THE IMPACT OF ARCHITECTURAL DESIGN ON SOFTWARE DEVELOPMENT

Tässä työssä tutkitaan ohjelmistoarkkitehtuurisuunnitteluominaisuuksien vaikutusta erään client-server –arkkitehtuuriin perustuvan mobiilipalvelusovelluksen suunnittelu- ja toteutusaikaan. Kyseinen tutkimus perustuu reaalielämän projektiin, jonka kvalitatiivinen analyysi paljasti arkkitehtuurikompponenttien välisten kytkentöjen merkittävästi vaikuttavan projektin työmäärään. Työn päätavoite oli kvantitatiivisesti tutkia yllä mainitun havainnon oikeellisuus. Tavoitteen saavuttamiseksi suunniteltiin ohjelmistoarkkitehtuurisuunnittelun mittaristo kuvaamaan kyseisen järjestelmän alijärjestelmien arkkitehtuuria ja luotiin kaksi suunniteltua mittaristoa käyttävää, työmäärää (komponentin suunnittelu-, toteutus- ja testausaikojen summa) arvioivaa mallia, joista toinen on lineaarinen ja toinen epälineaarinen. Näiden mallien kertoimet sovitettiin optimoimalla niiden arvot epälineaarista gloobaalioptimointimenetelmää, differentiaalievoluutioalgoritmia, käyttäen, niin että mallien antamat arvot vastasivat parhaiten mitattua työmäärää sekä kaikilla ominaisuuksilla eli attribuuteilla että vain osalla niistä (yksi jätettiin vuorotellen pois). Kun arkkitehtuurikompenttien väliset kytkennät jätettiin malleista pois, mitattujen ja arvoitujen työmäärien välinen ero (ilmaistuna virheenä) kasvoi eräässä tapauksessa 367 % entisestä tarkoittaen sitä, että näin muodostettu malli vastasi toteutusaikoja huonosti annetulla ainestolla. Tämä oli suurin havaitu virhe kaikkien poisjätettyjen ominaisuuksien kesken. Saadun tuloksen perusteella päätettiin, että kyseisen järjestelmän toteutusajat ovat vahvasti riippuvaisia kytkentöjen määrästä, ja näin ollen kytkentöjen määrä oli mitä todennäköisemmin kaikista tärkein työmäärään vaikuttava tekijä tutkitun järjestelmän arkkitehtuurisuunnittelussa.

Benchmarked Quality Measurement Process in a Software Validation Process

Jatkuva laadunmittaus osana ohjelmistoprosessia on yleistynyt ohjelmistoyritysten keskuudessa viime vuosien aikana. ISO 9001:2000 -laatustandardi vaatii yrityksiltä tuotteiden ja prosessien laadun mittaamista ja seuraamista. Laadun mittareiden valinta on haastava tehtävä. Yritykset luulevat usein mittaavansa laatua, vaikka ne todellisuudessa mittaavatkin ohjelmistojen eri ominaisuuksia kuten kokoa tai monimutkaisuutta. Tässä diplomityössä kehitetään ohjelmistojen validointiprosessiin vertailuun perustuva laadunmittausprosessi ohjelmistotuotteiden laadun arviointiin, mittaamiseen ja seurantaan. Laatumittarit valitaan ennalta määriteltyjen kriteereiden mukaisesti, ja niille asetetaan tavoitearvot vertailuanalyysistä saatujen tulosten perusteella. Laadunmittausprosessin lisäksi työssä annetaan suositus prosessin käyttöönotosta ja käytöstä osana yrityksen toimintaa, mikä mahdollistaa jatkuvan seurannan sekä kehityksen tulevaisuudessa.

