軟件體系結(jié)構(gòu)分析與評估綜述

1、軟件體系結(jié)構(gòu)分析與 評估綜述 1 發(fā)展現(xiàn)狀 2 概念描述 3 關(guān)鍵技術(shù)與方法 4 關(guān)鍵技術(shù)的比較 5 目前仍存在的問題討論 6 發(fā)展趨勢 1 發(fā)展現(xiàn)狀 20世紀(jì)90年代以來，軟件體系結(jié)構(gòu)的評估技術(shù)一直是研究的 熱點問題。 一些軟件體系結(jié)構(gòu)的評估方法已經(jīng)比較成熟并得到了應(yīng)用和 驗證，如基于場景的軟件體系結(jié)構(gòu)分析方法基于場景的軟件體系結(jié)構(gòu)分析方法（SAAM）、軟件軟件 體系結(jié)構(gòu)折中分析方法體系結(jié)構(gòu)折中分析方法（ATAM）、利用軟件性能工程利用軟件性能工程SPESPE對對 軟件體系結(jié)構(gòu)進行評估的方法軟件體系結(jié)構(gòu)進行評估的方法（PASA），軟件體系機構(gòu)層次軟件體系機構(gòu)層次 可維護性預(yù)測方法可維護性預(yù)測

2、方法（ALMA）等。 發(fā)展現(xiàn)狀 人們逐步認識到軟件體系結(jié)構(gòu)的分析評估對保證軟件質(zhì)量 的重要性，在軟件體系結(jié)構(gòu)分析和評估這個新領(lǐng)域，許多研究組 織在各種雜志與會議上提出了許多新穎的結(jié)構(gòu)化的評估方法，并 且對這些軟件體系結(jié)構(gòu)分析與評估的新方法的驗證與實現(xiàn)在不斷 地進行著。 發(fā)展現(xiàn)狀 2 概念描述 在軟件設(shè)計領(lǐng)域一般認為： 軟件體系結(jié)構(gòu)的分析評估，就是通過成本相對 較低 的活動來分析結(jié)構(gòu)中可能存在的風(fēng)險分析結(jié)構(gòu)中可能存在的風(fēng)險，發(fā)現(xiàn)軟件體系結(jié)發(fā)現(xiàn)軟件體系結(jié) 構(gòu)中影響系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素構(gòu)中影響系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并提出相應(yīng)的改進措施提出相應(yīng)的改進措施， 在此基礎(chǔ)上檢驗軟件的性能需求是否得到滿足。 概念

3、描述 3 關(guān)鍵技術(shù)與方法 軟件體系結(jié)構(gòu)的分析與評估方法主要可以從兩個角度進 行分析，一是進行定性的分析，二是進行定量的分析。 定性的分析主要是采用基于checklist，questionnaire和場景 的分析評價技術(shù)。 定量的分析主要是采用基于度量指標(biāo)、原型系統(tǒng)、數(shù)學(xué) 模擬、模擬、測量等技術(shù)的。 本部分將對國內(nèi)外有代表性的幾種分析評估方法進行討 論。 關(guān)鍵技術(shù)與方法 3.1 SAAM方法 SAAM是把一個物體最主要的屬性列舉出來，再用檢查表 法把各個項目加以變化，并將其加以重新組合，然后再找出其 中可以實行而且也有效果的項目。 實質(zhì)上是將列舉法和檢查表法互相配合使用。 在使用檢查表法的時候，

4、我們會發(fā)現(xiàn)被檢查的事物范圍 太大了。如用“替換”來變更設(shè)計時，是變更哪一部分的設(shè)計 就沒有具體確定。 SAAM方法 SAAM方法在改良事物性質(zhì)的方面具有極大的功效。 SAAM方法是第1個被廣泛接受的體系結(jié)構(gòu)分析評價方法。 它適用于可修改下、可拓展性以及功能覆蓋等質(zhì)量屬性。 SAAM方法 SAAM方法 SAAM方法的過程 場景是常用的一種技術(shù)，由用戶、外部激勵等初始化，通常包括系統(tǒng)中的事件和觸發(fā)該事件 的特定激勵。SAAM方法采用大腦風(fēng)暴技術(shù)構(gòu)建場景，體系結(jié)構(gòu)的描述采用自然語言或其他 形式表示。方法將場景歸類為直接場景和簡介場景，分別支持對體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和 動態(tài)分析。 SAAM方法有著以

5、下缺陷： 沒有提供體系結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性的清晰的度量。 評估過程依賴專家經(jīng)驗等，只適合對體系結(jié)構(gòu)的粗糙評價。 SAAM方法 3.2 ATAM方法 在SAAM的基礎(chǔ)上，SEI于2000年提出ATAM方法。 ATAM是評價軟件架構(gòu)的一種綜合全面的方法，它考慮了可 修改性、可靠性和安全性等多種質(zhì)量屬性。 不僅可以揭示出構(gòu)架滿足特定質(zhì)量目標(biāo)的情況，而且可以 使我們更清楚地認識到質(zhì)量目標(biāo)之間的聯(lián)系即如何權(quán)衡諸多 質(zhì)量目標(biāo)。 ATAM方法 ATAM方法基于假設(shè)如下： 體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是體系結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性最主要的限定體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是體系結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性最主要的限定，因此采 用ABASs(attribute-based arc

6、hitecture styles)來限定體系結(jié)構(gòu)的描述形 式。 ATAM關(guān)注如何從商業(yè)目標(biāo)獲取體系結(jié)構(gòu)的質(zhì)量屬性目標(biāo)， 體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是如何協(xié)助達到這些目標(biāo)。 ATAM方法 ATAM方法的分析評價是一個迭代過程迭代過程。 包括4個階段： 準(zhǔn)備 調(diào)查和分析 測試 報告 ATAM方法 實際應(yīng)用中，ATAM借助調(diào)查表實現(xiàn)，它使用調(diào)查表來收集 影響體系結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性的要素，描述質(zhì)量屬性的特征，并將場景 分為如下3類。 ATAM方法 1 2 3 Use case scenario 指系統(tǒng)的使用，用于信息的獲取 Growth scenario 覆蓋系統(tǒng)預(yù)期的變更 Exploratory scenario 覆蓋

7、了可能對系統(tǒng)造成“壓力”的重大變更，從不同角度探測系統(tǒng)的特性，有 助于提高Scenario的完整性并對體系結(jié)的風(fēng)險決策提供支持構(gòu) ATAM場景分類 ATAM分析質(zhì)量屬性之間的交互關(guān)系交互關(guān)系和依賴關(guān)系依賴關(guān)系，探討不同 質(zhì)量屬性之間的折中機制。為目標(biāo)質(zhì)量屬性建立效用樹，直接有 效的將系統(tǒng)的商業(yè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的質(zhì)量場景，有助于質(zhì)量目標(biāo) 的具體化和排序。 ATAM方法 ATAM方法是被驗證有效和廣泛使用的一種方法，可以針對 實用性、可靠性和可修改性這些質(zhì)量屬性，在系統(tǒng)開發(fā)之前對其 進行分析和評價。 在評估活動結(jié)束以后，將評估的結(jié)果與實際需求相對比， 如果系統(tǒng)預(yù)期性能可以滿足需求，設(shè)計工作就可以繼續(xù)

8、進行。 但它對質(zhì)量屬性并沒有進行深入分析，缺少定量的數(shù)據(jù)來 支持分析的結(jié)果。 ATAM方法 3.3 ALPSM方法 ALPSM方法是BengtsSon和Bosch提出的在體系結(jié)構(gòu)層次預(yù)測 系統(tǒng)可維護性的一種方法。 ALPSM定義了可維護性框架，即一組表示維護任務(wù)的變更 場景。一個場景描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的一個或一系列動作，場景 的變更就描述一個具體的維護任務(wù) ALPSM以場景變更的規(guī)模作為可維護性的預(yù)測因子，通過 場景變更所需的維護代價分析體系結(jié)構(gòu)可維護性。 ALPSM方法 ALPSM方法結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗和歷史數(shù)據(jù)對可維護性框架進行 驗證，并且有效地引入變更，預(yù)測系統(tǒng)的可維護性。 方法的缺陷是具有一

9、些不確定性，例如如何驗證可維護性 框架具有代表性。 ALPSM方法 ALPSM方法 ALPSM的 輸入與輸出 如圖所示，該方法有很多輸入，例如需求聲明、體系結(jié)構(gòu)描述、 來自軟件工程師的專門意見，以及可能存在的歷史維護數(shù)據(jù)。 ALPSM包括六個步驟： 標(biāo)志性維護任務(wù)的人類 合成場景 為每個場景分配權(quán)重 估計所有元素的大小 為場景編寫腳本 ALPSM方法 4 關(guān)鍵方法的比較 本部分主要對三個相對有代表性軟件體系結(jié)構(gòu)分析 與評估方法做了比較與討論，通過圖表的方式分辨重考 察的屬性，適用的階段，適用的評估技術(shù)以及風(fēng)險承擔(dān) 者的參與等角度進行概括與總結(jié)，讓我們能夠更加清楚 的了解到各種軟件評估方法的優(yōu)點

