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廈門大學軟件學院

高星ADVANCEDSoftwareEngineering軟件工程基礎主要內容軟件工程的基本理念軟件過程軟件生命周期軟件開發模型2解決軟件危機之路提高軟件產品的質量!

降低軟件開發的成本!3過程管理與目標管理理念：通過保證過程保證結果以小孩教育為例4軟件工程原則B.W.Boehm(1983)：用分階段的生存周期計劃嚴格管理軟件開發進行階段評審實行產品版本控制采用現代程序設計技術結果應能清楚的審查開發小組成員應少而精承認不斷改進軟件工程實踐的必要性5二八定律對軟件項目進度和工作量的估計:認為完成80%的工作量，實際上只完成了20%。對程序中存在問題的估計:80%的問題存在于20%的程序中。對模塊功能的估計:20%的模塊實現了80%的功能。對人力資源的估計:20%的人解決了軟件中80%的問題。對投入資金的估計:企業信息系統中，80%的問題可以用20%的資金耒解決。6軟件工程視角與剖面企業角度計算角度信息角度工程角度政策、操作......7軟件開發模型-軟件生命周期模型瀑布模型（WaterfallModel1970W.Royce）8漸增模型（IncrementalModel）910快速原型模型（RapidPrototypingModel）11螺旋模型（SpiralModel）12V模型13圖1-7V模型14圖1-8V模型改進-W模型噴泉模型15構件集成模型16圖1-10構建集成模型智能模型17圖1-11智能模型轉換模型18圖1-11智能模型軟件過程基礎

任何工程方法(包括軟件工程)必須以有組織的質量保證為基礎.全面的質量管理和類似的理念刺激了不斷的過程改進，正是這種改進導致了更加成熟的軟件工程方法的不斷出現.支持軟件工程的根基就在于對質量的關注.建造計算機軟件是一個迭代學習的過程。軟件工程與軟件過程的關系軟件過程是為開發高質量軟件所需要完成的任務的框架.軟件工程是有創造力,有知識的人在定義好的,成熟的軟件過程框架中進行的.該過程適合于他們建造的產品和他們的市場需要。一個軟件過程定義了軟件開發中采用的方法，而軟件工程還包含該過程中應用的技術----技術方法和自動工具。軟件的一般視圖

工程是對技術(或社會)實體的分析、設計、建造、驗證和管理。拋開要工程化的實體，下列問題是必須首先回答的：要解決的問題是什么？要用于解決該問題的實體具有什么特點？如何實現該實體(解決方案)？如何建造該實體？采用什么方法去發現該實體設計和建造過程中產生的錯誤？當該實體的用戶要求修改、適應和增強時，如何支持這些活動？軟件的一般視圖

與軟件工程相關的工作可分為三個一般的階段：（1）定義階段：集中于“做什么”；三個主要任務：系統工程、項目計劃、需求分析（2）開發階段：集中于“如何做”；三個特定任務：設計、編碼、測試（3）支持階段：關注于“變化”四類可能遇到的變化：糾錯、適應、增強、預防軟件過程一個軟件過程包含以下內容：一個公共過程框架：通過定義若干框架活動來建立的，這些活動可應用于所有軟件項目，不考慮其規模和復雜性。若干任務集合：每個集合都由軟件工程工作任務、項目里程碑、軟件工程產品和質量保證點組成。最后是庇護性活動：軟件質量保證、軟件配置管理和測度。軟件過程可分為三大類基本過程類:是構成軟件生存周期主要部分的那些過程,包括獲取,供應,開發,操作,維護等過程.支持過程類:可穿插到基本過程中提供支持的一系列過程,包括文檔開發,配置管理,質量保證,驗證,確認,聯合評審,審計,問題解決等過程.組織過程類:一個組織用來建立,實施一種基礎結構,并不斷改進該基礎結構的過程,包括管理,基礎,改進,培訓等過程.軟件工程過程

