網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的軟件工程

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,圍繞計(jì)算機(jī)學(xué)院、軟件學(xué)院和信息學(xué)院共同關(guān)心的“軟件工程” 問題進(jìn)行評論。,學(xué)術(shù)評論,,在寬松自由的氣氛下，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流、商榷、質(zhì)疑、爭鳴、互動，這也許比評估評審結(jié)果的排序，更能夠促進(jìn)學(xué)術(shù)的繁榮和技術(shù)的創(chuàng)新。,評論動機(jī)：,科學(xué)植根于討論之中,——,量子力學(xué)創(chuàng)始人、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者,,海森堡,(Werner Heisenberg,1901-1976),網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的軟件工程,,Software Eng. in the Network Age,軟件是在系統(tǒng)里工作嗎？,質(zhì)疑：,歷史是面鏡子：,計(jì)算機(jī)

2、,60,年,,人工智能,50,年,,軟件工程,40,年,軟件工程里程碑,,,60,多年前，計(jì)算機(jī)科學(xué)從電子學(xué)中,脫穎,而出,,為克服以手工作坊方式為主生產(chǎn)軟件帶來的軟件危機(jī)，,1968,年在原西德召開的北大西洋公約組織會議上，第一次提出了軟件工程的概念。,,軟件從硬件中,脫穎,而出，軟件工程從計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中,脫穎,而出,,1984,年卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)創(chuàng)立軟件工程研究所,,1985,年我國籌建武漢大學(xué)軟件工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,,9,,軟件附屬于硬件,現(xiàn)在,50,年代,60,年代,70,年代,80,年代,90,年代,面向,,過程,面向,,對象,面向,,構(gòu)件,科學(xué)家們對軟件工程的關(guān)注域總是在,“,與

3、時(shí)俱進(jìn),”,,網(wǎng)絡(luò)時(shí)代迫使軟件工程尋找新的解決辦法,面向,,領(lǐng)域,復(fù)雜系統(tǒng),,復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),軟件作為單獨(dú)產(chǎn)品，催生軟件工程,面向,,大眾,軟件工程,40,年的尷尬,40,年軟件工程的發(fā)展一直以自我為中心,:,計(jì)算機(jī)以為中央處理器為核心,,軟件開發(fā)面向機(jī)器指令，從編碼開始,,程序規(guī)模由里向外，由小到大,,較少考慮單機(jī)工作之外的事情,,10,11,程序正確性證明在軟件工程中沒有徹底解決,,軟件工程師的知識和智能始終無法從編程過程中剝離出來,,任何編程技巧都沒有能夠帶來程序生產(chǎn)率成數(shù)量級的提高，軟件工程中沒有出現(xiàn)摩爾速度,,軟件全自動化生產(chǎn)沒有能夠?qū)崿F(xiàn),,12,,網(wǎng)絡(luò)為人們提供一個(gè)均等的、虛擬的、豐富的

4、計(jì)算機(jī)應(yīng)用平臺、信息服務(wù)平臺，也是軟件資源下載和維護(hù)平臺,13,用戶,嚴(yán)重依賴網(wǎng)絡(luò),,資源,通過網(wǎng)絡(luò)聚合，并提供服務(wù),,軟件產(chǎn)品,的開發(fā)與演化離不開網(wǎng)絡(luò),,,廣大用戶越來越把軟件視作,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的軟件,14,軟件在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展迫使軟件工程尋找新的解決辦法,,從集中的軟件到分散的軟件,,從單體軟件到群體軟件的交互與協(xié)同,,從為我所有的軟件到為我所用的軟件,軟件在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作！,走向一：,需求是軟件生命周期中的一個(gè)階段嗎？,質(zhì)疑：,17,傳統(tǒng)的軟件工程建模理論與方法,無論是結(jié)構(gòu)化建模、還是面向?qū)ο蠼?，都是針對需求分析模型而言的，用戶需求是固定的，?shù)據(jù)資源是自我的，系統(tǒng)目標(biāo)和開發(fā)過程是確定的；

5、,,在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，軟件需求是持續(xù)的、多目標(biāo)的、可生長的，網(wǎng)絡(luò)資源是共享的，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間是相互作用的，用戶是不確定的，用戶與系統(tǒng)的交互方式是多樣的,18,軟件工程發(fā)展動力來自對信息的需求：,無處不在的在線搜索！,,無處不在的實(shí)時(shí)交互！,,時(shí)刻發(fā)生的即時(shí)通訊和協(xié)同！,,對軟件和信息，不求我有，只求我用！,,,軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走勢,獨(dú)立編程服務(wù),代表公司：,CSC,,特點(diǎn)：為單 個(gè)客戶提供定制軟件，包括技術(shù)咨詢、軟件編程和維護(hù)。軟件銷售是一次性的,軟件產(chǎn)品,代表公司：,Informatics,,特點(diǎn)：保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，以許可證方式銷售軟件產(chǎn)品,企業(yè)解決方案,代表公司：,ORACLE,,特點(diǎn)：面向領(lǐng)域，以

6、企業(yè)解決方案供應(yīng)商的面目出現(xiàn),面向大眾的成套軟件,代表公司：微軟,,特點(diǎn)：基于個(gè)人計(jì)算，服務(wù)大眾市場,網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù),代表公司：,Google,,特點(diǎn)：向端用戶收小頭，向寄生在服務(wù)上的廣告商要大頭,,,,,,20,需求獲取是軟件工程的瓶頸,,資源,需求牽引,,計(jì)算資源,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的各種信息服務(wù),存儲資源,通信資源,信息資源,領(lǐng)域共性需求,個(gè)性化、多元化需求,柔性生產(chǎn)？,,資源聚合,滿足需求的規(guī)?；ㄖ?需求建模,,領(lǐng)域,,知識,21,挑 戰(zhàn),需求的復(fù)雜性,,導(dǎo)致系統(tǒng)資源交互、建模和應(yīng)用的復(fù)雜性,需求主導(dǎo)的軟件工程,,頻繁變化的不確定性需求,——,軟件系統(tǒng)隨需演變,,動態(tài)開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,——,軟件

7、結(jié)構(gòu)和行為的自適應(yīng)能力,,異構(gòu)自主的軟件資源,——,滿足用戶需求的即時(shí)組合,,大范圍交互的復(fù)雜系統(tǒng),——,變尺度、在線與優(yōu)化,,,60-70,年代,80,年代,90,年代,本世紀(jì)初,面向過程,面向?qū)ο?面向構(gòu)件,面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù),OOD,,OMT,,,UML,,,CORBA,DCOM,,J2EE,,,XML,,SOAP,,,HTTP,,OWL,,UDDI,時(shí)間,WSDL,,,關(guān)注域,SASD,SASD,Structure Analysis, Structure design,結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法,OOD,Object-Oriented Programming,面向?qū)ο笤O(shè)計(jì),UML,Unified Mod

8、eling Language,統(tǒng)一建模語言,OMT,Object Modeling Technology,對象建模方法,CORBA,Common Object Request Broker Architecture,公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu),DCOM,Distribute Component Object Model,分布式組件對象模型,J2EE,Java2 Platform Enterprise Edition,JAVA,平臺企業(yè)版,HTTP,Hypertext Transfer Protocol,超文本傳輸協(xié)議,XML,Extensible Markup Language,可擴(kuò)展標(biāo)記語言,

9、UDDI,Universal Description, Discovery and Integration,統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成,OWL,Ontology Web Language,本體,Web,語言,SOAP,Simple Object Access Protocol,簡單對象訪問協(xié)議,WSDL,Web Service Describe Language,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語言,40,年發(fā)展歷程中軟件工程關(guān)注域轉(zhuǎn)向需求,23,23,軟件工程的重點(diǎn)向需求轉(zhuǎn)移,傳統(tǒng)的軟件工程，需求分析僅僅是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)軟件本身的頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的軟件工程,,系統(tǒng)復(fù)雜，規(guī)模巨大，相互作用，演化生長,,

10、需求的分量越來越重，需求的變化越來越快，資源的聚合越來越強(qiáng),,個(gè)性化和多元化的需求趨勢，導(dǎo)致軟件生產(chǎn)方式更強(qiáng)調(diào)規(guī)?；ㄖ?，提供靈活、可信和即時(shí)的服務(wù),軟件工程向需求工程傾斜！,走向二：,軟件自身是層次型的體系結(jié)構(gòu)嗎？,質(zhì)疑：,軟件工程教科書中分層的軟件體系結(jié)構(gòu),26,,軟件設(shè)計(jì)方法學(xué),面向過程的軟件設(shè)計(jì)方法,,面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法,面向過程的軟件設(shè)計(jì)方法,——,以,C,語言為典型代表,偏重在編碼層面上，將一個(gè)復(fù)雜的程序分解為函數(shù)或過程；,,強(qiáng)調(diào)計(jì)算流程中的,順序,、,循環(huán),和,條件,3,個(gè)基本要素；,,關(guān)注程序開發(fā)過程和執(zhí)行過程，考慮需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編碼到軟件測試整個(gè)流程；,,產(chǎn)生了,“

11、,軟件生命周期,”,的概念，形成一整套的軟件開發(fā)工具。,,28,,編碼層面的方法學(xué),面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法,——,以,JAVA,語言為典型代表,以,“,類,”,為基本程序單元，對象是,“,類,”,的實(shí)例化，對象之間以消息傳遞為基本手段；,,軟件的設(shè)計(jì)、編碼統(tǒng)統(tǒng)以類及類的對象之間的關(guān)系為核心，封裝、繼承和多態(tài)成為三個(gè)重要特征；,,29,,軟件設(shè)計(jì)層面的方法學(xué),尋求比,“,類,”,的粒度更大、易于復(fù)用的,“,構(gòu)件,”,,期望實(shí)現(xiàn)軟件的再工程 （,Re-Engineering,）,,30,,軟件體系結(jié)構(gòu)的方法學(xué),面向構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)方法,——,以,XML,語言為典型代表,31,需求工程,15,年,需求

12、活動以“工程化”的方法被提出，與用戶廣泛地交流，確定應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)，鼓勵(lì)用戶以積極的方式參與需求分析活動，在軟件的演化過程中強(qiáng)調(diào)用戶參與和領(lǐng)域?qū)＜业闹笇?dǎo)。,,需求是一個(gè)不斷反復(fù)的形式化、理解和演化的過程。,軟件是由各個(gè)軟件單元以及軟件單元之間的相互作用組成的,,每個(gè)軟件單元可稱為智能體,(Intelligent Agent),或者主體,(Active Agent),,其大小由粒度來度量，如對象、類、構(gòu)件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)等，粒度逐步增大。,32,網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的軟件工程,網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的軟件工程,把功能強(qiáng)大的可編程的軟件單元放入互相連接的通訊網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)主要完成各種各樣的計(jì)算與處理功能，連接主要

13、完成通信功能,,網(wǎng)絡(luò)通過軟件促進(jìn)了用戶之間的資源聚合、信息共享和協(xié)同工作,,33,34,把軟件作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),,采用自頂向下、逐步求精、分而治之的軟件開發(fā)策略,更傾向于把軟件單元看作軟件拓?fù)渲械囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間相互作用,,把軟件的結(jié)構(gòu)看作是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)案例,軟件工程觀的轉(zhuǎn)變,早先的軟件工程觀,網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的軟件工程觀,,軟件在實(shí)際的運(yùn)行過程中，相互之間的數(shù)據(jù)交換常常超出了所謂的層次結(jié)構(gòu),,層次表述方法阻礙了對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下軟件單元之間相互作用的深入研究,,用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔硎拒浖卧g的關(guān)系，并沒有否定傳統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)的存在，如果它們之間確實(shí)存在的話。,,35,36,,軟件的網(wǎng)絡(luò)化性質(zhì)比軟件單元的性質(zhì)

14、更強(qiáng)烈地影響著軟件的整體行為和特性，甚至出現(xiàn),涌現(xiàn),，如計(jì)算機(jī)病毒的突然泛濫等,37,,Linux,局部內(nèi)核函數(shù)網(wǎng)絡(luò)圖,,,,38,Linux,全局,內(nèi)核函數(shù)網(wǎng)絡(luò)圖,Linux,內(nèi)核有,630,個(gè)函數(shù)，存在,1814,個(gè)函數(shù)調(diào)用。,,圖中將函數(shù)表示為節(jié)點(diǎn)，調(diào)用關(guān)系表示為邊。,軟件結(jié)構(gòu)可以用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔硎?！,走向三：,問題的形式化是強(qiáng)結(jié)構(gòu)好還是弱結(jié)構(gòu)好？,質(zhì)疑：,本體描述舉例：,USB,協(xié)議,,抽象與規(guī)范,,本體描述是屏蔽差異性、覆蓋個(gè)性化、多樣化需求的抽象表示,實(shí)例化,軟件：,USB2.0,,接口驅(qū)動程序,本體模型：,USB,協(xié)議,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,本體模

15、型,,業(yè)務(wù)過程復(fù)雜,服務(wù)資源豐富,需求四要素,,要素自身的本體模型,,,,,,,基于語義、情境的,,“角色－目標(biāo)”關(guān)系本體模型,基于業(yè)務(wù)規(guī)則的,,“目標(biāo)－過程”關(guān)系本體模型,基于領(lǐng)域的,,“過程－服務(wù)”關(guān)系本體模型,用戶角色繁多,需求目標(biāo)多變,本體模型描述框架,要素間關(guān)系的本體模型,,過程,,Process,服務(wù),,Service,目標(biāo),,Goal,角色,,Role,用戶主導(dǎo)、面向領(lǐng)域的需求建模,,偏好依附生長的模型演化機(jī)理,,多粒度的需求驗(yàn)證與優(yōu)化,,軟件間交互與協(xié)同行為,,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于語義的軟件資源聚合,服務(wù)大眾的網(wǎng)絡(luò)化軟件的本體描述,基本方法,——,本體元建模,,,,,,,,,,,,,

16、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Relational Model,，,XML,DB Schema,，,XML Schema,ER Model,RDF,UML,OWL,SORL,Description Logic,元數(shù)據(jù)：類型,元模型,：概念,本體模型,：情境,,,語義,信息使用價(jià)值,軟件服務(wù)能力,需求描述能力,數(shù)據(jù)層互操作,語法層互操作,語義層互操作,數(shù)據(jù),查詢,知識發(fā)現(xiàn),智能查詢,按需回答,Controlled Vocabulary,情境感知的,,交互與協(xié)同,Service-Oriented Requirement Language,問題的形式化向著本體描述發(fā)展,！,走向四

17、：,成熟的,軟,件是測出來還是用出來的？,質(zhì)疑：,“很多人都認(rèn)為微軟是一家軟件開發(fā)公司，而事實(shí)上，我們是一家軟件,測試,公司”,,,——,比爾,·,蓋茨,Microsoft,Exchange 2000,Windows 2000,項(xiàng)目經(jīng)理,25,人,約,250,人,開發(fā)人員,140,人,1700,人,測試人員,350,人,3200,人,測試,/,開發(fā)比,2.5,1.9,注：微軟公司 陳宏剛 ：,《,軟件開發(fā)的科學(xué)與藝術(shù),》,第,9,章,261,頁 電子工業(yè)出版社,,微軟產(chǎn)品的團(tuán)隊(duì)人員結(jié)構(gòu)舉例,國內(nèi)某公司,2006,年軟件失效統(tǒng)計(jì),,問題,,總數(shù),容錯(cuò),,防錯(cuò),接,,口,中斷現(xiàn)場保護(hù),時(shí)序時(shí)限,運(yùn)

18、行環(huán)境,計(jì)算,,算法,初始化,,和復(fù)位,編程,需求和配置管理,2268,428,155,33,30,13,120,69,784,636,所占比例,,%,18.87,6.83,1.46,,1.32,,0.57,,5.29,,3.04,,34.57,28.04,,僅占,9.7%,的、與軟件交互相關(guān)的錯(cuò)誤，耗費(fèi)了軟件排錯(cuò)時(shí)間總開銷的,90%,！,50,,軟件工程,40,年，人們不斷地發(fā)現(xiàn)軟件有這樣那樣的漏洞，但難以證明軟件沒有漏洞和錯(cuò)誤。,,通過補(bǔ)丁彌補(bǔ)操作系統(tǒng)、支撐系統(tǒng),,的漏洞何時(shí)了？,Photoshop,軟件的演化,90,年,93,年,95,年,96,年,99,年,00,年,02,年,03,年

19、,05,年,路徑,…,調(diào)色板、標(biāo)簽,,矢量編輯,,,…,多次撤銷,,色彩管理,,,…,歷史概念,,吸取,,矢量圖像,,,…,溶解濾鏡,,圖層控制,+,,矢量編輯,+,,…,,文字矢量化,,修復(fù)刷子,,新繪畫引擎,支持相機(jī),RAW1.*,,…,RAW2.*,,陰影、高光,,顏色匹配,,鏡頭模糊濾鏡,,實(shí)時(shí)柱狀圖,,,…,RAW3.*,,圖像扭曲,,點(diǎn)恢復(fù)筆刷,,紅眼工具,,鏡頭校正濾鏡,,智能銳化,,,…,,,,Windows 3.1,,Windows 95,Windows,XP/ 2000,Windows,2000 / 98,V3,V4,V5,V6,V2,V1,V7,V CS1,V CS2,版