Towards increased productivity and quality in software development using agile, lean and collaborative approaches

Dagens programvaruindustri står inför alltmer komplicerade utmaningar i en värld där programvara är nästan allstädes närvarande i våra dagliga liv. Konsumenten vill ha produkter som är pålitliga, innovativa och rika i funktionalitet, men samtidigt också förmånliga. Utmaningen för oss inom IT-industrin är att skapa mer komplexa, innovativa lösningar till en lägre kostnad. Detta är en av orsakerna till att processförbättring som forskningsområde inte har minskat i betydelse. IT-proffs ställer sig frågan: “Hur håller vi våra löften till våra kunder, samtidigt som vi minimerar vår risk och ökar vår kvalitet och produktivitet?” Inom processförbättringsområdet finns det olika tillvägagångssätt. Traditionella processförbättringsmetoder för programvara som CMMI och SPICE fokuserar på kvalitets- och riskaspekten hos förbättringsprocessen. Mer lättviktiga metoder som t.ex. lättrörliga metoder (agile methods) och Lean-metoder fokuserar på att hålla löften och förbättra produktiviteten genom att minimera slöseri inom utvecklingsprocessen. Forskningen som presenteras i denna avhandling utfördes med ett specifikt mål framför ögonen: att förbättra kostnadseffektiviteten i arbetsmetoderna utan att kompromissa med kvaliteten. Den utmaningen attackerades från tre olika vinklar. För det första förbättras arbetsmetoderna genom att man introducerar lättrörliga metoder. För det andra bibehålls kvaliteten genom att man använder mätmetoder på produktnivå. För det tredje förbättras kunskapsspridningen inom stora företag genom metoder som sätter samarbete i centrum. Rörelsen bakom lättrörliga arbetsmetoder växte fram under 90-talet som en reaktion på de orealistiska krav som den tidigare förhärskande vattenfallsmetoden ställde på IT-branschen. Programutveckling är en kreativ process och skiljer sig från annan industri i det att den största delen av det dagliga arbetet går ut på att skapa något nytt som inte har funnits tidigare. Varje programutvecklare måste vara expert på sitt område och använder en stor del av sin arbetsdag till att skapa lösningar på problem som hon aldrig tidigare har löst. Trots att detta har varit ett välkänt faktum redan i många decennier, styrs ändå många programvaruprojekt som om de vore produktionslinjer i fabriker. Ett av målen för rörelsen bakom lättrörliga metoder är att lyfta fram just denna diskrepans mellan programutvecklingens innersta natur och sättet på vilket programvaruprojekt styrs. Lättrörliga arbetsmetoder har visat sig fungera väl i de sammanhang de skapades för, dvs. små, samlokaliserade team som jobbar i nära samarbete med en engagerad kund. I andra sammanhang, och speciellt i stora, geografiskt utspridda företag, är det mera utmanande att införa lättrörliga metoder. Vi har nalkats utmaningen genom att införa lättrörliga metoder med hjälp av pilotprojekt. Detta har två klara fördelar. För det första kan man inkrementellt samla kunskap om metoderna och deras samverkan med sammanhanget i fråga. På så sätt kan man lättare utveckla och anpassa metoderna till de specifika krav som sammanhanget ställer. För det andra kan man lättare överbrygga motstånd mot förändring genom att introducera kulturella förändringar varsamt och genom att målgruppen får direkt förstahandskontakt med de nya metoderna. Relevanta mätmetoder för produkter kan hjälpa programvaruutvecklingsteam att förbättra sina arbetsmetoder. När det gäller team som jobbar med lättrörliga och Lean-metoder kan en bra uppsättning mätmetoder vara avgörande för beslutsfattandet när man prioriterar listan över uppgifter som ska göras. Vårt fokus har legat på att stöda lättrörliga och Lean-team med interna produktmätmetoder för beslutsstöd gällande så kallad omfaktorering, dvs. kontinuerlig kvalitetsförbättring av programmets kod och design. Det kan vara svårt att ta ett beslut att omfaktorera, speciellt för lättrörliga och Lean-team, eftersom de förväntas kunna rättfärdiga sina prioriteter i termer av affärsvärde. Vi föreslår ett sätt att mäta designkvaliteten hos system som har utvecklats med hjälp av det så kallade modelldrivna paradigmet. Vi konstruerar även ett sätt att integrera denna mätmetod i lättrörliga och Lean-arbetsmetoder. En viktig del av alla processförbättringsinitiativ är att sprida kunskap om den nya programvaruprocessen. Detta gäller oavsett hurdan process man försöker introducera – vare sig processen är plandriven eller lättrörlig. Vi föreslår att metoder som baserar sig på samarbete när processen skapas och vidareutvecklas är ett bra sätt att stöda kunskapsspridning på. Vi ger en översikt över författarverktyg för processer på marknaden med det förslaget i åtanke.

