（计算机软件与理论专业论文）面向服务的过程引擎系统模型研究.pdf

摘要 随着大规模软件的出现，软件质量成为软件行业倍受关注的重点 问题之一，同时过程引擎管理系统的通用性不强，导致软件的开发成 本高。为了解决这些问题，提出了一种解决方案面向服务的过程 引擎模型s o p e ( s e r v i c e - o r i e n t e dp r o c e s se n g i n e ) 模型。该模型通 过引入过程服务的概念，把过程工具灵活管理起来，既可以完成软件 开发过程的定义、解析和组装，也提供软件过程的主动执行和行为监 控，同时也支持软件过程的演化。 s o p e 模型的思想是把软件开发过程中使用的工具看作一个过程服 务，一系列相关服务可以组装成功能更强、结构更复杂的复合服务。 在s o p e 模型的支持下，通过复用已有的服务，软件开发者可以快速 构造过程管理系统。这样不仅可以节省开发时间和经费，提高软件开 发效率，避免开发过程中的重复劳动，而且开发出的系统更加规范、 更加可靠，后期维护费用更低。这对于进一步提高企业信息化程度， 增强企业核心竞争力有着非常重要的意义。本文的主要工作和研究成 果如下： 1 首先对过程支持系统的现状和发展进行了分析，指出了现阶段 过程引擎系统的不足；分析了软件过程技术的发展、几个典型的软件 过程模型。 2 设计了s o p e 模型的体系结构。以过程服务在s o p e 中的执行为 主线阐述了s o p e 的八个主要部件和五个接口功能和设计结构。建设 性地提出了s o p e 的执行器对执行片段的调度算法，该调度算法的思 想是先来先服务( f c f s ) 的调度策略结合超时超长剥夺策略的调度算 法。 3 建设性地把软件开发过程中用到的开发工具看作是一种过程服 务，通过过程组装可以适应不同的系统需求。 4 本文最后给出了s o p e 模型的几个模块的实现方法，提出了该 模型的三层构架思想及实现方案。 关键字：面向服务，过程建模，过程组装，过程服务，过程引擎模型 a b s t r a c t w i t ht h eo c c u r r e n c eo fc o s m i c a l l ys o f t w a r e ，s o f t w a r eq u a l i t yi s b e c o m i n ga ni m p o r t a n tp r o b l e m i ns o f t w a r ei n d u s t r y a tt h es a m et i m e ， s o f t w a r ed e v e l o p m e n tc o s t si sh i g hb e c a u s eo fl o w e rg e n e r a l i t yo fp r o c e s s m a n a g e m e n ts y s t e m i no r d e r t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h i sp a p e r p r o p o s e san e ws o l u t i o n ，s e r v i c e o r i e n t e dp r o c e s se n g i n em o d e l ，c a l l e d s o p em o d e l t 1 1 i sm o d e li m p o r t st h ec o n c e p t i o no fp r o c e s ss e r v i c e ，i tn o t o n l yi m p l e m e n t st h ed e f i n i t i o n ，p a r s i n ga n da s s e m b l e o ft h es o f t w a r e d e v e l o p m e n tp r o c e s s ，b u ta l s op r o v i d e st h ei n i t i a t i v ee x e c u t i n ga n dt h e b e h a v i o rm o n i t o r i n g a n di ta l s os u p p o r t st h ee v o l e e m e n to fs o f t w a r e p r o c e s s s o p em o d e l r e g a r d s t o o l su s e di ns o f t w a r ed e v e l p m e n t a s s e r v i c e ，a n dt h e nas e r i e so fr e l e v a n ts e r v i c ec o u l db ea s s e m b l e di n t oa c o m p o s i t es e r v i c e w h i c hi sm o r ep o w e r f u li nf u n c t i o na n dm o r e c o m p l