Inżynieria systemów komputerowych
description
Transcript of Inżynieria systemów komputerowych
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 1
Inżynieria systemów komputerowych
• Inżynieria systemów to czynność specyfikowania, projektowania, implementowania, weryfikowania, wdrażania i pielęgnacji systemów postrzegana jako całość.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 2
Cele• Dowiedzieć się, dlaczego oprogramowanie w systemie
pozostaje pod wpływem ogólniejszych zagadnień inżynierii systemów.
• Być wprowadzonym w pojęcia pojawiających się właściwości systemu takich jak niezawodność, efektywność, bezpieczeństwo i zabezpieczenia.
• Rozumieć, dlaczego w czasie projektowania systemu należy zbadać jego środowisko.
• Rozumieć inżynierię systemów i proces zaopatrywania w system.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 3
Zawartość• Pojawiające się właściwości systemu • Systemy i ich środowiska• Modelowanie systemu• Proces inżynierii systemów • Zaopatrywanie w system
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 4
Co to jest system?• System jest celową kolekcją powiązanych ze sobą
komponentów, które współpracują, aby osiągnąć pewien cel. • Bardzo prosty system, na przykład pióro, jest zrobiony z
trzech lub czterech komponentów sprzętowych.• System kontroli lotów składa się z tysięcy komponentów
programowych i sprzętowych oraz użytkowników, którzy podejmują decyzje na podstawie informacji otrzymanej z systemu.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 5
Problemy instrukcji systemów• Duże systemy są z reguły przeznaczone do
rozwiązywania skomplikowanych zadań.• Inżynieria systemowa wymaga dużego wysiłku
koordynacyjnego:• wzajemne związki pomiędzy komponentami,
• wymóg zrozumienia innych dziedzin inżynierii.
• Systemy muszą być trwałe.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 6
Oprogramowanie, a inżynieria systemowa
• Wzrasta rola oprogramowania np. w powszechnie stosowanych urządzeniach elektronicznych.
• Ogólnie rzec biorąc problemy inżynierii systemów są podobne do problemów inżynierii oprogramowania.
• Przez nieporozumienie problem oprogramowania jest spostrzegany jako problem inżynierii systemowej.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 7
Właściwości systemów• Systemy charakteryzują się tym, że właściwości i
zachowania ich komponentów są nierozerwalnie ze sobą splecione.
• Poprawne działanie każdego z komponentów systemu zależy od funkcjonowania kilku innych komponentów.
• Złożone zależności między komponentami systemu oznaczają, że system jest czymś więcej niż tylko sumą swoich części. Te pojawiające się właściwości (Checkland, 1981) nie mogą być przypisane żadnej części systemu.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 8
Przykłady • Całkowity ciężar systemu
• jest przykładem pojawiającej się właściwości, którą można wyznaczyć z właściwości poszczególnych komponentów .
• Niezawodność systemu • zależy od niezawodności komponentów systemu i związków
między nimi.
• Użyteczność systemu • jest bardzo złożoną właściwością, która nie zależy jedynie od
oprogramowania i sprzętu, ale także od operatorów systemu i środowiska, w którym się go używa .
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 9
Typy pojawiających się właściwości systemu
• Właściwości niefunkcjonalne, • takie jak niezawodność, efektywność, bezpieczeństwo i
zabezpieczenia. Są związane z zachowaniem systemu w jego środowisku pracy. Często są zasadnicze dla systemów komputerowych, ponieważ niepowodzenie w osiągnięciu pewnego zdefiniowanego minimalnego ich poziomu może sprawić, że system będzie bezużyteczny.
• Właściwości funkcjonalne,• które są widoczne, gdy wszystkie części systemu współpracują,
aby osiągnąć pewien cel. Rower ma na przykład cechę funkcjonalną bycia środkiem transportu, gdy scali się go z jego części.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 10
• Niezawodność jest złożonym pojęciem, które zawsze należy badać na poziomie systemu, a nie jego poszczególnych komponentów.
