IFT2251 : Génie logiciel

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1 IFT2251 : Génie logiciel Chapitre 1. Génie logiciel : objectifs, défis et principes Julie Vachon, Automne 2003 Présenté par Yann-Gaël Guéhéneuc, Hiver 2004

2 Génie logiciel : objectifs, défis et principes 1. Qu est-ce que le génie logiciel? 2. Le logiciel : nature et qualités 3. Les acteurs du génie logiciel 4. Une approche système 5. Une approche d ingénierie 6. Évolution du génie logiciel 7. Principes du génie logiciel Chap.1, p.2 Copyrights Julie Vachon, 2003

3 Ghezzi et al. Chapitre 1 Chapitre 2 Chapitre 3 Satzinger et al. Chapitre 1 Pfleeger Chapitre 1 Références Chap.1, p.3 Copyrights Julie Vachon, 2003

4 1.1. Qu est-ce que le génie logiciel? «Discipline de l informatique qui regroupe un ensemble de connaissances, de procédés et des acquis scientifiques pour l analyse, la conception, la mise en œuvre, la vérification et la documentation de logiciels dans le but d en optimiser la production, le support et la qualité» (Grand dictionnaire terminologique) Chap.1, p.4 Copyrights Julie Vachon, 2003

5 Le génie logiciel : un processus de résolution de problème Solution logicielle Définition du problème Chap.1, p.5 Copyrights Julie Vachon, 2003

6 Le génie logiciel : un processus de résolution de problème Solution logicielle Définition du problème Analyse : spécification du problème et décomposition en sous -problèmes Chap.1, p.5 Copyrights Julie Vachon, 2003

7 Le génie logiciel : un processus de résolution de problème Solution logicielle Définition du problème Analyse : spécification du problème et décomposition en sous -problèmes Développement de solutions aux sous-problèmes Chap.1, p.5 Copyrights Julie Vachon, 2003

8 Le génie logiciel : un processus de résolution de problème Solution logicielle Définition du problème Analyse : spécification du problème et décomposition en sous -problèmes Synthèse : implantation et intégration des solutions Développement de solutions aux sous-problèmes Chap.1, p.5 Copyrights Julie Vachon, 2003

9 Le génie logiciel : un processus de résolution de problème Solution logicielle Définition du problème Évaluation de la solution générale Analyse : spécification du problème et décomposition en sous -problèmes Synthèse : implantation et intégration des solutions Développement de solutions aux sous-problèmes Chap.1, p.5 Copyrights Julie Vachon, 2003

10 Méthodes, techniques, outils Développer un logiciel c est comme cuisiner Principes = respects des règles d hygiène Techniques = techniques culinaires pour brasser une sauce, fouetter une mayonnaise, etc. Méthodes = les recettes Outils = casseroles, bols, mixeur, etc. Méthodologie = livre de cuisine (outils, techniques et méthodes / modèles) Processus = étapes de préparation d un repas Paradigme = style de cuisine Chap.1, p.6 Copyrights Julie Vachon, 2003

11 Méthodes, techniques, outils Plus susceptibles aux changements Apportent leur support aux regroupent et appliquent sont basées sur Outils Méthodologies Méthodes et techniques Principes Chap.1, p.7 Copyrights Julie Vachon, 2003

12 Préoccupations du génie logiciel Erreur = erreur commise par un humain, dans une spécification, dans un programme, etc. Faute = état intermédiaire incorrect dans lequel un logiciel se trouve Défaillance = situation symptomatique ou manifestation externe d une erreur Vrai ou faux? Une défaillance est toujours engendrée par une faute Vrai Une faute n est pas toujours engendrée par une erreur Faux Une faute cause toujours une défaillance Faux Une erreur ne cause pas toujours une faute Vrai Chap.1, p.8 Copyrights Julie Vachon, 2003

13 Lacunes dans le développement La sonde Mariner vers Vénus s est perdue dans l espace à cause d une erreur dans un programme FORTRAN En 1981, le premier lancement de la navette Columbia a été retardé de deux jours à cause d'un problème logiciel L'explosion d'ariane 5, le 4 juin 1996, qui a coûté un demi milliard de dollars (non assuré!), est due à une faute logicielle d'un composant dont le fonctionnement n'était pas indispensable durant le vol (Voir le rapport de la Commission d'enquête Ariane 501) Le bug de l an 2000 Chap.1, p.9 Copyrights Julie Vachon, 2003

