軟件體系結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(yàn)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(jìn)行評估的方法軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估的方法（PASA），軟件體系機(jī)構(gòu)層次軟件體系機(jī)構(gòu)層次可維護(hù)性預(yù)測方法可維護(hù)性預(yù)測方法（ALMA）等。發(fā)展現(xiàn)狀人

2、們逐步認(rèn)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(gè)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(yàn)證與實(shí)現(xiàn)在不斷地進(jìn)行著。發(fā)展現(xiàn)狀2 概念描述在軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域一般認(rèn)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(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，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(jìn)措施提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，在此基礎(chǔ)上檢驗(yàn)軟件的性能需求是否得到滿足。概念描述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

3、以從兩個(gè)角度進(jìn)行分析，一是進(jìn)行定性的分析，二是進(jìn)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(jià)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(jìn)行討論。關(guān)鍵技術(shù)與方法3.1 SAAM方法SAAM是把一個(gè)物體最主要的屬性列舉出來，再用檢查表法把各個(gè)項(xiàng)目加以變化，并將其加以重新組合，然后再找出其中可以實(shí)行而且也有效果的項(xiàng)目。實(shí)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(shí)候，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(jì)時(shí)，是變更哪一部分的設(shè)計(jì)就沒有具

4、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(gè)被廣泛接受的體系結(jié)構(gòu)分析評價(jià)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(lì)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(lì)。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(yàn)等，只適合對體系結(jié)構(gòu)的粗糙評價(jià)。SAAM方法3.2

5、 ATAM方法在SAAM的基礎(chǔ)上，SEI于2000年提出ATAM方法。ATAM是評價(jià)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(rèn)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 architecture 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(dá)到這些

6、目標(biāo)。ATAM方法ATAM方法的分析評價(jià)是一個(gè)迭代過程迭代過程。包括4個(gè)階段：準(zhǔn)備調(diào)查和分析測試報(bào)告ATAM方法實(shí)際應(yīng)用中，ATAM借助調(diào)查表實(shí)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123Use 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(xiǎn)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)

7、系依賴關(guān)系，探討不同質(zhì)量屬性之間的折中機(jī)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(yàn)證有效和廣泛使用的一種方法，可以針對實(shí)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(jìn)行分析和評價(jià)。在評估活動結(jié)束以后，將評估的結(jié)果與實(shí)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(jì)工作就可以繼續(xù)進(jìn)行。但它對質(zhì)量屬性并沒有進(jìn)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(hù)性的一種方法。ALPSM定義了

8、可維護(hù)性框架，即一組表示維護(hù)任務(wù)的變更場景。一個(gè)場景描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的一個(gè)或一系列動作，場景的變更就描述一個(gè)具體的維護(hù)任務(wù)ALPSM以場景變更的規(guī)模作為可維護(hù)性的預(yù)測因子，通過場景變更所需的維護(hù)代價(jià)分析體系結(jié)構(gòu)可維護(hù)性。ALPSM方法ALPSM方法結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)對可維護(hù)性框架進(jìn)行驗(yàn)證，并且有效地引入變更，預(yù)測系統(tǒng)的可維護(hù)性。方法的缺陷是具有一些不確定性，例如如何驗(yàn)證可維護(hù)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(hù)數(shù)據(jù)。ALPSM包括六個(gè)步驟：標(biāo)志性維護(hù)任務(wù)

9、的人類合成場景為每個(gè)場景分配權(quán)重估計(jì)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(gè)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(xiǎn)承擔(dān)者的參與等角度進(jìn)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(diǎn)與缺點(diǎn)。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(hù)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(jì)過程，并且考查軟

10、件系統(tǒng)的可維護(hù)性，該方法是基于場景（不同于用例場景）的方式的，風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者的參與僅僅是設(shè)計(jì)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(jì)的重復(fù)改進(jìn)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(xiǎn)承擔(dān)者的參與是所有的風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者以及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)展，但是目前仍然存在一定的問題需要探討，包括：體系結(jié)

11、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(diǎn)，并且，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(jìn)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(gè)質(zhì)量特性和34個(gè)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

12、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(jià)，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(jià)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、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(jià)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(jìn)行定量的分析，通過將定量的度量和場景進(jìn)行結(jié)構(gòu)，大大提高SA分析和評價(jià)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(jià)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(jià)的工具很少。分析評價(jià)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(jìn)階段，造成一定的不便。5.5 體系結(jié)