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(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（SAAM）、軟件體系結(jié)構(gòu)折中分析方法（ATAM）、利用軟件性能工程SPE對軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估的方法（PASA），軟件體系機(jī)構(gòu)

2、層次可維護(hù)性預(yù)測方法（ALMA）等。,發(fā)展現(xiàn)狀,人們逐步認(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)，發(fā)現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)

3、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，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以從兩個角度進(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

4、方法進(jìn)行討論。,關(guān)鍵技術(shù)與方法,3.1 SAAM方法,SAAM是把一個物體最主要的屬性列舉出來，再用檢查表法把各個項(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，是變更哪一部分的設(shè)計(jì)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

5、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方法有著以下缺陷：沒有

6、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。,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(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

7、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，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)到這些目標(biāo)。,ATAM方法,ATAM方法的分析評價是一個迭代過程。包括4個階段：準(zhǔn)備調(diào)查和分析測試報(bào)告,ATAM方法,實(shí)際應(yīng)用中，AT

8、AM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,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,ATA

9、M分析質(zhì)量屬性之間的交互關(guān)系和依賴關(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。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

10、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(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)代價分析體系結(jié)構(gòu)可維護(hù)

11、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包括六個步驟：標(biāo)志性維護(hù)任務(wù)的人類合成場景

12、為每個場景分配權(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

13、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

14、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)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)用以及軟件體系結(jié)構(gòu)評估的發(fā)展

15、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

16、，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、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

17、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(jìn)階段，造成一定的不便。,5.5 體系結(jié)構(gòu)分析和評價支持工具,6 發(fā)