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y 6 5 4 1 3 8 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第一章，课题基本情况概述 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发 计算机应用技术专业 研究生:陈化指导教师:游志胜 摘要 空中交通指挥系统( a t m ) 是保证航空飞行安全、高效的关键 系统，它由复杂的硬件系统和软件系统组成，如何有效的监视并 控制这些硬件、软件系统的运行状态是现代空管技术中的重要研 究课题之一，对于自 动化空管系统的安全有效运行具有重大意 义。本文主要深入研究了如何有效地结合软件工程研发自 动化空 管系统网络监控软件并深入分析了其中一些有创新性、有价值的 设计难点。 t h a l e s a t m 公司研制的欧洲猫系统是著名的空中交通指挥 系统，目 前在数十个国家广泛使用，在国际上处于领先地位。本 文作者有幸于2 0 0 3 年初开始参与t h a l e s a t m 公司欧洲猫空管系 统的网络监控软件t k s u p 的研发，纵观整个t k s u p 的研发，有两 大方面非常具有研究价值，首先是t k s u p 的研发从始自 终运用了 软件工程规范，软件工程是保证软件项目高质量完成的规范，因 此软件工程在t k s u p 项目中的实施对保证项目 有效进行具有决定 性的意义;同时， 在t k s u p 研发过程中我们遇到了不少的设计难 点，这些设计难点也有相当深入探讨的价值，正是基于以上两方 面原因，笔者希望以t k s u p 项目的具体实施为基础，探讨如何有 效地将软件工程理论同具体软件项目 的开发实践相结合，并同时 对一些有创新性和难度的设计环节进行深入研究分析。 文章首先由第一部分交待了课题背景，根据课题的背景我们 分析论证了课题的意义。在文章第二部分，我们主要介绍了软件 工程的主要理论，希望通过理论的介绍为进一步的分析作一个很 四川大学计算机学院 e , ， ， 重 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发 好的铺垫。在文章的第三部分我们着重讨论了t k s u p 项目 如何结 合软件工程进行实施，这也是全文最重要的一部分，在这一部分 中。我们重点分析了需求分析、设计、实现和测试四个阶段的实 施情况，并分析了其中一些具有创新性研究价值的技术解决方 案，包括设计架构的取舍、开发技术的选择、e v e n t - d r i v e n 机制 设计、s n m p 协议使用机制设计、m u l t i c a s t 使用机制的设计、令 牌的协商机制的设计等。文章的最后部分，我们对t k s u p 项目 中 软件工程的实施进行了总结，并对t k s u p 未来的发展进行了展 望。 关键词 空 管系 统、 网 络监 控、 软 件 i 程、 e v e n t 一 d r i v e n , s n m p , m u l t i c a s t . t o k e n . 四川大学计算机学院 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发 a b s t r a c t a i r t r a f fi c ma n a g e m e n t ( a t m) s y s t e m i s u s e d f o r g u a r a n t e e i n g s a f e ty a n d e ff e c t i v i ty o f a v i a t i o n , t h e s y s t e m c o n s i s t s o f c o m p l e x h a r d w a r e s y s t e m a n d s o ft w a r e s y s t e m . wi t h g r e a t s i g n i f i c a n c e , t o e ff e c t i v e l y m o n i t o r a n d c o n t r o l t h e s e s y s t e m s i s a m a j o r re s e a r c h s u b j e c t i n m o d e r n a i r t r a f f i c m a n a g e m e n t t e c h n o l o g y re g i o n . t h i s a rt i c l e s t u d i e s h o w t o e ff e c t i v e ly c o m b in e s o ft w a r e e n g i n e e r i n g w i t h a t m s y s t e m n e t w o r k m o n i t o r i n g s o ft w a re d e v e l o p m e n t , a n d a n a ly z e d s o m e c r e a t i v e a n d t o u g h d e s i g n p o i n t s t h