Engenharia de Software

Transcrição

1 Engenharia de Software Prof. M.Sc. Sílvio Bacalá Júnior

2 Software 1. INSTRUÇÕES quando executadas produzem a função e o desempenho desejados 2. ESTRUTURAS DE DADOS possibilitam que os programas manipulem adequadamente a informação 3. DOCUMENTOS descrevem a operação e o uso dos programas 2

3 Características do Software 1. desenvolvido ou projetado por engenharia, não manufaturado no sentido clássico 2. não se desgasta mas se deteriora 3. a maioria é feita sob medida em vez de ser montada a partir de componentes existentes 3

4 Curva de falhas para o hardware índice de falhas mortalidade infantil desgaste tempo 4

5 Curva de falhas do software mudança índice de falhas curva real curva idealizada tempo 5

6 Aplicações do software BÁSICO coleção de programas escritos para dar apoio a outros programas DE TEMPO REAL software que monitora, analisa e controla eventos do mundo real COMERCIAL sistemas de operações comerciais e tomadas de decisões administrativas CIENTÍFICO E DE ENGENHARIA caracterizado por algoritmos de processamento de números 6

7 Aplicações do software EMBUTIDO usado para controlar produtos e sistemas para os mercados industriais e de consumo DE COMPUTADOR PESSOAL envolve processamento de textos, planilhas eletrônicas, diversões, etc. DE INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL faz uso de algoritmos não numéricos para resolver problemas que não sejam favoráveis à computação ou à análise direta 7

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9 Alguns problemas na construção de software Questões que caracterizaram as preocupações com o processo de desenvolvimento de software: por que o software demora tanto para ser concluído? por que os custos de produção têm sido tão elevados? por que não é possível detectar todos os erros antes que o software seja entregue ao cliente? por que é tão difícil medir o progresso durante o processo de desenvolvimento de software?

10 problema de comunicação entre cliente e fornecedor Insatisfação do cliente com o sistema "concluído ocorre devido aos projetos de desenvolvimento serem baseados em informações vagas sobre as necessidades e desejos do cliente;

11 Falta de teste Qualidade do software é quase sempre suspeita, problema resultante da pouca atenção que foi dada, historicamente, às técnicas de teste de software (até porque o conceito de qualidade de software é algo relativamente recente);

12 Programação sem controles a cultura de programação que ainda é difundida e facilmente aceita por estudantes e profissionais de Ciências da Computação;

13 Como reduzir ou resolver estes problemas? Não existe uma abordagem mágica que seja a melhor para a solução destes problemas Os métodos devem ser suportados por um conjunto de ferramentas que permita automatizar o desenrolar das etapas do projeto Definição clara de critérios de qualidade e produtividade de software Estes aspectos caracterizam a ENGENHARIA DE SOFTWARE

14 Definição Na literatura, pode-se encontrar diversas definições da Engenharia de Software: "O estabelecimento e uso de sólidos princípios de engenharia para que se possa obter economicamente um software que seja confiável e que funcione eficientemente em máquinas reais" [NAU 69]. Conjunto de métodos, técnicas e ferramentas necessárias à produção de software de qualidade para todas as etapas do ciclo de vida do produto. [Krakowiak, 85]

15 Evolução do software ( ) O hardware sofreu contínuas mudanças O software era uma arte "secundária" para a qual havia poucos métodos sistemáticos O hardware era de propósito geral O software era específico para cada aplicação Não havia documentação 15

16 Evolução do software ( ) Multiprogramação e sistemas multiusuários Técnicas interativas Sistemas de tempo real 1a. geração de SGBD s Produto de sofwtare - software houses Bibliotecas de Software Cresce nro. de sistemas baseado em computador Manutenção quase impossível... CRISE DE SOFTWARE 16

17 Evolução do software ( a partir 1975) Sistemas distribuídos Redes locais e globais Uso generalizado de microprocessadores - produtos inteligentes Hardware de baixo custo Impacto de consumo 17

18 Evolução do software (Quarta era do software de computador) Tecnologias orientadas o objetos Sistemas especialistas e software de inteligência artificial usados na prática Software de rede neural artificial Computação Paralela 18

