Gaud

1
Gaudí - (kokeellinen) ohjelmistotehdas
jaohjelmointilaboratorio

• Ralph Back
• Ivan Porres

CREST Center for Reliable Software
Technology Åbo Akademi
2
CREST

• Center for Reliable Software Technology
• Åbo Akademi/tietojenkäsittelyopin laitos
• Osa TUCSia (Turku Centre for Computer Science)
• Suomen Akatemian tutkimuksen huippuyksikkö
  (Formaalit menetelmä ohjelmoinnissa)
• Keskittynyt ohjelmistotekniikan tutkimukseen
• Yksiköt
• Embedded systems (ES)
• Distributed Systems (DS)
• Software Construction (SC)
• Mechanized Reasoning (MR)
• Noin 50 henkilöä (professorit, tutkijat,jatko-opi
  skelijat, lopputyön tekijät)

3
CRESTin tutkimusfokus

• Luotettavien, oikein toimivien ohjelmistojen
  rakentaminen
• Sovellutusalue laaja
• oliopohjaiset ohjelmat, ohjelmakomponentit
• UML, ohjelmistojen määrittely
• hajautetut ohjelmistot
• sulautetut järjestelmät
• VLSI piirit, hardware
• Formaalien (matemaattisten) menetelmien
  soveltaminen ohjelmointityössä

4
Ongelma

• Miten rakennetaan luotettavia ohjelmistoja
  tutkimusympäristössä?
• Ohjelmisto osa tutkimusprojektia
• Projektilla rajoitettu aika, tavoitteet ja
  resurssit
• Ohjelmoijina useimmiten gradu/diplomityön tekijä
• Vaihtuvuus suuri, ohjelmoija häipyy kun lopputyö
  on tehty
• ?
• Vaikea rakentaa ja varsinkin ylläpitää suuria
  ohjelmistoja
• Ohjelmat rakennetaan miten sattuu, ei kunnon
  prosessia
• Tutkimuksessa rakennetaanyleensä vain
  prototyyppejä

5
Ratkaisuyritys Gaudi

• Perustetaan CRESTin uusi yksikkö, Gaudi, joka
  toimii sekä
• ohjelmistoa tuottavana tehtaana, että
• ohjelmistotuotantoa tutkivana kokeellisena
  laboratoriona
• Tehdas tuottaa ohjelmistoja tutkimusyksiköiden
  tarpeisiin
• Laboratoriossa tutkitaantehtaassa sovellettavia
  tuotantoprosesseja

6
Gaudí ohjelmistoa tuottava tehdas

• Paikka jossa rakennetaan ohjelmistotuotteita
  tutkimuksen tarpeisiin
• Nykyinen Gaudi on lähinnä pilootti
• Rahoitus CREST tutkimusprojektit
• näiden rahoitus Suomen Akatemia, TEKES, Åbo
  Akademi, yritykset, TUCS, jne
• CREST/Software Construction yksikkö vastaa
  Gaudin toiminnasta
• Tuotannossa sovelletaan hyväksi havaittua
  ohjelmisto-prosessia
• Tehdas pyörii pääosin opiskelijatyövoimalla

7
Gaudi - tehdas
Tutkimustulokset, julkaisut, jne
CREST
Tutkimus- yksiköt (ES,DS,SC,MR)
Gaudí
toimeksiannot resurssit
ohjelmistot
Ohjelmistotuotteet, kokemukset, raportit,
käyttöohjeet jne
8
Tehtaan tavoitteet ja toiminta

• Päätavoite on ohjelmistojen tuottaminen
• Ohjelmiston tuottamisessa sovellettaan määrättyä
  ohjelmointiprosessia
• Perustuu extreme programming menetelmään,
  sovituksineen
• Ohjelmistoprosessia kehitetään jatkuvasti
• Ohjelmistotuotteen rakentamiseen osallistuvat
• Ohjelmoijat (yleensä Åbo Akademin ja Turun
  yliopiston tk-opiskelijoita)
• Ohjaaja (coach), valvoo ohjelmoijia ja prosessin
  soveltamista (yleensä jatko-opiskelija)
• Asiakas (yleensä tutkimusjohtaja )
• Tekninen tuki (laboratorioteknikot)
• Tuoteprojektit yleensä lyhyitä
• Suurempi projekti jaetaan osaprojekteihin

9
Gaudi - ohjelmistotuotantoa kehittävä laboratorio

• Ohjelmistotehdas tuottaa jatkuvasti tietoa
  käytettävän ohjelmistoprosessin hyvistä ja
  huonoista puolista
• Laboratoriossa analysoidaan tieto ja kehitetään
  tämän perusteella prosessia
• Laboratoriossa kokeillaan uusia
  ohjelmistotuotannon menetelmiä
• Tarjoaa kokeellisen ympäristönohjelmistotuotannon
  menetelmäkehitykselle