a l e s a t m p ty, l t d i s t h e w o r l d s l e a d i n g p r o v i d e r o f a i r t r a f f i c m a n a g e m e n t s y s t e m , m a i n p r o d u c t e u r o c a t a t m s y s t e m c o n s i s t s o f c o m p l i c a t e d h a r d w a r e a n d s o f t w a r e i s b e i n g w i d e l y u s e d i n a l l p a rt s o f t h e w o r l d . t h e a u t h o r h a s j o i n e d s i n c e e a r l y 2 0 0 3 i n t h e d e v e lo p m e n t o f n e t w o r k mo n i t o r in g p r o j e c t o f e u r o c a t s y s t e m , p r o j e c t n a m e t k s u p . r e v ie w i n g t h e e n t i r e d e v e l o p p r o c e s s , t w o p a r t s a r e f a i r l y v a l u a b l e t o b e a n a l y z e d , fi r s t l y s o ft w a r e e n g i n e e r i n g h a s b e e n c a r r i e d t h o u g h o u t t k s u p d e v e l o p m e n t , s o ft w a re e n g i n e e r i n g i s a s e t o f m e t h o d t o g u a r a n t e e g o o d s o ft w a r e q u a l i ty , s o f o r c e s o ft w a r e e n g i n e e r i n g h a s g o t a c r u c i a l p o s i t i o n f o r t h e s u c c e s s o f t k s u p p ro j e c t , b e s i d e s s o f t w a r e e n g i n e e r i n g , i n t k s u p d e v e l o p m e n t w e v e m e t q u i t e a l o t o f d e s i g n h o t s p o t s t h a t o w n g o o d s i g n i f i c a n c e t o b e a n a ly z e d . o w i n g t o t h e s i 娜f i c a n c e o f t h e s e 2 p o i n t s , t h e a u t h o r i n t e n t s t o m a k e b as e fr o m t h e i m p l e m e n t a t i o n o f t k s u p t o a n a l y z e h o w t o e ff e c t iv e l y i n t e g r a t e s o ft w a re e n g in e e r i n g m e t h o d w i t h in p r a c t i c a l p r o j e c t a n d w e l l s im u l t a n e i ty a n a l y z e s o m e g o o d d e s ig n p o i n t s t h a t a r e c re a t i v e a n d t o u g h . 四川大学计算机学院 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发 f ir s t p a rt o f t h i s a rt i c l e f o c u s e s o n t h e b a c k g r o u n d o f t h i s s u b j e c t , b a s e d o n t h e b a c k g r o u n d w e w i l l a n a l y z e t h e s i g n i f i c a n c e o f s u b j e c t . t h e s e c o n d p a rt o f t h i s a r t i c l e f o c u s e s m a i n l y o n t h e p r e s e n t a t i o n o f s o ft w a r e e n g i n e e r i n g t h e o ry , t r y i n g t o m a k e g o o d m a