„Software Aging“ in den DH: Kritik des reinen Forschungswillen

paper
Authorship
  1. 1. Martina Bürgermeister

    ZIM-ACDH, Universität Graz

  2. 2. Gerlinde Schneider

    ZIM-ACDH, Universität Graz

  3. 3. Stephan Makowski

    Cologne Center for eHumanities - Universität zu Köln (University of Cologne)

  4. 4. Daniel Jeller

    ICARUS, Wien

  5. 5. Jan Bigalke

    Cologne Center for eHumanities - Universität zu Köln (University of Cologne)

  6. 6. Christian Theisen

    Cologne Center for eHumanities - Universität zu Köln (University of Cologne)

  7. 7. Georg Vogeler

    ZIM-ACDH, Universität Graz

Work text
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Einleitung
Dieser Beitrag behandelt die Frage, warum in den DH entwickelte und angewandte Software häufig schnell altert. Jede Software altert relativ zu der Umgebung, in der sie eingesetzt wird, unabhängig von der Qualität am Beginn ihrer Verwendung (Engels et al. 2009: 393). Wandeln sich Hardware, Infrastruktur oder Anforderungen an die Software, wird sie, um weiter brauchbar zu sein, angepasst. Je nach Beschaffenheit können sich diese Anpassungen positiv, oftmals aber auch negativ auf die Lebensdauer und Fitness einer Software auswirken.
Aus der Praxis behaupten wir, dass kontextuelle und inhaltliche Spezifika von DH-Software dazu führen, dass eine langfristige Lauffähigkeit und Brauchbarkeit erschwert werden. Unser Beitrag bringt allgemein die Bedeutung und Relevanz des Themas „Software Evolution“ (2) nahe, beschreibt Spezifika der Software Evolution aus der DH-Praxis (3) und zeigt welche konkreten Maßnahmen im Projekt
monasterium.net (4) dahingehend gesetzt werden.

Software Evolution
Software Evolution umfasst alle Aktivitäten und Prozesse, die Software verändern (Godfrey/German 2008). Änderungen der Hardware, der Infomationsübermittlung sowie der Anforderungen sind Kräfte die auf diesen Evolutionsprozess wirken. Softwareentwicklungsprozesse werden seit den 1970er Jahren definiert und systematisiert, um die Qualität von Software zu steigern. Aus dieser Zeit stammt auch das Konzept des sogenannten Software Lifecycles und die Idee, diesen Zyklus zu managen (Lehman 1980). Unterschiedliche Methoden und Techniken dazu haben sich seither für alle Phasen im Lebenslauf von Softwaresystemen etabliert. Dank der intensiven Auseinandersetzung mit der Qualitätssteigerung in der Softwareentwicklung wurden die Fehlerquoten gesenkt (Thaller 2000: 6). Hochwertige Software ist nicht nur (nahezu) fehlerfrei, sondern auch kompatibel zur ihrer Umgebung. Verläuft die Evolution einer Software nicht in diesem Sinne, spricht man vom „Software Aging“ beziehungsweise sogar von deren Verfall (Parnas 1994). Demeyer et al. (2013: 4f.) fassen die Symptome veralteter Software wie folgt zusammen: Unvollständige oder keine Dokumentation, fehlende Tests, Ausstieg ursprünglicher Entwickler, verlorengegangenes Insiderwissen, fehlender Überblick über Gesamtsystem, zeitintensive Anpassungen, ständige Fehlerkorrekturen und Wartung damit verbundener Abhängigkeiten, lange „Build“-Zeiten und schlechter Code.
Parnas (1994: 280) erkennt zwei Hauptfaktoren für das Altern von Software. „Lack of movement“, also keine Änderungen an der Software vorzunehmen, und „Ignorant surgery“: Aus der Praxis weiß man, dass bei dringenden Korrekturen am Programmcode, die formale Kriterien für gute Software oftmals nicht eingehalten werden. Ein Beispiel ist das unreflektierte Copy-and-paste aus
Stack Overflow
. Kurzfristige werden den besten Lösungen vorgezogen. Derartige Eingriffe und nicht-systematisches Vorgehen beschleunigen den Prozess der Softwarealterung. Es wird immer aufwendiger, Änderungen an der Software vorzunehmen.

Demzufolge werden Ideen zur systematischen und automatisierten Verjüngung von Software erforscht und erprobt: Refactoring-Tools, beispielsweise für Java in
Eclipse,
Python Rope, oder aber auch für HTML und CSS (Mazinanian/Tsantalis 2017, Harold 2008), wurden entwickelt. Sogenannte „Prediction“- Modelle werden ermittelt, um Softwareevolution besser verstehen zu können und vor allem dem Problem der „Legacy software“ zu begegnen (Goltz et al. 2015, Paech et al. 2016).

Software Herausforderungen in der DH Praxis

Diese teilweise schon seit Jahrzehnten bekannten Erkenntnisse aus dem Software Engineering haben für die DH eine besondere Relevanz, da die Projekte hier wesentlich kleinere Budgets, oftmals kurze Projektlaufzeiten und andere Unsicherheiten haben. Aus unserer Erfahrung wird Softwareentwicklung in den DH häufig sehr informell gehandhabt. Diesbezüglich nachhaltiger zu werden, haben unter anderem Czmiel (2017), Schrade (2017) oder Kasper/Grüntgens (2017) gefordert. Nicht nur der Entwicklungsprozess von DH-Software muss längerfristig gedacht werden (Hattrick 2016), auch der Kontext, in dem die Software entsteht und besteht, beeinflusst deren Entwicklung und Veränderung.

Erstens ist es nicht ungewöhnlich, dass Projekte in den DH von einer einzigen Person technisch umgesetzt werden, wie es etwa im Falle von Dissertationsprojekten typisch ist. Der entstandene Code ist bei Projektende lauffähig, es kann aber nicht vorausgesetzt werden, dass dieser auf einen langfristigen Einsatz ausgelegt ist und entsprechend gewissenhaft programmiert und dokumentiert ist. Forschungsergebnisse sind im Projektkontext meist wichtiger als die Qualität der entwickelten Software. Generell bedeutet ein Projektende nicht die Übergabe eines Produktes an einen Kunden, es bedeutet vielmehr: Die Finanzierung läuft aus und der/die Entwickler/in verlässt das Projekt. Was zurückbleibt, ist Software, die von anderen gewartet werden muss. Dazu ist es notwendig, die Dokumentation und Systemarchitektur zu verstehen, sich in den Fremdcode einzuarbeiten. Veränderungen am Code können oft nicht mehr ihrer ursprünglichen Intention entsprechend vorgenommen werden. Die Wartung wird aufwendig und zeitintensiv. Das heißt, die Organisationsstrukturen des Forschungsbetriebes beeinflussen die Alterung von Software.
Zweitens bringen die komplexen Anforderungen der Forschungsdaten nicht-klassische Lösungsansätze mit sich. Mit diesen Ansätzen vertraute Entwickler/innen sind schwer zu finden und zu halten, Einarbeitungsphasen dauern lange. Besonders augenfällig wird das am in den DH weit verbreiteten Gebrauch von X-Technologien. Sie werden immer mehr zur Nischenanwendung. Während die Definitionen von XSLT 1.0 und XPath 1.0 noch von einer größeren Breite von Softwareprodukten implementiert wurden, sogar Teil der Browser wurden, gibt es nur noch wenige Implementationen der Weiterentwicklungen XSLT 2.0 und 3.0. Auch die Menge verwendbarer XML-Datenbanksysteme ist heute geringer als noch vor einigen Jahren. In den DH entwickelte Softwarelösungen sind also speziell auf die Bedürfnisse des Gegenstandes ausgelegt und stellen keine Standardlösungen dar. Sie brauchen spezifisches Know-how, um gewartet werden zu können. Fehlt dieses, beziehungsweise ist es nur mangelhaft vorhanden, droht die Software zum unbrauchbaren Altsystem zu verkommen.
DH-Software verlangt drittens besondere Zuwendung, wenn der Code gleichzeitig die Forschungsergebnisse interpretiert. Wenn die Forschungsleistung also nicht allein in den Daten liegt, braucht es individuelle Wartungslösungen. Eine Digitale Edition kann beispielsweise als die Gesamtheit von Daten, Systemarchitektur, Anwendung und GUI verstanden werden (Andrews/Zundert 2018). Diese Interpretationsleistung als Teil der Forschung muss bei allen Phänomenen der Veränderung an der Edition mitbedacht werden. Die Gefahr ist groß, dass nach einiger Zeit das Argument durch Softwareanpassungen verwässert oder im schlimmsten Fall nicht mehr nachvollziehbar ist und für die Forschung unbrauchbar wird.
Zusammenfassend sehen wir in der nicht langfristigen Finanzierung, der hohen Fluktuation an Personen, der Notwendigkeit von Speziallösungen und im Forschungsgegenstand selbst erhöhten Bedarf an Maßnahmen, um unsere Softwareprojekte lauffähig zu halten.

Anti-Aging Maßnahmen im Projekt monasterium.net

Seit 2008 basiert die Urkundenplattform
monasterium.net auf
eXist-db als Applikationsserver und Datenbank. Die Plattform wurde hauptsächlich von drei aufeinanderfolgenden Hauptentwicklern programmiert. Um die Software zu modularisieren, wurde seit 2011 das
mom-ca-Framework entwickelt, eine Webapplikation in XRX-Architektur (XQuery, REST, XForms). Die Architektur galt damals in Verbindung mit XML-Datenbanken als Empfehlung, wird allerdings in der modernen Webentwicklung kaum mehr eingesetzt. Mit Auslaufen eines Projektes 2014 verließ der letzte Entwickler mit Überblick über das Gesamtsystem das Projekt. Zuvor wurde der Gesamtcode in ein öffentliches Repository überführt. Wissen und Intentionen gingen jedoch verloren.
Wir, als das aktuelle, größtenteils projektfinanzierte Entwicklerteam, beschäftigen uns nun aktiv damit, wie der derzeitige Code-Bestand unter unsteten Umständen wartbar und aktuell gehalten werden kann. Im Folgenden beschreiben wir vier Anti-Aging-Maßnahmen, die einerseits Refactoring (das Überarbeiten des Codes), aber auch ganz grundsätzliche Umstellungen des Entwicklungsworkflows betreffen.