14 Les défis du génie logiciel Assurer la qualité des logiciels produits Minimiser les coûts de développement tout en répondant aux exigences croissantes Réduire les temps de développement Instituer l usage des nouvelles technologies (méthodes et outils) du génie logiciel Chap.1, p.10 Copyrights Julie Vachon, 2003

15 Le génie logiciel en crise? Comment arriver à simultanément Assurer la maintenance du nombre croissant de logiciels (vieillissants!)? Conserver un rythme de production logicielle qui puisse répondre à la demande Chap.1, p.11 Copyrights Julie Vachon, 2003

16 Vrai ou Faux? Quelques mythes Pour coordonner un projet, une méthode et un bon livre de directives à suivre est généralement suffisant pour guider les développeurs Faux (voir IFT3902) Un équipement informatique à la fine pointe de la technologie ne suffit pas à garantir une production logicielle de qualité Vrai (voir des exemples réels bien connus) En ajoutant des programmeurs on peut certainement accélérer la production logicielle Faux (voir le mythe de la personne mois) Chap.1, p.12 Copyrights Julie Vachon, 2003

17 Quelques mythes Vrai ou faux? À partir d une description générale des besoins, on peut immédiatement débuter l implémentation d un logiciel Faux (mettre du sel dans un gâteau aux carottes) Les modifications tardives peuvent être effectuées sans problème et sans surprises, du moment que le logiciel est flexible Faux (remplacer les carottes par des poires) Chap.1, p.13 Copyrights Julie Vachon, 2003

18 Coût d une modification : surprise! Coûts Définition Développement Après installation Chap.1, p.14 Copyrights Julie Vachon, 2003

19 Vrai ou faux? Quelques mythes Le travail du développeur ne se limite pas à produire un programme qui fonctionne. En fait, 60% à 80% du travail devra être consacré à sa maintenance Vrai (voir le bogue de l an 2000 ) Le test est la seule méthode pour évaluer la qualité d un logiciel Faux (c est avec de bonnes carottes ) La production de documents lors du développement logiciel fait globalement perdre beaucoup de temps Faux (recettes de cuisine ou recettes de grand-mère) Chap.1, p.15 Copyrights Julie Vachon, 2003

20 1.2. Le logiciel : nature et qualités Le logiciel est un produit Modifiable Œuvre de création, plus que de manufacture Recherches sur les «lignes de produits logiciels» Ensemble cohérent d objets qui forme une «configuration» incluant Des programmes Des données Des documents Chap.1, p.16 Copyrights Julie Vachon, 2003

21 Le logiciel Logiciel Données Programmes Documents Cahier des charge Documents d analyse Documents de spécification Document de conception Rapport d implémentation Manuel utilisateur Etc. Chap.1, p.17 Copyrights Julie Vachon, 2003

22 Les logiciels Quelques critères possibles de classification Le type d'informations traitées Signaux, lettres personnelles, stock, modèles mathématiques La disponibilité des informations et leur traitement dans le temps Quand les données arrivent-elles? Dans quel ordre? Quand doivent-elles être traitées? L'ordonnancement des opérations est-il prévisible? Chap.1, p.18 Copyrights Julie Vachon, 2003

23 Les logiciels Quelles sont leurs caractéristiques? Quelques exemples (Pressman) Logiciels systèmes Logiciels temps réel Logiciels d affaires (et d informations) Logiciels scientifiques (et d ingénierie) Chap.1, p.19 Copyrights Julie Vachon, 2003

24 Les logiciels Quelles sont leurs caractéristiques? D autres exemples (Pressman) Logiciels embarqués Logiciels pour ordinateur personnel Logiciels sur l Internet Logiciels d intelligence artificielle Chap.1, p.20 Copyrights Julie Vachon, 2003

25 Qualités du logiciel Les qualités du logiciel Externes : observables par l utilisateur Internes : d intérêt pour les développeurs et les mainteneurs du logiciel Influencent directement les qualités externes Ex. : le logiciel doit être vérifiable (interne) pour pouvoir affirmer qu il est fiable (externe) Chap.1, p.21 Copyrights Julie Vachon, 2003

26 Qualités du logiciel Points de vue La qualité est perçue différemment selon Le point de vue de celui qui l observe : développeur, utilisateur, client, etc. Le domaine (contexte) : système d information, système temps réel, système distribué, système embarqué, etc. Chap.1, p.22 Copyrights Julie Vachon, 2003