tt i n g f o r t h e n e x t p a r t . i n t h e t h i r d p a rt a l s o a s t h e m o s t i m p o r t a n t p a rt o f w h o l e a rt i c l e , w e w i l l a n a ly z e h o w re q u i r e m e n t a n a l y z e p h a s e , d e s i g n p h a s e , i m p l e m e n t a t i o n p h a s e a n d t e s t p h a s e a r e m a n a g e d s u c c e s s f u l ly w it h s o ft w a r e e n g i n e e r i n g , a n d w e l l a l s o a n a l y z e s o m e i m p o r t a n t t e c h n i c a l p o in t s i n c l u d i n g a r c h i t e c t u re d e s i gn, d e v e l o p t e c h n o l o g y c h o o s i n g a n a l y s i s , e v e n t - d r i v e n m e c h a n i s m d e s i g n , s n mp u t i l i z a t i o n d e s i g n , m u l t i c a s t u t i l i z a t i o n d e s i gn, t o k e n n e g o t i a t i o n m e c h a n i s m d e s i g n , e t c . i n t h e l a s t p a rt o f a r t i c le w e w i ll s u m m a r i z e s o ft w a r e e n g i n e e r i n g i m p l e m e n t a t i o n i n t k s u p p r o j e c t , a n d lo o k a t s o m e p e r s p e c t i v e s f o r f u t u r e a c t i o n o n t ks up . k e y w o r d a t m, n e t w o r k mo n i t o r i n g , s o f t w a r e e n g i n e e r i n g , e v e n t - dr i v e n , s nmp , mu l t i c a s t , t o k e n 四川大学计算机学院 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第一章，课题基本情况概述 第一章 课题基本情况概述 ， . ，课题背景 航空交通目 前已 经成为了一种主要的交通方式，每天，在世 界各大机场都有数百甚至上千架飞机起降，空中交通的安全保障 就成为了一个非常重要的课题，目 前空中交通管制主要采用自 动 化空管系统来保障航空交通的安全、实现航空交通的有序化和有 效化，显然，自 动化空管系统是保障航空飞行秩序和安全的一个 极为关键的部分。 传统的空管系统采用程序管制方式，空中指挥主要依靠管制 员通过无线电和飞行员对话，主要的辅助操作如进程单的填写、 起飞报落地报的拍发都是通过手工方式完成， 这种手工管制方式 的特点是管制过程比较可靠、发生故障概率小，但是它的缺点也 很明显，例如管制效率差、管制员的工作量大等。随着空中交通 流量的急剧增长， 这种以手工管制为基础的方式己 经不能够适应 形式的发展，上个世纪七十年代末开始，自 动化空管系统得到了 很大发展。 自 动化空管系统的主要特点是采用i t 设施为基础的管制系 统，各种数据的计算和处理由系统自 动完成，管制员的主要精力 可以 集中在对飞机的指挥上。这样带来的好处是整个系统的处理 能力大大增加、管制员的劳动强度大为减轻、对各种飞行数据的 管理更为科学、有效。自 动化空管系统通常由下图所示的几个部 分组成: 四川大学计算机学院8 软件工程的实施与欧洲猫网 络监控系统研发第一章，课题基本情况概述 笔者从2 0 0 3 年初开始参与成都双流机场e u r o c a t 项目，主要 工作是参与e u r o c a t 系统网络管理软件的研发，e u r o c a t 系统网 络管理软件是一个实时性要求很强的软件，而应用软件工程规范 对此软件进行开发正好符合我的专业方向“ 实时软件工程”，因 此，在四川大学计算机学院和t h a l e s a t m 公司的共同协调下，我 的毕业设计课题选定为e u r o c a t 系统网络监控软件的研发。从锻 炼的角度出发，公司决定在公司资 深工程师s t e p h e n b r u c e , m o o n s u y i 和s a m u e l l u 的指导下由我来主要完成整个系统的开 发工作。