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07.04.2009

Die Goal-Question-Metric-Methode (GQM)Die Goal-Question-Metric-Methode (GQM)von Christian El Boustani

in der Lehrveranstaltung: „Software Engineering Experiment mit XP-Labor“

Christian El Boustani: Die Goal-Question-Metric-Methode (GQM) 207.04.2009

InhaltInhalt● Einleitung und Motivation● Einordnung von GQM in der empirischen Arbeit● Wie funktioniert die GQM-Methode?● Anwendungsbeispiel aus dem SE ● Zusammenfassung


InhaltInhalt● Einleitung und Motivation● Einordnung von GQM in der empirischen Arbeit● Wie funktioniert die GQM-Methode?● Anwendungsbeispiel aus dem SE● Zusammenfassung


Metriken und Maße Metriken und Maße

• Ziel: Eigenschaften von Software und Prozessen messen– Ziele: Analyse, Fortschrittskontrolle, Optimierung– „Du kannst nicht steuern, was du nicht messen kannst“ (Tom DeMarco)

• Es gibt zahlreiche Metriken im Software Engineering:– LoC (Lines of Code)– Cyclomatic complexity (Mccabe-Metrik)– …

• Problem: Es wird oft das gemessen, was einfach messbar ist– Seiten im Dokument zählen– Anzahl der Quellcode-Dateien– …

→ Folge: Geringe Aussagekraft der Messergebnisse

Einleitung und Motivation


Der Goal-Question-Metric-Ansatz Der Goal-Question-Metric-Ansatz

• Ursprung von GQM– Entwickelt von Victor Basili und Dieter Rombach– Ursprünglich als Ansatz zur Prozessverbesserung im SE gedacht

• Idee– Nicht das messen, was einfach messbar ist, sondern das, was man im

Bezug auf die eigenen Qualitätsziele wissen will

• GQM ist kein Bottom-Up-Ansatz...– Nicht von (existierenden) Metriken ausgehen und messen

(Ergebnisse schwierig zu interpretieren, nicht auf Qualitätsziele abgestimmt)

– … sondern Top-Down!• Ausgehend von den eigenen Qualitätszielen, eigene Metriken erstellen!

Einleitung und Motivation


GQM als empirische Methode im SE GQM als empirische Methode im SE

• GQM kann zur Analyse, zur Steuerung oder Optimierung eingesetzt werden

• GQM v.s. Experiment– GQM und Experimente definieren Ziele

• Goal definition template (Exp) ↔ Zielfacetten, Abstraction Sheet (GQM)

– GQM und Experimente bedienen sich Hypothesen• Experiment: Nullhypothese

→ Ziel: Experiment soll Nullhypothese widerlegen• GQM: Ausgangshypothesen, Einflusshypothesen

(konkrete Bedeutung: später)

• Einsatz von GQM in anderen empirischen Methoden– Experience Factory / Quality Improvement Paradigm (QIP):

• GQM wird dort eingesetzt, um Ziele aufzustellen und zu bewerten

Einordnung von GQM in der empirischen Arbeit


Grundprinzip Grundprinzip

• Vorgehensweise:– Hauptziel definieren (Konzeptuelle Ebene: Goal)

• Ziel verfeinern– Fragen stellen, um das Ziel besser zu charakterisieren

(Operative Ebene: Question)– Metriken und Indikatoren aufstellen (Quantitative Ebene: Metric)

• Ergebnis: Zielbaum:

Wie funktioniert die GQM-Methode?

Ziel

Frage 1 Frage 2 Frage 3

Metrik 1 Metrik 2 Metrik 3

Question

Goal

Metric


GQM am Beispiel Straßenverkehr GQM am Beispiel Straßenverkehr

• Szenario: Autobahnabschnitt mit hoher Anzahl von Verkehrsunfällen pro Jahr

• 1. Schritt: Hauptziel aufstellen


Verbessere Verkehrssicherheit

... ... ...

... ... ...

Question

Goal

Metric


GQM am Beispiel Straßenverkehr (2) GQM am Beispiel Straßenverkehr (2)

• 2. Schritt: Hauptziel verfeinern mit Zielfacetten– Häufig tabellarische Darstellung, jedoch auch als strukturierter Text o.ä.

möglich


Ziel Zweck Qualitätsaspekt Betrachtungsgegenst. Perspektive1.1 Verbessere Unfallschwere Streckenabschnitt Polizei1.2 Verbessere Unfallart Streckenabschnitt Polizei

Was sollgetan werden?(Analysieren, verbessern,...)

