軟件系統(tǒng)開發(fā)與軟件工程方法

1、第七章 軟件系統(tǒng)開發(fā)與軟件工程方法,一、軟件危機(jī) 二、軟件工程,一、軟件危機(jī) 1、軟件開發(fā)的發(fā)展歷程,早期 第二階段 第三階段 第四階段 面向批處理 多用戶 分布式系統(tǒng) 強(qiáng)大的桌面系統(tǒng) 有限的分布 實(shí)時(shí) 嵌入“智能” 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 自定義軟件 數(shù)據(jù)庫 低成本硬件 專家系統(tǒng) 開發(fā)者=使用者 軟件產(chǎn)品 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 并行計(jì)算 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī),一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),1）案例思考1FAA的失敗項(xiàng)目 20世紀(jì)80年代中期，更換空中交通控制系統(tǒng)已成為美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）非常優(yōu)先的任務(wù)。1989年IBM公司獲得更換該系統(tǒng)的合同，截止期為2001年，預(yù)計(jì)投入25億美元。由于面臨著極苛刻的需求，該軟件

2、項(xiàng)目是已進(jìn)行的最復(fù)雜的項(xiàng)目之一。例如，交通控制系統(tǒng)必須具備全局完整性并且每周7天，每天24小時(shí)不能停止工作，甚至在升級時(shí)或正常維護(hù)時(shí)，也不允許有停頓時(shí)間。任何錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)都會引起重大傷亡，任何停機(jī)均會導(dǎo)致世界范圍的出行延誤或潛在的危險(xiǎn)。該系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間不能超過2-3秒。此外，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到允許私人飛機(jī)駕駛員繼續(xù)使用舊設(shè)備，并要求軟件能在未來移植到更新的硬件設(shè)備上。當(dāng)IBM獲得該合同后，該系統(tǒng)的主要花費(fèi)為軟件開發(fā)，用于硬件的投入僅為8萬美元。1993年，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的IBM子公司IBM聯(lián)邦系統(tǒng)公司被IBM賣給了Loral公司。到1994年，該系統(tǒng)已花費(fèi)了23億美元，但尚未提交系統(tǒng)的任何程序段

3、，而此時(shí)估算整個(gè)系統(tǒng)的花費(fèi)將增至50億美元。1994年底，F(xiàn)AA不得不承認(rèn)該項(xiàng)目失敗并進(jìn)行調(diào)查。作為調(diào)查的結(jié)果，F(xiàn)AA取消或修改了系統(tǒng)的四個(gè)主要部分。面臨當(dāng)前空中控制系統(tǒng)存在的隱患，F(xiàn)AA不得不訂購了一套作為權(quán)宜之計(jì)的系統(tǒng)，由另一家公司開發(fā)。 你認(rèn)為該項(xiàng)目的失敗反映了什么問題？失敗的主要原因可能是什么？FAA為什么選擇取消和修改的方式而不是增加資源和生產(chǎn)力的方式,FAA對此項(xiàng)目調(diào)查總結(jié)出的原因?yàn)橐韵聨讞l： FAA并沒有明確掌握某些系統(tǒng)功能的需求。 制定了過于急躁的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)計(jì)劃（包括費(fèi)用與進(jìn)度的估計(jì)） 在給定的軟件復(fù)雜度下，沒有考慮到開發(fā)商的生產(chǎn)力，尤其是早期階段需要投入的資源,在人月神話一書

4、中，Brooks將過去30年大型軟件項(xiàng)目的開發(fā)比喻為史前陷入瀝青坑的巨獸。恐龍、猛犸、劍齒虎等動(dòng)物在焦油中掙扎，然而掙扎得越激烈，就陷得越快，最終都沉到了坑底。過去的大型軟件項(xiàng)目中，大多數(shù)開發(fā)出了可運(yùn)行的系統(tǒng)不過只有極少數(shù)滿足了目標(biāo)、進(jìn)度和預(yù)算的要求。表面上看起來沒有任何一個(gè)單獨(dú)的問題會導(dǎo)致困難，每個(gè)問題都能獲得解決，但這些問題糾纏和積累在一起時(shí)，團(tuán)隊(duì)的行動(dòng)就越來越慢，并且很難再看清問題的本質(zhì),1995年美國的商業(yè)軟件失敗統(tǒng)計(jì),一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),案例思考2遺傳信息庫建設(shè) 在正在建設(shè)的遺傳信息庫如，假設(shè)你要開發(fā)一個(gè)管理軟件。你并不是一個(gè)生物遺傳方面的專家，甚至對此方面的知識一竅不通，你

5、該如何入手？要使該項(xiàng)目成功，你認(rèn)為應(yīng)該有哪些保障條件,你的問題是什么：對遺傳信息的管理,需要什么條件：了解遺傳信息的表示和管理流程,如何實(shí)現(xiàn)：與遺傳領(lǐng)域的專家交流,障礙是什么：難以溝通與交流?？赡芤蛘`解產(chǎn)生錯(cuò)誤的需求描述,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),軟件項(xiàng)目為什么會失敗,軟件項(xiàng)目失敗的核心問題在哪里,答案只有一個(gè)：復(fù)雜性,軟件要解決的問題本身是復(fù)雜的,開發(fā)人員一般不是該問題領(lǐng)域的專家,軟件規(guī)模要求多人參與，而不同專業(yè)領(lǐng)域的人的交流是困難的,軟件規(guī)模使得既要理解系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)又要把握細(xì)節(jié)比較困難,例:Windows95有1000萬行代碼 Windows2000有5000萬行代碼 Exchange2

6、000和 Windows2000開發(fā)人員結(jié)構(gòu),一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),2）軟件神話,1管理神話 神話：有關(guān)軟件開發(fā)的理論和方法已經(jīng)很豐富，有很多可用的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，因而可以保證軟件開發(fā)的順利進(jìn)行。 現(xiàn)實(shí)：理論與方法在大多數(shù)實(shí)踐中并沒有得到真正的應(yīng)用。使用者并沒有對這些理論與方法建立正確的認(rèn)識。 神話：已經(jīng)有很多強(qiáng)大的開發(fā)工具和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件，這些可以保證軟件開發(fā)的質(zhì)量與效率。 現(xiàn)實(shí)：這些工具并沒有得到合理的應(yīng)用。 神話：如果我們落后于進(jìn)度，可以通過增加人手來趕上。 現(xiàn)實(shí)：向一個(gè)已經(jīng)延遲的項(xiàng)目增加人手，只會使延遲的項(xiàng)目更加落后除非項(xiàng)目中不需要交流。生一個(gè)孩子10個(gè)月，無論有多少人,一、軟件危

7、機(jī) 2、軟件危機(jī),2）軟件神話,1管理神話 神話：通過把軟件項(xiàng)目外包給實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的軟件開發(fā)公司可以保證軟件的成功。 現(xiàn)實(shí)：再專業(yè)的軟件公司，不了解客戶的需求和業(yè)務(wù)流程，也不可能順利完成軟件開發(fā)項(xiàng)目,改正一個(gè)問題需付出的代價(jià),需 求 分 析,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì),編碼,集成測試,系統(tǒng)測試,現(xiàn)場,改正一個(gè)問題的估計(jì)費(fèi)用,改正一個(gè)問題估計(jì)的工作量,20,200,2000,1000,5.0,2.5,0.05,0.5,美元,人天,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),2）軟件神話,2客戶神話 神話：有了目標(biāo)系統(tǒng)的一般性描述就可以寫程序了，細(xì)節(jié)可以逐步完善。 現(xiàn)實(shí)：糟糕的系統(tǒng)定義是項(xiàng)目失敗的主要原因。關(guān)于問題域、功能、

8、行為、性能、接口、設(shè)計(jì)約束以及確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的形式化的、詳細(xì)的描述是必要的，這些內(nèi)容只能通過客戶與開發(fā)者之間的交流才能確定。 神話：軟件需求是經(jīng)常變更的，而這些變更可以容易的被滿足，因?yàn)檐浖庆`活的。 現(xiàn)實(shí)：軟件需求確實(shí)是容易變更的，但變更的代價(jià)將隨軟件開發(fā)的進(jìn)度不同而有很大的差異。如果重新項(xiàng)目早期的問題定義，需求變化則很容易被調(diào)節(jié)，而項(xiàng)目后期需求變更的代價(jià)可能是致命的,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),2）軟件神話,3實(shí)踐者的神話 神話：軟件是藝術(shù)，軟件開發(fā)是個(gè)人的舞臺。 現(xiàn)實(shí)：50年代可能是，現(xiàn)在不是。 神話：一旦寫完了程序并能正常運(yùn)行，我們的工作就結(jié)束了。 現(xiàn)實(shí)：越早開始寫代碼，軟件開發(fā)花費(fèi)的時(shí)間就

9、越長。統(tǒng)計(jì)表明60%到80%的工作量是花在將軟件第一次交付給客戶以后發(fā)生的。 神話：程序真正運(yùn)行以前，沒有辦法評估其質(zhì)量。 現(xiàn)實(shí)：高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)來自高質(zhì)量的設(shè)計(jì)。從項(xiàng)目一開始就必須進(jìn)行技術(shù)評審。 神話：項(xiàng)目的成功來自于可運(yùn)行程序的提交。軟件開發(fā)過程中的文檔是不必要的，延緩項(xiàng)目進(jìn)度的東西。 現(xiàn)實(shí)：軟件項(xiàng)目的成果包含很多內(nèi)容，文檔是成功開發(fā)的基礎(chǔ)，也是軟件質(zhì)量的保證。好的開發(fā)質(zhì)量降低了重復(fù)勞動(dòng)，從而提高了效率，導(dǎo)致更短的交付時(shí)間,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),3）軟件危機(jī)及主要表現(xiàn),軟件危機(jī)指在計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題軟件開發(fā)不能滿足日益增長的需求；難以維護(hù)不斷增長的已有軟件,

10、1成本與進(jìn)度的估計(jì) 2用戶需求與產(chǎn)品不一致 3軟件可靠性差 4可維護(hù)性差 5文檔資料不完整 6軟件成本比例不斷上升 7開發(fā)生產(chǎn)率相對停滯,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),3）軟件項(xiàng)目成敗的因素分析,1）失敗項(xiàng)目的主要原因 1用戶需求不完整、被誤解或經(jīng)常變化 2有限的用戶參與 3缺少行政支持 4缺少技術(shù)支持 5項(xiàng)目計(jì)劃不充分 6目標(biāo)不明確 7沒有足夠的資源（客戶沒有提供/開發(fā)者不具備相應(yīng)生產(chǎn)力,2）成功項(xiàng)目的主要原因 1大量的用戶參與 2上層管理人員的支持 3完整、詳細(xì)的項(xiàng)目計(jì)劃 4符合實(shí)際的工作進(jìn)度與里程碑 5開發(fā)人員的培訓(xùn)、交流 6良好的工作環(huán)境、團(tuán)隊(duì)協(xié)作機(jī)制,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),3）消

11、除軟件危機(jī)的思路1正確的觀念,a)軟件不是程序 軟件是邏輯產(chǎn)品而不是實(shí)物產(chǎn)品 軟件的功能依賴于硬件和軟件的運(yùn)行環(huán)境以及人們對它的操作 軟件特征： 功能的多樣性 實(shí)現(xiàn)的多樣性 能見度低 軟件結(jié)構(gòu)合理性差 智力密集及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù) b)軟件開發(fā)不是個(gè)體勞動(dòng) 軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,一、軟件危機(jī) 2、軟件危機(jī),3）消除軟件危機(jī)的思路2正確的過程管理與控制,軟件開發(fā)技術(shù):軟件開發(fā)方法 軟件開發(fā)過程 軟件工具和軟件工程環(huán)境 軟件工程管理:軟件管理 軟件經(jīng)濟(jì) 軟件心理,二、軟件工程 1、軟件工程 將工程管理思想引入軟件開發(fā)過程,轉(zhuǎn)變對軟件的認(rèn)識： 上升 程序 系統(tǒng) 轉(zhuǎn)變思維定式： 上升 程序員 系統(tǒng)工程師 (系統(tǒng)

12、分析員) 工程化訓(xùn)練,二、軟件工程 1、軟件工程 將工程管理思想引入軟件開發(fā)過程,用戶,分析員,程序員,一個(gè)好的工業(yè)，應(yīng)有一套良好的標(biāo)準(zhǔn)來配套,軟件的工業(yè)化生產(chǎn)過程應(yīng)具備的特點(diǎn)： 明確的工作步驟 詳細(xì)具體的規(guī)范化文檔 明確的質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),軟件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化,軟件開發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化,強(qiáng)調(diào)規(guī)范化 強(qiáng)調(diào)文檔化,軟件工程技術(shù)的兩個(gè)明顯特點(diǎn),二、軟件工程 1、軟件工程 Fritz Bauer在NATO會議上給出的定義： “軟件工程是為了經(jīng)濟(jì)地獲得可靠的和能在實(shí)際機(jī)器上高效運(yùn)行的軟件而確立和使用的健全的工程原理（方法）。,二、軟件工程 1、軟件工程 IEEE【IEE83】給出的軟件工程定義： “軟件工程是開發(fā)

13、、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法。,二、軟件工程 1、軟件工程 IEEE【IEE93】給出了一個(gè)更加綜合的定義： “將系統(tǒng)化的、規(guī)范的、可度量的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的過程，即將工程化應(yīng)用于軟件中。,二、軟件工程 1、軟件工程 軟件工程是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理開發(fā)軟件的工程。它借鑒傳統(tǒng)工程的原則、方法，以提高質(zhì)量，降低成本為目的,軟件工程所包含的內(nèi)容不是一成不變的，而是隨著人們對軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)和生產(chǎn)的理解不斷發(fā)展變化，應(yīng)該用發(fā)展的眼光看待,二、軟件工程 1、軟件工程,軟件工程是一種層次化的活動(dòng),a)質(zhì)量軟件工程的根基與目標(biāo) b)過程建造一個(gè)高質(zhì)量軟件所需完成任務(wù)的框