新的e u r o c a t 系统网络监控软件项目 取名为t k s u p ，即 t e c h n i c a l s u p e r v i s i o n . 1 . 3课题目 标和意义 从以上的一些课题背景介绍中我们可以清楚的看到，课题的 目标主要定为开发操作级别的，网络环境下的欧洲猫监控软件， 运用软件工程规范、高质量的完成研发，不断完善并逐步替代昂 贵的o a s y s 系统。本课题的意义主要包括以下几个方面: 首先在经济效益方面，t k s u p 的成功开发和不断完善将会逐 步取代o a s y s 系统，这样t h a l e s a t m 公司以后的每个项目 都可以 节约至少数万美元的许可证费用，经济效益巨大。 其次在学术方面，通过参与此项目的开发，我将可以学到完 整的软件开发流程管理知识， 积累宝贵的科研经验，并能够在一 些具体开发技术上有所提高。 此外，从软件的功能上来说，我们针对系统的特点自己全面 定义了需求，这将有助于研制出对t k s u p 更加有针对性的监控软 件，增强t k s u p的专有功能。 四川大学计算机学院1 4 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第一章，课题基本情况概述 可以看到，t k s u p 项目 作为我的硕士毕业设计课题，其课题 难度、意义和工作量都是很有分量的，此项目的完成将会有力的 支撑我的毕业论文。 1 . 4本文主要研究目 标 目 前，t k s u p 项目已 经完成，主要工作量包括完成代码量 1 5 0 0 0 余行，完成各种英文文档2 0 0 余页等。 本文将根据作者在近一年的研发过程中积累的一些经验和体 会，对软件工程在工业软件中的实施和软件设计中一些创新点和 难点进行分析，总的目 标是希望能够通过这些讨论、分析在软件 工程的实施和网络监控软件的设计等方面对读者有所帮助。 四川大学计算机学院1 5 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程埋论概述 第二章 软件工程理论概述 2 . ，软件工程简介 2 . 1 . 1 软件工程产生背景及定义 随着计算机硬件技术进步，计算机生产成本不断下降，导致 更广泛的计算机应用，由之导致的软件生产规模不断增大，软件 本身的复杂性不断增加，使研制周期显著变长，正确性难以保 证，软件开发费用上涨，生产率急剧下降，从而出现了人们难以 控制软件发展的局面，称之为软件的危机，其主要表现主要有以 下几个方面: ( 1 )软件代价高 ( 2 )难于控制开发进度 ( 3 )工作量估计困难 ( 4 )软件质量低 ( 5 )软件修改维护困难 ( 6 )软件生产效率底下 针对由于软件开发中遇到的困难，学术界在6 0 年代末 ( 1 9 6 8 )提出了软件工程作为解决方案。其定义归纳如下: 软件工程是一类求解软件的工程，它应用计算机科学，数学 以及管理科学等原理，借鉴传统工程的原则、方法，创建软件以 达到提高质量、降低成本的目的。其中计算机科学、数学用于构 造模型与算法，工程科学用于制定规范、设计范型、评估成本以 及确定权衡，管理科学用于计划、资源、质量、成本等管理。软 件工程是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科。 软件工程的主要目标可以归纳为以下几点: ( 1 ) 付出较低的开发成本 四川大学计算机学院1 6 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 ( 2 )达到要求的软件功能 ( 3 )取得较好的软件性能 ( 4 )开发的软件易于移植 ( 5 )需要较低的维护费用 ( 6 )能按时完成开发工作，及时交付使用 2 . 1 . 2 软件生存周期 软件生存周期 ( s o f t w a r e l i f e c y c l e )指软件产品从考虑其 概念开始，到该软件产品不再能够使用为止。一般包括问题定义 可行性研究阶段、需求阶段、设计阶段、代码实现阶段、测试阶 段、以及运行和维护阶段六个阶段。 ( 1 ) 问 题定义 可行性研究阶段 ( s y s t e m a n a l y z e a n d d e s i g n )，这一阶段又称为软件计划阶段，主要工作是通过和用 户交互弄清项目 性质、目 标、规模;用最小的代价确定问题定义 阶段所确定的系统目 标和规模是否现实，所确定的问题是否可以 解决，系统方案在经济上、技术上和操作上是否可以接受。这一 阶段的主要产品是系统定义文档 ( s y s t e m s e g m e n t s p e c i f i c a t i o n , s s s )、系统设计文档 ( s y s t e m s e g m e n t d e s i g n d o c u m e n t , s s d d )。 ( 2 ) 需求分析阶段 ( s p e c i f i c a t i o n )，在这一阶段，系统分 析人员和用户密切配合，确定软件必须做什么，具备哪些功能， 并建立起软件的逻辑模型。所有的结论性成果都必须形成文档， 这 一阶 段的 主要 产品 是软 件需 求 说明 书( s o f t w a r e r e q u i r e m e n t s p e c i f i c a t i o n , s r s )， s s s 文档和s r s 文档是以后设计、实 现、测试等各阶段的参照基础。 ( 3 ) 设计阶段 ( d e s i g n )，设计阶段分为总体设计 ( p r e l i m i n a r y d e s i g n )和详细设计 ( d e t a i l e d d e s i g n )两个阶 四川大学计算机学院1 7 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 段。总体设计的主要工作是建立软件的总体结构、模块组成、层 次结构关系等大框架。详细设计的主要工作是针对单个模块设计 内部结构和算法，给出模块的过程性描述，不需要编写代码。因 此这一阶段又称为算法设计阶段。 这一阶段的主要产品是软件设 计文档 ( s o f t w a r e d e s i g n d o c u m e n t , s d d )、界面设计文档 ( i n t e r f a c e d e s i g n d o c u m e n t , i d d )。 ( 4 ) 代码实现阶段 ( c o d i n g )， 这一阶段的主要任务是将设计 阶段的模块结构、 算法用代码实现出来，主要产品是源程序代码 ( s o u r c e c o d e )。 ( 5 ) 测试阶段 ( t e s t i n g )， 测试阶段的主要任务是尽可能多 的发现和排除以前各阶段中产生的各种错误。一般分为单元测试 ( u n i t t e s t )、集成测试 ( i n t e g r a t i o n t e s t )和有效性钡 j 试 ( v a i d a t i o n t e s t )。 单元测试的任务主要是查找单个模块在中 的错误。集成测试的任务主要是将相关模块集成起来并进行测 试，主要查找各模块接口上存在的问题。有效性测试的任务主要 是按需求说明书上的各项功能对软件产品进行测试，看是否达到 用户需求。这一阶段的主要产品是测试报告，包括测试计划，测 试用例和测试结果等。 ( 6 ) 运行和维护阶段 ( m a i n t a i n )，这一阶段是软件生存周期 中时间最长的阶段。维护的目 的是使软件在这段时期内保证用户 需求、增强软件功能、延长软件使用寿命。每一次维护活动都应 该准确记录下来形成正式文档资料保存。 这一阶段最重要的文档 是ibl题报告文档 ( p r o b l e m c r e a t i o n r e p o r t , p c r )。同硬件产 品不同，任何软件产品提交给用户后都会有各种b u g ，每当发现 了b u g ， 用户就可以 建立p c r 文档报告问 题，研发工程师将根据 用户报告的情况召集相关人员进行研究，确认是否接受这个 p c r 。如果决定接受此p c r ，公司将立即安排资源处理此p c r ，尽 快解决问题;如果经过研究认为这不是一个软件质量问题，公司 四川大学计算机学院1 8 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 将提交正式报告给用户阐释此问题。所有 p c r 应该以数据库为基 础进行保存、维护，以便将来使用。 需要特别注意的是，以上的每个阶段都必须形成正式的文档 资料。这是下一阶段工作的基础，也是项目管理的基础部件。软 件生命周期中各阶段产生的文档如下图。 f s sp d s y s t e m r e q u ir e m e n t a n a ly s i s a n d d e s 匆 n_ s s ss s r 1- 一tr 一 p c r n-一9-一19一-1111 庵-七-.一-a 0-一c-不一-九 图4 ，软件生存周期结构图 2 . 1 . 3 软件开发模型介绍 软件开发模型是指软件开发全部过程、活动和任务的结构框 架，它是指导软件开发的一个框架性模型。主要的软件开发模型 包括有浮布模型 ( w a t e r f a l l m o d e l )、原型模型 ( p r o t o t y p e m o d e l )、增量模型 ( i n c r e m e n t a l m o d e l )、螺旋模型 ( s p i r a l m o d e l )、v 模型 ( v - c y c l e ) 等， 下面分别做简要的介绍。 四川大学计算机学院1 9 软件工程的实施与欧洲猫网 络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 2 . 2本文将涉及的部分 软件工程是一门实践性很强的学问，学习者只有在实践中才 能够有真实的体会和提高。本文将根据作者研究生学习阶段所接 触的软件工程理论和从事开发工作积累的经验，重点研究软件工 程中的以下几个阶段: 1 . 需求分析阶段，这一部分，主要希望能够探讨如何有效地 运用软件工程规范实施需求分析。 2 . 设计阶段 ，这一部分，主要希望能够探讨如何有效地运用 软件工程规范进行软件的设计。 3编码测试阶段，这一部分，主要希望能够探讨如何有效地 运用软件工程规范进行编码和测试。 这几个阶段是软件工程中最重要的阶段，在本章接下来的内 容中，下面将我们重点介绍一下这几个阶段的知识。 2 . 2 . ， 需求分析相关理论知识 2 .2 . 1 . 1 需求分析的基本特点 需求分析是一种软件工程活动，它在系统级软件分配和软件 设计间起到桥梁的作用。