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Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement

Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement. Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik. Übersicht. 1. Eingebettete Systeme 1.1. Definitionen

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Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement

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Presentation Transcript

  1. Software-Engineering IIEingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik

  2. Übersicht 1. Eingebettete Systeme 1.1. Definitionen 1.2. Anforderungsanalyse 1.3. Modellierung 1.4. Architektur 1.5. Automotive Software Engineering 2. Software-Qualität 2.1 Definitionen und Standards 2.2 Funktionstest • Überdeckungsmaße, Integrations- und Abnahmetest, Spezifikationsformalismen, Verifikation und Modellprüfung, Metriken, Reviews, Qualitätsstandards (CMM/I) Hinweise • Mi. 11.1., Fr. 13.1. MBEES (Vorlesung entfällt)

  3. Sicherheits-Lebenszyklus • Analyse der Bedrohung durch das EUC • Ableitung von Sicherheitsanforderungen • Planung und Realisierung von Sicherheitsmechanismen • Validierung und Betrieb der Systeme

  4. Gefährdungs- und Risikoanalyse • Gefährdung: potentielle Schadensquelle • Risiko: Verbindung / Kombination der Auftretenswahrscheinlichkeit eines Schadens und des zugehörigen Schadensausmaßes • Auftretenswahrscheinlichkeit: der Parameter des Risikos, der Auskunft über die Wahrscheinlichkeit gibt, mit der eine identifizierte Gefährdung bzw. ihre Ursache in der Praxis tatsächlich auftreten könnte. • Eintrittswahrscheinlichkeit • Entdeckungswahrscheinlichkeit • Möglichkeit zur Gefahrenabwendung • Schadensausmaß: quantitatives Maß für die möglichen Folgen / Konsequenzen einer Gefährdung • Sicherheit: Freiheit von nicht akzeptablen Risiken Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit * Schadensausmaß

  5. IEC 61508 Prozess

  6. Risikoanalyse • Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit * Schadensausmaß • z.B. Aktienkursverlust • Problem bei sehr kleinen und sehr großen Zahlen • sehr großer Schaden bei sehr geringer Wahrscheinlichkeit • Problem der numerischen Einschätzung • Kosten bei Personenschaden? • Wahrscheinlichkeit von Katastrophen? • ALARP-Prinzip: „As Low As Reasonably Possible“ • Wenn ein Risiko mit vertretbarem Aufwand reduziert werden kann, sollte dies getan werden • Oft auch: Wenn das Risiko nicht reduziert werden kann, muss der Nutzen des Systems (Nutzungsdauer * Gewinn) den Schaden übersteigen

  7. Automobil- versus Luftfahrtsicherheit • Katastrophen werden subjektiv höher gewichtet

  8. Planes, Trains and Automobiles E. Schnieder: 4. Bieleschweig Workshop, 14.-15.9.04: NEUE UND HERKÖMMLICHE MAßE ZUR QUANTIFIZIERUNG DES RISIKOS IM EISENBAHNVERKEHR Quelle: http://www.ifev.bau.tu-bs.de/Workshops_Tagungen/Bieleschweig/bieleschweig4/pdf/Bieleschweig4_Folien_Schnieder.pdf

  9. quantitative Abschätzung • Eintrittswahrscheinlichkeitsklassen • Schadensauswirkungsklassen

  10. Risikomatrix I: Unakzeptabel II:Unerwünscht; nur tolerierbar falls Risikoverminderung nicht oder nicht mit vertretbarem Aufwand möglich III: Tolerierbar falls die Kosten die Verbesserungen übersteigen IV: Akzeptierbar, sollte möglicherweise überwacht werden

  11. Sicherheitsanforderungsstufen • SIL: Safety Integrity Level

  12. Beispiel • Sicherheitsanforderung: • When the hinged cover is lifted by 5 mm or more, the motor shall be de-energised and the brake activated so that the blade is stopped within 1 second. The safety integrity level of this safety function shall be SIL2.

  13. IEC Software safety lifecycle requirements • 7.1.2.1 A safety lifecycle for the development of software shall be selected and specified during safety planning • NOTE – A safety lifecycle model which satisfies the requirements of clause 7 of IEC 61508-1 may be suitably customised for the particular needs of the project or organisation • 7.2.2.2 The specification of the requirements for software safety shall be derived from the specified safety requirements of the E/E/PE safety-related system, and any requirements of safety planning (see clause 6). This information shall be made available to the software developer. • 7.2.2.8 The software safety requirements specification shall specify and document any safetyrelated or relevant constraints between the hardware and the software. • 7.3.2.1 Planning shall be carried out to specify the steps, both procedural and technical, that will be used to demonstrate that the software satisfies its safety requirements

  14. Software design and development • 7.4.2.2 In accordance with the required safety integrity level, the design method chosen shall possess features that facilitate: a) abstraction, modularity and other features which control complexity; b) the expression of: – functionality, – information flow between components, – sequencing and time related information, – timing constraints, – concurrency, – data structures and their properties, – design assumptions and their dependencies; c) comprehension by developers and others who need to understand the design; d) verification and validation.

  15. Softwarearchitektur-Forderungen • muss explizit dargestellt werden • muss in den Entwicklungszyklus eingebunden sein • muss zu den einzelnen Komponenten Erklärungen liefern • neu, reimplementiert, verifiziert, sicherheitsrelevant etc. • muss alle Schnittstellen enthalten • muss beschreiben wie die Datenintegrität gesichert wird • muss Integrationstests spezifizieren • kann werkzeugunterstützt verwaltet werden („To the extent required by the safety integrity level, …“)

  16. weiterer Aufbau der Forderungen

  17. Fault Tree Analysis (Fault tree analysis, FTA; DIN 25424) • entwickelt 1961 von H.A. Watson, Bell Labs • Bewertung eines Raketen-Abschuss-Systems • für SW und eingebettete Systeme erweitert • Systematische Suche nach Fehlerursachen • Elimination von singulären Schwachstellen • Top-down, von der Wurzel zu den Blättern • Jede Ebene im Baum zeigt den selben Sachverhalt, jedoch mit verschiedenen Detaillierungsgraden • Wurzel repräsentiert Bedrohung, Blätter repräsentieren atomare Fehler (Ereignisse) • Innere Knoten sind Abstraktionen von Ereignismengen

  18. Vorgehensweise • Wurzelknoten = Fehlerfall, unerwünschtes Ereignis • Kinder = Ursachen bzw. Teile des Fehlers • Verknüpfung mit booleschen Operatoren (oder, und, nicht) • Abbruch bei „elementaren Ereignissen“ die nicht weiter analysiert werden • Angemessener Detaillierungsgrad! • Größen in der Praxis: 10-1000 Knoten • Einheitliche Nomenklatur! • Dekomposition nicht nur nach strukturellen Kriterien! • Möglichkeit der numerischen Bewertung (bottom-up) • Wahrscheinlichkeiten aus Erfahrungswerten oder Analogieschlüssen

  19. Beispiel

  20. http://www.bqr.com/BQR-2005-1.pdf

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