Metrik (Software)

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Eine Softwaremetrik, oder kurz Metrik, ist eine (meist mathematische) Funktion, die eine Eigenschaft von Software in einen Zahlenwert, auch Maßzahl genannt, abbildet. Hierdurch werden formale Vergleichs- und Bewertungsmöglichkeiten geschaffen.

Hintergrund

Formell spricht man davon, die Metrik auf eine Software-Einheit anzuwenden. Das Ergebnis ist die Maßzahl. Mit Software-Einheit ist in der Mehrheit der Fälle der zugrundeliegende Quellcode gemeint. Da der Quellcode üblicherweise auf eine oder mehrere einzelne Dateien verteilt wird, kann die Metrik je nach Art auf den ganzen Quellcode oder Teile davon angewendet werden. Es gibt zudem Metriken, wie etwa die Function-Point-Analyse, die bereits auf der Spezifikation von Software angewendet werden können, um im Vorfeld den Aufwand zur Entwicklung der Software zu bestimmen.

In der Form des Zahlenwerts, der Maßzahl, dient die Metrik als Maß für eine Eigenschaft, ein Qualitätsmerkmal, von Software. Sie kann einen funktionalen Zusammenhang repräsentieren oder auch aus einer Checkliste abgeleitet werden. Einfache Metriken zeigen die Größe des Quellcode in Zeilen oder Zeichen auf, komplexere Metriken versuchen die Verständlichkeit des Quellcodes zu beurteilen. Mit einer geeigneten Zahl verschiedener Metriken kann beurteilt werden, wie aufwändig (sprich personal- und kostenintensiv) die Wartung, Weiterentwicklung und anschließende Tests der Software werden.

Von einem neu entwickelten Programm werden oft nicht nur bestimmte Funktionen gefordert, sondern auch Qualitätsmerkmale wie zum Beispiel Wartbarkeit, Erweiterbarkeit oder Verständlichkeit. Softwaremetriken können dabei keine korrekte Umsetzung der Funktionen bewerten, sie können allenfalls vorherbestimmen, welchen Aufwand die Erstellung der Software etwa bereiten wird und wie viele Fehler auftreten werden.

Werden während der langfristigen Weiterentwicklung einer Software regelmäßig Metriken angewendet, können negative Trends, also Abweichungen vom Qualitätsziel, frühzeitig entdeckt und korrigiert werden.

Die Interpretation der Daten einer Softwaremetrik ist Aufgabe der Disziplin der Softwaremetrie, dort stellen die Softwaremetriken einen Teil der Basisdaten für die Interpretation dar.

Definition nach IEEE Standard 1061

Eine Softwaremetrik ist eine Funktion, die eine Software-Einheit in einen Zahlenwert abbildet. Dieser berechnete Wert ist interpretierbar als der Erfüllungsgrad einer Qualitätseigenschaft der Software-Einheit (IEEE Standard 1061, 1992)

Anmerkung: Mit Software-Einheit ist dabei in der Regel der zugrundeliegende Quellcode gemeint. Da der Quellcode üblicherweise auf eine odere mehrere einzelne Dateien verteilt wird, kann die Metrik (je nach Art) auf den ganzen Quellcode oder Teile davon angewendet werden. Es gibt zudem Metriken, wie etwa die Function-Point-Analyse, die bereits auf der Spezifikation der Software angewendet werden können.

Ordnung von Softwaremetriken

Metriken bedienen verschiedene Aspekte der entstehenden Software, des angewendeten Vorgehensmodells und der Bewertung der Erfüllung der Anforderungen.

Nutzung

Der Einsatz von Metriken erstreckt sich von der Beurteilung der Entwicklungsphasen über die Beurteilung der Phasenergebnisse bis hin zur Beurteilung der eingesetzten Technologien. Das Ziel der Anwendung einer Metrik in der Softwareentwicklung ist die Fehlerprognose und die Aufwandschätzung, wobei zwischen vorlaufendem, mitlaufendem und retrospektivem Einsatz unterschieden wird.

Beschränkung

Grundsätzlich sind Metriken, die überschaubar bleiben, eindimensional. Damit zwingen sie zur Vereinfachung. In der Regel wird das erreicht, indem jede Metrik auf eine Sicht eingeengt wird. Das bedeutet dann zwingend, dass andere Sichten nicht gleichzeitig in gleicher Qualität bedient werden.

1. Sicht des Managements
   • Kosten der Software-Entwicklung (Angebot, Kostenminimierung)
   • Produktivitätssteigerung (Prozesse, Erfahrungskurve)
   • Risiken (Marktposition, Time2Market)
   • Zertifizierung (Marketing)
2. Sicht des Entwicklers
   • Lesbarkeit (Wartung, Wiederverwendung)
   • Effizienz und Effektivität
   • Vertrauen (Restfehler, MTBF, Tests)
3. Sicht des Kunden
   • Abschätzungen (Budgettreue, Termintreue)
   • Qualität (Zuverlässigkeit, Korrektheit)
   • Return on Investment (Wartbarkeit, Erweiterbarkeit)

Klassifikation

Für die verschiedenen Aspekte der Bewertung gibt es Entwurfsmetriken, wirtschaftliche Metriken, Kommunikationsmetriken usw. Metriken können verschiedenen Klassen zugeordnet werden, die den Gegenstand der Messung oder Bewertung bezeichnen:

1. Prozess-Metrik
   • Ressourcenaufwand (Mitarbeiter, Zeit, Kosten)
   • Fehler
   • Kommunikationsaufwand
2. Produkt-Metrik
   • Umfang (Lines of Code, Wiederverwendung, Prozeduren, ...)
   • Komplexität
   • Lesbarkeit (Stil)
   • Entwurfsqualität (Modularität, Bindung, Kopplung, ...)
   • Produktqualität (Testergebnisse, Testabdeckung, ...)
3. Aufwands-Metrik
   • Aufwandsstabilität
   • Aufwandsverteilung
   • Produktivität
   • Aufwand-Termin-Treue
4. Projektlaufzeit-Metrik
   • Entwicklungszeit
   • Durchschnittliche Entwicklungszeit
   • Meilenstein-Trend-Analyse
   • Termintreue
5. Komplexitäts-Metrik
   • Softwaregröße
   • Fertigstellungsgrad
6. Anwendungs-Metrik
   • Schulungsaufwand
   • Kundenzufriedenheit

Gütekriterien

Eine Metrik aus der Produktionsphase der Software allein ist noch kein Gütekriterium. In der Regel werden Gütemerkmale an der Erfüllung der Anforderungen des Kunden und seiner Anwendung gemessen. Dabei sind die Übertragbarkeit der Ergebnisse und die Repräsentanz der Messwerte für den Kundennutzen von Bedeutung:

• Objektivität: keine subjektiven Einflüsse des Messenden
• Zuverlässigkeit: bei Wiederholung gleiche Ergebnisse
• Normierung: Messergebnisskala und Vergleichbarkeitsskala
• Vergleichbarkeit: Maß mit anderen Maßen in Relation setzbar
• Ökonomie: minimale Kosten
• Nützlichkeit: messbare Erfüllung praktischer Bedürfnisse
• Validität: von messbaren Größen auf andere Kenngrößen zu schließen (schwierig)

Metriken

Einige der bekannteren Metriken sind:

• Anzahl der Codezeilen, engl. Lines Of Code, kurz LOC. Diese trivialste Metrik ist insb. von der Formatierung des Quellcodes und dem tatsächlichen enthaltenen Kommentarzeilen abhängig. LOC kann daher bei verschiedenen Quellcodes nicht vergleichbare Ergebnisse liefern. Dem kann aber mittels automatischer Formatierung weitgehend entgegen gewirkt werden.
• das Function-Point-Verfahren zur Aufwandsabschätzung in der Analysephase
• COCOMO
• die zyklomatische Komplexität (nach McCabe) zur Komplexitätsbestimmung eines Programmodules
• die Halstead-Metrik zur Implementierungsabschätzung in der Entwurfsphase
• Kontrollflussorientierte Metriken sind im Artikel Kontrollflussorientierte Testverfahren ausgeführt
  • Verhältnis von ausgeführten ELOC zu vorhandenen ELOC, wobei ELOC (executable line of code) eine ausführbare Quellcodezeile ist
  • C₀ Anweisungsüberdeckungskennzahl
  • C₁ Zweigüberdeckungskennzahl
  • C₂ Pfadüberdeckungskennzahl
  • C₃ Bedingungsüberdeckungskennzahl

Durch Kombination vorhandener Metriken werden immer wieder neue Metriken entwickelt, die zum Teil neue Entwicklungen im Software Engineering widerspiegeln. Ein Beispiel hierfür ist die 2007 vorgestellte C.R.A.P. (Change Risk Analysis and Predictions) Metrik zur Beurteilung der Wartbarkeit von Code.

Auswahl geeigneter Metriken

Zur Identifikation geeigneter Maße kann das GQM-Verfahren eingesetzt werden.

Vorgehen

1. Phasen- und Rollenmodell festlegen
2. Ziele bestimmen
3. Metrik-Maske definieren
4. Messplan aufstellen
5. Daten sammeln
6. Daten validieren
7. Daten analysieren und interpretieren
8. Daten sichern und visualisieren

Literatur

• Christof Ebert und Reiner Dumke: Software Measurement - Establish, Extract, Evaluate, Execute. Springer-Verlag, 2007, ISBN 9783540716488
• Georg E. Thaller: Software-Metriken einsetzen - bewerten - messen. Verlag Technik, 2000, ISBN 3341012605
• M. Rezagholi: Prozess- und Technologie Management in der Softwareentwicklung. Oldenbourg Verlag München Wien, 2004, ISBN 3486275496
• Ch. Bommer, M. Spindler, V. Barr: Softwarewartung - Grundlagen, Management und Wartungstechniken, dpunkt.verlag, Heidelberg 2008, ISBN 3-89864-482-0

Weblinks

• Gesellschaft für Informatik, Fachgruppe Software-Messung und -Bewertung (2.1.10)
• Softwarequalitätsmanagement
• SemmleCode - Ein Tool mit einer großen Bibliothek von Softwaremetriken. Eine detaillierte Beschreibung von allen Metriken ist auf der Webseite vorhanden.
• Präsentation "Metrik basierte Technologie- und Prozessbewertung"
• Berechnung von McCabe- und Halstead-Metriken anhand eines Beispielprojekts
• Universität Linz: Seminar Softwaremetriken

Siehe auch

• Testaufwand