i c a t e di ns t r u c t u r e 、i t ht h es u p p o r to fs o p e ，s o f t w a r ed e v e l o p e r c o u l dq u i c k l yb u i l dap r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m i nt h i sw a y ，i tc o u l d n o to n l ys a v et i m ea n df u n d ，i m p r o v et h ed e v e l o p m e n te f f i c i e n c ya n d a v o i dt h ed u p l i c a t e dw o r k ，b u ta l s od e v e l o paw e l l - s p e c i f i e d ，m o r e r e l i a b l ep r o d u c tw h i c hr e q u i r e sl o w e rm a i n t e n a n c ec o s t i ti sm e a n i n g f u l f o rq u i c k e n i n gt h ed i g i t a l i z a t i o np r o g r e s so ft h ee n t e r p r i s ea n di m p r o v i n g h ek e r n e ll 0 a b i l i t v t h e 。 ：a r c ho ft h i s9 a p e rasthek e r n e lc o m p e t l u o nc a p a b i l i t yh em a l nr e s e a r c ht i l l sp e ri sa s f o l l o w s ： 1 t h es t a t u si nq u oa n dd e v e l o p m e n to fp r o c e s ss u p p o r ts y s t e ma r e a n a l y z e d ，a n di t ss h o r t a g ei sp o i n t e do u t a l s ot h et e c h n i q u e o ft h ep r o c e s s a n ds o m eo fp r o c e s sm o d e la r ea n a l y z e d 2 t h ea r c h i t e c t u r eo ft h es o p em o d e li sd e s i g n e d u s i n gt h ep r o c e s s f l o ws e r v i c e se x e c u t i n gi ns o p ea sm a i n l i n e ，t h ef u n c t i o n a l i t ya n d s t r u c t u r eo ft h em o d e l s e i g h tm o d u l e sa n df i v ee x t e r i o ri n t e r f a c e sa r e d e p i c t e d as c h e d u l i n ga l g o r i t h ma b o u t e x e c u t o r se x e c u t i n gs e g m e n t s1 s i n n o v a t i v e l yp r e s e n t e d t h ea l g o r i t h mu s e st h ef c f s ( f i r s tc o m ef i r s t s e r v e d ) s t r a t e g yc o m b i n i n gt h ep r e e m p t i o ns t r a t e g y w i t ht i m e o u ta n d i i i o u t o f - q u e u e 3 t h em o d e lr e g a r d st o o l si ns o f t w a r ed e v e l o p m e n ta ss e r v i c ea n di t c a l lm e e td i f f e r e n td e m a n d sb yp r o c e s sa s s e m b l e 4 t h i sp a p e rg i v e st h ei m p l e m e n tm e t h o do fm a i n l ym o d u l ea n d s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n di m p l e m e n ts c h e m e k e y w o r d s ：s e r v i c e o r i e n t e d ，p r o c e s ss e r v i c e ，p r o c e s se n g i n em o d e l ， p r o c e s sm o d e l i n g ，p r o c e s sa s s e m b l e i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：衣劾托磁c 涉纾年f 月才日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密曰。 ( 请在以上相应方框内打“ 丹) 作者签名：_ 髟讹畸日期净一降厂月谚日 导师签名：履刍易、日期：膨，月谚日“ 面向服务的过程引擎系统模型研究 1 1研究背景 1 绪论 2 0 世纪6 0 年代以来，由于计算机的快速发展，对大型软件需 求增加，在开发这些大型软件项目时遇到了许多困难，有些失败了， 有些大大超出预算，有些进度严重滞后，有些虽然开发成功，但是却 难以修改、维护。著名的例子有i b m 公司的o s 3 6 0 系统，花费了几 千人年的努力，历尽艰辛，但结果令人失望：美国阿波罗1 4 号太空飞 船在飞行的1 0 天内，出现了1 8 个软件错误 1 】这就是2 0 世纪6 0 年代 末期所发生的“软件危机 ，体现在软件可靠性没有保障、软件维护 费用不断上升、进度无法预测、成本增长无法控制、程序人员无限度 地增加等各个方面，以致形成人们难以控制软件开发的局面。 为了缓解软件危机，1 9 6 8 年，北大西洋公约组织n a t o 在德国 g a r m i s h 举行的学术会议上正式提出了软件工程的概念。对软件工程 的定义有很多，两个比较有代表性的定义是： 。 ( 1 ) f r i t zb a u e r 认为，软件工程就是为了经济地获得能在真实的机器 上可靠、有效运行的软件而建立和使用的好的工程规范。 ( 2 ) 1 9 9 3 年i e e e 的定义：应用系统地、规范的、量化的，也即应 用工程化的方法来开发、操作和维护软件：关于中的方法的研究 【2 1o 软件工程的研究对象包括过程( p r o c e s s ) 、方法( m e t h o d ) 和工具( t 0 0 1 ) 在软件工程提出的早期，研究人员把主要精力放在对软件开发方法、 技术以及工具和环境的研究上。探索新的软件开发方法和技术以提高 计算机软件的生产率和质量一直是软件工程领域的一个焦点。过程的 作用没有得到足够重视。过程仅存在于研究人员的大脑中，被想当然 的认为是非常简单的问题，不值得花费精力专门研究，大多数研究人 员都有一个信念，认为“只要有好的软件开发方法和工具就可开发出 高质量的软件，并且就能提高软件生产率。 从2 0 世纪7 0 年代初开始，过程的作用被一些研究人员注意到， 各种软件开发过程模型相继提出，典型的有r o y c e 提出的瀑布模型、 b h e n d e r s o n s e l l e r s 提出的喷泉模型和b o e h m 提出的螺旋模型等。这 硕士学位论文 些软件开发过程模型的提出，为以前仅存于研究人员大脑中的“过程 观”注入了具体的内容。把软件的开发纳入了工程化的轨道，这些研 究带来的结果是令人欣慰的：大量有效的方法和工具被开发出来，软 件质量得到了改善，软件开发与维护的费用大为减少，用户满意率提 高等，“软件过程”概念就是在这样的形势下，日渐凝聚而趋向明朗。 但是这一时期提出各种软件开发过程模型。除了自身不足之外，普遍 都是过于抽象，可操作性差，具体的软件过程往往得不到有效的支持， 重要的过程细节通常隐含在个人的头脑中和某些工具中，对于软件组 织来说很难保证实际开发过程与文档中描述的开发过程之间的一致。 2 0 世纪8 0 年代，通过对软件工程方法的研究人们提出了大量的 软件开发方法、技术以及工具和环境。从结构化程序语言、结构化分 析和设计方法到面向对象程序语台、面向对象分析和设计方法，它们 从更高的抽象层次分析和描述软件系统，减小了问题空间和解空间之 间的语义差异，减轻了分析和设计人员负担，使他们能更多的关注于 应用领域问题而不是实现细节。各种可视化编程工具以及各种软件工 程环境也为软件的开发人员带来了极大的便利。所有这些都为提高了 软件的开发效率和质量做出了贡献。 但是，有效的开发技术和工具并不能保证可以成功地开发一个复 杂的软件系统，这是因为开发一个软件系统需要涉及大量活动、产品、 人员、资源等，随着软件的规模和复杂度迅速增加，软件项目的管理 控制变得非常困难。在无纪律、混乱的软件过程中开发软件往往不是 进度经常严重滞后，就是经费预算大大超支乃至翻番。面对越来越多 的应用领域和规模越来越大的软件项目，当时己有的各种软件开发过 程模型渐渐显露出其过于抽象的局限性，软件界时刻面临着新的挑 战，软件过程受到前所未有的重视，以软件过程为基本概念的一种新 的软件工程概念框架就是在这种形势下被正式提出的。 当前软件过程管理系统的开发效率和软件复用度极低，通用性不 强，导致软件的开发成本极高；同时，由于软件的开发不规范，通常 软件的维护成本也非常高。 