Measuring software security from the design of software

The vast majority of our contemporary society owns a mobile phone, which has resulted in a dramatic rise in the amount of networked computers in recent years. Security issues in the computers have followed the same trend and nearly everyone is now affected by such issues. How could the situation be improved? For software engineers, an obvious answer is to build computer software with security in mind. A problem with building software with security is how to define secure software or how to measure security. This thesis divides the problem into three research questions. First, how can we measure the security of software? Second, what types of tools are available for measuring security? And finally, what do these tools reveal about the security of software? Measuring tools of these kind are commonly called metrics. This thesis is focused on the perspective of software engineers in the software design phase. Focus on the design phase means that code level semantics or programming language specifics are not discussed in this work. Organizational policy, management issues or software development process are also out of the scope. The first two research problems were studied using a literature review while the third was studied using a case study research. The target of the case study was a Java based email server called Apache James, which had details from its changelog and security issues available and the source code was accessible. The research revealed that there is a consensus in the terminology on software security. Security verification activities are commonly divided into evaluation and assurance. The focus of this work was in assurance, which means to verify one’s own work. There are 34 metrics available for security measurements, of which five are evaluation metrics and 29 are assurance metrics. We found, however, that the general quality of these metrics was not good. Only three metrics in the design category passed the inspection criteria and could be used in the case study. The metrics claim to give quantitative information on the security of the software, but in practice they were limited to evaluating different versions of the same software. Apart from being relative, the metrics were unable to detect security issues or point out problems in the design. Furthermore, interpreting the metrics’ results was difficult. In conclusion, the general state of the software security metrics leaves a lot to be desired. The metrics studied had both theoretical and practical issues, and are not suitable for daily engineering workflows. The metrics studied provided a basis for further research, since they pointed out areas where the security metrics were necessary to improve whether verification of security from the design was desired.

Patterns and quality of object-oriented software systems

Lors de ces dix dernières années, le coût de la maintenance des systèmes orientés objets s'est accru jusqu' à compter pour plus de 70% du coût total des systèmes. Cette situation est due à plusieurs facteurs, parmi lesquels les plus importants sont: l'imprécision des spécifications des utilisateurs, l'environnement d'exécution changeant rapidement et la mauvaise qualité interne des systèmes. Parmi tous ces facteurs, le seul sur lequel nous ayons un réel contrôle est la qualité interne des systèmes. De nombreux modèles de qualité ont été proposés dans la littérature pour contribuer à contrôler la qualité. Cependant, la plupart de ces modèles utilisent des métriques de classes (nombre de méthodes d'une classe par exemple) ou des métriques de relations entre classes (couplage entre deux classes par exemple) pour mesurer les attributs internes des systèmes. Pourtant, la qualité des systèmes par objets ne dépend pas uniquement de la structure de leurs classes et que mesurent les métriques, mais aussi de la façon dont celles-ci sont organisées, c'est-à-dire de leur conception, qui se manifeste généralement à travers les patrons de conception et les anti-patrons. Dans cette thèse nous proposons la méthode DEQUALITE, qui permet de construire systématiquement des modèles de qualité prenant en compte non seulement les attributs internes des systèmes (grâce aux métriques), mais aussi leur conception (grâce aux patrons de conception et anti-patrons). Cette méthode utilise une approche par apprentissage basée sur les réseaux bayésiens et s'appuie sur les résultats d'une série d'expériences portant sur l'évaluation de l'impact des patrons de conception et des anti-patrons sur la qualité des systèmes. Ces expériences réalisées sur 9 grands systèmes libres orientés objet nous permettent de formuler les conclusions suivantes: • Contre l'intuition, les patrons de conception n'améliorent pas toujours la qualité des systèmes; les implantations très couplées de patrons de conception par exemple affectent la structure des classes et ont un impact négatif sur leur propension aux changements et aux fautes. • Les classes participantes dans des anti-atrons sont beaucoup plus susceptibles de changer et d'être impliquées dans des corrections de fautes que les autres classes d'un système. • Un pourcentage non négligeable de classes sont impliquées simultanément dans des patrons de conception et dans des anti-patrons. Les patrons de conception ont un effet positif en ce sens qu'ils atténuent les anti-patrons. Nous appliquons et validons notre méthode sur trois systèmes libres orientés objet afin de démontrer l'apport de la conception des systèmes dans l'évaluation de la qualité.