10
Gaudi laboratorio
CREST
Tutkimus- yksiköt (ES,DS,SC,MR)
Gaudí
toimeksiannot resurssit
tulokset
kokeet
tulokset
Software Construction yksikkö
11
Laboratorion tavoitteet

• Uusien menetelmien kehittäminen
• Olemassa olevien menetelmien arviointi
  kokeellisesti
• Ohjelmistoprosessin tavoitteet
• Joustava tuotantoprosessi
• Helppo oppia, kevyt käyttää
• Johtaa luotettaviin ohjelmiin
• Hyvä ylläpidettävyys
• Koejärjestelyt
• Huomioidaan ihmisen osuus ohjelmointityössä
• Kontrolloidut koejärjestelyt
• Monitoroidut kokeet
• Tulosten laadullinen ja määrällinen arviointi

12
Koejärjestelyt
D0.1
D0.2
D.0.2.1
tuote
C0.2
B0.1
B0.4
B0.6
B1.0
A0.1
A0.3
A0.2
aika

• Yksittäisen tuotteen rakentaminen jaetaan
  ajallisesti osaprojektiin
• Jokainen osaprojekti on koe, jota valvotaan ja
  jonka tuloksia analysoidaan
• Eri kokeissa voidaan kokeilla erilaisia
  menetelmiä (prosesseja)

13
Yksittäinen koe

• Tehtävänä ohjelmistotuotteen rakentaminen
• ei tutkimusta, ainoastaan tuotteen rakentamista
• ei koulutuksellisia tavoitteita projektissa
• opiskelijoille maksetaan palkkaa työstä, ei
  opintoviikkoja
• tk-opiskelijat toimivat ohjelmoijina
• hyvistä ohjelmoijista pyritään pitämään kiinni,
  joten ohjelmoijien kokemus kasvaa
• Kokeella on rajoitettu koko
• 4-6 ohjelmoijaa
• 3-6 kuukauden kesto
• koko/osapäivätoimi
• kokonaisvolymi 1-2 miestyövuotta

14
Gaudi- tuotantoprosessi

• Extreme programming (XP) perusmenetelmänä
• XP menetelmään kuuluu useita eri menetelmiä
• osa näistä ovat pakollisia Gaudissa
• toisia kokeillaan ja sovitetaan Gaudin
  ympäristöön
• Prosessia täydennetään muilla menetelmillä
• Stepwise feature introduction (ohjelmistoarkitehtu
  uri)
• Design by contract (komponenttin määrittely ja
  testausmenetelmä)
• UML suunnittelukielenä
• Joustava ohjelmointikieli(Python)

15
Ohjelmoijien koulutus

• Noin 20 tuntia koulutusta ennen projektityön
  alkamista
• Aiheet (best software practices)
• Extreme programming menetelmät
• Stepwise feature introduction
• UML kuvausten käyttö ohelmoinnissa
• Uudet ohjelmointikielet (Python, Eiffel,C)
• Versionhallintajärjestelmä (CVS)
• Yksikkötestaus (PyUnit)
• Graafinen käyttöliittymä (Qt)
• Source forge käyttö
• ym.
• Erikoisaiheet ohjelmistotuotteentarpeen
  mukaisesti

16
Pakollisia XP menetelmiä

• pariohjelmointi (pair programming)
• yksikkötestaus keskeisessä asemassa (unit
  testing)
• lyhyet iterointisyklit
• usein toistuvat ohjelmiston rakenteen korjaukset
  (refactoring)
• kevyt dokumentointi
• usein toistuva eri osien integrointi
• ohjaajalla (coach) keskeinen asema työn
  ohjaamisessa
• riskien vähentäminen tutkimallahankalat
  kysymykset heti alussa(spike solutions)
• ei ylityötä
• automaattinen testaaminen

17

• Planning
• User stories are written.
• Release planning creates the schedule.
• Make frequent small releases.
• The Project Velocity is measured.
• The project is divided into iterations.
• Iteration planning starts each iteration.
• Move people around.
• A stand-up meeting starts each day.
• Fix XP when it breaks.
• Designing
• Simplicity.
• No functionality is added early.
• Choose a system metaphor.
• Use CRC cards for design sessions.
• Create spike solutions to reduce risk.
• Refactor whenever and wherever possible.

• Coding
• The customer is always available.
• All production code is pair programmed.
• Code must be written to agreed standards.
• Code the unit test first.
• Only one pair integrates code at a time.
• Integrate often.
• Use collective code ownership.
• Leave optimization till last.
• No overtime.
• Testing
• All code must have unit tests.
• All code must pass all unit tests before it can
  be released.
• When a bug is found tests are created.
• Acceptance tests are run often and the score is
  published.