20、本,升級,圖層、色彩平衡,,飽和度調(diào)節(jié),時(shí)間,system7,數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)恳鴪D像處理軟件的演化,52,演化過程中對支撐系統(tǒng)要求越來越高,Photoshop1.*,Photoshop2.*,Photoshop3.*,Photoshop6.*,Photoshop7.*,Photoshop,,Creative Suite,軟件規(guī)模,800K,4M RAM,16,為變?yōu)?32,位程序,Pentium III or,,4 processor,Pentium class,,processor,192 MB RAM,280 MB,,available,16-bit color,,or great

21、er,1,024x768,,or greater,64 MB RAM,125 MB,8-bit,800x600,,or greater,Pentium III,,or 4,128 MB RAM,280 MB,256-color display,,with 800 x 600,16-bit,2MB RAM,…,…,…,軟件是逐漸生長起來的！,處理器,內(nèi)存,硬盤,顯卡,顯示器,操作系統(tǒng),Windows3.1,Windows,,98/2000,Windows98,Windows,,2000/XP,Windows,,2000/XP,53,Windows,的,功能演化,MS-DOS,Vista,Wind

22、ows 1.0,Windows 2.0,Windows 3.*,Windows 95,Windows 98,Windows 2000,Windows XP,85,年,87,年,90,年,95,年,98,年,00,年,01,年,06,年,用戶,,圖形界面,…,,,,,,,,,,,改進(jìn)界面、內(nèi)存管理,,添加聲音,I/O,的基本多媒體支持、,TrueType,字體,…,,,,,,,,,,通過,IE,給系統(tǒng)桌面提供,HTML,支持,,,…,,,,,,,,,,改良對硬件標(biāo)準(zhǔn)的支持并整合到桌面上,,,…,,,,,,,,,,整合許多的第三方軟件,,,…,,,,,,,,,,“,安全優(yōu)先”的設(shè)計(jì)理念，引入許多新

23、的安全機(jī)制和技術(shù)，提高用戶終端的安全性,,,…,,,,,,,,,,升級版本,,,,,,,,,,借鑒,Mac OS,,…,,,,,,,,,,面向商業(yè)，包含,NTFS,文件系統(tǒng)、,EFS,文件加密、增強(qiáng)硬件支持等,,,…,軟件是不斷生長、演化的。,,軟件的正確性、可靠性、安全性、時(shí)效性、可信性、生存性等是在使用中競爭出來的，不是在工廠中一次性生產(chǎn)和測試出來的。,54,55,軟件工程既要考慮單個(gè)軟件單元的正確性、時(shí)效性、可靠性、可維護(hù)性、安全性，也要考慮軟件單元之間的相互作用,,考慮復(fù)雜軟件自身演化過程中的生長性，在生長過程中的偏好依附性，以及網(wǎng)絡(luò)化軟件的小世界特性、無標(biāo)度特性和軟件單元之間的聚積性

24、,,軟件在演化中生長完善,！,走向五：,五點(diǎn)帶風(fēng)險(xiǎn)的評論：,,軟件在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作,,軟件工程向需求工程傾斜,,軟件結(jié)構(gòu)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔硎?,問題的形式化向本體描述發(fā)展,,軟件在演化中生長完善,敬請大家批評指正！,新舊軟件工程觀,基礎(chǔ)理論,研究方法,研究對象,基于系統(tǒng)；,,基于圖靈計(jì)算理論和馮式體系結(jié)構(gòu)。,,基于網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)是一個(gè)個(gè)的主體（圖靈機(jī)或智能體），主體間相互作用；,,網(wǎng)絡(luò)化軟件具有小世界、無標(biāo)度和高集聚的特性，研究其網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)行為。,,操作系統(tǒng)屏蔽硬件的異構(gòu)性，中間件屏蔽操作系統(tǒng)的異構(gòu)性；,,采用層次結(jié)構(gòu)描述軟件單元之間的相互關(guān)系，采用自頂向下分解、逐步求精的開發(fā)方法；,,重視軟件生命周期、軟件評測和軟件成熟度。,軟件是制造業(yè)；,,面向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；,,要,確定,需求，明確系統(tǒng)邊界。,網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)虛擬資源環(huán)境；,,重視在不同時(shí)間段、不同軟件規(guī)模上的軟件間的相互關(guān)系；,,軟件按偏好依附生長，逐步演化。,軟件是服務(wù)業(yè)；,,面向服務(wù)的架構(gòu)；,,用戶主導(dǎo)，隨需即取，規(guī)模定制，模型驅(qū)動，敏捷開發(fā)。,過去的軟件工程,未來的軟件工程,59,Thanks,