19 Crise de software Refere-se a um conjunto de problemas encontrados no desenvolvimento de software: Estimativas de prazo e de custo imprecisas Não dedicamos tempo para coletar dados sobre o processo de desenvolvimento de software Sem nenhuma indicação sólida de produtividade, não podemos avaliar com precisão a eficácia de novas ferramentas, métodos ou padrões 19

20 Crise de software A produtividade das pessoas da área de software não tem acompanhado a demanda por seus serviços Os projetos de desenvolvimento de software normalmente são efetuados apenas com um vago indício das exigências do cliente 20

21 Crise de software A qualidade de software às vezes é menos que adequada Só recentemente começam a surgir conceitos quantitativos sólidos de garantia de qualidade de software O software existente é muito difícil de manter A tarefa de manutenção devora o orçamento destinado ao software A facilidade de manutenção não foi enfatizada como um critério importante 21

22 Crise de software estimativas de prazo e de custo produtividade das pessoas qualidade de software software difícil de manter 22

23 Causas dos problemas associados à crise de software PRÓPRIO CARÁTER DO SOFTWARE Elemento de sistema lógico e não físico. Sucesso medido pela qualidade de uma única entidade e não pela qualidade de muitas entidades manufaturadas O software não se desgasta, mas se deteriora 23

24 Causas dos problemas associados à crise de software FALHAS DAS PESSOAS RESPONSÁVEIS PELO DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE Gerentes com poucos fundamentos em software Os profissionais têm recebido pouco treinamento formal em novas técnicas para o desenvolvimento de software Resistência a mudanças. 24

25 Causas dos problemas associados à crise de software MITOS DO SOFTWARE Propagaram desinformação e confusão administrativos cliente profissional 25

26 Mitos do software (ADMINISTRATIVOS) Mito: Já temos um manual repleto de padrões e procedimentos para a construção de software. Isso não oferecerá ao meu pessoal tudo o que eles precisam saber? Realidade: Será que o manual é usado? Os profissionais sabem que ele existe? Ele reflete a prática moderna de desenvolvimento de software? Ele é completo? 26

27 Mitos do software (ADMINISTRATIVOS) Mito: Meu pessoal tem ferramentas de desenvolvimento de software de última geração; afinal lhes compramos os mais novos computadores. Realidade: É preciso muito mais do que os mais recentes computadores para se fazer um desenvolvimento de software de alta qualidade. 27

28 Mitos do software (ADMINISTRATIVOS) Mito: Se nós estamos atrasados nos prazos, podemos adicionar mais programadores e tirar o atraso. Realidade: O desenvolvimento de software não é um processo mecânico igual à manufatura. Acrescentar pessoas em um projeto torna-o ainda mais atrasado. Pessoas podem ser acrescentadas, mas somente de uma forma planejada. 28

29 Mitos do software (CLIENTE) Mito: Uma declaração geral dos objetivos é suficiente para se começar a escrever programas - podemos preencher os detalhes mais tarde. Realidade: Uma definição inicial ruim é a principal causa de fracassos dos esforços de desenvolvimento de software. É fundamental uma descrição formal e detalhada do domínio da informação, função, desempenho, interfaces, restrições de projeto e critérios de validação. 29

30 Mitos do software (CLIENTE) Mito: Os requisitos de projeto modificam-se continuamente, mas as mudanças podem ser facilmente acomodadas, porque o software é flexível. Realidade: Uma mudança, quando solicitada tardiamente num projeto, pode ser maior do que a ordem de magnitude mais dispendiosa da mesma mudança solicitada nas fases iniciais. 30

31 Magnitude das mudanças FASES DEFINIÇÃO DESENVOLVIMENTO MANUTENÇÃO CUSTO DE MANUTENÇÃO 1 x 1.5-6x x 31

32 Mitos do software (PROFISSIONAL) Mito: Assim que escrevermos o programa e o colocarmos em funcionamento nosso trabalho estará completo. Realidade: Os dados da indústria indicam que entre 50 e 70% de todo esforço gasto num programa serão despendidos depois que ele for entregue pela primeira vez ao cliente. 32

33 Mitos do software (PROFISSIONAL) Mito: Enquanto não tiver o programa "funcionando", eu não terei realmente nenhuma maneira de avaliar sua qualidade. Realidade: Um programa funcionando é somente uma parte de uma Configuração de Software que inclui todos os itens de informação produzidos durante a construção e manutenção do software. 33

34 Engenharia de Software Abrange três elementos fundamentais: Métodos, Ferramentas e Procedimentos MÉTODOS: proporcionam os detalhes de como fazer para construir o software 34

35 Engenharia de Software Planejamento e estimativa de projeto Análise de requisitos de software e de sistemas Projeto da estrutura de dados Algoritmo de processamento Codificação Teste Manutenção 35

36 Engenharia de Software FERRAMENTAS: dão suporte automatizado aos métodos. Existem atualmente ferramentas para sustentar cada um dos métodos Quando as ferramentas são integradas é estabelecido um sistema de suporte ao desenvolvimento de software chamado CASE - Computer Aided Software Engineering 36

37 Engenharia de Software PROCEDIMENTOS: constituem o elo de ligação entre os métodos e ferramentas Sequência em que os métodos serão aplicados Produtos que devem ser entregues Controles que ajudam assegurar a qualidade e coordenar as alterações Marcos de referência que possibilitam administrar o progresso do software. 37

38 CICLOS DE VIDA DE SOFTWARE Conjunto de etapas que envolve MÉTODOS, FERRAMENTAS e PROCEDIMENTOS. Alguns ciclos de vida mais conhecidos são: Ciclo de Vida Clássico, Prototipação, Modelo Espiral e Técnicas de 4a Geração 38

39 Escolha de um Ciclo de Vida de software Depende: da natureza do projeto e da aplicação dos métodos e ferramentas a serem usados dos controles e produtos que precisam ser entregues 39

40 Ciclo de Vida Clássico (Cascata) modelo mais antigo e o mais amplamente usado da engenharia de software modelado em função do ciclo da engenharia convencional requer uma abordagem sistemática, seqüencial ao desenvolvimento de software 40

41 Diretivas do modelo cascata Duas diretivas importantes que norteiam o desenvolvimento segundo o modelo cascata: todas as etapas definidas no modelo devem ser realizadas, isto porque, em projetos de grande complexidade, a realização formal destas vai determinar o sucesso ou não do desenvolvimento; a realização informal e implícita de algumas destas etapas poderia ser feita apenas no caso de projetos de pequeno porte; a ordenação das etapas na forma como foi apresentada deve ser rigorosamente respeitada;

42 Modelo em Cascata

43 Modelo em Cascata Engenharia de Sistemas Análise de Requisitos Projeto Codificação Testes Manutenção 43

44 Atividades do Ciclo de Vida Clássico ANÁLISE E ENGENHARIA DE SISTEMAS envolve a coleta de requisitos em nível do sistema, com uma pequena quantidade de projeto e análise de alto nível esta visão é essencial quando o software deve fazer interface com outros elementos (hardware, pessoas e banco de dados) 44

45 Atividades do Ciclo de Vida Clássico ANÁLISE DE REQUISITOS DE SOFTWARE o processo de coleta dos requisitos é intensificado e concentrado especificamente no software deve-se compreender o domínio da informação, a função, desempenho e interfaces exigidos os requisitos (para o sistema e para o software) são documentados e revistos com o cliente 45

46 Atividades do Ciclo de Vida Clássico PROJETO tradução dos requisitos do software para um conjunto de representações que podem ser avaliadas quanto à qualidade, antes que a codificação se inicie se concentra em 4 atributos do programa: Estrutura de Dados, Arquitetura de Software, Detalhes Procedimentais e Caracterização de Interfaces 46

47 Atividades do Ciclo de Vida Clássico CODIFICAÇÃO tradução das representações do projeto para uma linguagem artificial resultando em instruções executáveis pelo computador 47

48 Atividades do Ciclo de Vida Clássico TESTES Concentra-se: nos aspectos lógicos internos do software, garantindo que todas as instruções tenham sido testadas nos aspectos funcionais externos, para descobrir erros e garantir que a entrada definida produza resultados que concordem com os esperados. 48

49 Atividades do Ciclo de Vida Clássico MANUTENÇÃO provavelmente o software deverá sofrer mudanças depois que for entregue ao cliente causas das mudanças: erros, adaptação do software para acomodar mudanças em seu ambiente externo e exigência do cliente para acréscimos funcionais e de desempenho 49

50 Problemas com o Ciclo de Vida Clássico Projetos reais raramente seguem o fluxo sequencial que o modelo propõe No início é difícil estabelecer explicitamente todos os requisitos. No começo dos projetos sempre existe uma incerteza natural O cliente deve ter paciência. Uma versão executável do software só fica disponível numa etapa avançada do desenvolvimento 50

51 Ciclo de Vida Clássico Apesar da fragilidades, é melhor do que uma abordagem casual ao desenvolvimento de software 51

52 Prototipação busca contornar algumas das limitações existentes no modelo Cascata. A ideia é eliminar a política de "congelamento" dos requisitos antes do projeto do sistema ou da codificação. Interessante para alguns sistemas de grande porte os quais representam um certo grau de dificuldade para exprimir rigorosamente os requisitos; Através da construção de um protótipo do sistema, é possível demonstrar a viabilidade do sistema. É possível obter uma versão, mesmo simplificada do que será o sistema, com um pequeno investimento inicial.

53 Formas de protótipo Protótipo em papel ou modelo executável retrata a interface homem máquina, capacitando o cliente a compreender a forma de interação com o software

54 Formas de Protótipo Protótipo de trabalho Um protótipo funcional, que implementa um subconjunto dos requisitos indicados Não é um sistema completo, e deixa a desejar em alguns aspectos. Normalmente a interface com o usuário não é implementada no protótipo.

55 Formas de Protótipo Protótipo Evolutivo O protótipo usado para a definição do sistema acaba sendo usado como base do desenvolvimento, fazendo parte do código final. Protótipo Exploratório Serve apenas para a definição do que fazer, sendo abandonado em seguida.

56 Modelagem por Prototipação

57 Prototipação Possibilita que o desenvolvedor crie um modelo do software que deve ser construído. O modelo (protótipo) serve como um mecanismo para identificar os requisitos de software. Apropriado para quando o cliente definiu um conjunto de objetivos gerais para o software, mas não identificou requisitos de entrada, processamento e saída com detalhes. 57

58 Prototipação fim construção produto início obtenção dos requisitos projeto rápido refinamento protótipo avaliação protótipo construção protótipo 58

59 Atividades da Prototipação OBTENÇÃO DOS REQUISITOS: desenvolvedor e cliente definem os objetivos gerais do software, identificam quais requisitos são conhecidos e as áreas que necessitam de definições adicionais. PROJETO RÁPIDO: representação dos aspectos do software que são visíveis ao usuário (abordagens de entrada e formatos de saída) 59

60 Atividades da Prototipação CONSTRUÇÃO PROTÓTIPO: implementação do projeto rápido AVALIAÇÃO DO PROTÓTIPO: cliente e desenvolvedor avaliam o protótipo 60

61 Atividades da Prototipação REFINAMENTO DOS REQUISITOS: cliente e desenvolvedor refinam os requisitos do software a ser desenvolvido. Ocorre neste ponto um processo de iteração que pode conduzir a atividade 1 até que as necessidades do cliente sejam satisfeitas e o desenvolvedor compreenda o que precisa ser feito. CONSTRUÇÃO PRODUTO: identificados os requisitos, o protótipo deve ser descartado e a versão de produção deve ser construída considerando os critérios de qualidade. 61

62 Problemas com a Prototipação cliente não sabe que o software que ele vê não considerou, durante o desenvolvimento, a qualidade global e a manutenibilidade a longo prazo. Não aceita bem a ideia que a versão final do software vai ser construída e "força" a utilização do protótipo como produto final desenvolvedor frequentemente faz uma implementação comprometida (utilizando o que está disponível) com o objetivo de produzir rapidamente um protótipo. Depois de um tempo ele familiariza com essas escolhas, e esquece que elas não são apropriadas para o produto final. 62

63 Problemas com a Prototipação ainda que possam ocorrer problemas, a prototipação é um ciclo de vida eficiente. a chave é definir-se as regras do jogo logo no começo. o cliente e o desenvolvedor devem ambos concordar que o protótipo seja construído para servir como um mecanismo a fim de definir os requisitos. 63

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65 Relembrando a aula passada... 65

66 Crise de software estimativas de prazo e de custo produtividade das pessoas qualidade de software software difícil de manter 66

67 Causas dos problemas associados à crise de software MITOS DO SOFTWARE Propagaram desinformação e confusão administrativos cliente profissional 67

68 Modelo em Cascata Engenharia de Sistemas Análise de Requisitos Projeto Codificação Testes Manutenção 68

69 Prototipação fim construção produto início obtenção dos requisitos projeto rápido refinamento protótipo avaliação protótipo construção protótipo 69

70 Ciclo de Vida em Espiral engloba as melhores características do ciclo de vida Clássico e da Prototipação, adicionando um novo elemento: a Análise de Risco segue a abordagem de passos sistemáticos do Ciclo de Vida Clássico incorporando-os numa estrutura iterativa que reflete mais realisticamente o mundo real usa a Prototipação, em qualquer etapa da evolução do produto, como mecanismo de redução de riscos 70

71 Ciclo de Vida em Espiral planejamento análise dos riscos decisão de continuar ou não avaliação do cliente construção na direção de um sistema concluído 71

72 Atividades do Ciclo de Vida em Espiral PLANEJAMENTO: determinação dos objetivos, alternativas e restrições ANÁLISE DE RISCO: análise das alternativas e identificação / resolução dos riscos CONSTRUÇÃO: desenvolvimento do produto no nível seguinte AVALIAÇÃO DO CLIENTE: avaliação do produto e planejamento das novas fases 72

73 Comentários sobre o Ciclo de Vida em Espiral Abordagem mais realística para o desenvolvimento de software em grande escala. Capacita o desenvolvedor e o cliente a entender e reagir aos riscos em cada etapa evolutiva. Pode ser difícil convencer os clientes que uma abordagem "evolutiva" é controlável Exige considerável experiência na determinação de riscos e depende dessa experiência para ter sucesso 73

74 Comentários sobre o Ciclo de Vida em Espiral Modelo relativamente novo e somente agora tem sido usado. Demorará um pouco até que a eficácia desse modelo possa ser determinada com certeza absoluta. 74

75 Técnicas de 4a Geração Concentra-se na capacidade de se especificar o software a uma máquina em um nível que esteja próximo à linguagem natural. Engloba um conjunto de ferramentas de software que possibilitam que: o sistema seja especificado em uma linguagem de alto nível e o código fonte seja gerado automaticamente a partir dessas especificações 75

76 4a Geração Obtenção dos Requisitos Estratégia do Projeto Implementação usando 4GL Testes 76

77 Ferramentas do ambiente de desenvolvimento de software de 4ª Geração O ambiente de desenvolvimento de software que sustenta o ciclo de vida de 4a geração inclui as ferramentas: linguagens não procedimentais para consulta de banco de dados geração de relatórios manipulação de dados interação e definição de telas geração de códigos capacidade gráfica de alto nível capacidade de planilhas eletrônicas 77

78 Atividades das Técnicas de 4a Geração OBTENÇÃO DOS REQUISITOS: o cliente descreve os requisitos os quais são traduzidos para um protótipo operacional o cliente pode estar inseguro quanto aos requisitos o cliente pode ser incapaz de especificar as informações de um modo que uma ferramenta 4GL possa consumir as 4GLs atuais não são sofisticadas suficientemente para acomodar a verdadeira "linguagem natural" 78

79 Atividades das Técnicas de 4a Geração ESTRATÉGIA DE "PROJETO": para pequenas aplicações é possível mover-se do passo de Obtenção dos Requisitos para o passo de Implementação usando uma linguagem de quarta geração Para grandes projetos: é necessário desenvolver uma estratégia de projeto. De outro modo ocorrerão os mesmos problemas encontrados quando se usa abordagem convencional (baixa qualidade) 79

80 Atividades das Técnicas de 4a Geração IMPLEMENTAÇÃO USANDO 4GL: os resultados desejados são representados de modo que haja geração automática de código. Deve existir uma estrutura de dados com informações relevantes e que seja acessível pela 4GL TESTE: o desenvolvedor deve efetuar testes e desenvolver uma documentação significativa. O software desenvolvido deve ser construído de maneira que a manutenção possa ser efetuada prontamente. 80

81 Comentários sobre as Técnicas de 4a Geração PROPONENTES: redução dramática no tempo de desenvolvimento do software (aumento de produtividade) OPONENTES: as 4GL atuais não são mais fáceis de usar do que as linguagens de programação o código fonte produzido é ineficiente a manutenibilidade de sistemas usando técnicas 4G ainda é questionável 81

82 Mudança na natureza de desenvolvimento de software demanda global demanda por software aplicação de técnicas de 4 a Geração métodos convencionais

83 Combinação dos Métodos de Ciclo de Vida obtenção dos requisitos preliminares análise dos requisitos protomodelagem técnicas 4G modelo espiral projeto protomodelagem no. interação técnicas 4G codificação protomodelagem no. interação modelo espiral no. interação testes sistema completo 83 manutenção

84 Engenharia de Software uma visão genérica O processo de desenvolvimento de software contém 3 fases genéricas, independentes do modelo de engenharia de software escolhido: DEFINIÇÃO, DESENVOLVIMENTO e MANUTENÇÃO. 84

85 Engenharia de Software uma visão genérica FASE DE DEFINIÇÃO: o que será desenvolvido. Análise do Sistema: define o papel de cada elemento num sistema baseado em computador, atribuindo em última análise, o papel que o software desempenhará. Planejamento do Projeto de Software: assim que o escopo do software é estabelecido, os riscos são analisados, os recursos são alocados, os custos são estimados e, tarefas e programação de trabalho definidas. Análise de Requisitos: o escopo definido para o software proporciona uma direção, mas uma definição detalhada do domínio da informação e da função do software é necessária antes que o trabalho inicie. 85

86 Engenharia de Software uma visão genérica DESENVOLVIMENTO: como o software vai ser desenvolvido. Projeto de Software: traduz os requisitos do software num conjunto de representações (algumas gráficas, outras tabulares ou baseadas em linguagem) que descrevem a estrutura de dados, a arquitetura do software, os procedimentos algoritmicos e as características de interface. Codificação: as representações do projeto devem ser convertidas numa linguagem artificial (a linguagem pode ser uma linguagem de programação convencional ou uma linguagem não procedimental) que resulte em instruções que possam ser executadas pelo computador. Realização de Testes do Software: logo que o software é implementado numa forma executável por máquina, ele deve ser testado para que se possa descobrir defeitos de função, lógica e implementação. 86

87 Engenharia de Software uma visão genérica FASE DE MANUTENÇÃO: concentra-se nas mudanças que ocorrerão depois que o software for liberado para uso operacional Correção Adaptação Melhoramento Funcional 87

88 Engenharia de Software uma visão genérica Correção: mesmo com as melhores atividades de garantia de qualidade de software, é provável que o cliente descubra defeitos no software. A manutenção corretiva muda o software para corrigir defeitos. Adaptação: com o passar do tempo, o ambiente original (por exemplo a CPU, o sistema operacional e periféricos) para o qual o software foi desenvolvido provavelmente mudará. A manutenção adaptativa muda o software para acomodar mudanças em seu ambiente. 88

89 Engenharia de Software uma visão genérica Melhoramento Funcional: a medida que o software é usado, o cliente/usuário reconhecerá funções adicionais que oferecerão benefícios. A manutenção perfectiva estende o software para além de suas exigências funcionais originais. 89

90 Engenharia de Software uma visão genérica ATIVIDADES DE PROTEÇÃO Revisões: efetuadas para garantir que a qualidade seja mantida à medida que cada etapa é concluída. Documentação: desenvolvida e controlada para garantir que informações completas sobre o software estejam disponíveis para uso posterior. Controle das Mudanças: instituído de forma que as mudanças possam ser aprovadas e acompanhadas. 90

91 Conclusão ENGENHARIA DE SOFTWARE abordagem de desenvolvimento de software elaborada com disciplina e métodos bem definidos.... a construção por múltiplas pessoas de um software de múltiplas versões [Parnas 1987] 91