• Komponenty w systemie są od siebie zależne, a zatem awarie w jednym z nich mogą przenosić się na cały system i mieć wpływ na operacje innych systemów.
• Często projektanci systemu nie są w stanie przewidzieć, jak konsekwencje awarii przenoszą się na cały system
• Nie mogą zatem podać wiarygodnych oszacowań niezawodności systemu.
Niezawodność systemu
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 11
• Niezawodność sprzętu • Jakie jest prawdopodobieństwo awarii komponentu sprzętowego i
jak długi jest czas jego naprawy?
• Niezawodność oprogramowania • Jakie jest prawdopodobieństwo wytworzenia przez komponent
programowy błędnych danych wyjściowych? Awarie oprogramowania istotnie różnią się od awarii sprzętu, ponieważ oprogramowanie nie zużywa się.
• Niezawodność operatora• Jakie jest prawdopodobieństwo błędu operatora systemu?
Czynniki wpływające na niezawodność całego systemu
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 12
Zależność czynników niezawodności• Awarie sprzętu mogą spowodować wysłanie fałszywych
sygnałów, które są poza zakresem danych wejściowych spodziewanych przez oprogramowanie. W takim wypadku oprogramowanie może zachować się w sposób nieprzewidywalny.
• Błąd operatora jest najbardziej prawdopodobny w sytuacjach stresowych. Dochodzi do tego najczęściej wówczas, gdy system ulega awarii. Błędy operatora mogą mogą mieć wpływ na działanie sprzętu, co prowadzi do dalszych błędów i tak dalej, i tak dalej.
• Awaria jednego podsystemu, którą można by łatwo naprawić, przeradza się w poważny problem wymagający całkowitego wyłączenia systemu.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 13
Efektywność i użyteczność, bezpieczeństwo i zabezpieczenia
• Efektywność i użyteczność są trudne do oceny, można je jednak zmierzyć po uruchomieniu systemu.
• Bezpieczeństwo i zabezpieczenia: mamy tutaj do czynienia nie z atrybutem ogólnego zachowania systemu, ale z zachowania systemu, które nie powinno mieć miejsca. Np. system zabezpieczony to taki, który nie dopuszcza nieuprawnionego dostępu do swoich danych.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 14
Systemy i ich środowiska• Systemy nie są niezależnymi bytami, ale istnieją w
pewnym środowisku.• Środowisko to ma wpływ na funkcjonowanie i
efektywność systemu.• Czasem środowisko można uważać za system sam
w sobie. • W ogólniejszym wypadku składa się ono z pewnej
liczby oddziałujących na siebie systemów.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 15
Hierarchia systemów
System System System zsypów
zabezpieczeń oświetlenia na śmieci
System System System wodno-
ogrzewania energetyczny kanalizacyjny
Miasto
Ulica
Budynek
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 16
Ludzkie i organizacyjne czynniki obecne w środowisku systemu
• Zmiany procesu• Czy system wymaga zmian w procesach pracy wykonywanej w
środowisku?
• Zmiany zawodu• Czy system zmniejsza umiejętności użytkowników i sprawia, że
muszą zmienić swój styl pracy?
• Zmiany organizacyjne• Czy system zmienia strukturę ośrodków władzy politycznej w
organizacji?
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 17
Modelowanie systemu• W trakcie czynności spisywania wymagań i
projektowania musi powstać model systemu jako zbioru komponentów i związków między nimi.
• Architektura systemu jest zwykle prezentowana jako diagram blokowy, obrazujący najważniejsze podsystemy i połączenia między nimi.