本课题是软件过程技术领域的研究热点之一，针对目前软件行业 现状及软件技术的发展而提出来的，目的在于建立柔性的适应新的软 件开发方法和工具技术的开发过程管理平台。 面向服务的过程引擎系统模型研究 1 2 发展和研究现状 1 9 8 4 年1 0 月召开的第一届国际软件过程研讨会正式提出了软件 过程的概念。从此以后，对软件过程的研究就成为软件工程领域的一 个热点嘲。 软件过程的概念被提出至今己有二十余年，但到目前为止仍然没 有形成统一的定义。这期间出现了许多软件过程的定义，比较典型的 有如下几种： 软件过程是建立、维护和进化软件产品的整个过程中所实施的一 系列活动的集合，每个活动可由一些任务组成h 1 软件过程是软件生存周期中为达到某一目标而必须实施的所有软 件工程活动的集合，一个软件过程可分为若干个过程步，并且它是 这些过程步的一个偏序集合h 1 。 软件过程是建立、维护和进化软件产品的整个过程中所有技术活 动和管理活动的集合也可以认为：一个软件过程是一组受约束的 协同活动晦1 。 1 2 1以过程为中心的软件工程环境 以过程为核心的软件工程环境p s e e ( p r o c e s s c e n t e r e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n ge n v i r o n m e n t ) 是一种以软件过程模型为核心， 对基于过程模型的软件开发工作提供自动支持的新型c a s e 环境它 提供各种软件工具在软件系统的整个生命周期中辅助系统分析员、软 件设计员、配置管理人员等进行软件的开发、管理和维护工作。软件 工程环境收集、整理、存储并提供软件工程过程中的各种资料，如软 件需求、设计文档、程序代码、测试计划、度量、时间表和资源分配 情况。软件工程环境还为项目小组的成员之间，技术人员和管理人员 之间提供通信手段。另外，软件工程环境还给每个工具提供一致的用 户界面，减少开发过程中的冗余信息，并且促进开发活动中的协作。 p s e e 一般可以分为过程集中式p s e e 和联邦式p s e e 。 ( 1 ) 过程集中式p s e e 过程集中式p s e e 的软件体系结构如图卜1 所示其中：用户接 口机制( u s e ri n t e r f a c ef a c i l i t y ) 用于接受用户的请求和向用户提 硕士学位论文 供过程消息。用户接口实现实际的软件开发过程到过程模型之间的映 射。一般来讲系统可以同时为多用户提供接口，并且为不同需求的用 户提供不同的交互方式。从用户接口与过程引擎的关系来看，一般由 紧耦合和松耦合两种方式，紧耦合指用户接口交互的方式由过程模型 严格定义；松耦合则指过程模型只为接口提供数据，具体的交互方式 根据用户的需要定制。过程引擎( p r o c e s se n g i n e ) 是过程建模语言 解释器。其作用是相应过程模型的解释执行，同时对实际软件开发过 程中发生的事件作出相应的反应。过程引擎应具有激活相应的工具 及检索、处理和存储过程产品的能力。过程仓库( r e p o s i t o r y ) 用于 存储和维护软件过程实施中产生的各种产品和状态信息。 田 早田掣早掣 山上上j r 过程引肇 蔓墨 图1 - ! 过程集中式p s e e 软件体系结构 ( 2 ) 联邦式p s e e 每个有关的开发小组都拥有其独立的p s e e ，如图1 - 2 所示，他们 可以设计符合其自己需要的过程模型，并同时进行实施系统中同时 存在多个实施中的过程实例，过程实例之间是松散耦合的，每个实例 由高度的自治性，独立运行在各自的机器上系统通过称为“胶水 的连接机制，实现过程实例之间的交互借助i n t e r n e t ，联邦式p s e e 非常适用于支持软件开发机构之间的合作。 图卜2 联再【式p s e e 体系结构 p s e e 从很大程度上扩充了以往的软件环境，首先，它支持定义 应用在软件开发中的明确的过程定义；其次，它将软件过程只看作是 软件生命周期的静态描述，而且将过程看作具有自己生命周期的动态 实体。p s e e 具有如下几个重要特征： 过程化：过程工程应用p s e e 定义的一个或多个项目的过程， 面向服务的过程引擎系统模型研究 过程化是p s e e 的核心。 集成化：p s e e 集成了多种软件开发辅助工具。集成环境使开 发人员节省了时间，同时提高了工作效率。 自动化：软件工程最终的目标就是使得软件开发完全自动化， 实现软件的工业化生产。p s e e 中的自动化是指本来许多要由 人来完成的任务，比如开发人员之间的联系、任务的部署等， 都由计算机来完成，从而节省开销，降低了人为的疏忽和出错 的机率。 分布性：p s e e 的推荐应用环境是在企业局域网中，通过p s e e 实现各种资源之间的联系和交互。 可见性：运用p s e e 对每个过程的输入和输出结果进行校验， 增加每个过程的透明度。 可控性：软件开发经常因为某种原因而导致提交延期，成本超 过预算，对软件开发过程失去控制。p s e e 通过制订和实施适 合各个企业自身特点的一套软件开发过程来提高软件过程的 可控性。 。 