega