软件过程建模方法研究

摘要：通过软件开发实践，人们逐步地认识到软件产品的质量在很大程度上依赖于产品开发时所使用的过程.软件过程建模是通过特定的方法对软件过程进行抽象、表示和分析以增加对软件过程的理解，同时，可执行的（enactable）软件过程模型可以直接指导实际软件开发活动，进而规范软件开发行为并最终提高软件质量.

关键字：软件过程，建模，分析研究

软件过程（software process）是指用于开发和维护软件产品的一系列有序活动，而每个活动的属性包括相关的制品（artifact）、资源（人或者其他资源）、组织结构和约束.通过软件开发实践，人们逐步地认识到软件产品的质量在很大程度上依赖于产品开发时所使用的过程，即生产高质量的软件需要有一个高质量的软件过程.由于影响软件开发的各种因素，比如商业环境、开发技术以及开发人员，总是在持续不断地变化，因此一个高质量的软件过程也必须是一个持续不断改进的过程，而软件过程改进也构成了软件过程管理活动的核心。

软件过程建模的目的是利用适当的建模方法与工具建立和描述软件过程模型，并在特定过程环境中将软件过程模型实例化为实现特定开发目标的软件过程，从而为软件组织实现以过程为中心的软件开发管理提供有力支持，对于软件组织保证软件产品质量，提高开发效率具有重要的理论和实践价值.软件开发是特殊的生产过程，它高度依赖人的能力，同样的过程由不同的执行者执行，会生产不同质量和数量的产品。

软件过程建模的主要目的是建立软件过程的抽象模型，通过对该抽象模型的分析增加对过程本身的理解和认识，从而可以更好地实施软件开发活动.对于同一个软件过程，所建立的抽象模型与建模方法、建模目的密切相关.比如，对于支持控制流描述的建模语言，其相应的模型将会以过程中的一系列开发活动作为主线；而如果一个建模语言主要通过制品间的转换关系和出入口标准来描述一个软件过程，则相应的模型更主要的是描述开发活动中的制品.就建模目的而言，如果建模只是为了增加对过程的理解，所建立的模型只需比较高的抽象层次上对软件过程进行描述；而为了支持后续的软件过程执行或者更为详尽的分析，则需要过程模型包含必要的细节。

软件过程建模方法的研究主要是围绕着过程建模语言和以过程为中心的软件工程环境（process-centeredsoftware engineering environment，简称 PSEE）展开的.一种建模方法所具备的描述、分析、执行和演化的能力主要依赖于所使用的建模语言，而 PSEE 决定了一种建模方法对实际开发活动所能提供的支持；PSEE 和过程建模语言往往是密不可分的，每个 PSEE 具有相关联的一种或者几种建模语言，而一种建模语言需要在相应的PSEE 中被解释和执行.PSEE 的出现可以追溯到 20 世纪 70 年代，主要是通过数据流集成的方式，将一些原本孤立的开发工具组合在一起，比如需求分析工具的输出作为设计工具的输入、设计工具的输出作为代码生成工具的输入等等，而真正将软件过程作为一个实体进行支持的 PSEE，则是在 20 世纪 80 年代后开始出现在 90 年代前后，特别是基于软件过程也是软件（software processes are software too）的思想提出后，研究者们提出了多种 PSEE 和软件过程建模语言。

软件过程所涉及的要素很多，要素之间的交互和约束关系也很复杂.软件过程建模方法通常将建模所关注的焦点集中在某一个要素上，并以该要素为中心建立整个软件过程模型.由于建模的焦点不同，软件过程模型的结构也不尽相同，例如，基于活动的方法以活动为模型的核心要素，其他过程要素与活动相关联，从而将软件过程模型描述为一系列活动或步骤的偏序集.类似地有基于制品的方法以及基于角色的方法这些方法通常仅关注于过程和活动之间的关系，人被作为过程的执行者或者过程资源而被动地在预定义的模式下实施软件开发活动，所建立过程的能力由设备能力所决定，只考虑过程能够做什么以及目标如何实现，很少考虑实现目标所需的资源.

上述的建模方法一般是在软件建模和分析方法的基础上，针对软件过程建模的需要，作适当的改进而提出来的.但在研究过程中，人们逐渐认识到现有的方法在实际应用中存在着如下两个主要问题：a） 实际软件开发过程涉及很多要素，而软件过程模型作为实际软件开发过程的抽象，一般只描述了过程的某些方面.

另外，由于开发人员所具有的主观性、软件开发活动所具有的创造性以及实际软件开发过程在执行中将会随着项目的进展或者外部组织环境的变化而不断变化，使得实际软件开发活动很少可以严格按照在 PSEE 中实例化的软件过程模型执行.因此，所构造的软件过程模型往往是随着开发的进行而不断与实际软件开发活动相偏离，从而逐渐失去了对实际软件开发活动的指导和规范意义在 PSEE 和建模语言的设计过程中，人们需要权衡相互矛盾的需求。

为使不具有太多工程背景的涉众（stakeholder）也能很好地理解软件过程，需要建模语言的表现形式较易于理解：一般需要图形化支持且不需要涉及太多的细节；而软件过程的执行和分析需要建模语言能够描述必要的细节：一般需要具有明确的操作语义，而且最好采用形式化的方法.如何能够满足这些相互矛盾的需求，是软件过程建模语言和 PSEE 设计中需要仔细权衡的问题，同时也是软件过程建模方法研究所一直面对的课题.近年来，软件过程建模领域的研究人员针对上述问题作了很多有益的探索，主要的研究热点包括支持过程演化（process evolution）、偏离容忍（deviation tolerance）的 PSEE、软件过程的验证和分析（主要包括过程模型的语法检查、语义正确性分析、匹配和仿真），以及集成的软件过程模型等.同时，对于分布式和全球协同环境下的软件过程建模和软件过程建模技术在企业的应用、实施也积累了一些经验.