灵活性和适用性：p s e e 并不指定特定的软件开发方法和工具， 因此，不同的企业可以根据自己的情况选择软件开发方法和开 发工具，通过过程定义和应用代理集成到p s e e 中，适合各自 的需求。 复用性：p s e e 形式化了软件开发过程，实现了软件过程的全 记录，从而实现软件开发过程的复用，提高了软件的生产效率。 p s e e 是新型的c a s e 环境，它能够在软件过程思想的指导下分析、 管理和自动引导执行，提高软件开发过程的自动化程度，提高软件开 发管理水平n 别。 以过程为中心的软件工程环境中最基本的组成部分是软件过程 引擎，软件过程引擎负责对软件过程计划，控制和监督但是目前以 过程为中心的软件过程环境强调的是过程的执行，对过程的复用以及 面向i n t e r n e t 的软件工程环境研究和支持不足，为了克服以上不足， 需要建立一种新型的、灵活的软件过程环境。 硕士学位论文 1 2 2过程引擎 软件开发过程是一个复杂的活动，涉及许多开发人员和相应的工 具、资源、产品、角色等。软件过程引擎p e ( p r o c e s se n g i n e ) 实现开 发过程的自动处理，支持产品、数据、任务在参与者间传递，完成整 个软件过程的开发目标。 过程模型在过程引擎里运作执行，一个过程引擎负责执行服务器 中部分或全部控制运行环境。过程引擎能处理： 1 ) 解释过程模型 2 ) 控制过程实例，包括创建、激活、挂起、中止等 3 ) 为过程的活动导航，包括顺序或并行的操作、最后时间期限； 相关数据的解释等 4 ) 用户的登陆和退出，管理员的权限管理等 5 ) 项目信息和用户信息的提示，提供接口，支持用户交互 6 _ ) 维护过程相关的控制数据和产品数据，在应用程序间或用户间 传递数据信息 7 ) 提供调用外部程序的接口 8 ) 提供控制、管理和审查功能。 过程引擎是p s e e 的一个核心部件口1 。作为p s e e 系统的一部分， 一般没有单独的过程引擎，必须要以相应的过程建模语言和建模工具 作为基础。过程引擎支持和指导开发人员进行软件过程中的各项活 动，环境不再是完全由人来驱动的一种被动的辅助设施，它将通过程 引擎主动地驱动和协调环境的各个实体。 1 因为工作流技术和软件过程技术的相似性，许多工作流引擎也被 用来作为过程引擎盯1 ，解释经过修改或扩展的过程语言。这些产品有： 1 e a s t m a ne n t e r p r is ew o r k f l o w e a s t m a n 企业工作流管理系统是面向影像处理的高度可扩展的 工作流解决方案。它提供基于表单的开发环境，用于事务处理、图像 和o c r i c r e a s t m a n 展现域内服务器数与吞吐量的线性增长关系， 并支持多域操作，能满足大型企业和跨行业的数据需求。图形化的脚 本工具能满足低成本的活动节点的开发。 基于w i n d o w sn t 的生产型工作流 集成影像技术 面向服务的过程引擎系统模型研究 大量的参与者可以分布在不同的地理环境中，如部分工作在家 里 简洁明了的活动节点实现和应用程序的集成 2 s t a f f w a r e s t a f f w a r e 工作流管理系统很好的平衡了生产型工作流和管理型 工作流的需求，而且它的产品吞吐量很高。活动节点可以通过表单定 义或脚本语言来实现，而且所使用的脚本语言可以部署到w i n d o w s 的 j a v a 客户端。s t a f f w a r e 为主要的e a i 中间件产品集提供了接口。它 支持分布式配置和处理，并且能将活动分发到l o t u sn o t e s 和 m i c r o s o f te x c h a n g e 环境下。它有面向对象的开发工具箱，提供了 强大的r a d 集成开发环境。 具有优秀管理能力的纯生产型工作流 满足客户大部分的需求 支持低成本的原型开发，适合一般的管理型流程 为高端的生产型工作流管理系统提供了e a i 接口 3 i - f l o w t e 锄w a r e f l o w 工作流管理系统具有优秀的流程动态实现性能， 可以在流程定义还不完全时就开始运行，可以在流程实例正在运行 时修改流程定义。它使用与l o t u s n o t e s ，mi c r o s o f te x c h a n g e 具有 相同功能的t e a m w a r e 组件，来实现电子邮件、文档管理和用户识别 等功能。它的附属产品d o l p h i n 是具备实时定义和流程直接运行特点 的特定型工作流。 工作流引擎性能稳定，支持协同开发低成本的应用程序 吞吐量中等的生产型工作流管理系统 支持i n t e r n e t ，集成l o t u s n o t e s 和e x c h a n g e ，便于二次开发 附带特定型工作流d o l p h i n ：能实时发布和运行 集成表单定义工具和a c ti v e x 控件 4 ti b i n c o n c e r t t i b i n c o n c e r t 工作流管理系统采用面向对象技术、文档管理和 过程模型，支持流程的快速创建和修改。如果流程实例运行时发生异 常或需要修改，可以实时进行修改。