軟件工程過程（SoftwareEngineeringProcess）是為獲得軟件產品，在軟件工具支持下由軟件工程師完成的一系列軟件工程活動。軟件工程的過程則是將軟件工程的方法和工具綜合起來以達到合理、及時地進行計算機軟件開發的目的。過程定義了方法使用的順序、要求交付的文檔資料、為保證質量和協調變化所需要的管理、及軟件開發各個階段完成的里程碑。軟件工程過程通常包含四種基本的過程活動

P(Plan)軟件規格說明:

規定軟件的功能及其運行的限制；

D(Do)軟件開發:

產生滿足規格說明的軟件

C(Check)軟件確認:

確認軟件能夠完成客戶提出的要求

A(Action)軟件演進:

為滿足客戶的變更要求，軟件必須在使用的過程中演進軟件過程模型所有軟件開發都可被刻畫為一個問題解決環，其中包括四個不同的階段：狀態描述、問題定義、技術開發和解決集成。軟件有一個孕育、誕生、成長、成熟、衰亡的生存過程。這個過程即為計算機軟件的生存期。軟件生存期的六個步驟，即制定計劃、需求分析、設計、程序編碼、測試及運行維護。軟件生存期模型（也稱軟件開發模型、軟件過程模型、軟件工程范型）是跨越整個生存期的系統開發、運作和維護所實施的全部過程、活動和任務的結構框架。簡單地說，是軟件產品或軟件系統從設計、投入使用到被淘汰的全過程。所謂模型就是一種開發策略，這種策略針對軟件工程的各個階段提供了一套范型，使工程的進展達到預期的目的。軟件生存周期模型編碼修復模型編碼修復模型是所有模型中最古老也是最簡單的模型。編碼測試交付編碼修復模型的特點它幾乎不執行任何預先的計劃，該模型的使用者很快就進入了所開發產品的編碼階段。典型的情況是，完成大量的編碼，然后測試產品并且糾正所發現的錯誤。編碼和測試工作一直持續到產品開發工作全部完成并將產品交付給客戶。缺點：缺乏預先的計劃和不正規的開發；軟件產品的質量低于用其他模型實現的產品質量；產品的設計沒有認真計劃及文檔化，代碼很難維護。優點：簡單快捷，適合于很小且很簡單的項目。軟件過程技術過程技術工具可以幫助軟件組織分析它們當前的過程，組織工作任務，控制和監管進度，以及管理技術質量。一旦創建了一個可接受的過程，就可以使用其他過程技術工具來分配、監管、甚至控制過程模型中定義的所有軟件工程任務。產品和過程如果過程很弱，最終產品不可避免會出問題。但過分依賴過程也是很危險的。企業的目的

根本目的：合法地賺取盡可能多的利潤，使企業利益最大化。為了使企業利益最大化，軟件產品（項目）應當“做得好、做得快并且少花錢”

企業的迫切愿望尋求“提高產品質量、提高生產率并且降低成本”的解決方案，包括方法論和工具。CMM能力成熟度模型

(CapabilityMaturityModel)

人員方法與規程技術與工具過程產品軟件過程改進概述過程的基本概念

過程就是人們使用相應的方法、規程、技術、工具等將原始材料（輸入）轉化成用戶需要的產品。過程的3個基本要素是：人、方法與規程、技術與工具。過程被文檔化后才能成為規范。過程與產品存在因果關系。即好的過程才能得到好的產品，而差的過程只會得到差的產品。

企業領導關心過程嗎？為什么要監控過程？何為過程可視性？什么是軟件過程改進從20世紀90年代至今，軟件過程改進成為軟件工程學科的一個主流研究方向，其中CMM和CMMI是該領域舉世矚目的重大成果。提高軟件過程能力的實踐通稱為軟件過程改進（SoftwareProcessImprovement）。軟件過程改進的根本目的是：提高質量、提高生產率并且降低開發成本。

