Génie logiciel

Selon l'arrêté ministériel du 30 décembre 1983 relatif à l'enrichissement du vocabulaire de l'informatique [Journal officiel du 19 février 1984], le génie logiciel est « l'ensemble des activités de conception et de mise en œuvre des produits et des procédures tendant à rationaliser la production du logiciel et son suivi ».

Est aussi appelée génie logiciel l'ingénierie appliquée au logiciel informatique, c'est-à-dire l'activité par laquelle le code source d'un logiciel est spécifié puis produit et déployé. Le génie logiciel touche au cycle de vie des logiciels. Toutes les phases de la création d'un logiciel informatique y sont enseignées : l'analyse du besoin, l'élaboration des spécifications, la conceptualisation du mécanisme interne au logiciel ainsi que les techniques de programmation, le développement, la phase de test et finalement la maintenance.

Le guide SWEBOK du IEEE définit les champs de connaissance du génie logiciel, comme le Project Management Body of Knowledge (PMBOK) du Project Management Institute (PMI) le fait, pour la gestion de projet.

Le terme anglais « Software » est utilisé la première fois en 1958 par le statisticien John Tukey[2]. Les premières bases du génie logiciel, en anglais « software engineering », sont attribuées à l'informaticienne et mathématicienne Margaret Hamilton, la conceptrice du système embarqué du programme Apollo[3] - [4]:

« Quand j'ai proposé la première fois le terme, personne n'en avait entendu parler auparavant, du moins dans notre monde [NdT: à la NASA]. Pendant assez longtemps ils aimaient me charrier sur mes idées radicales. Ce fut une journée mémorable lorsque l'un des gourous les plus respectés dans le domaine du hardware a expliqué lors d'une réunion qu'il était d'accord avec moi pour dire que le processus de construction d'un logiciel devrait également être considéré comme une discipline d'ingénierie, au même titre que le matériel électronique. Pas à cause de son acceptation du nouveau terme en tant que tel, mais parce que nous avions gagné son approbation et celle des autres personnes présentes dans la salle comme œuvrant dans un domaine d'ingénierie à part entière.[5] »

Le terme « software engineering » a été mentionné publiquement pour la première fois en 1968 [6] pour une conférence organisée par l'OTAN sur le sujet[7]. Il a été repris l'année suivante à une conférence concernant la crise du logiciel. La crise du logiciel est une baisse significative de la qualité des logiciels dont la venue coïncide avec le début de l'utilisation des circuits intégrés dans les ordinateurs : l'augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs a permis de réaliser des logiciels beaucoup plus complexes qu'auparavant. En 1972, l'IEEE lance un premier périodique, « Transactions on Software Engineering », consacrant ainsi cette discipline émergente de l'ingénierie[2].

Les premières tentatives de création de logiciels de grande ampleur ont vite montré les limites d'un travail informel d'ingénieurs logiciel : les produits réalisés ne sont pas terminés dans les temps, coûtent plus cher que prévu, ne sont pas fiables, sont peu performants et coûtent cher en entretien. La baisse du coût du matériel informatique s'accompagnait d'une augmentation du coût du logiciel. Des études se sont penchées sur la recherche de méthodes de travail adaptées à la complexité inhérente aux logiciels contemporains et ont donné naissance au génie logiciel[8].

Aujourd'hui (en 2004), l'utilisation des méthodes de génie logiciel reste quelque chose de relativement peu répandu dans l'industrie du logiciel. Le programmeur travaille souvent comme un artisan, guidé par son talent, son expérience et ses connaissances théoriques et la crise du logiciel s'apparente à une maladie chronique de l'industrie du logiciel[9].

Le génie logiciel s'exerce au travers des diverses professions suivantes :

• Ingénieur en logiciel
• Ingénieur au niveau conception de logiciel
• Ingénieur en informatique

Les professionnels du génie logiciel sont amenés à travailler dans tous les domaines où le développement de logiciel est nécessaire, par exemple dans les secteurs suivants:

• les sociétés de services en ingénierie informatique (SSII) ;
• les éditeurs de logiciels ;
• les institutions de certification gouvernementales.