• Każdy podsystem jest rysowany w postaci prostokąta na diagramie blokowym.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 18
Prosty system antywłamaniowy
Syrena
Detektory drzwiowe
Centralka alarmu
Syntezator mowy
Zewnętrzne centrum monitoringu
Detektory ruchu
Automat dzwoniący
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 19
Komponenty funkcjonalne systemu
• Komponenty detektorowe zbierają informacje.• Komponenty efektorowe (uruchamiające) powodują zmiany
w środowisku systemu.• Komponenty obliczeniowe wytwarzają wyniki.• Komponenty komunikacyjne łącza różne komponenty.• Komponenty koordynujące koordynują operacje innych
komponentów.• Komponenty interfejsu przetwarzają reprezentacje danych.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 20
Przykłady komponentów funkcjonalnych systemu
• Komponenty detektorowe• Zbierają informacje ze środowiska systemu. Przykładami takich
komponentów są radary w systemie kontroli lotów, detektory papieru w drukarkach laserowych i termopara w piecu.
• Komponenty efektorowe (uruchamiające)• Powodują zmiany w środowisku systemu. Przykładami takich
komponentów są zawory, które otwierają się i zamykają, aby zwiększyć lub zmniejszyć przepływ cieczy w rurze, stateczniki samolotu, które wyznaczają kierunek lotu, i mechanizm wciągania papieru do drukarki, który przesuwa papier za detektor papieru.
• Komponenty obliczeniowe• Pobierają dane wejściowe, wykonują na nich pewne obliczenia i wytwarzają
wyniki. Przykładem takiego komponentu jest procesor zmiennopozycyjny, który wykonuje obliczenia na liczbach rzeczywistych.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 21
C.d. przykładów komponentów funkcjonalnych systemu
• Komponenty komunikacyjne• Umożliwiają komunikację innym komponentom systemu. Przykładem
takiego komponentu jest sieć łącząca różne komputery wewnątrz budynku.
• Komponenty koordynujące • Koordynują operacje innych komponentów. Np. w układach czasu
rzeczywistego jest to komponent szeregujący zadania.
• Komponenty interfejsu• Przetwarzają dane w reprezentacji używanej przez jedne komponenty na
reprezentacje używane przez inne komponenty. Przykładem może być komponent interfejsu do komunikacji z człowiekiem, który pobiera pewien model systemu i wyświetla go operatorowi. Innym przykładem jest przetwornik analogowo-cyfrowy, który zamienia wejście analogowe na wyjście cyfrowe.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 22
Charakterystyka procesu inżynierii systemów
• Interdyscyplinarna zawiłość:• wiele różnych dziedzin inżynierii wchodzi w skład inżynierii
systemów.
• Ograniczona możliwość modyfikacji systemu w trakcie jego tworzenia:• zmiana raz podjętych decyzji dotyczących systemu często jest
bardzo kosztowna, ale wtedy można jeszcze – odpowiadając na nowe wymagania - wykorzystać elastyczność oprogramowania.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 23
Proces inżynierii systemów
Definicja wymagań
Projektowanie systemu
Tworzenie podsystemów
Integracja systemu
Instalacja systemu
Ewolucjasystemu
Likwidacja systemu
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 24
Interdyscyplinarna zawiłość inżynierii systemów
Inżynieria oprogramowania Inżynieria elektroniczna Inżynieria mechaniczna
Inżynieria strukturalna Inżynieria systemu kontroli lotów Projektowanie
interfejsu użytkownika
Inżynieria lądowa Inżynieria elektrycznaArchitektura
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 25
Rodzaje wymagań systemowych• Trzy rodzaje wymagań:
• abstrakcyjne wymagania funkcjonalne: podstawowe funkcje, które system ma wypełniać są definiowane na wysokim poziomie abstrakcji;
• właściwości systemu: są to niefunkcjonalne, pojawiające się właściwości systemu;
• cechy, których system ma nie mieć: czasem wyspecyfikowanie tego, czego systemowi nie wolno robić, jest tak samo ważne, jak określenie tego, co system powinien robić.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 26
Dwojaki sposób definiowania wymagań systemowych
• Ważną częścią fazy definicji wymagań jest ustalenie zbioru ogólnych celów, które system ma osiągnąć.
• (1) Funkcjonalność systemu• Dostarczyć antywłamaniowy i przeciwpożarowy system alarmowy
biurowca, który na zewnątrz i we wnętrzu wyemituje ostrzeżenie o pożarze lub włamaniu.