27 Qualités du logiciel Correction Qualité du logiciel qui se comporte exactement tel que décrit par sa spécification Qualité absolue La spécification est sans ambiguïté et sans erreur décrit les propriétés attendues et désirables Une spécification est dite complète si elle décrite toutes ces propriétés Chap.1, p.23 Copyrights Julie Vachon, 2003

28 Qualités du logiciel Fiabilité Qualité du logiciel sur lequel on peut compter Probabilité que le logiciel se comporte tel qu'espéré durant un intervalle de temps donné Qualité relative (correction : qualité absolue) Tout logiciel correct est fiable, pourquoi? Chap.1, p.24 Copyrights Julie Vachon, 2003

29 Qualités du logiciel Fiabilité Qualité du logiciel sur lequel on peut compter Probabilité que le logiciel se comporte tel qu'espéré durant un intervalle de temps donné Qualité relative (correction : qualité absolue) Tout logiciel correct est fiable, pourquoi? Fiabilité Correction Chap.1, p.24 Copyrights Julie Vachon, 2003

30 Robustesse Qualités du logiciel Qualité du logiciel qui se comporte de façon convenable même dans des circonstances non prévues par la spécification Comportement du logiciel possiblement non spécifié en cas de Mauvaises entrées Pannes matérielles Ajout de composants, etc. Si la spécification décrit explicitement les exigences concernant le traitement des cas exceptionnels alors Robustesse Correction Chap.1, p.25 Copyrights Julie Vachon, 2003

31 Performance Qualités du logiciel Qualité du logiciel qui utilise les ressources de façon rentable Peut changer en fonction de la technologie. Peut affecter la variabilité dimensionnelle du système. Ex. d un compilateur : t comp (p) nbvar(p)² Évaluation de la performance Mesure monitoring Collecte de données, identification des bouchons Analyse construire un modèle et l'analyser Preuves mathématiques, complexité algorithmique Simulation construire un modèle et l'exécuter Statistiques et probabilités Chap.1, p.26 Copyrights Julie Vachon, 2003

32 Qualités du logiciel Convivialité Qualité d'un logiciel que les utilisateurs trouvent agréable et facile à utiliser Types d interface Interface usager Type d'utilisateur : expert ou novice? Interface avec les périphérique ou logiciels Facile à configurer et à adapter avec un autre système? Chap.1, p.27 Copyrights Julie Vachon, 2003

33 Qualités du logiciel Vérifiabilité Peut être vérifié facilement Par analyse formelle Par test Quelles propriétés peut-on vouloir vérifier? Correction Fiabilité Performance Etc. Chap.1, p.28 Copyrights Julie Vachon, 2003

34 Qualités du logiciel Maintenabilité Qualité du logiciel dont l'entretien est facilement réalisable Types de maintenance Corrective, 20% des coûts : enlever les erreurs résiduelles ou introduites pendant la maintenance Adaptative, 20% des coûts : ajuster le logiciel suite à la modification de son environnement Perfective, +50% des coûts : modifier le logiciel pour améliorer ses qualités (ajout de nouvelles fonctions, performance, etc.) Chap.1, p.29 Copyrights Julie Vachon, 2003

35 Qualités du logiciel Deux (sous-)qualités à la base de la facilité de maintenance Réparabilité : correction aisée des erreurs Évolubilité : réalisation aisée des modifications formulées pour répondre à de nouvelles exigences Comment faire pour réaliser des programmes faciles à déverminer et à faire évoluer? Chap.1, p.30 Copyrights Julie Vachon, 2003

36 Qualités du logiciel Comment la maintenance affecte-elle la fiabilité? Changement (pour réparer ou faire évoluer) Taux de défaillances (fiabilité) Taux de défaillance augmenté dû aux effets de bord. changement Courbe actuelle Courbe idéale Temps Chap.1, p.31 Copyrights Julie Vachon, 2003

37 Qualités du logiciel Réutilisabilité Propriété de ce qui peut être utilisé à nouveau dans une autre application avec aucune ou peu de modifications Techniques favorisant la réutilisation Conception orientées objet : classes, objets Conception à base de composants : composants Patrons de conception : conception Cadres d application (framework) et modèles d'architecture : domaine Chap.1, p.32 Copyrights Julie Vachon, 2003