Le génie logiciel repose sur un ensemble de normes de niveau international permettant de définir le champ de connaissance et d'application.

• IEEE Standard for Software Quality Assurance Processes - IEEE Std. 730
• IEEE Standard for Configuration Management in Systems and Software Engineering - IEEE Std. 828
• IEEE Standard for Software Test Documentation - IEEE Std. 829
• IEEE Recommended Practice for Software Requirements Specifications - IEEE Std. 830[11].
• IEEE Recommended Practice for Software Design Descriptions - IEEE Std. 1016
• IEEE Standard for Software User Documentation - IEEE Std. 1063
• SWEBOK - Guide du corpus de connaissances en génie logiciel ( « Software Engineering Body of Knowledge » ) - Édité par l'IEEE et également disponible en tant que rapport technique ISO/IEC TR 19759:2015
• Normes et Guides d'ingénierie du logiciel pour les très petits organismes - ISO/CEI 29110
• Software life cycle processes - ISO/CEI/IEEE 12207

Également, ISO 15504 fourni un ensemble structuré de bonnes pratiques destinées à appréhender, mesurer et améliorer la qualité des produits d'une entreprise d'ingénierie informatique.

Le domaine de connaissances du génie logiciel couvre en particulier le cycle de vie d'un logiciel, les activités clés du cycle de vie — depuis la demande d'un maître d'ouvrage jusqu'à la mise hors service définitive du produit — et l'ordre dans lequel ces activités sont effectuées. Il couvre également les différentes personnes impliquées: technico commercial, les ingénieurs, les acheteurs, les utilisateurs, et le directeur des systèmes d'information.

Selon le SWEBOK les activités clés du cycle de vie d'un logiciel sont : l'analyse fonctionnelle, l'architecture, la programmation, les tests, la validation, la maintenance et la gestion de projet.

Analyse des besoins

Consiste à récolter des informations détaillées concernant l'éventail de fonctions que devra offrir le logiciel, ainsi que les résultats qu'il devra donner. Des connaissances du domaine d'activité du logiciel (exemple: banque, industrie, administration) facilitent le travail de l'ingénieur.

Conception

Consiste à déterminer et schématiser les grandes lignes des mécanismes qui devront être programmés en vue d'obtenir chacune des fonctions que devra offrir le logiciel.

Des plans conceptuels du logiciel selon les formalismes de modélisation (UML par exemple) seront alors réalisé. C'est également à cette étape que l'utilisation de patrons de conception logiciel sont appliqués afin de résoudre certains problèmes de conceptions communs. Le recours à l'architecture logicielle pourra également être effectué.

Construction

Consiste à la rédaction du code source, des instructions de programme qui offriront les fonctions attendues, et qui sont le corps du logiciel. La programmation est alors effectuée en suivant les plans initialement établis lors de la conception. Selon la méthodologie choisie (ex: itératif), les ingénieurs pourront retourner sur les planches a dessin afin d'ajuster la conception avec la réalité de la construction.

Tests

Une suite de vérifications faites par les ingénieurs qui servent à déceler un maximum de bugs, des défauts de programmation qui provoquent des pannes ou des résultats incorrects. La validation est un examen réalisé par le client durant lequel il vérifie que les fonctions offertes par le logiciel correspondent à ses attentes et à ses besoins.

Maintenance

Des opérations d'analyse, de programmation et de test réalisés après coup, une fois que le logiciel a été mis à disposition des utilisateurs et durant lesquelles le logiciel subit des transformations, des corrections ou des améliorations. La facilité de cette maintenance dépendra de l'importance qui lui a été accordé durant la phase de conception.

Gestion de projets

Une activité réalisée tout au long des travaux sur le logiciel, qui consiste à organiser une équipe d'ingénieurs, répartir les tâches et veiller à l'avancée des travaux en vue de finir dans les délais prévus. C'est une activité de management également exercée dans d'autres domaines d'ingénierie.