它提供方便的流程定义工具，并 且流程定义可以通过客户机服务器、j a v a 和基于h t m l 的客户端进 行发布。支持由c ，c + + 或j a v a 格式的纯面向对象的a p i 。i n c o n c e r t 硕士学位论文 紧密集成了t i b c oe a i 基础构架，通过它可以得到基于消息的应用集 成能力 支持流程定义的动态变化 工作流引擎提供丰富的纯面向对象的a p i ，便于二次开发 支持丰富的事件机制来处理异常 健壮的规则引擎 为电信、精密制造和b 2 b 电子商务提供业务模板和集成软件 5 s u nf l o w s u nf l o w 采用基于域的联邦系统架构，是一个分布式的工作流 管理系统，系统基于j 2 e e 平台开发，支持海量数据处理，支持行业、 大型企业的应用：具有很强的业务描述能力，能够描述目前非常复杂 的业务流程。另外，s u n f l o w 互操作性能好，可以兼容目前流行各种 关系数据库，运行在w i n d o w s ，u n i x ，l i n u x 等操作系统上。 流程定义支持s c r i p t ，可定义各种复杂的流程逻辑 、 提供0 c x ，d l l ，s e r v l e t ，e j b ，j a v ac l a s s 类型的工作流引擎接 口，可使系统方便嵌入到c s ，b s 架构的各类系统中 系统提供集成代理( i c o n n e c t ) ，可基于w o r k f l o w 系统实现与 c o m 、s o c k e t 、e j b 、j a v ac l a s s 、j m s 等的集成n 5 m 1 1 2 3主要存在的问题 经过多年的研究和实践，软件过程技术的各个力面已取得了丰富 的研究成果，开发出了几十种过程建模语言和p s e e 原型。但是软件 过程技术仍然难以应用到实践中去，原因有很多，包括：软件过程建 模语言难以解决需求问题的冲突，即提供丰富语义描述和方便用户使 用之间的冲突：不能为软件开发者提供合适的过程支持：不能很好的 处理过程运作中出现的演化要求等1 ，其中，过程引擎的缺乏柔性的 运作也是原因之一。目前，多数现有的p s e e 都是按照主动控制方式 运作，即p s e e 通过过程引擎控制和指导实际的软件开发过程，控制 方式由过程引擎发起并控制参与者所做的活动，倾向于仅仅把参与者 看作机械的执行指令的“机器人”，参与者只能被动地执行过程引擎 发布的指令，忽略了软件开发中的创造性活动，过分强调自动化。结 果，开发一个过程模型往往意味着开发一个过程程序，难以应用到实 面向服务的过程引擎系统模型研究 践中口1 。随着软件开发技术的发展及软件开发规模化和异构化发展， 在支持软件的大量模块化、动态组装、灵活性及可扩展方面提出了新 的要求。本文正是在基于这种情况下提出了一个面向服务的过程引擎 系统模型( s o p e ) ，该过程引擎系统通过引入过程服务的概念将过程 工具灵活管理起来，负责过程定义的解释和执行、服务的调度执行及 过程执行情况监控，并且易于扩展，支持大规模软件的开发和管理。 1 3 本文的主要内容 本文的主要内容如下： 1 首先对过程支持系统的现状和发展进行了分析，指出了现阶段 过程引擎系统的不足；分析了软件过程技术的发展、几个典型的软件 过程模型。 2 设计了s o p e 模型的体系结构。以过程服务在s o p e 中的执行为 主线阐述了s o p e 的八个主要部件和五个接口功能和设计结构。建设 性地提出了s o p e 的执行器对执行片段的调度算法，该调度算法的思 想是先来先服务( f c f s ) 的调度策略结合超时超长剥夺策略的调度算 法。 3 建设性地把软件开发过程用到开发工具看作是一种过程服务， 通过过程组装可以适应不同的系统需求。 4 本文最后给出了s o p e 模型的几个模块的实现方法，提出了该 模型的三层构架思想及实现方案。 1 4本文的组织结构 本文共分五章，第一章主要介绍本课题研究背景及主要内容；本 文第二章介绍了软件过程技术的发展、过程建模语言和过程组装的方 式及过程演化方法；第三章提出了面向服务的过程引擎模型的基础， 其中有过程服务的形式化描述及过程模型的描述及该模型的功能组 成；第四章提出了s o p e 模型的系统结构设计及主要模块的实现方法； 第五章对本课题进行了总结，并阐述了本课题需进一步研究的工作。 面向服务的过程引擎系统模型研究 2 软件过程技术 本章主要介绍了软件过程的背景知识，包括常见的软件过程模 型、软件过程建模。 2 1软件过程的定义 过程( p r o c e s s ) ：“针对一个给定的目的的一系列操作步骤 n 们。 这些步骤的执行可以是有序的、并发的、嵌套的、重复的、也可以是 通过条件触发的。 在1 9 9 3 年的第二届软件过程国际会议上，f e l l e r 和h u m p h r e y 提出了软件过程的概念框架。