10、與缺點。 關(guān)鍵方法的比較 關(guān)鍵方法的比較 三種典型的評 估方法比較 上表顯示了基于場景的體系結(jié)構(gòu)分析方法（SAAM），體系結(jié)構(gòu)權(quán)衡 分析方法（ATAM），體系結(jié)構(gòu)級別上的軟件維護預(yù)測（ALPSM）。 從表中可以看出三種方法使用的階段是不同的。 對于ALPSM來說，這種方法主要應(yīng)用在設(shè)計過程， 并且考查軟件系統(tǒng)的可維護性，該方法是基于場景（不 同于用例場景）的方式的，風(fēng)險承擔(dān)者的參與僅僅是設(shè) 計師。 關(guān)鍵方法的比較 同樣對于SAAM來講，使用的評估技術(shù)也是基于場 景的，這種方法主要用來評估系統(tǒng)的可修改性，使用的 階段通常是SA的最終版可修改性、安全性、可用性，使 用階段主要是SA的最終版本或設(shè)計

11、的重復(fù)改進版本。 基于詢問技術(shù)與度量技術(shù)的ATAM方法，可以檢測 多種質(zhì)量屬性，其中包括過程，風(fēng)險承擔(dān)者的參與是所 有的風(fēng)險承擔(dān)者以及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師。 關(guān)鍵方法的比較 5 目前仍存在的問題討論 隨著軟件體系結(jié)構(gòu)的分析與評估研究的不斷深入， 提出了很多新的方法，并且有了一定的研究進展，但是 目前仍然存在一定的問題需要探討，包括：體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)的 描述，質(zhì)量特征的分析，場景不確定的處理，度量的應(yīng)描述，質(zhì)量特征的分析，場景不確定的處理，度量的應(yīng) 用以及軟件體系結(jié)構(gòu)評估的發(fā)展趨勢用以及軟件體系結(jié)構(gòu)評估的發(fā)展趨勢。 目前仍存在的問題討論 由于缺少統(tǒng)一的ADL框架和定義，體系結(jié)構(gòu)描述有 多種觀點，并且

12、，用不同ADL描述的體系結(jié)構(gòu)規(guī)格說明， 因此不能互換，大大增加了體系結(jié)構(gòu)比較和選擇的困難。 5.1 體系結(jié)構(gòu)的描述 質(zhì)量特征的深入分析是體系結(jié)構(gòu)進行度量和分析的 基礎(chǔ)之一。ISO/IEC9126提出了內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量的概 念，并給出了軟件的6個質(zhì)量特性和34個質(zhì)量子特性，但 對內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量之間的關(guān)系，質(zhì)量特性和子特性 自檢的關(guān)系卻沒有清晰和準(zhǔn)確的定義，不能直接用于度 量分析中。因此，對于軟件體系結(jié)構(gòu)的評價，我們需要 根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，深入分析質(zhì)量的屬性，找出合適 的度量。 5.2 質(zhì)量特征的分析 由于基于場景的分析評價技術(shù)具有很多的不確定性， 包括如何根據(jù)某質(zhì)量特征使場景具有代表性、

13、場景的完 備性等，因此如何為場景的構(gòu)造確定合適的邊界條件， 以及如何確定場景構(gòu)造的停止準(zhǔn)則成為解決場景不確定 性的一種極好的手段。 5.3 場景不確定性的處理 在對體系結(jié)構(gòu)的分析和評價中，大多采用基于場景 的技術(shù)，這種技術(shù)具有很大的不確定性。我們可以考慮 對體系結(jié)構(gòu)進行定量的分析，通過將定量的度量和場景 進行結(jié)構(gòu)，大大提高SA分析和評價的能力。 5.4 度量的應(yīng)用 考慮到體系結(jié)構(gòu)描述語言和分析評價方法的多樣性，目 前由于能對體系結(jié)構(gòu)提供全面有效的分析評價的工具很少。分 析評價人員需要根據(jù)體系結(jié)構(gòu)的描述方法、關(guān)注的質(zhì)量特性、 應(yīng)用領(lǐng)域等選擇合適的支持工具。但是大多數(shù)的支持工農(nóng)根據(jù) 都還在研發(fā)與改進階段，造成一定的不便。 5.5 體系