38 Qualités du logiciel Portabilité Qualité d un logiciel pouvant être utilisé sur des systèmes informatiques de types différents Solutions possibles pour développer des logiciels portables Faire l'hypothèse d'une configuration minimale (facilités et mémoire) Utiliser des technologies, des méthodes permettant de déterminer la configuration et de s y adapter Etc. Chap.1, p.33 Copyrights Julie Vachon, 2003

39 Interopérabilité Qualités du logiciel Qualité du logiciel qui peut cohabiter et coopérer avec d autres logiciels Logiciel scientifique Données Tableur Logiciel ouvert : ensemble extensible de logiciels indépendants qui coopèrent pour fonctionner comme un logiciel intégré Interface ouverte permettant d ajouter de nouvelles fonctionnali tés CORBA : architecture ouverte indépendante standardisée Chap.1, p.34 Copyrights Julie Vachon, 2003

40 Qualités du logiciel Le génie logiciel doit assurer la qualité Du logiciel Du processus de développement Productivité Diminuer les coûts Réutilisation (compromis) Exo Utilisation d outils et environnements Ponctualité Livrer un logiciel d «actualité» Développement incrémental : livraison précoce du logiciel Visibilité (transparence) Documentation Chap.1, p.35 Copyrights Julie Vachon, 2003

41 Qualités du logiciel Exercice Identifier les qualités particulièrement importantes pour chacun des domaines d application suivants Logiciels d informations Logiciels temps réel Logiciels distribués Logiciels embarqués Chap.1, p.36 Copyrights Julie Vachon, 2003

42 Qualités du logiciel Qualités particulièrement importantes Logiciel d informations Gestion d informations : création/destruction, consultation et mise à jour de données Information = un «produits» des plus importants de nos jours! Ex. : systèmes bancaires, catalogue informatisé, site web Qualités délicates Intégrité des données (c/f/r, vérification) Sécurité (c/f/r, vérification) Disponibilité des données (f/r, performance) Performance des transactions (performance) Convivialité Chap.1, p.37 Copyrights Julie Vachon, 2003

43 Qualités du logiciel Qualités particulièrement importantes Logiciels temps réel Réponse à des événements dans un temps limité Le temps de réponse est une question de correction et non de performance Ex. : système de contrôle de la température, système de guidage d une sonde Ordonnanceur d actions Algorithme de type «priorité» ou «date limite» Qualités délicates Correction, fiabilité, robustesse Interopérabilité, convivialité Chap.1, p.38 Copyrights Julie Vachon, 2003

44 Qualités du logiciel Qualités particulièrement importantes Logiciels distribués Ordinateurs indépendants connectés par un réseau de communication Caractéristiques Distribution : données ou contrôle? Tolérance aux fautes : partitionnement toléré? Qualités délicates Fiabilité, robustesse Performance Interopérabilité Chap.1, p.39 Copyrights Julie Vachon, 2003

45 Qualités du logiciel Qualités particulièrement importantes Logiciels embarqués Logiciel intégré à un dispositif, une machine ou un autre système pour le piloter Ex. : système de freinage automobile, tableau de commande d un micro-ondes, etc. Caractéristique Interface avec autre système (non humain) Qualités délicates Interopérabilité Réutilisation Chap.1, p.40 Copyrights Julie Vachon, 2003

46 Qualités du logiciel Comment mesure-t-on la qualité? Ex. : on évalue la fiabilité d un pont en mesurant la pression qu il peut supporter Ce n est plus vraiment de la cuisine! Définir avec précision la qualité à évaluer Établir une métrique, i.e. une formule qui permet d évaluer une qualité à partir de différents paramètres mesurables (modèles prédictifs de qualité) Chap.1, p.41 Copyrights Julie Vachon, 2003

47 1.3. Les acteurs du génie logiciel Une personne peut assumer plusieurs rôles, plusieurs personnes peuvent assumer un même rôle L élément clé : la communication Client $$$, besoins souscontractant Obligations contractuelles Besoins Utilisateur Logiciel Équipe de développement (analyste, chef de projet, etc.) Chap.1, p.42 Copyrights Julie Vachon, 2003

48 1.3. Les acteurs du génie logiciel Une personne peut assumer plusieurs rôles, plusieurs personnes peuvent assumer un même rôle L élément clé : la communication Client $$$, besoins souscontractant Obligations contractuelles Besoins Utilisateur Logiciel Équipe de développement (analyste, chef de projet, etc.) Chap.1, p.42 Copyrights Julie Vachon, 2003