14、架 c)方法提供了如何建造軟件的技術(shù)手段 d)工具為過程和方法提供自動(dòng)或半自動(dòng)化的支持（CASE,工具,方法,過程,質(zhì)量焦點(diǎn),二、軟件工程 2、軟件工程一般視圖,工程：對技術(shù)（或社會）實(shí)體的分析、設(shè)計(jì)、構(gòu)造、驗(yàn)證和管理。首先要問題的問題： 要解決什么問題？ 實(shí)體的什么特征能解決這個(gè)問題？ 如何設(shè)計(jì)該實(shí)體？ 如何構(gòu)建該實(shí)體？ 如何控制和避免構(gòu)建過程中的錯(cuò)誤？ 如何在用戶要求修改、適應(yīng)和增強(qiáng)時(shí)長期地支持這些實(shí)體？ 定義階段：做什么 開發(fā)階段：如何做 支持階段：應(yīng)對變化,項(xiàng)目跟蹤與控制 技術(shù)評審 質(zhì)量保證 軟件配置管理,文檔管理 復(fù)用管理 測試管理 風(fēng)險(xiǎn)管理,支持活動(dòng),軟件工程框架,可,用,性,性,

15、性,確,正,合,算,選取適宜的開發(fā)模型,采用合適的設(shè)計(jì)方法,提供高質(zhì)量的工程支持,重視軟件工程的管理,基本過程,原則,目標(biāo),過,程,支 持 過 程,組 織 過 程,軟件過程評估,軟件能力成熟度CMM 1-初始級：沒有過程定義，個(gè)人能力。 2-可重復(fù)級：基本項(xiàng)目管理過程，跟蹤費(fèi)用與進(jìn)度，有必要的規(guī)范以重復(fù)類似項(xiàng)目的成功。 3-定義級：過程管理文檔化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化。使用統(tǒng)一的文檔化的組織過程認(rèn)可的方法開發(fā)和維護(hù)軟件。 4-管理級：對軟件過程與產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)地定量地收集與評估 5-優(yōu)化級：通過定量反饋不斷進(jìn)行過程優(yōu)化與改進(jìn),二、軟件工程 3、軟件開發(fā)過程軟件生命周期 軟件產(chǎn)品或軟件系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、投

16、入使用到被淘汰的全過程,軟件生存期的階段劃分,1)可行性研究與計(jì)劃 (2)需求分析 (3)總體設(shè)計(jì) (4)詳細(xì)設(shè)計(jì) (5)實(shí)現(xiàn) (6)集成測試 (7)確認(rèn)測試 (8)使用和維護(hù),二、軟件工程 3、軟件開發(fā)過程軟件開發(fā)模型 軟件開發(fā)模型是軟件開發(fā)全部過程、活動(dòng)和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。它能直觀表達(dá)軟件開發(fā)全過程，明確規(guī)定要完成的主要活動(dòng)、任務(wù)和開發(fā)策略。 軟件開發(fā)模型也常稱為： 軟件過程模型 軟件生存期模型 軟件工程范型,二、軟件工程 2、軟件開發(fā)過程瀑布模型,可行性研究與計(jì)劃,需求分析,設(shè)計(jì),編碼,運(yùn)行維護(hù),測試,定義 階段,開 發(fā) 階 段,維護(hù)階段,按照傳統(tǒng)瀑布模型開發(fā)軟件的特點(diǎn),1.階段間具有順序

17、性和依賴性。 2.推遲實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)。 3.每個(gè)階段必須完成規(guī)定的文檔; 每個(gè)階段結(jié)束前完成文檔審查, 及早改正錯(cuò)誤,二、軟件工程 2、軟件開發(fā)過程原型模型,建造/修改 原型,用戶測試 運(yùn)行原型,聽取用 戶意見,采用原型模型的軟件生存周期,分析定義 系統(tǒng)需求,生成 原型,系統(tǒng) 設(shè)計(jì),程序 設(shè)計(jì),編碼,測試,運(yùn) 行 和維護(hù),原型化,含原型化的 軟件生存期,二、軟件工程 2、軟件開發(fā)過程增量模型 先完成一個(gè)系統(tǒng)子集的開發(fā)，再按同樣的開發(fā)步驟增加功能 (系統(tǒng)子集),如此遞增下去直至滿足全部系統(tǒng)需求。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)在初始子集設(shè)計(jì)階段就應(yīng)作出設(shè)想,分析,增量模型,設(shè)計(jì),編碼,測試,分析,設(shè)計(jì),編碼,測試,分析,設(shè)計(jì),編碼,測試,分析,設(shè)計(jì),編碼,測試,增量1,增量2,增量3,增量n,增量1 交付客戶,增量2 交付客戶,增量3 交付客戶,增量n 交付客戶