其基本任务是准确地定义目 标系统的目 标、功能;确定为了满足用户需求系统必须做什么，而不包括具 体的怎么做，即实现。其主要作用如下: ( 1 )需求分析使得系统工程师能够刻划出软件的功能和性能，指 明软件和其它系统元素的接口，并建立软件必须满足的约束。 ( 2 )需求分析允许软件工程师 ( 分析员)精化软件分解模块，并 建造将被处理的数据，功能和行为模型。 四川大学计算机学院2 5 软件工程的实施与欧洲猫网 络监 控系统研发第二章，软件工程理论概述 ( 3 )需求分析为软件设计者提供了可被翻译成数据、体系结构、 界面设计的模型。 ( 4 )需求分析说明书为开发者和客户提供了软件建造完成后质量 评估的依据。 2 . 2 . 1 . 2 需求分析的步骤 需求分析可被划分成5 个工作阶段: ( 1 ) 问题理解， 分析员研究上一阶段即问题定义 可行性研究阶 段成生的文档中所述的软件系统的目 标，软件的作用范围，用户 环境并与用户达到一致的理解。 ( 2 ) 问题分析， 分析软件作用范围中的功能、性能要求，接口 说明是否正确，约束条件是否恰当，可实现性如何，作出必要的 补充说明。 ( 3 ) 问题评估及建模， 这是一个十分重要的阶段，通过对当前 问题和希望的信息 ( 输入输出)进行的评估，分析员开始综合一 个或多个解决方案。必须详细的定义系统的数据，处理功能和行 为。此时分析员根据项目的规模、特征、性质等因素，结合类似 软件开发经验，决定选取那种需求分析方法，并随之创建系统模 型，以便更好的理解数据和控制流，处理功能和操作行为，以及 信息内容。模型是软件设计的基础，也是制定软件需求说明书的 基础。 ( 4 ) 规约， 这一阶段主要工作是根据以 上工作的成果，写出软 件规格说明书。 ( 5 ) 复审， 复审是确认需求分析阶段工作完成的一步。复审可 能进行多次，其对象是各级文档，复审的标准主要有: 软件需求规格说明书中的目 标是否与系统规格说明书中的 目标一致。 四川大学计算机学院2 6 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 软件需求规格说明书中对重要的系统元素接口，所有的数 据流和数据文件的定义是否明确，是否有不一致或遗漏。 每个功能是否已 清楚地描述，设计的主要约束是否实现， 对未来可能的软件需求是否有所考虑。 是否与用户取得了一致的意见。 文档是否清晰、完备。 软件计划中的估算是否受到影响。 复审可以较早的发现问题，以免后期付出更大代价。软件问 题的发现/ 解决越早成本消耗越低， 定义阶段发现问 题，更正成本 为1 的化，设计阶段为2 倍，开发阶段发现问题并更正的成本随 过程的深入为3 -6 倍，运行维护器错误更正费用为原来的6 0 - 1 0 0 倍，可见复审对于项目 是绝对重要的。 值得特别注意的是在需求分析这一阶段，用户和软件开发者 均扮演了 积极的角色， 而不是软件开发者单方面的工作。客户必 须尽力将有时有些模糊的软件功能和性能概念重新具体详细地描 述出来，而开发者则是软件功能地咨询者，咨询顾问和问题解决 者。 四川大学计算机学院2 7 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章。软件工程理论概述 2 . 2 . 2 设计相关理论知识 2 .2 . 2 . , 设计综述 软件设计作为软件生命周期的一个组成部分，处于软件工程 过程中的核心技术位置，具有非常重要的作用，并且它的应用不 考虑所使用的软件和过程模型。软件设计开始于对软件需求进行 分析和规约之后，它是构造和验证软件所需的三项技术活动 设计、编码、测试之一。 软件设计的重要性可以用一个词来表达质量。设计是 在软件开发中形成质量的地方。设计的重要性可以归纳为以下几 个方面: ( 1 )设计为我们提供了可以用于质量评估的软件表示。 ( 2 )设计是我们能将用户需求准确地转化为完整的软件产品或系 统的唯一方法。 ( 3 )软件设计是所有软件工程和软件维护步骤的基础，没有设 计，我们将冒构造出不稳定系统的风险，稍做改动就会失败: 难以 测试的系统;到很晚才能评估质量等。 软件设计过程应遵循的基本指导思想是: ( 1 ) 模块化， 模块化是指解决一个复杂问题时，自 顶向 下逐层把 软件系统划分成若干个模块的过程。 每个模块完成一个特定的功 能，所有模块按某种方式组装起来， 构成整体实现软件系统所要 求的功能。 ( 2 ) 抽象化， 抽象化就是抽出事物的本质特性而暂不考虑其细 节。软件工程实施过程的每一步都是对软件解法的抽象层次的一 次细化。 ( 3 ) 信息隐蔽和局部化， 信息隐蔽是指在设计和确定模块时，使 得一个模块内包含的信息( 过程和数据) ，对于不需要这些信息的 模块来说是不能访问的。局部化指把一些关系密切的软件元素物 四 川大学计算机学院2 8 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发 第二章。软件工程理论概述 理地放得彼此靠近。信息隐蔽和局部化可以为设计、测试、维护 带来极大的好处。 ( 4 ) 模块独立， 模块独立指每个模块只完成系统要求的 独立子功 能，并且与其它模块的联系最少且接口简单。模块独立是模块 化、抽象、信息隐蔽和局部化概念的直接产物。