18
Kokeiltavia XP menetelmiä

• Asiakasmalli (on site customer)
• Release planning
• Projektinopeuden arviointi
• CRC korttien (tai vastaavan) käyttö
• Testien kirjoittaminen ennen kooodaamista

19
Stepwise Feature Introduction

• Ohjelmisto rakennetaan ohuina päällekkäisinä
  tasoina
• Jokainen taso lisää yhden uuden piirteen,
  häiritsemättä alempien tasojen tuomia piirteitä
• Jokainen taso muodostaa (alempien tasojen kanssa)
  tomivan ohjelmistotuotteen
• jota voidaan testata ylemmistä tasoista
  riippumatta
• Tavoitteena on ohjelmiston luotettavuuden,
  muunneltavuuden ja ylläpidettävyyden lisääminen.

20
Keskeiset Gaudi tuotteet

• Math Editor (4 osaprojektia)
• Outline tyyppien tekstieditori matemaattisten
  todistusten kirjoittamiseen ja tarkistamiseen.
• Software Construction Workbench (3 osaprojektia)
• UML-kaavojen ym editori, ohjelmoitava ja
  laajennettave
• Software Modeling Workbench (3 osaprojektia)
• Ohjelmointiympäristö joka tukee Stepwise feature
  introduction menetelmää

21
Math Editor
22
Software modelling workbench
23
Gaudi historiikki

• Kesä 2003
• 3 kuukautta
• 20 opiskelijaa, 6 ohjaajaa
• 2 laboratorioteknikkoa
• 5 tuotetta

• Kesä 2001 piloottivaihe
• 3 kuukautta
• 6 opiskelijaa, 3 ohjaajaa
• Yksi tuote
• Kesä 2002
• 4 kuukautta
• 12 opiskelijaa, 3 ohjaajaa
• Kolme tuotetta
• Syksy 2002
• 3 kuukautta
• 12 opiskelijaa, 3 ohjaajaa
• Kolme tuotetta
• Kevät 2003
• 3 kuukautta
• 12 opiskelijaa
• 3 ylläpitoprojektia

24
Kesän 2003 Gaudi tuoteprojektit

• 3-D UML kaavioiden animointi
• MathEditor
• Financial planner
• Mobile ad-hoc network
• Digital TV middleware

25
Gaudí työtilat

• 280m2 tilat
• Huoneet kalustettu XP tyyliin
• Suuri yhteinen alue
• Tekninen tuki

Datacity B, 4th floor
26
XP työhuoneen organisointi
Common Area
Private Area
27
Kokemuksia-1

• Gaudi lähestymismenetelmä toimii hyvin
  käytännössä
• Gaudi ohjelmistotehdas tuottaa ylläpidettäviä,
  riittävän luotettavia ohjelmatuotteita
• Gaudi ohjelmointilaboratorio antaa hyvän
  ympäristön erilaisten ohjelmointitekniikoiden
  kokeilemiseen
• Kokeiden tuloksia käytetään Gaudin
  ohjelmistoprosessin parantamiseen

28
Kokemuksia-2

• XP menetelmästä pääosin myönteisiä kokemuksia
• toimii hyvin yliopistoympäristössä
• opiskelijat tyytyväisiä ohjelmointiympäristöön ja
  prosessiin
• asiakasmallin kokeilut myönteisiä, pitäisi lisätä
  tämä standardiprosessiin
• XP vaatii kuitenkin täydennystä
• tarvitaan kokonaisnäkemys ohjelmiston
  arkitehtuurista (esim SFI)
• dokumentointia kehitettävä

29
Gaudi laajennussuunnitelmat

• Gaudia on tarkoitus laajentaaakateemisesta
  ympäristöstämyöskin yritysprojekteihin

Academic Gaudi
Experimental Gaudi
Industrial Gaudi
30
Antoni Gaudí i Cornet 1852-1926

• Spanish architect, one of the most creative
  architects in modern times. His style is often
  described as a blend of neo-Gothic and Art
  Nouveau, but it also has elements of Surrealism
  and Cubism.Gaudí attended the School of
  Architecture in Barcelona (1874-1878), where he
  spent his life. Under the patronage of
  industrialist Eusebio Güell, he completed many
  important commissions, including the Palacio
  Güell (1885-1889) and the Park Güell (1900-1914).
  In 1883 Gaudí was appointed official architect of
  the Church of the Sagrada Familia, which,
  although still unfinished at his death, is
  acknowledged as his masterpiece. Its lofty
  semi-Cubist towers, with mosaic-covered finials,
  dominate the skyline of Barcelona.