Les outils et méthodes

Les thématiques du génie logiciel recouvrent notamment les outils et méthodes de spécification de fonctionnalités d'un logiciel, les méthodes formelles (Méthode B par exemple), les outils et les méthodes de conception de logiciel, les outils de conception, atelier logiciel, Ingénierie des modèles Kermeta par exemple, l'automatisation de l'optimisation du code.

D'autres domaines sont connexes au génie logiciel dans la mesure où ils partagent des outils communs : description formelle du code, grammaires des langages manipulés. Ces domaines sont par exemple :

• la compilation ;
• l'interprétation de code ;
• la traduction de code d'un langage de programmation vers un autre.
• un éditeur dédié au langage de programmation
• les bibliothèques de composants
• les outils de planification
• un outil de gestion des exigences pour développer et gérer les exigences relatives au code produit
• un outil de gestion de configuration pour contrôler les évolutions du code produit
• des moyens de tester pour vérifier la conformité du code produit
• des outils de génération de métriques pour caractériser la conformité du code produit

La Gestion de la Qualité

Bien que l'on passe du génie de la production à celui de la décision, ces domaines ont un impact tellement important sur l'activité de génie logiciel qu'ils doivent être mentionnés [12]:

• La gestion de la qualité permet de contrôler l'organisation de la production du code.
• La qualité repose sur des méthodes.
• Le management est un modèle et un moyen humain qui a pour but d'améliorer la production.

La gestion de la configuration

Permet de contrôler les évolutions du code produit et les différentes versions du produit.

cycle en spirale

Le domaine de connaissance des méthodes concerne l'ordre dans lequel sont effectués les différents travaux de développement d'un logiciel - en cascade, en V, itératif, en sprints ou parallèlement:

Cascade

La méthode classique de génie consiste à effectuer successivement, en cascade, les travaux d'analyse fonctionnelle, puis de conception, de programmation et de test.

Cycle en V

Le cycle en V est une autre méthode classique, partagée avec l'ingénierie de systèmes. Elle consiste à concevoir un système fait de parties plus simples, qui à leur tour seront conçues puis réalisées et vérifiées, avant que le système ne soit assemblé et vérifié dans son ensemble.

Itératif

Une autre méthode consiste à effectuer les travaux d'analyse, de programmation, de test et de validation tout d'abord sur un jeu restreint de fonctions du logiciel, puis une nouvelle itération servira à répéter ces opérations sur un jeu de fonctions plus raffiné, et ainsi de suite, selon un cycle en spirale.

Agile

Agile est un qualificatif de divers procédés de développement en rupture avec les procédés d'ingénierie classiques hérités du génie. Ces procédés mettent l'accent sur les changements constants de cahier des charges et de code source des logiciels, une collaboration étroite et une forte implication de l'utilisateur final, et un cycle de développement en spirale avec de nombreuses et courtes itérations. Scrum, Extreme programming et Rational Unified Process sont des méthodes agile[13].

Les études en génie logiciel ont également relevé diverses croyances erronées de la communauté des ingénieurs qui ont un impact direct sur leurs méthodes de travail. exemples :

• un logiciel peut être construit uniquement par assemblage de fonctions et de standards

Les standard et fonctions existantes sur le marché sont une aide utile, mais ne sont pas suffisamment complets et adaptables pour permettre la construction complète du logiciel.

• ajouter des personnes à une équipe d'ingénieurs permet de rattraper le retard

C'est le contraire: les personnes qui arrivent doivent être formées et informées sur le logiciel en cours de construction par les autres ingénieurs, ce qui entraîne des retards supplémentaires. (loi de Brooks)

• le travail est terminé une fois que le logiciel fonctionne

L'expérience montre que la majeure partie du travail commence après la livraison du logiciel au client. (phase de maintenance)[16]

Le génie logiciel empirique est la branche du génie logiciel qui s'intéresse à la validation ou à la réfutation de ces croyances.

• Mary Shaw (1943-), ingénieure en logiciel américaine et professeure d'informatique.