Evaluating Design Decay during Software Evolution

Les logiciels sont en constante évolution, nécessitant une maintenance et un développement continus. Ils subissent des changements tout au long de leur vie, que ce soit pendant l'ajout de nouvelles fonctionnalités ou la correction de bogues dans le code. Lorsque ces logiciels évoluent, leurs architectures ont tendance à se dégrader avec le temps et deviennent moins adaptables aux nouvelles spécifications des utilisateurs. Elles deviennent plus complexes et plus difficiles à maintenir. Dans certains cas, les développeurs préfèrent refaire la conception de ces architectures à partir du zéro plutôt que de prolonger la durée de leurs vies, ce qui engendre une augmentation importante des coûts de développement et de maintenance. Par conséquent, les développeurs doivent comprendre les facteurs qui conduisent à la dégradation des architectures, pour prendre des mesures proactives qui facilitent les futurs changements et ralentissent leur dégradation. La dégradation des architectures se produit lorsque des développeurs qui ne comprennent pas la conception originale du logiciel apportent des changements au logiciel. D'une part, faire des changements sans comprendre leurs impacts peut conduire à l'introduction de bogues et à la retraite prématurée du logiciel. D'autre part, les développeurs qui manquent de connaissances et–ou d'expérience dans la résolution d'un problème de conception peuvent introduire des défauts de conception. Ces défauts ont pour conséquence de rendre les logiciels plus difficiles à maintenir et évoluer. Par conséquent, les développeurs ont besoin de mécanismes pour comprendre l'impact d'un changement sur le reste du logiciel et d'outils pour détecter les défauts de conception afin de les corriger. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons trois principales contributions. La première contribution concerne l'évaluation de la dégradation des architectures logicielles. Cette évaluation consiste à utiliser une technique d’appariement de diagrammes, tels que les diagrammes de classes, pour identifier les changements structurels entre plusieurs versions d'une architecture logicielle. Cette étape nécessite l'identification des renommages de classes. Par conséquent, la première étape de notre approche consiste à identifier les renommages de classes durant l'évolution de l'architecture logicielle. Ensuite, la deuxième étape consiste à faire l'appariement de plusieurs versions d'une architecture pour identifier ses parties stables et celles qui sont en dégradation. Nous proposons des algorithmes de bit-vecteur et de clustering pour analyser la correspondance entre plusieurs versions d'une architecture. La troisième étape consiste à mesurer la dégradation de l'architecture durant l'évolution du logiciel. Nous proposons un ensemble de m´etriques sur les parties stables du logiciel, pour évaluer cette dégradation. La deuxième contribution est liée à l'analyse de l'impact des changements dans un logiciel. Dans ce contexte, nous présentons une nouvelle métaphore inspirée de la séismologie pour identifier l'impact des changements. Notre approche considère un changement à une classe comme un tremblement de terre qui se propage dans le logiciel à travers une longue chaîne de classes intermédiaires. Notre approche combine l'analyse de dépendances structurelles des classes et l'analyse de leur historique (les relations de co-changement) afin de mesurer l'ampleur de la propagation du changement dans le logiciel, i.e., comment un changement se propage à partir de la classe modifiée è d'autres classes du logiciel. La troisième contribution concerne la détection des défauts de conception. Nous proposons une métaphore inspirée du système immunitaire naturel. Comme toute créature vivante, la conception de systèmes est exposée aux maladies, qui sont des défauts de conception. Les approches de détection sont des mécanismes de défense pour les conception des systèmes. Un système immunitaire naturel peut détecter des pathogènes similaires avec une bonne précision. Cette bonne précision a inspiré une famille d'algorithmes de classification, appelés systèmes immunitaires artificiels (AIS), que nous utilisions pour détecter les défauts de conception. Les différentes contributions ont été évaluées sur des logiciels libres orientés objets et les résultats obtenus nous permettent de formuler les conclusions suivantes: • Les métriques Tunnel Triplets Metric (TTM) et Common Triplets Metric (CTM), fournissent aux développeurs de bons indices sur la dégradation de l'architecture. La d´ecroissance de TTM indique que la conception originale de l'architecture s’est dégradée. La stabilité de TTM indique la stabilité de la conception originale, ce qui signifie que le système est adapté aux nouvelles spécifications des utilisateurs. • La séismologie est une métaphore intéressante pour l'analyse de l'impact des changements. En effet, les changements se propagent dans les systèmes comme les tremblements de terre. L'impact d'un changement est plus important autour de la classe qui change et diminue progressivement avec la distance à cette classe. Notre approche aide les développeurs à identifier l'impact d'un changement. • Le système immunitaire est une métaphore intéressante pour la détection des défauts de conception. Les résultats des expériences ont montré que la précision et le rappel de notre approche sont comparables ou supérieurs à ceux des approches existantes.