• (2) Cele organizacyjne• Zapewnić, aby normalna praca w biurowcu nie była poważnie
zakłócona przez pożary i włamania.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 27
Trudność z określaniem wymagań stawianych systemowi
• Problemy, w których rozwiązaniu mają pomóc budowane złożone systemy są zwykle „problemami złośliwymi” (Rittel i Webber, 1973). „Problem złośliwy” to taki skomplikowany problem, w którym jest tak wiele powiązanych ze sobą bytów, że nie istnieje jego ostateczna specyfikacja.
• Prawdziwy charakter problemu objawia się dopiero w miarę opracowywania rozwiązania.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 28
Proces projektowania systemu
• Podziel wymagania• Analizuje się i łączy w grupy powiązane ze sobą wymagania. Zwykle istnieje
kilka możliwych sposobów podziału.
• Zidentyfikuj podsystemy• Identyfikuje się różne podsystemy, które samodzielnie lub zespołowo spełniają
wymagania.
• Przypisz wymagania podsystemom• Przypisuje się wymagania do podsystemów. Teoretycznie powinno to być bardzo
proste, o ile do identyfikacji podsystemów użyto grupowania wymagań.
• Określ funkcjonalność podsystemów• Specyfikuje się poszczególne funkcje realizowane przez podsystemy.
• Zdefiniuj interfejsy podsystemów• Definiuje się interfejsy oferowane i wymagane przez poszczególne podsystemy.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 29
Diagram procesu projektowania systemu
Podziel wymagania
Zdefiniuj interfejsy podsystemów
Przypisz wymagania podsystemom
Zidentyfikuj podsystemy
Określ funkcjonalnośćpodsystemów
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 30
Trudności z określaniem wymagań stawianych systemowi
• Objęcie wymaganiami całego zakresu rozwiązań z rożnymi kombinacjami sprzętu, oprogramowania i pracy ludzkiej.
• Oczekiwanie, ze system będzie od razu funkcjonował bez zarzutu.
• Czynniki natury organizacyjnej i politycznej mają istotny wpływ na wybór rozwiązania.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 31
Tworzenie podsystemów
• W czasie tworzenia podsystemów implementuje się podsystemy zidentyfikowane w trakcie projektowania.
• Proces tworzenia rzadko będzie polegał na budowie wszystkich podsystemów od zera. Na ogół część podsystemów będzie jednak komercyjnymi systemami z półki (Commercial, Off-The-Shelf, COTS) zakupionymi w celu integracji z naszym systemem.
• Różne systemy są zwykle tworzone równolegle.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 32
• Z powodów technicznych i menedżerskich najlepiej jest jednak integrować przyrostowo, tzn. w jednym kroku jest integrowany jeden system.
• Zwykle nie da się ustalić harmonogramów budowania wszystkich podsystemów tak, aby kończyły się w tym samym czasie.
• Integracja przyrostowa zmniejsza koszty wykrywania błędów.
• Awarie podsystemów , które są konsekwencjami niewłaściwych założeń o innych podsystemach, są zwykle wykrywane w trakcie integracji systemu.
Integracja systemu
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 33
• Środowisko, w którym system ma być zainstalowany, jest inne niż to, które zakładali twórcy systemu.
• Potencjalni użytkownicy systemu mogą być wrogami jego wprowadzenia.
• Nowy system ma koegzystować z istniejącym systemem do czasu przekonania firmy, że nowy system pracuje poprawnie.
• Mogą wystąpić fizyczne problemy z instalacją.
Problemy instalacji
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 34
• Uruchomienie systemu może wymagać organizacji sesji szkoleniowych dla operatorów i zmiany normalnego toku pracy.
• Nie wykryte problemy mogą pojawić się w tej fazie, ponieważ specyfikacja systemu mogła zawierać błędy i opuszczenia.
• Współpraca nowego systemu z istniejącymi już systemami:• niekompatybilność,
• zwiększenie liczby błędów operatora, poprzez mylenie poleceń dostępnych w różnych interfejsach.