主要的軟件過程域工程類的主要過程域：需求開發、系統設計、軟件實現、軟件測試、軟件維護等等；管理類的主要過程域：項目規劃、項目監控、需求管理、質量管理、配置管理等等。上述過程域中的任何活動都會影響產品的質量、生產率和成本。CMM發展簡史CMM是什么CMM（CapabilityMaturityModel）是用于衡量軟件過程能力的事實上的標準，同時也是目前軟件過程改進最好的參考標準。美國卡內基-梅隆大學軟件工程研究所（SEI）研制.發展簡史CMM1.0于1991年制定。

CMM1.1于1993發布，該版本應用最廣泛。

CMM2.0草案于1997年制定（未廣泛應用）。

到2000年，CMM演化成為CMMI（CapabilityMaturityModelIntegration），CMM2.0成為CMMI1.0的主要組成部分。

CMMI-SE/SW1.1（CMMIforSystemEngineeringandSoftwareEngineering）于2002年1月正式推出。

軟件工程研究所(SEI)提出了—個綜合模型，定義了當一個組織達到不同的過程成熟度時應該具有的軟件工程能力。為了確定一個組織目前的過程成熟度，SEI使用了一個五級的評估方案，即能力成熟度模型CMM.該模型定義了在不同的過程成熟度級別上所需要的關鍵活動.CMM重要概念5個成熟度等級：Initial,Repeatable,Defined,Managed,Optimizing18個關鍵過程域。關鍵過程域指出為了達到某個成熟度等級必須要解決的一族問題。第一級：初始級—軟件過程的特征是無序的，有時甚至是混亂的。幾乎沒有過程定義，成功完全取決于個人的能力。第二級：可重復級建立了基本的項目管理過程，能夠追蹤費用、進度和功能。有適當的必要的過程規范，使得可以重現以前類似項目的成功.第三級：定義級用于管理和工程活動的軟件過程已經文檔化、標準化，并與整個組織的軟件過程相集成。所有項目都使用文檔化的、組織認可的過程來開發和維護軟件。本級包含了第二級的所有特征。第四級：管理級軟件過程和產品質量的詳細度量數據被收集，通過這些度量數據，軟件過程和產品能夠被定量地理解和控制。本級包含了第三級的所有特征。第五級：優化級通過定量的反饋，進行不斷的過程改進，這些反饋來自于過程或通過測試新的想法和技術而得到。本級包含了第四級的所有特征。CMM的結構是層次化的結構，包括級、關鍵過程域(18個)、公共特征(5類)和關鍵實施(316個)，劃分了5個級別。關鍵過程域是指一系列相互關聯操作活動，這些活動反映了一個軟件組織改進軟件過程時必須集中力量改進的方面。公共特征有效指出了一個KPA的實現范圍、結構要求和實施內容，包括：執行約定、執行能力、實施活動、度量和分析、驗證實施。關鍵實踐是一些主要的實踐活動，它是組成KPA的單元。比如：遵循已文檔化的規程制訂項目的軟件開發計劃是軟件項目計劃的一個關鍵實踐。CMM的結構過程成熟度第二級軟件配置管理軟件質量保證軟件子合同管理軟件項目追蹤和查錯軟件項目計劃需求管理過程成熟度第三級同級復審組內協調軟件產品工程集成的軟件管理培訓計劃組織的過程定義組織的過程焦點過程成熟度第四級軟件質量管理定量的過程管理過程成熟度第五級過程變化管理技術變化管理缺陷預防CMM等級評估過程復雜每一個CMM等級評估周期（從準備到完成）約需12-30個月。每一級別的評估由SEI授權的主任評估師領導一個評審小組進行，其成員大部分來自企業內部。評估過程包括員工培訓（企業的高層領導也要參加）、問卷填寫和統計、文檔審查、數據分析、與企業的高層領導討論和撰寫評估報告等。評估結束由主任評估師簽字生效（沒有蓋上公章的證書）取得主任評估師的資格比較困難