A data collection case study supporting requirements oriented prediction and management in software developments

Consider the statement "this project should cost X and has risk of Y". Such statements are used daily in industry as the basis for making decisions. The work reported here is part of a study aimed at providing a rational and pragmatic basis for such statements. Of particular interest are predictions made in the requirements and early phases of projects. A preliminary model has been constructed using Bayesian Belief Networks and in support of this, a programme to collect and study data during the execution of various software development projects commenced in May 2002. The data collection programme is undertaken under the constraints of a commercial industrial regime of multiple concurrent small to medium scale software development projects. Guided by pragmatism, the work is predicated on the use of data that can be collected readily by project managers; including expert judgements, effort, elapsed times and metrics collected within each project.

O impacto da utilização de design patterns nas métricas e estimativas de projetos de software: a utilização de padrões tem alguma influência nas estimativas?

VALENTIM, R. A. M. ; SOUZA NETO, Plácido Antônio de. O impacto da utilização de design patterns nas métricas e estimativas de projetos de software: a utilização de padrões tem alguma influência nas estimativas?. Revista da FARN, Natal, v. 4, p. 63-74, 2006

Análise de impacto baseada em rastreabilidade de artefatos para linhas de produto de software

Software Product Line (SPL) consists of a software development paradigm, whose main focus is to identify features common and variability among applications in a specific domain. An LPS is designed to attend all products requirements from its product family. These requirements and LPS may have changes over time due to several factors, such as evolution of product requirements, evolution of the market, evolution of SLP process, evolution of the technologies used to develop the products. To handle these changes, LPS should be modified and evolve in order to not become obsolete, and adapt itself to new requirements. The Changes Impact Analysis is an activity that understand and identify what consequences these changes are cause on LPS. Impact Analysis on LPS may be supported by traceability relationships, which identify relationships between artefacts created during all phases of software development. Despite the solutions of change impact analysis based on traceability for software, there is a lack of solutions for assessing the change impact analysis based on traceability for LPS, since existing solutions do not include estimates specific to the artefacts of LPS. Thus, this paper proposes a process of change impact analysis and an tool for assessing the change impact through traceability of artefacts in LPS. For this purpose, we specified a process of change impact analysis that considers artifacts produced during the development of LPS. We have also implemented a tool which allows estimating and identifying artefacts and products of LPS affected from changes in other products, changes in class, changes in features, changes between releases of LPS and artefacts related to changes in core assets and variability. Finally, the results were evaluated through metrics

Uma ferramenta de análise automatizada de técnicas de seleção de testes de regressão baseada em mineração de repositórios de software