其中提出的基本的概念的含义如下： ( 1 ) 过程架构( p r o c e s sa r c h i t e c t u r e ) ：用于将过程元素一致地进 行拼装、关联、裁剪为一个可执行过程o ( 2 ) 过程设计( p r o c e s sd e s i g n ) ：建立过程架构的选项，现有可复 用构件和新构件的结构和行为，以及这些构件的关系。 ( 3 ) 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：指为满足某个项目的目标而 描述的参数化过程模型。 ( 4 ) 过程实例化( p r o c e s si n s t a n ti a ti o n ) ：指从过程定义生成可运 作的过程，得到过程定义的一个实例( 称为过程实例) 。 ( 5 ) 过程运作( p r o c e s se n a c t i o n ) ：指对可运作过程实例的实际执 行。 ( 6 ) 过程约束条件( p r o c e s sr e s t r i c t i o nc o n d i t i o n ) ：过程动作时 应满足的条件。 ( 7 ) 过程规划( p r o c e s sp l a n n i n g ) ：过程定义在运作时所需的资源， 这些资源和过程的关系、以及对这些资源的约束的说明。 ( 8 ) 动作状态( e n a c t i o ns t a t u s ) ：可运作过程所处的状态 ( 9 ) 过程执行者( p r o c e s se x e c u t o r ) ：过程动作的主体，负责解释 和执行可运作过程，它可以是人，也可是程序。 ( 1 0 )过程控制( p r o c e s sc o n t r o l l i n g ) ：有权存取所运作过程的状 态、数据以及影响其运作，可以启动、监控、调整、或中止所控制 的进程。 硕士学位论文 ( 1 1 )过程跟踪( p r o c e s st r a c k i n g ) ：指对过程运作状态的一系列 、1 = 记习o 和软件一样，软件过程也有其生命周期。根据上面的概念，可以 识别了软件过程生命周期的几个关键活动： 1 过程建模( p r o c e s sm o d e li n g ) ，是以某种( 形式化半形式化 非形式化的) 方式刻画一个组织的软件过程的行为，得到一 个软件过程模型。它包括过程设计、定义、规划、定制、裁剪、 复用等活动。 2 过程分析( p r o c e s sa n a l y s i s ) ，包括静态分析和动态分析， 它们在过程运作前识别和研究过程模型中的问题，提出模型的 改进方案，以达到优化过程模型的目的。其中过程的动态分析 中最常用的方法是过程模拟( p r o c e s ss i m u l a t i o n ) ，它是在 没有实际执行者、工具和数据的状态下，由程序在不同决策下 对过程模型作出解释。 3 过程运作( p r o c e s se n a c t i o n ) ，指由过程执行者参与执行一 个可运作的过程模型的行为，它要求形式化地定义软件过程， 避免运作时出现二义性。 4 过程度量( p r o c e s sm e a s u r e m e n t ) ，指在过程运作中或运作后， 采用量化的手段分析软件过程的质量、生产率等性能指标，以 作为过程评估和改进的定量依据。 2 2软件过程模型 软件过程模型是对软件过程的抽象和描述，可以为形式化、半形 式化或者非形式化的。软件过程模型所描述的软件过程可以由软件开 发人员或者计算机系统的实施活动来完成。一个软件过程模型中反映 了软件开发过程中的行为、功能和组织等信息，帮助软件开发人员以 及其他参与人员正确理解软件过程。一个灵活、强有力的过程模型将 为所有参与软件开发的人员提供帮助和指导，使得软件开发过程有序 进行。一个理想的过程模型应满足以下几个准则n ： 有利于过程重用 支持过程评估 面向服务的过程引擎系统模型研究 易于对软件过程进行控制和管理 软件的开发不能是无序的，因此人们提出了各种软件过程模型来 指导和规范软件的开发过程n 副。传统的软件过程模型主要有以下几 种： 1 线性顺序模型( 瀑布模型) 1 9 7 0 年r o y c e 提出的瀑布模型是经典的软件过程模型，它借鉴 了传统的工程周期，提出一个软件开发是由需求分析开始，随后是分 析、设计、编码、测试和维护。它和结构化的软件开发方法使软件开 发进入工程化的时代，提高了软件的生产效率和质量。瀑布模型的主 要缺陷是前期工作中产生的潜在问题可能要到测试时才能被发现，这 样就大大增加了软件开发的成本，并使项目的完成变得不可预期；另 外它要求在开发前清楚地描述所有的需求，这是难以做到的。 2 快速应用开发模型 快速应用开发( r a p i da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ，r a d ) 模型哺1 也是一个线性顺序的软件开发模型，但是它强调极短的开发周期，通 过使用基于构件的方法进行快捷开发。它主要包括业务建模、处理建 模、应用生成、测试等开发阶段。它的主要缺陷在于它要求开发者在 很短的时间内创建出可用的系统，不适合开发难以模块化、有高性能 要求、以及具有高技术风险的系统。 