模块独立的量度 标准是祸合性和内聚性，这是个重要的概念，好的设计应该是低 祸合，高内聚。 祸合性( c o u p l e l i n g ) :指软件系统结构中各模块间相互联 系的紧密程度。模块间联系越紧密，其祸合性就越强，模 块独立性就越差。 内聚性( c o h e n s i o n ) :指一个模块内各元素彼此结合的紧密 程度。一个模块内各元素间联系越紧密，则它的内聚性就 越高。高内聚性往往意味着低祸合性。 设计模块时应该遵循低祸合高内聚的原则进行。 2 .2 . 2 . 2 总体设计 经过需求分析阶段的工作，系统做什么已经清楚， 总体设计基 本任务是设计确定系统的具体实现框架方案，确定软件结构。总 体设计方法主要包括:逐步精化自 顶向下设计方法，面向数 据的设计方法，面相对象的设计方法等。 一般说来总体设计应该完成以下几个内容: ( 1 ) 完成软件开发技术的选择。 软件的设计和所选用的技术有相当大的关系，在这一部分， 我们必须根据系统的各种特点选择最有效的开发技术，开发技术 的确定，为下面软件框架结构设计确立了技术基础。 ( 2 )完成软件框架结构的设计。 四川大学计算机学院2 9 软件工 程的实施与欧洲猫网 络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 在这一部分，根据系统的各种特点和所选择的开发技术，我 们就可以设计相应的系统体系结构，主要的设计工作包括包括顶 层模块结构设计、模块功能设计、网络结构设计、数据库结构设 计等。 ( 3 ) 完成相应的复审。 在这一部分，我们将对所进行的设计进行复审，确保设计所采 用的技术和设计结果是符合需求的并且是高效率的。 2 . 2 .2 . 3 详细设计 详细设计的主要目的是得出对目 标系统的精确描述，确定应 怎样具体实现所需要的系统，从而在编码阶段可以把这个描述直 接翻译成某种程序设计语言书写的具体程序。 详细设计的基本任务主要有以下几个方面: ( 1 ) 算法设计。用某种图形、表格、语言等工具将每个模块 处理过程的详细算法描述出来。 ( 2 )数据结构设计。对需求分析、总体设计确定的概念性的 数据类型进行确切定义。 ( 3 )确定每个模块的接口细节。包括对系统外部的接口和用 户界面与系统内部其它模块的接口，以及确定关于模块输入数 据、输出数据及原始数据的全部细节。 ( 4 ) 编写详细设计说明书并通过复审形式正式文档。 2 . 2 . 2 . 4界面设计 对于带有图形界面的项目，我们还应该专门进行图形界面 ( mm i )的设计，一个好的m mi 具有以下一些特点: ( 1 )完全符合需求分析的定义。 四川大学计算机学院3 0 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 ( 2 )易于使用，操作简便。 ( 3 )界面各部分功能划分清楚。 这一部分的产生两部分产品，一个是界面设计效果模型， 个是界面设计文档 ( i n t e r f a c e d e s i g n d o c u m e n t , i d d )。 2 .2 . 2 . 5 设计阶段产生的文档 设计阶段所需交付的文档主要包括: ( 1 )软件设计文档 ( s o f t w a r e d e s i g n d o c u m e n t , s d d )。这一 文档包括了对软件结构、算法描述等在内的关于软件功能实现的 具体信息。 ( 2 )界面设计文档 ( i n t e r f a c e d e s i g n d o c u m e n t , i d d )。此文 档则是主要包括了关于对软件界面设计的详细描述。 ( 3 )复审文档。此文档包括软件设计复审文档 ( s o f t w a r e d e s i g n r e v i e w , s d r )和界面设计复审文档 ( i n t e r f a c e d e s i g n r e v i e w , i d r )。 ( 4 )测试计划 ( s o f t w a r e t e s t p l a n )。此文档根据设计内容描 述了包括测试策略，测试方案，预期的测试结果等在内的各种测 试计划信息。 我们将在接下来的几章里根据理论知识结合t k s u p 中各阶 段的实施情况对这几个部分进行深入地分析. 2 . 2 . 3 编码相关理论知识 编码阶段的任务是为每个模块编写程序，也就是将详细设计 的结果转换成用某种程序语言的源程序，编译程序再将这些源程 序变成依赖于具体机器的代码。 编码阶段主要考虑的几个方面是: 四川大学计算机学院3 1 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 ( 1 ) 代码的可移植性 指程序从一个计算机环境移植到另一个计算机环境的难易程 度。 2 ) 代码的 编译效率 指与程序设计语言对应的编译器的性能决定了目 标代码的运行 效率。 ( 3 )代码的可重用性 指编程语言能否提供可重用的软件成分。 ( 4 )可维护性 指源程序的应该为未来的修改和其他开发人员的阅读提供保 障。 2 . 2 .4 测试相关理论知识 软件测试是根据程序功能说明书或程序逻辑结构，设计一组 测试用例，在精心控制的环境下，按测试用例作为输入运行程 序，对其结果进行检验. 确定其是否与预期结果不一致，即发现 程序错误的全过程。 