Welcher Qualitätsaspektwird betrachtet? Was soll untersucht

werden?

Aus welcherSicht soll

gemessen werden?

Im SE-Experiment soll i.d.R. nuranalysiert werden.



• Zielbaum mit Unterzielen:



... ... ...

... ... ...

Question

Goal

Metric

G 1.1: Verbessere Unfallschwere G 1.2: Verbessere Unfallart



• 3. Schritt: Abstraction Sheet für Teilziel erstellen– Tabellarisches Hilfsmittel, um die „richtigen“ Fragen zu stellen– Abstraction Sheet in „U-Form“ ausfüllen (von links oben nach rechts

oben)– Inhalt eines Abstraction Sheets:


Qualitätsfaktoren

(Faktoren, die den Qualitätsaspekt charakterisieren)

1.

Ausgangshypothesen

(Vermutungen: Wie steht es zur Zeit mit den Qualitätsfaktoren?)

2. Einflusshypothesen

(Vermutungen: Was beeinflusst auf welche Weise welchen Qualitätsfaktor?)

3.

Einflussfaktoren

(Die Stellschrauben, um die Qualitätfaktoren zusteuern)

4.



• Abstraction Sheet für Ziel 1.1


Qualitätsfaktoren

1) Verletzungen der Personen2) Entstandener Sachschaden

Einflussfaktoren

1) Frontalkollisionen2) Benutzung von teuren Automodellen

Ausgangshypothese

1) In 50% der Fälle irreversible Verletzungen von Personen2) Hoher Sachschaden in vielen Fällen

Einflusshypothesen

1) Frontalkollisionen mit dem Gegenverkehr beeinflussen 1) und 2)2) Benutzung von teuren Automodellen begünstigt 2)

Ziel Zweck Q.-Aspekt Betrachtungsgegenst. Persp.

1.1 Verbessere Unfallschwere Streckenabschnitt Polizei

beeinflussen

beeinflussen



• 4. Schritt: Fragen aus dem Abstraction Sheet ableiten– Fragen beschreiben die zu messende Einheit unter Berücksichtigung

eines Qualitätsaspekts und versuchen, ihre Qualität zu bestimmen– Fragen sollen helfen zu untersuchen, wie gut ein Ziel schon erreicht ist

• Im Blick behalten: Was wollen wir wissen?

– Ziel ist auch: Aufgestellte Hypothesen sollen überprüft werden• Stimmten unsere Vermutungen?• Gut: Erkenntnisgewinn, selbst wenn Hypothese sich als falsch erweist

→ „Es ist also nicht so, wie vermutet.“

– Es gibt leider kein Patentrezept, um Fragen herzuleiten... • Zwei mögliche Methoden werden hier vorgestellt




• Methoden, um Fragen herzuleiten (vgl. Übung SWQ):– Zu jedem Qualitätsfaktor eine Frage herleiten. Aspekte betrachten, die

in „auffälliger“ Art und Weise in den Hypothesen auftauchen:

→ Mögliche Frage: „Wie hoch ist der Sachschaden in den meisten Fällen?“

– Kontexteinfluss betrachten: Wie hängen Qualitätsfaktor, Einflussfaktor und Einflusshypothese zusammen?

→ Mögliche Frage: „In welcher Weise beeinflussen Frontalkollisionen die Verletzungen der Personen?“


Qualitätsfaktor Ausgangshypothese Einflusshypothese Einflussfaktor

Ent.Sachschaden Hoher Sachschaden in vielen Fällen

... ...

Qualitätsfaktor Ausgangshypo. Einflusshypothese Einflussfaktor

Verletzungen ... Frontalkollisionen mit Gegen- verkehr beeinflussen Verletzungen

Frontalkollisionen



• 5. Schritt: Metriken ableiten– Quantifizierbarkeit erreichen → Metrik muss Zahlenwert, Prozentwert

oder „Ja/Nein“ als Rückgabewert haben (nicht immer möglich)– Messergebnisse der Metriken sollen die Fragen beantworten


???


„In welcher Weise beeinflussen Frontalkollisionen die

Verletzungen der Personen?“

„Wie hoch ist der Sachschaden

in den meisten Fällen?“

Ermittele den Sachschadenpro Unfall für Unfälle im

im Zeitraum X.

Question

Goal

Metric

G 1.1: Verbessere Unfallschwere ...

Schwierig messbar! Daher keine Metrik verfügbar...