Softwareverwaltung durch
Git und Nutzung der Services von
GitHub.

Sowohl Entwicklung als auch Dokumentation erfolgen über ein öffentliches
GitHub-Repository. Die dadurch verfügbaren Möglichkeiten der Versionsverwaltung, des Bugtracking und des Code Review werden genutzt, um die Qualität des Codes zu verbessern und diesen transparent und nachvollziehbar zu entwickeln.

Einrichtung einer Testumgebung.
Jede Neuentwicklung wird, vor ihrer Übernahme in das Produktivsystem anhand eines festgelegten Testszenarios evaluiert. Durch die Spiegelung des Livesystems auf einem Testserver soll reales Systemverhalten reproduziert werden. Fehler können so vorzeitig entdeckt und behoben werden.

Refactoring von HTML und CSS.
Die Verwendung eines auf den Konzepten von Material Design basierenden CSS-Frameworks garantiert ein konsistentes Gesamtdesign von
monasterium.net. Teile des Benutzerinterfaces werden dadurch modularisiert und leichter anpassbar. Die Verwendung eines Präprozessors und das Einführen einer Namenskonvention sollen die Wartbarkeit, das Auffinden von Fehlern und die Umsetzung neuer Features erleichtern.

Entwicklung einer RESTful API zwischen Client und Datenbank.
Die zukünftige Kommunikation zwischen Client und Datenbank übernimmt eine neudefinierte REST-API.
Die Datenabfrage aus der XML-Datenbank erfolgt noch per XQuery, zurückgeliefert werden wahlweise in XML oder JSON serialisierte Daten. Diese Form des Reengineerings gewährt eine definierte, standardisierte Verarbeitungsweise sowie die Weiternutzung und Kombination multipler Datenquellen. Die Abstraktion von Datenbank, Programmlogik und Benutzeroberfläche erleichtert so in Zukunft deren entkoppelte Anpassung oder Austausch.

Fazit
Softwarealterung ist nicht nur in der Softwareindustrie eine aktuelle und fordernde Problematik. Auch für DH-Forschungsinfrastrukturen ist diesbezüglich ein gezielter Umgang gefragt, um Software fit zu halten. Unwissenheit hinsichtlich der Wartung einer Software kann schlimmstenfalls zu einer zukünftigen Unbrauchbarkeit der Forschungsergebnisse führen. Eine dahingehende Bewusstseinsbildung kann über die empirische Betrachtung vorhandener Praktiken und Lösungswege geschehen.
Anhand von
monasterium.net haben wir exemplarisch mögliche Verjüngungsmaßnahmen dargestellt. Das Projekt eignet sich als Fallbeispiel, da seine Software eine über zehnjährige Laufzeit aufweist. Geringes Projektbudget und häufiger Personalwechsel mit daraus resultierenden Wissensverlusten haben die Codebasis gezeichnet. Das Projekt zeigt, dass Nachvollziehbarkeit des Entwicklungsprozesses, systematisches und standardisiertes Vorgehen, Modularisierung von Softwarekomponenten sowie kontinuierliches Testing in die Evolution von Software gewinnbringend eingreifen können.

Die Verantwortung kann allerdings nicht allein bei den Entwickler/innen liegen. Um Wissensverluste vorzubeugen, müssen langfristige Strukturen aufgebaut und finanziell abgesichert werden. Es muss Teil der Förderungspolitik werden, die Unausweichlichkeit der Softwarealterung zu bedenken. Sollen Entwicklungen auch nach fünf Jahren noch benutzbar sein, muss der Aufwand der nachhaltigen Entwicklung und Wartung in der Antragsplanung verankert werden.

Stack Overflow ist eine Online Community, zur gegenseitigen Unterstützung und zur Wissensgenerierung bei Fragen zur Softwareentwicklung: stackoverflow.com
github.com/icaruseu/mom-ca
material.io/guidelines/

Bibliographie

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Schrade, Torsten (2017): “Nachhaltige Softwareentwicklung in den Digital Humanities. Konzepte und Methoden“, in:
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Thaller, Georg E. (2000): ISO 9001:
Software-Entwicklung in der Praxis. Hannover: Heise.

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In review

DHd - 2018
"Kritik der digitalen vernunft"

Cologne, Germany

Feb. 26, 2018 - March 2, 2018

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Conference website: https://dhd2018.uni-koeln.de/

Contributors: Patrick Helling, Harald Lordick, R. Borges, & Scott Weingart.

Series: DHd (5)

Organizers: DHd