好的测试方案是尽可能地发现至今尚未发现地错误的测试方 案，成功的测试是发现出至今尚未发现的错误的测试。测试的目 的是为了发现尽可能多的缺陷，并期望通过改错来把缺陷统统消 灭，以期提高软件的质量。 测试的原则可以主要归纳如下: ( 1 ) 所有的测试都应该追溯到用户需求。 ( 2 ) 应该从测试工作真正开始前的 较长时间内 就进行测试计 划。 四川大学计算机学院3 2 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第二章，软件工程理论概述 ( 3 ) p a r e t 。 原则应用于软件测试。即测试发现的 错误中8 0 % 很 可能起源于模块中的2 0 %. ( 4 ) 测试应该从 “ 小规模” 开始， 逐步转向“ 大规模”。 ( 5 ) 穷举测试是不可能的。 ( 6 ) 为达到最佳效果， 应该由 独立的第三方来进行测试。 软件测试中根据设计的测试用例不同，可以将软件测试技术 分类为白盒测试和黑盒测试。白盒测试，黑盒测试实际上是测试 用例的设计方法。 白盒测试方法是将被测试的对象看成一个可以看见内部结构 的盒子，测试人员必须了解程序的内部结构和处理过程，测试用 例要根据程序的内部逻辑来设计。 黑盒测试方法是测试人员完全不考虑程序内部的结构和处理 过程，只在软件的接口处进行功能性测试，检查程序是否满足定 义的功能需求。黑盒测试不是白盒测试的替代品，而是辅助白盒 测试发现其它类型的错误。 测试按不同的进行阶段可以 分为 单元测试 ( u n i t t e s t )、 集 成测试 ( i n t e g r a t i o n t e s t )和有效性测试 ( v a l i d a t i o n t e s t )。单元测试的任务主要是查找单个模块在中的错误。集成 测试的任务主要是将相关模块集成起来并进行测试，主要查找各 模块接口上存在的问题。有效性测试的任务主要是按需求说明书 上的各项功能对软件产品进行测试，看是否达到用户需求。 四川大学计算机学院3 3 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第三章，t k s u p 项目的实施 第三章 t k s u p项目 的实施 3 . 1 t k s u p 需求分析的实施 在这一部分，我们将根据在e u r o c a t 网络监控系统开发中的 实际经验研究如何有效的运用软件工程规范实施需求分析。 3 . 1 . ， 需求分析的裁剪 在上一部分我们看到，标准的需求分析可以分为问题理解、 问 题分析、问 题评估及建模、规约和复审五个阶段， 这里我们将 根据具体情况对t k s u p 的需求分析阶段进行裁减，以使需求分 析的实施能够贴近具体情况。 由 于t k s u p 项目 工作量不是很大， 项目 的目 标和理解较为 直接，我们将上述五个阶段合并为问题理解分析、问题评估建 模、规约和复审四个阶段。 问题理解分析阶段的主要任务是完成对t k s u p 项目的全面 了 解，初步了解需求可能涉及的方向。 问题评估建模阶段则主要是完成对t k s u p 需求层次的全局 性框架分析，提出可行的开发结构。 规约阶段主要工作是完成各种文档的编制。 工作复审则是对文档进行审核，确保产生的文档符合问题的 分析理解。 以 上 各部 分阶 段的 主 要 产 物 是s r s ( s o ft w a r e r e q u ir e m e n t s p e c i f i c a t i o n )文档和o h k ( o p e r a t i o n h a n d b o o k ) 草案文档。 四川大学计算机学院3 4 软件工程的实施与欧洲猫网络监控系统研发第三章， t k s u p 项目 的实施 3 . 1 . 4规约 根据对问题的理解分析和评估建模，我们已经从需求层次对 整个t k s u p 项目 有了较好的 把握， 接下来需要做的工作是完成 s r s ( s o f t w a r e r e q u i r e m e n t s p e c i f i c a t i o n )文档。s r s 文档中 详细描述了所有具体的需求条款。在t k s u p 中，我们主要按照以 下流程进行需求分析文档制作: ( 1 )由需求分析人员制定s r s 草案，t k s u p的s r s 文档中， 包 括了 两 个r e q u i r e m e n t s e t 。 所有需 求都采 用标准化格式， 例如 e u r t k s u p sy s 1 0 3 t h e t k s u p c s c i s h a ll b e a b le t o v ie w h is t o r y i n f o r m a t io n o f s p e c k e d c o mp o n e n t . # # c o m p o n e n t in c lu d e s u b s s p r o c e s s , u b s s u lin e s / d e v , n o d e r e s o u r c e ( c p u , m e m o ry , d is k c a p a c i ty , e t c ) , n e t w o r k l i n k e v e n t s , u ps e