軟件體系結(jié)構(gòu)分析與評(píng)估綜述

1、軟件體系結(jié)構(gòu)分析與評(píng)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(shì),1 發(fā)展現(xiàn)狀,20世紀(jì)90年代以來(lái)，軟件體系結(jié)構(gòu)的評(píng)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(píng)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(chǎng)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(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估的方法（PASA），軟件體系機(jī)構(gòu)

2、層次可維護(hù)性預(yù)測(cè)方法（ALMA）等。,發(fā)展現(xiàn)狀,人們逐步認(rèn)識(shí)到軟件體系結(jié)構(gòu)的分析評(píng)估對(duì)保證軟件質(zhì)量的重要性，在軟件體系結(jié)構(gòu)分析和評(píng)估這個(gè)新領(lǐng)域，許多研究組織在各種雜志與會(huì)議上提出了許多新穎的結(jié)構(gòu)化的評(píng)估方法，并且對(duì)這些軟件體系結(jié)構(gòu)分析與評(píng)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(píng)估，就是通過成本相對(duì)較低的活動(dòng)來(lái)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(píng)估方法主要可以從兩個(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(chǎng)景的分析評(píng)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(cè)量等技術(shù)的。本部分將對(duì)國(guó)內(nèi)外有代表性的幾種分析評(píng)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(gè)物體最主要的屬性列舉出來(lái)，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(huì)發(fā)現(xiàn)被檢查的事物范圍太大了。如用“替換”來(lái)變更設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)被廣泛接受的體系結(jié)構(gòu)分析評(píng)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(chǎng)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(chǎng)景，體系結(jié)構(gòu)的描述采用自然語(yǔ)言或其他形式表示。方法將場(chǎng)景歸類為直接場(chǎng)景和簡(jiǎn)介場(chǎng)景，分別支持對(duì)體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和動(dòng)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(píng)估過程依賴專家經(jīng)驗(yàn)等，只適合對(duì)體系結(jié)構(gòu)的粗糙評(píng)價(jià)。,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(píng)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(shí)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(lái)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(píng)價(jià)是一個(gè)迭代過程。包括4個(gè)階段：準(zhǔn)備調(diào)查和分析測(cè)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(lái)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(chǎng)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(duì)系統(tǒng)造成“壓力”的重大變更，從不同角度探測(cè)系統(tǒng)的特性，有助于提高Scenario的完整性并對(duì)體系結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)決策提供支持構(gòu),ATAM場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)其進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。在評(píng)估活動(dòng)結(jié)束以后，將評(píng)估的結(jié)果與實(shí)際需求相對(duì)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(duì)

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(lái)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(cè)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(chǎng)景。一個(gè)場(chǎng)景描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的一個(gè)或一系列動(dòng)作，場(chǎng)景的變更就描述一個(gè)具體的維護(hù)任務(wù)ALPSM以場(chǎng)景變更的規(guī)模作為可維護(hù)性的預(yù)測(cè)因子，通過場(chǎng)景變更所需的維護(hù)代價(jià)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(duì)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(cè)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(lái)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)的人類合成場(chǎng)景

12、為每個(gè)場(chǎng)景分配權(quán)重估計(jì)所有元素的大小為場(chǎng)景編寫腳本,ALPSM方法,4 關(guān)鍵方法的比較,本部分主要對(duì)三個(gè)相對(duì)有代表性軟件體系結(jié)構(gòu)分析與評(píng)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(píng)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(píng)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(píng)估方法比較,上表顯示了基于場(chǎng)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(jí)別上的軟件維護(hù)預(yù)測(cè)（ALPSM）。,從表中可以看出三種方法使用的階段是不同的。對(duì)于ALPSM來(lái)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(chǎng)景（不同于用例場(chǎng)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(duì)于SAAM來(lái)講，使用的評(píng)估技術(shù)也是基于場(chǎng)景的，這種方法主要用來(lái)評(píng)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?；谠儐柤夹g(shù)與度量技術(shù)的ATAM方法，可以檢測(cè)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(píng)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(chǎng)景不確定的處理，度量的應(yīng)用以及軟件體系結(jié)構(gòu)評(píng)估的發(fā)展

15、趨勢(shì)。,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(duì)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(duì)于軟件體系結(jié)構(gòu)的評(píng)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(chǎng)景的分析評(píng)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(chǎng)景具有代表性、場(chǎng)景的完備性等，因此如何為場(chǎng)景的構(gòu)造確定合適的邊界條件，以及如何確定場(chǎng)景構(gòu)造的停止準(zhǔn)則成為解決場(chǎng)景不確定性的一種極好的手段。,5.3 場(chǎng)景不確定性的處理,在對(duì)體系結(jié)構(gòu)的分析和評(píng)價(jià)中，大多采用基于場(chǎng)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(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量的分析，通過將定量的度量和場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)構(gòu)，大大提高SA分析和評(píng)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(yǔ)言和分析評(píng)價(jià)方法的多樣性，目前由于能對(duì)體系結(jié)構(gòu)提供全面有效的分析評(píng)價(jià)的工具很少。分析評(píng)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)構(gòu)分析和評(píng)價(jià)支持工具,6 發(fā)