The main goal of Regression Test (RT) is to reuse the test suite of the latest version of a software in its current version, in order to maximize the value of the tests already developed and ensure that old features continue working after the new changes. Even with reuse, it is common that not all tests need to be executed again. Because of that, it is encouraged to use Regression Tests Selection (RTS) techniques, which aims to select from all tests, only those that reveal faults, this reduces costs and makes this an interesting practice for the testing teams. Several recent research works evaluate the quality of the selections performed by RTS techniques, identifying which one presents the best results, measured by metrics such as inclusion and precision. The RTS techniques should seek in the System Under Test (SUT) for tests that reveal faults. However, because this is a problem without a viable solution, they alternatively seek for tests that reveal changes, where faults may occur. Nevertheless, these changes may modify the execution flow of the algorithm itself, leading some tests no longer exercise the same stretch. In this context, this dissertation investigates whether changes performed in a SUT would affect the quality of the selection of tests performed by an RTS, if so, which features the changes present which cause errors, leading the RTS to include or exclude tests wrongly. For this purpose, a tool was developed using the Java language to automate the measurement of inclusion and precision averages achieved by a regression test selection technique for a particular feature of change. In order to validate this tool, an empirical study was conducted to evaluate the RTS technique Pythia, based on textual differencing, on a large web information system, analyzing the feature of types of tasks performed to evolve the SUT

Class-specific metrics for multidimensional data projection applied to CBIR

Content-based image retrieval is still a challenging issue due to the inherent complexity of images and choice of the most discriminant descriptors. Recent developments in the field have introduced multidimensional projections to burst accuracy in the retrieval process, but many issues such as introduction of pattern recognition tasks and deeper user intervention to assist the process of choosing the most discriminant features still remain unaddressed. In this paper, we present a novel framework to CBIR that combines pattern recognition tasks, class-specific metrics, and multidimensional projection to devise an effective and interactive image retrieval system. User interaction plays an essential role in the computation of the final multidimensional projection from which image retrieval will be attained. Results have shown that the proposed approach outperforms existing methods, turning out to be a very attractive alternative for managing image data sets.

Augmenting Static Source Views in IDEs with Dynamic Metrics

Mainstream IDEs such as Eclipse support developers in managing software projects mainly by offering static views of the source code. Such a static perspective neglects any information about runtime behavior. However, object-oriented programs heavily rely on polymorphism and late-binding, which makes them difficult to understand just based on their static structure. Developers thus resort to debuggers or profilers to study the system's dynamics. However, the information provided by these tools is volatile and hence cannot be exploited to ease the navigation of the source space. In this paper we present an approach to augment the static source perspective with dynamic metrics such as precise runtime type information, or memory and object allocation statistics. Dynamic metrics can leverage the understanding for the behavior and structure of a system. We rely on dynamic data gathering based on aspects to analyze running Java systems. By solving concrete use cases we illustrate how dynamic metrics directly available in the IDE are useful. We also comprehensively report on the efficiency of our approach to gather dynamic metrics.