面向软件非功能需求的软件过程建模方法.pdf

计算机研究与发展DOI ： 桙issn Journal of Computer Research and Development（） ： ， 收稿日期 ： ； 修回日期 ： 基金项目 ： 国家自然科学基金项目（ ， ， ， ） ； 云南省科技计划项目（FB） ； 云南省教育厅科学研究 基金重点项目（Z ， A） ； 云南省软件工程重点实验室开放基金项目（SE ， SE） ；云南大学高水平创新 团队计划“软件工程创新团队”项目（XT） ， 云南大学“中青年骨干教师培养计划”项目（XT） ； 云南大学人文社科基金 项目（YNUHSS） This work was supported by the National Natural Science Foundation of China （ ， ， ， ） ，the Science and Technology Foundation of Yunnan Province （FB） ，the Science Foundation of Yunnan Educational Committee （Z ， A） ，the Science Foundation of Key Laboratory of Software Engineering of Yunnan Province （SE ， SE） ，the Software Engineering Innovative Research Team Funding of Yunnan University High Level Innovative Team Plan （XT） ，the Young Teachers Special Training Program Funding of Yunnan University （XT） ，and the Social Science Foundation of Yunnan University （YNUHSS） 面向软件非功能需求的软件过程建模方法 张 璇 ， 李 彤 ， 王 旭 代 飞 ， 谢仲文 ， 于 倩 ， （云南大学软件学院 昆明 ） （云南省软件工程重点实验室（云南大学） 昆明 ） （云南大学经济学院 昆明 ） （zhxuan ynu edu cn） NonFunctional Requirements Oriented Software Process Modeling Zhang Xuan ， ，Li Tong ， ，Wang Xu ，Dai Fei ， ，Xie Zhongwen ， ，and Yu Qian ， （School of Sof tware ，Yunnan University ，Kunming ） （Key Laboratory of Sof tware Engineering of Yunnan （Yunnan University） ，Kunming ） （School of Economics ，Yunnan University ，Kunming ） Abstract The qualities of software relate to their synonym of nonfunctional requirements （NFRs） and mostly depend on the software processes Based on this viewpoint ，collecting process strategies from different software engineering processes and using aspectoriented modeling ，an approach to modeling NFRsoriented software processes is proposed The purpose of the approach is to ensure the development or evolution of high quality software through the whole life cycle of the software First ， a knowledge base of process strategies is created to store the activities for ensuring the software qualities Based on these strategies and using aspectoriented approach ，corresponding aspects are defined to be composed into the base software process models The need for these aspects is based primarily on the factor that the activities for NFRs and the base process models can be created separately and easily to be composed later Besides ，the conflicts between multiaspects and between aspects and base models are detected and controlled Second ，a modeling aided tool NPAT （non functional requirementsoriented processes aided tool） is developed to support the modeling of NFR oriented software processes