3 演化软件过程模型 由于客户对系统的需求在开发中可能发生改变，交付使用后也需 要对软件进行完善和修改，软件系统在其开发、使用、维护的生命周 期中不要避免地需要进行演化。为了适应随时间演化的软件的开发， 人们利用迭代的思想方法描述软件过程，这方面的模型有螺旋模型 乜副、喷泉模型乜引、构件组装模型等乜 ： 在螺旋模型中，软件开发是一系列的增量发布，通过多次的迭 代逐步产生软件系统的更加完善的版本。它在每一个开发周期 之前引入非常严格的风险分析和用户评估等方式，尽可能早地 发现并降低软件开发的风险，但它需要相当专门的风险评估技 术。 构件组装模型融合了螺旋模型的许多特征，但它是通过利用复 用已有的软件构件来构造应用程序的，从而可以大幅度提高其 生产率，它要求构件具有较好的可靠性、可维护性、可扩展性 硕士学位论文 和可重构性。 4 形式化方法模型 形式化方法模型要求软件工程师通过采用一个严格的、数学的表 示体系来说明、开发和验证软件系统，它们能够消除使用其它软件过 程模型难以克服的问题，可以更容易地发现和纠正软件中的二义性、 不完整性和不一致性。但是，它的代价过于昂贵，并且需要者具有使 用形式化方法所需的背景知识，因此它们只被用于有严格安全要求的 关键软件的开发中，这些传统的软件过程模型试图提供一个预定义 的、不能修改的过程并要求用户按照它进行开发，强调详细的、规范 化的活动和文档管理，而过多的管理会增加用户的负担，延缓整个开 发过程，因此它们被认为是“巨型”( m o n u m e n t a l ) 方法。与之相反 的是“轻载( 1 i g h t - w e i g h t ) 的方法，也称为敏捷软件过程( a g i l e p r o c e s s ) 口1 ，它们只应用一些简单的、必要的规则，抛弃那些复杂的， 实际上难以遵循的规则，在无序过程和过于繁琐的过程之间达到一种 平衡，使用户能通过仅仅执行“必须”( j u s te n o u g h ) 的过程来得到 较满意的结果。敏捷软件过程的两个主要特点是： 它是一种“可适应的”过程，允许修改自己来适应环境的变化； 它是面向人员的，试图使软件开发工作符合人的习惯。 极限编程模型( e x t r e m ep r o g r a m m i n g ，x p ) 模型乜引、可适应的 软件开发( a d a p t a b l es o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，a s d ) 、以及s c r u m 瞠引 方法等可以归为此类： 1 ) 极限编程模型 x p 模型是当前最引人瞩目的敏捷型过程，它是k e n tb e c k 等从丰 富的开发实践经验中总结出来的一组简单易行的规则，如今已有一些 成功的应用口0 | 。x p 的四条基本的价值原则是：交流( c o m m u n i c a t i o n ) 、 简单( s i m p l i c i t y ) 、反馈( f e e d b a c k ) 和进取( a g g r e s s i v e n e s s ) 、 在此基础上建立了一些应该遵循的实践规则，如用户故事( u s e s t o r i e s ) 、小型发放( s m a l lr e l e a s e ) 、双人编程( p a i rp r o g r a m m e d ) 、 不断集成( i n t e g r a t eo f t e n ) 、单元测试( u n i tt e s t s ) 等。x p 的 最大特点是对测试的极度重视，它将测试作为开发的基础，要求程序 员写每段源代码时都得写相应的测试代码，它们不断的积累并被整合 到系统中。这样的过程会产生一个高度可靠的建造平台，为进一步开 发提供了良好的基础。x p 模型适合于中小型的、有着良好的交流机 1 4 面向服务的过程引擎系统模型研究 制的开发小组，不适合于庞大的项目组。 2 )可适应的软件开发 j i mh i g h s m i t h 提出的可适应的软件开发将混沌理论( c h a o s t h e o r y ) 的思想用于软件开发中，其核心是三个非线性的、重叠的开 发阶段：猜测，合作及学习。a s d 方法认为：由于不可预环境中的变 化，偏离计划不应被视为需要被纠正的错误，而是引导软件开发达到 正确目标的机会。此时人员之间的交流和合作处于很重要的地位，大 家可以通过交流提出创造性的解决方案。另外，在一个变化的环境中， 参与项目的各方都需要学习，以便能用当前周期的开发结果去修改下 个迭代周期，从而过程模型随着开发的进展而改变。 2 3过程建模 经过多年的研究，人们对于过程模型中需要描述的基本元素已经 有了比较一致的共识，其中，六种主要的过程元素为：活动、产品、 角色、人员、工具及演化支持【3 0 】，它们的含义如下： 活动：是过程中由人或工具执行的工作，它可以生成或修改一 些产品。它们是原子的，或者是包括多个子活动的组合活动。 产品：项目中开发、交付、维护的程序、文档或数据。它们是 原子的，或者是包括多个子产品的组合产品。 角色：是指具备执行某些活动或生产某些产品所需要的技能的 人员。 人员：具备某些技能，一般作为一个小组的成员