10年以上的軟件開發經驗

在SEI接受培訓，培訓費用每人約需數萬美元，非美國人加倍。

經過兩次以上CMM評估的全過程實習

主任評估師的資格并非終身制

評估費用昂貴：大約是ISO認證的十倍價格視客戶需求的多少而定，可以與咨詢公司協商。2002年參考價：CMM2級50萬元RMB，CMM3級80萬元RMB。CMM在中國國內IT企業采用CMM的目的

提高企業的軟件過程能力，但并不關心CMM評估。

既要提高企業的軟件過程能力，又想通過CMM評估來提升企業的威望與知名度。只是為了拿到CMM證書

共性問題：費用高、難度大、見效慢企業做一次比較完整的CMM2-3級咨詢和評估大約要花費60～100萬元。企業內部組建SEPG的成本并不比咨詢費低。軟件工程與項目管理工具比較昂貴（如Rational的產品）。目前國內通過CMM2-3級評估的企業屈指可數，而這些企業的實際能力也沒有宣傳的那么好。因為參加CMM評估的項目都是精心準備的，個別項目或者事業部通過了CMM評估并不意味著整個企業達到了那個水平，這里面的水分相當大。國內通過CMM等級評估的企業（2002年統計數據）

公司名稱 CMM級別 通過時間摩托羅拉 L5 2000-09華為印度所 L4 2001-12東大阿爾派 L3 2001-06托普軟件 L3 2001-11聯想軟件事業部L3 2002-01鼎新公司 L2 1999-07博通公司 L2 2001-04用友軟件 L2 2001-06浪潮通軟 L2 2001-11東方通科技 L2 2001-12新太科技 L2 2001-12神州數碼 L2 2002-01

MSF

(Microsoftsolutionframework)MSF是一套大型系統開發指南,它描述了如何用組隊模型、過程模型和應用模型來開發Client/Server結構的應用程序,是在微軟的工具和技術的基礎上建立并開發分布式企業系統應用的參考。將大項目分成若干里程碑式（Milestone）的重要階段，各階段之間有緩沖時間，但不進行單獨的產品維護。運用想象描述和對特性的概要說明（Program

Specification）指導項目。根據用戶行為（User

Behavior）和有關用戶的資料確定產品特性及其優先順序。建立模塊化的和水平式的設計結構，并使項目結構反映產品結構的特點。靠個人負責和固定項目資源實施控制。微軟的產品定義與開發過程中遵循五個原則MSF的最大特性是商業化,并自始至終地體現在項目的實施過程中。所謂商業化意味著客戶的商業利益。客戶投入多少，得到多少回報，客戶要用到哪些最新的技術，最后如何把項目計劃(Project)變成產品(Product)直至產生效益，等等，這些都是MSF要考慮的問題。

項目組內部的工作關系IE產品部門內的行政管理關系舉例MSF過程模型MSF過程模型是從瀑布模型和螺旋模型發展而來的，它把瀑布模型中基于里程碑的規劃的優勢與螺旋模型中增量迭代的長處結合了起來。MSF過程模型的基本元素是階段和里程碑。所謂“階段”，就是在這一段時間里團隊集中精力做某一類事情，每個階段的結束都代表了項目的進展和團隊工作重心的變化。比如在“開發階段”結束后，團隊就不再允許設計/實現新的功能，除非有充分理由的“變更請求”。MSF過程模型圖示

MSF里程碑驅動的螺旋模型瀑布模型螺旋模型產品開發過程的劃分和里程碑設置MSF特點各個階段是風險驅動的、漸進的“螺旋”式的生命周期模型。計劃階段的產品是想象性描述與說明文件，用來解釋項目將做什么和怎么做。在開發和穩定化階段的所有時間中，一個項目通常會將2/3的時間用于開發，1/3的時間用于穩定化。穩定化階段著重于對產品的測試與調試。項目在此階段盡量不再增加新的功能，除非是競爭產品或者市場發生了變化。在整個產品生產周期中，微軟都使用了緩沖時間的概念。MSF的版本化發布項目團隊中的角色劃分MSF將一個項目中不同階段的工作人員分為六個角色,通過這六個角色,項目可以得以迅速、完善地實施。這也體現了項目開發的六個重要質量指標,它們在全球是一致的。這六個角色分別是:

產品經理。他了解用戶特征，尤其是商業特征，明確用戶的需求以及需求的期望值。之所以強調用戶需求的期望值，是因為用戶的商業化特征比較強，需求無盡，無法界定到底如何才算需求得到了滿足。而確定了需求期望值后，用戶的商業目的就非常明確，實施起來也比較順暢。程序管理員他負責制定計劃，每天找出完成該計劃的風險所在,排除風險，每天交付應該完成的內容，確保計劃按質、按量實施。用戶教育設計友好的用戶界面，對用戶進行培訓，確保用戶能夠并且愿意和喜歡使用開發出的產品。開發開發者在開發前期就參與用戶需求分析和項目計劃制定,他最清楚具體的開發過程。

在開發期開始后,他負責進行代碼開發,在每一個階段,交付每一項內容的代碼。

測試負責開發出的代碼的測試。測試者并不是要找到每一個開發者的每一段代碼的每一個錯誤(bug)，而是要找到代碼錯誤之間的關系，解決最根本的錯誤，掌握錯誤的狀態,從而迅速排除錯誤。后勤后勤人員負責將實驗室的產品商品化，變成實際可以運行的產品,達到最初制定的商業目的，取得商業效益。這項工作在以往的項目中可能比較簡單，因為實驗室的環境可能和實際環境幾乎一致或差別不大。而現在卻不同了，實驗室環境可能十分簡單，而實際環境可能非常復雜，比如分布式環境、Internet/Intranet環境等，尤其是大企業,實際環境比實驗室環境復雜得多，因而將實驗室產品運用到實際環境中是一項非常重要的工作。這項工作沒有完成好,往往使整個項目前功盡棄,功虧一簣。產品規劃流程規劃階段的均衡三角形跨階段的過程關系代碼生成的工作流程RationalUnifiedProcess（簡稱RUP）是一套軟件工程過程，主要由TheObjectoryApproch和TheRationalApproch發展而來。同時，它又是文檔化的軟件工程產品，所有RUP的實施細節及方法導引均以Web文檔的方式集成在一張光盤上，由Rational公司開發、維護并銷售，當前版本是RUP2000。

RUP又是一套軟件工程方法的框架，各個組織可根據自身的實際情況，以及項目規模對RUP進行裁剪和修改，以制定出合乎需要的軟件工程過程。RUP簡介

RUP吸收了多種開發模型的優點，具有很好的可操作性和實用性、從它一推出市場，憑借Rational在業界的領導地位、以及與統一建模語言（UnifiedModelLanguage,以下簡稱UML）的良好集成、多種CASE工具的支持、不斷的升級與維護，迅速得到業界廣泛的認同，越來越多的組織（如IBM、Microsoft、Sun）以它作為軟件開發模型框架。RUP簡述

RUP二維開發模型RUP可以用二維坐標來描述。橫軸通過時間組織，是過程展開的生命周期特征，體現開發過程的動態結構，用來描述它的術語主要包括周期、階段、迭代和里程碑；縱軸以內容來組織為自然的邏輯活動，體現開發過程的靜態結構，用來描述它的術語主要包括活動、產物)、工作者和工作流。