Finally ，the theory ，the approach and the tool were used in a case study Through the case study ，the theory and the approach are proved to be feasible and the tool is proved to be effective The NFRsoriented software process modeling approach can help an organization provide a focus for enhancing software qualities by adding the NFR activities to the software processes Key words software nonfunctional requirement ；software process ；aspectoriented modeling ；Petri nets ；conflict 摘 要 软件非功能需求决定了软件的质量 ， 而软件质量需求的满足很大程度上依赖于软件开发或演化 时所使用的过程 从软件过程的角度出发 ， 总结凝练满足软件非功能需求的过程策略 ， 使用面向方面方 法 ， 提出面向软件非功能需求的软件过程建模方法 ， 从软件过程的方法和技术角度保证软件的质量需求 贯穿软件生命周期全过程得以实现 首先 ， 基于对软件非功能需求的分析 ， 总结满足非功能需求的过程 策略 ， 构建过程策略知识库 ， 在此基础上 ， 使用面向方面方法将过程策略定义的活动封装为方面 ， 并通过 方面合成机制织入基本软件过程模型 ， 既实现了基本模型与面向非功能需求活动间的分离 ， 又实现了软 件生命周期全过程注入有助于软件质量提升的活动 ， 其中 ， 重点解决了方面织入基本模型的冲突控制及 检测问题 ； 另外 ， 通过开发面向非功能需求的软件过程建模辅助工具 NPAT （nonfunctional requirements oriented processes aided tool） ， 为过程建模及冲突控制提供了技术支持 ； 最后 ， 通过在案例中使用所提 出的理论 、 方法和技术 ， 说明所提出的理论和方法是可行的 ， 开发的辅助工具是有效的 ， 可以通过非功能 需求定制的软件生命周期过程达到提升软件质量的目标 关键词 软件非功能需求 ； 软件过程 ； 面向方面建模 ； Petri 网 ； 冲突 中图法分类号 TP 保证软件质量一直是软件界追求的目标 ， 软件 质量与软件非功能需求（nonfunctional requirements ， NFRs）密切相关 ， 非功能需求解决的好坏直接影响 软件的成败 ， 因此 ， 非功能需求也常常被称为质量需 求 面对不同的非功能需求 ， 工业界和学术界都针对 性地提出了不同的软件工程过程 ， 包括 ： 软件可靠性 工程过程 、 信息系统安全工程过程 、系统防危 性工程过程 、 易用性工程过程 、 Boehm 和 In 针对软件质量需求提出的过程策略以及微软公 司 提出的安全软件开发生命周期过程（security development lifecycle ，SDL）等 ， 这些工程过程的提 出都表明开发高质量软件 、实现软件演化质量的提 升 ， 其本质是在开发软件以及演化软件的过程中满 足软件的质量需求 为了增加对软件过程的理解 ， 我们通常使用特 定的方法对软件过程进行抽象 、 表示和分析 ， 即对软 件过程进行建模 ， 并通过可执行（enactable）的软件 过程模型指导实际软件开发活动 ， 以规范软件开发 行为并最终提高软件质量 在软件过程建模领 域 ， 李彤教授 提出了一种软件演化过程建模方 法 ， 用于对软件过程进行建模 但是 ， 针对软件质量 ， 其特定的非功能需求如何融入软件过程模型是我们 面临的新需求 ， 面对新需求我们需要研究 个问题 ： ）如何成功地将不同软件的不同非功能需求与软件 过程分离 ， 分离有利于灵活地控制软件的非功能需 求 ， 软件的非功能需求会因不同软件而不同 ， 又随技 术的进步而变化 ， 有效分离可以实现基于特定非 功能需求定制特定软件过程 ， 创建可重用过程模型 ， 为将来的项目提供可重用的软件过程 ； ）分离后的 非功能需求如何在建模时融入软件过程并且保证正 确地融入 ， 这是我们需要研究的第 个问题 ， 我们需 要提出可行且高效的融入方法 ， 既保证非功能需求 相对独立 ， 又保证融入操作的正确性 为解决上述问题 ， 本文面向软件非功能需求 ， 借 鉴可靠性工程过程 、信息系统安全工程过程 、 系统防危性工程过程 、易用性工程过程 、 Boehm 和 In 针对软件质量需求提出的过程策略 以及微软的 SDL 过程 等相关软件非功能需求的 工程过程 ， 提出满足软件非功能需求的过程策略 ， 并 结合李彤教授 在软件过程领域提出的软件演化 过程建模方法 ， 运用面向方面方法 ， 将过程策略中的 活动按照活动的粒度和软件演化过程建模框架 定义过程方面和任务方面 ， 在对方面编织冲突进行 分析和控制后将其编织入用软件演化过程建模方法 建模的基本软件过程模型（为描述简洁 ， 下面统一称 其为基本模型） ， 实现面向软件非功能需求的软件过 程形式化建模 ， 同时 ， 同步相关案例研究和分析以检 查理论研究成果的合理性 、 有效性和可行性 ， 实现基 于过程控制在开发和演化条件下保障软件质量的方 法论的理论和实践提升 1 相关工作 随着工业界和学术界对软件过程研究的深入发 展 ， 大量的研究实践表明从软件生命周期的早期阶 段开始 ， 贯穿项目始终 ， 通过流程化和规范化的过 程来强化软件质量是保障软件质量的有效方法 软 件开发与演化是以过程为中心的 ， 软件过程是保证 张 璇等 ： 面向软件非功能需求的软件过程