Development of Agent-Based Simulation Models for Software Evolution
Daniel Honsel · 2020
Software ist ein Bestandteil des alltäglichen Lebens für uns geworden. Dies ist auch mit zunehmenden Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit an sich schnell ändernde Umgebungen verbunden. Dieser evolutionäre Prozess der Software wird von einem dem Software Engineering zugehörigen Forschungsbereich, der Softwareevolution, untersucht. Die Änderungen an einer Software über die Zeit werden durch die Arbeit der Entwickler verursacht. Aus diesem Grund stellt das Entwicklerverhalten einen zentralen Bestandteil dar, wenn man die Evolution eines Softwareprojekts analysieren möchte. Für die Analyse realer Projekte steht eine Vielzahl von Open Source Projekten frei zur Verfügung. Für die Simulation von Softwareprojekten benutzen wir Multiagentensysteme, da wir damit das Verhalten der Entwickler detailliert beschrieben können. In dieser Dissertation entwickeln wir mehrere, aufeinander aufbauende, agentenbasierte Modelle, die unterschiedliche Aspekte der Software Evolution abdecken. Wir beginnen mit einem einfachen Modell ohne Abhängigkeiten zwischen den Agenten, mit dem man allein durch das Entwicklerverhalten das Wachstum eines realen Projekts simulativ reproduzieren kann. Darauffolgende Modelle wurden um weitere Agenten, zum Beispiel unterschiedliche Entwickler-Typen und Fehler, sowie Abhängigkeiten zwischen den Agenten ergänzt. Mit diesen erweiterten Modellen lassen sich unterschiedliche Fragestellungen betreffend Software Evolution simulativ beantworten. Eine dieser Fragen beantwortet zum Beispiel was mit der Software bezüglich ihrer Qualität passiert, wenn der Hauptentwickler das Projekt plötzlich verlässt. Das komplexeste Modell ist in der Lage Software Refactorings zu simulieren und nutzt dazu Graph Transformationen. Die Simulation erzeugt als Ausgabe einen Graphen, der die Software repräsentiert. Als Repräsentant der Software dient der Change-Coupling-Graph, der für die Simulation von Refactorings erweitert wird. Dieser Graph wird in dieser Arbeit als \emph{Softwaregraph} bezeichnet. Um die verschiedenen Modelle zu parametrisieren haben wir unterschiedliche Mining-Werkzeuge entwickelt. Diese Werkzeuge ermöglichen es uns ein Modell mit projektspezifischen Parametern zu instanziieren, ein Modell mit einem Snapshot des analysierten Projektes zu instanziieren oder Transformationsregeln zu parametrisieren, die für die Modellierung von Refactorings benötigt werden. Die Ergebnisse aus drei Fallstudien zeigen unter anderem, dass unser Ansatz agentenbasierte Simulation für die Vorhersage der Evolution von Software Projekten eine geeignete Wahl ist. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass mit einer geeigneten Parameterwahl unterschiedliche Wachstumstrends der realen Software simulativ reproduzierbar sind. Die besten Ergebnisse für den simulierten Softwaregraphen erhalten wir, wenn wir die Simulation nach einer initialen Phase mit einem Snapshot der realen Software starten. Die Refactorings betreffend konnten wir zeigen, dass das Modell basierend auf Graph Transformationen anwendbar ist und dass das simulierte Wachstum sich damit leicht verbessern lässt.