(Ggf. Frage umformulieren)



• 6. Schritt: Messplan aufstellen– Formulare, Fragebögen und Checklisten zur Erhebung erstellen– Bezug zu den Metriken muss klar sein (Metrik-IDs verwenden)

• Allgemeine Tipps zur Vorgehensweise:– Nicht zu viele Fragen und Metriken aufstellen!

• Wenige aber dafür wesentliche

– Granulat (von Zielen, Fragen etc.) beachten:• Weiter unterteilen und verfeinern, falls nötig

– Subjektive Begriffe sind problematisch: „schön“, „gut“, „schnell“• Wenn möglich vermeiden...• ...sonst durch quantifizierbare Fragen konkretisieren



Beispiel Laufzeitverbesserung von Quellcode Beispiel Laufzeitverbesserung von Quellcode

• 1. Schritt: Hauptziel aufstellen

Anwendungsbeispiel aus dem SE

Verbessere die Laufzeit vom Quellcode

... ... ...

... ... ...

Question

Goal

Metric


Beispiel Laufzeitverbesserung von Quellcode (2) Beispiel Laufzeitverbesserung von Quellcode (2)

• 2. Schritt: Hauptziel verfeinern mit Zielfacetten


Ziel Zweck Qualitätsaspekt Betrachtungsgegenst. Perspektive1.1 Verbessere Speichernutzung Quellcode Entwickler1.2 Verbessere Komplexität Quellcode Entwickler


Beispiel Laufzeitverbesserung von Quellcode Beispiel Laufzeitverbesserung von Quellcode

• Zielbaum mit Unterzielen:


Verbessere die Laufzeit vom Quellcode

... ...

... ... ...

Question

Goal

Metric

G 1.1: Verbessere Speichernutzung G 1.2: Verbessere Komplexität

...



• 3. Schritt: Abstraction Sheet für Teilziel erstellen


Qualitätsfaktoren

1) Verzweigungstiefe2) Verwendete Algorithmen

Einflussfaktoren

1) Anzahl der Refactorings2) Kenntnisse der Entwickler

Ausgangshypothese

1) Anweisungen sind häufig zu tief verschachtelt (> 3 Ebenen)2) Die verwendeten Algorithmen sind häufig zu komplex

Einflusshypothesen

1) Zu wenig Refactorings führen zu 1)2) Kenntnisse der Entwickler beeinflussen 2)

Ziel Zweck Q.-Aspekt Betrachtungsgegenst. Persp.

1.2 Verbessere Komplexität Quellcode Entwickler



• 4. Schritt: Fragen aus dem Abstraction Sheet ableiten– Frage 1: „Wie tief ist die Verzweigungsebene vom Quellcode?“– Frage 2: „Wie oft wurde in einem Code, der Mccabe > 10 hat, ein

Refactoring durchgeführt?“


„Wie tief ist die Verzweigungsebene

vom Quellcode?“

„Wie oft wurde in einem Code, der Mccabe > 10 hat,

ein Refactoring durchgeführt?“

... ... ...

Question

Metric

Verbessere die Laufzeit vom QuellcodeGoal

... G 1.2: Verbessere Komplexität



• 5. Schritt: Metriken aus Fragen ableiten


Ermittle denMccabe-Wert

vom Quellcode

Zähle die Anzahlder Refactorings in

Quellcodes mit Mccabe > 10Metric

„Wie tief ist die Verzweigungsebene

vom Quellcode?“

„Wie oft wurde in einem Code, der Mccabe > 10 hat,

ein Refactoring durchgeführt?“

Question

Verbessere die Laufzeit vom QuellcodeGoal

... G 1.2: Verbessere Komplexität


Zusammenfassung Zusammenfassung

• GQM: Methode zum zielorientierten Messen• Schrittweises Top-Down-Verfahren:

– Ziele definieren (Goal) – Fragen zu den Zielen stellen (Question)– Metriken herleiten, die die Fragen beantworten (Metric)

• Zielfacetten und Abstraction-Sheets als Hilfsmittel • Messplan erstellen, Daten erheben und Hypothesen

verifizieren• Wichtig: Anzahl der Fragen und Metriken beachten

– Zu viel ist kontraproduktiv– Lieber wenige aber dafür wesentliche Metriken aufstellen!

• Manchmal findet man keine (guten) Metriken– Vielleicht Fragen „falsch“ gestellt– Vielleicht gibt es aber auch keine Metrik!

→ „Ich messe, was einfach messbar ist“

Das will GQMvermeiden!

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