Działanie systemu
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 35
Ewolucja systemu• Czas życia wielkich złożonych systemów jest bardzo długi.
W trakcie swego działania systemy te musza ewoluować.• Ewolucja oprogramowania jest ze swej natury kosztowna:
• proponowane zmiany muszą być bardzo starannie rozważone z punktu widzenia przedsiębiorstwa i technologii,
• podsystemy nigdy nie są całkowicie niezależne,
• przyczyny pierwotnych decyzji projektowych zwykle nie są zapisywane,
• w miarę starzenia się systemu jego struktura staje się coraz bardziej skomplikowana przez zmiany.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 36
Likwidacja systemu• Likwidacja systemu oznacza wycofanie go po
okresie jego pożytecznego użytkowania.• Utylizacja substancji systemu.• W wypadku samego oprogramowania, w
odróżnieniu od całego systemu, nie ma mowy o żadnych fizycznych problemach z likwidacją.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 37
Zaopatrywanie w system
• Klientami kupującymi złożone systemy komputerowe są zwykle duże przedsiębiorstwa, np. instytucje wojskowe, rządowe i służby ratownicze.
• System może być kupiony jako całość, a także jako zestaw oddzielnych części, które potem się integruje, specyficznie projektuje i wytwarza.
• W wypadku wielkich systemów podjęcie decyzji, którą z tych opcji wybrać, może trwać miesiące, a nawet lata.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 38
Proces zaopatrywania w system
Zaadaptuj wymagania Wybierz system
Wyślij zapytanie ofertowe Wybierz ofertę
Negocjuj kontraktPodpisz kontraktna budowanie
Wybierz dostawcę
Ogłoś przetarg
Zbadaj rynek w poszukiwaniu istniejących
systemów
Systemy z półki są dostępne
Wymagany jest system na zamówienie
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 39
Problemy zaopatrywania
• Komponenty z półki zwykle nie spełniają wymagań idealnie, chyba że napisano te wymagania z myślą o tych właśnie komponentach.
• Gdy system będzie budowany na zamówienie, specyfikacja wymagań jest podstawą kontraktu na zamówienie w system.
• Po wybraniu wykonawcy systemu następuje okres negocjacji kontraktu, w trakcie którego uzgadnia się dalsze zmiany wymagań i omawia różne sprawy, np. koszt zmian.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 40
Wykonawcy i podwykonawcy
• Bardzo wiele firm może samodzielnie projektować, tworzyć i przetestować wszystkie komponenty wielkiego złożonego systemu.
• Wykonawca, którego zwykle nazywamy generalnym, może podpisać kontrakt na zbudowanie rozmaitych podsystemów z pewna liczbą podwykonawców.
• Takie konsorcjum powinno być zdolne do wykonania wszystkich prac związanych z tym typem systemu.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 41
Model wykonawca - podwykonawca
Klient potrzebujący systemu
Generalny wykonawca
Podwykonawca 1 Podwykonawca 2 Podwykonawca 3
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 42
Główne tezy• Inżynieria systemów jest złożonym i trudnym
procesem, który wymaga wkładu pracy specjalistów wielu dziedzin inżynierii.
• Pojawiające się właściwości systemu są charakterystykami systemu jako całości, a nie jego części składowych.
• Architektury systemów zwykle prezentuje się na diagramach blokowych, przedstawiających główne podsystemy i związki między nimi.
Ian Sommerville Inżynieria oprogramowania WNT 2003 Rozdz. 2 Slajd 43
Główne tezy c.d.
• Typami komponentów funkcjonalnych systemu są komponenty detektorowe, komponenty detektorowe, komponenty obliczeniowe, komponenty koordynujące, komponenty komunikacyjne i komponenty interfejsu.
• Proces inżynierii systemów obejmuje specyfikację, projektowanie, tworzenie, integrację i testowanie.
• Proces zaopatrywania w system obejmuje specyfikację systemu, ogłoszenie przetargu, wybór dostawcy i zawarcie kontraktu na dostawę systemu.