RUP開發過程中的各個階段和里程碑RUP中的軟件生命周期在時間上被分解為四個順序的階段，分別是：初始階段、細化階段、構造階段和交付階段。每個階段結束于一個主要的里程碑；每個階段本質上是兩個里程碑之間的時間跨度。在每個階段的結尾執行一次評估以確定這個階段的目標是否已經滿足。如果評估結果令人滿意的話，可以允許項目進入下一個階段。RUP的迭代開發模式圖RUP中的每個階段可以進一步分解為迭代。一個迭代是一個完整的開發循環，產生一個可執行的產品版本，是最終產品的一個子集，它增量式地發展，從一個迭代過程到另一個迭代過程到成為最終的系統。RUP的特點開發復用。減少開發人員的工作量，并保證軟件質量；項目初期可降低風險；對需求進行有效管理；可視化建模；使用組件體系結構，使軟件體系架構更具彈性；貫穿整個開發周期的質量核查；對軟件開發的變更控制。敏捷軟件開發宣言

我們正在通過親身實踐以及幫助他人實踐，揭示更好的軟件開發方法。通過這項工作，我們認為：個體和交互勝過過程和工具可以工作的軟件勝過面面俱到的文檔客戶合作勝過合同談判響應變化勝過遵循計劃雖然右項也具有價值，但我們認為左項具有更大的價值。敏捷宣言遵循的原則我們最優先要做的是通過盡早的、持續的交付有價值的軟件來使客戶滿意。即使到了開發的后期，也歡迎改變需求。敏捷過程利用變化來為客戶創造競爭優勢。經常性地交付可以工作的軟件，交付的間隔可以從幾個星期到幾個月，交付的時間間隔越短越好。在整個項目開發期間，業務人員和開發人員必須天天都在一起工作。圍繞被激勵起來的個體來構建項目。給他們提供所需的環境和支持，并且信任他們能夠完成工作。在團隊內部，最具有效果并且富有效率的傳遞信息的方法，就是面對面的交談。工作的軟件是首要的進度度量標準。敏捷過程提倡可持續的開發速度。責任人、開發者和用戶應該能夠保持一個長期的、恒定的開發速度。不斷地關注優秀的技能和好的設計會增強敏捷能力。簡單---使未完成的工作最大化的藝術--是根本的。最好的構架、需求和設計出自于自組織的團隊。每隔一定時間，團隊會在如何才能更有效地工作方面進行反省，然后相應地對自己的行為進行調整。極限編程實踐

XP完整團隊

XP項目的所有參與者（開發人員、業務分析師、測試人員等等）一起工作在一個開放的場所中，他們是同一個團隊的成員。這個場所的墻壁上隨意懸掛著大幅的、顯著的圖表以及其他一些顯示他們進度的東西。計劃游戲計劃是持續的、循序漸進的。每2周，開發人員就為下2周估算候選特性的成本，而客戶則根據成本和商務價值來選擇要實現的特性。客戶測試作為選擇每個所期望的特性的一部分，客戶定義出自動驗收測試來表明該特性可以工作。簡單設計團隊保持設計恰好和當前的系統功能相匹配。它通過了所有的測試，不包含任何重復，表達出了編寫者想表達的所有東西，并且包含盡可能少的代碼。結對編程所有的產品軟件都是由兩個程序員、并排坐在一起在同一臺機器上構建的。測試驅動開發程序員以非常短的循環周期工作，他們先增加一個失敗的測試，然后使之通過。改進設計隨時改進糟糕的代碼。保持代碼盡可能的干凈、具有表達力。持續集成團隊總是使系統完整地被集成。集體代碼所有權任何結對的程序員都可以在任何時候改進任何代碼。編碼標準系統中所有的代碼看起來就好像是被單獨一個——非常值得勝任的——人編寫的。隱喻團隊提出一個程序工作原理的公共景像。可持續的速度團隊只有持久才有獲勝的希望。他們以能夠長期維持的速度努力工作。他們保存精力，他們把項目看作是馬拉松長跑，而不是全速短跑。極限編程的核心思想從長遠看，早期發現錯誤以及降低復雜度可以節約成本。極限編程強調我們將任務/系統細分為可以在較短周期解決的一個個子任務/模塊，并且強調測試、代碼質量和及早發現問題。通常，通過一個個短小的迭代周期，我們就可以獲得一個個