49 1.4. Une approche système Définir le problème Pour résoudre un problème, il faut le décrire convenablement Description du système Identifier les composants Décomposition fonctionnelle : identification des sous-systèmes Identifier les informations et les objets manipulés, leurs relations Définir le contexte Limite du système Limite d automatisation Chap.1, p.43 Copyrights Julie Vachon, 2003

50 Décomposition fonctionnelle Système global (super-système) de production Système de gestion des stocks Système de fabrication Système de soutien des clients Sous-système de maintenance des clients Sous-système de maintenance des catalogues Sous-système d entrée des commandes Sous-système de traitement des commandes Chap.1, p.44 Copyrights Julie Vachon, 2003

51 Serveur de données Information sur les paies Exemple Traitement manuel Système de production des chèques de paie Bureau du courrier Chèques de paie Sous-système de validation Sous-système d impression Sous-système de calcul Limite d automatisation Chap.1, p.45 Copyrights Julie Vachon, 2003

52 Serveur de données Information sur les paies Exemple Traitement manuel Système de production des chèques de paie Bureau du courrier Chèques de paie Sous-système de validation Sous-système d impression Sous-système de calcul Limite d automatisation Chap.1, p.45 Copyrights Julie Vachon, 2003

53 Serveur de données Information sur les paies Exemple Traitement manuel Système de production des chèques de paie Bureau du courrier Chèques de paie Sous-système de validation Sous-système d impression Sous-système de calcul Limite d automatisation Chap.1, p.45 Copyrights Julie Vachon, 2003

54 Serveur de données Information sur les paies Exemple Traitement manuel Système de production des chèques de paie Bureau du courrier Chèques de paie Sous-système de validation Sous-système d impression Limite du système Sous-système de calcul Limite d automatisation Chap.1, p.45 Copyrights Julie Vachon, 2003

55 Serveur de données Information sur les paies Exemple Traitement manuel Système de production des chèques de paie Bureau du courrier Chèques de paie Sous-système de validation Sous-système d impression Limite du système Sous-système de calcul Limite d automatisation Chap.1, p.45 Copyrights Julie Vachon, 2003

56 1.5. Une approche d ingénierie Développer un logiciel c est comme construire un pont Comment résoudre le problème Analyse des besoins et spécification Conception architecturale Conception détaillée Implémentation Tests unitaires Tests d intégration Tests système Livraison du système Maintenance Un processus de développement linéaire (dit «en cascade») est-il adéquat? Pourquoi? Chap.1, p.46 Copyrights Julie Vachon, 2003

57 1.5. Une approche d ingénierie Développer un logiciel c est comme construire un pont Comment résoudre le problème Analyse des besoins et spécification Conception architecturale Conception détaillée Implémentation Tests unitaires Tests d intégration Tests système Livraison du système Maintenance Un processus de développement linéaire (dit «en cascade») est-il adéquat? Pourquoi? Chap.1, p.46 Copyrights Julie Vachon, 2003

58 1.6. Évolution du génie logiciel Facteurs ayant modifié la pratique du génie logiciel Temps d accès au marché critique Changement de l économie informatique Coût du matériel diminue Coûts de développement et de maintenance augmentent Plus grande puissance de calcul Réseaux locaux et grande distance étendus Adoption des technologies orientées objets Conception d interface graphiques utilisateurs Problèmes relatifs au processus de développement en cascade Chap.1, p.47 Copyrights Julie Vachon, 2003

59 1.7. Principes du génie logiciel Rigueur et formalité Séparation des préoccupations Modularité Abstraction Anticipation du changement Généralité Construction incrémentale Exo Chap.1, p.48 Copyrights Julie Vachon, 2003

60 Parmi les objectifs d apprentissage Décrire les enjeux du génie logiciel (objectifs, moyens, défis, mythes, etc.) Définir ce qu est un logiciel et ce qui le compose Définir les qualités associées aux logiciels et identifier celles qui sont plus importantes selon le contexte Produire la description générale d un système (composants, limites, entités externes, etc.) Expliquer sommairement l évolution du génie logiciel Définir les principes à la base de la discipline Chap.1, p.49 Copyrights Julie Vachon, 2003

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