软件工程10-软件维护技术

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软件维护

概念

定义：由于软件产品出现问题 或需要改进，而对代码及相关文档进行 修改，其目的是对现有软件产品进行修 改的同时保持其完整性。

必要性

  • 改正错误；
  • 改善设计；
  • 实现软件的改进；
  • 能与其他系统进行交互；
  • 能够为使用不同的硬件、软件、系统的新性能以及通讯设备等而对软件进行改进；
  • 能够完成遗留程序的移植；
  • 软件推出使用；

成本

软件维护阶段一般要消耗软件生命周期中经费开支的大部分；

维护的类型

  • 纠错性维护：在软件交付使用后，因开发时测试的不彻底、不完全，必然会有部分隐藏的错误遗 留到运行阶段。这些隐藏下来的错误在某些特定的使用环境下就会暴露出来，为了识别和纠正软件错误、改正软件性能上的缺陷、排除实施中的误用，应当进行 的诊断和改正错误的过程就叫做纠错性维护。
  • 适应性维护：在使用过程中， 外部环境（新的硬、软件配置）或者数据环境（数据库、数据格式、数据输入/输出方式、数据存储介质）可能发生变化，为使软件适应这种变化，而去修改软件的过程就叫做适应性维护
  • 完善性维护：在软件的使用过程中，用户往往会对软件提出新的功能与性能要求，为了满足这些要求，需要修改或再开发软件，以扩充软件功能、增强软件性能、改进加工效率、提高软件的可维护性，这种情况下进行的维护活动叫做完善性维护。 实践表明，在几种维护活动中，完善性维护所占的比重最大，即大部分维护工作是改变和加强软件，而不是纠错。完善性维护不一定是救火式的紧急维修，而可以是有计划、有预谋的一种再开发活动。事实证明，来自用户要求扩充、加强软件功能、性能的维护活动约占整个维护工作 的50％。
  • 预防性维护：预防性维护是为了提高软件的可维护性、可靠性等，为以后进一步改进软件打下良 好基础，其定义为：采用先进的软件工程方法对需要维护的软件或软件中的某一部 分（重新）进行设计、编制和测试。

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维护活动的困难性

  • 配置管理工作不到位
  • 人员变动造成的影响
  • 许多软件的可读性差
  • 任务紧、时间急的情况下处理维护请求

维护中面临的问题

技术上，问题可能有对程序的理解困难，重新测试，作影响分析，以及软件的可维护性差的问题；

影响分析的目标：

  • 决定改变的范围：这对合理计划和完成工作有重要意义
  • 对完成工作所需的资源进行精确的估计
  • 分析改变的费用/效益比
  • 由于对软件进行变更往往是牵一发而动全身 的，因此如果给出了一个变更，必须考虑到 与之相关的其他复杂情况

决定软件可维护性的主要因素：可理解性，可测试性，可修改性，可移植性，可重用性

影响软件可维护性的维护环境因素：软件维护文档，软件运行环境，维护组织，软件维护质量

管理上，可能包括契合目标的组织，人力资源，过程，如何组织维护活动，外包

估算费用，可采用如下参数模型
$$
M=P+Ke^{c-d}
$$
$M$是维护用的总工作量，$P$是生产性工作量，$K$是经验常数，$c$是复杂程度，$d$是维护人员对软件的熟悉程度；

有时费用也可以由专家判断，根据其他类似的工程类推和工作分解结构；

软件维护模型和技术

软件维护 过程模型：

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软件维护技术包括：程序理解，软件再工程

程序理解

主要工具包括代码浏览工具Source Insight…

程序理解的任务：以软件维护、升级和再工程为目的，在不同的抽象级别上建立基本软件的概念模型，包括从代码本身的模型到基本应用领域的模型，即建立从问题 /应用域到程序设计/实现域的映射集

具体包括

  • 通过检查单个的程序设计结构，程序被表示成抽象语法树、符号表或普通源文本

  • 尽量做到程序隐含信息的显性表示及程序内部关系的可视化

  • 从源代码中提取信息，并存放在通用的数据库中，然后通过查询语言对数据库进行查询

  • 检查程序构造过程中的结构关系，明确表示程序组成部分之间的依赖关系。

  • 识别程序的高层概念，如标准算法、数据结构、语法及语义匹配等。

  • 软件再工程：指对现有软件进行仔细审查和改造，对其进行重 新构造，使之成为一个新的形式，同时包括随之产生的对新形式的实现。

软件再工程

模型图

定义：软件再工程（Re-engineering）指对现有软件进行仔细审查和改造，对其进行重 新构造，使之成为一个新的形式，同时包括随之产生的对新形式的实现

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库存目录分析

对软件组织的每个应用系统都进行预防性维护是不现实的，也是不必要的。

一般说 来，下述3类程序有可能成为预防性的对象：

  • 该程序将在今后数年内继续维护的对象
  • 当前正在成功地使用着该程序
  • 可能在最近的将来要对该程序做较大程度的修改或扩充

应该仔细的分析库存目录，按照业务重要程度、寿命、当前可维护性、预期的修改 次数等标准，把库中的应用小排序，从中选出再工程的侯选者，然后合理地分配再 工程所需要的资源

文档重构

老程序固有的特点缺乏文档，根据具体情况可采用下述3种方法之一来处理这个问 题：

  1. 如果一个程序是相对稳定的，正在走向生命的终点，而且可能不会再修改它，则不必为它 建立文档
  2. 为了便于今后的维护，必须更新文档，但是由于资源有限，应该采用“使用时建立文档” 的方法，也就是说，不是一下子把某应用系统的文档全部都重建起来，而是只建立系统中 当前正在修改的那些部分的完整文档。
  3. 如果某应用系统是用户完成业务工作的关键，而且必须重构全部文档，则仍然应该尽量把 文档工作减少到必需的最小量

逆向工程

软件的逆向工程是，分析程序以便在比源程序更高的抽象层次上创建出程序的某种 描述的过程，也就是说，逆向工程是一个恢复设计结果的过程。软件逆向工程是分析目标系统，识别系统的 构件及其交互关系，并且通过高层抽象或其他形式来展现目标系统的过程。 对逆向工程而言，抽象的层次、完备性、工具与分析人员协同工作的程度、过程的 方向性等因素是需要考虑的。

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逆向工程的主要内容包括

  • 数据的逆向工程:数据的逆向工程发生在不同的抽象层次 ,包括内部数据结构的逆向工程 ，数据库结构的逆向工程 ▪

    对新数据模型实施再工程

    • 构造一个初始的对象模型
    • 确定候选键
    • 精化实验性的类
    • 定义一般化关系
    • 找出关联关系

  • 处理的逆向工程：为了理解过程抽象，需要在不同的抽象级别（系统级、程序级、构件级、模式级和 语句级）分析代码

    • 对大型系统，通常用半自动方法完成逆向工程
    • 使用自动化工具帮助软件工程师理 解现有代码的语义，然后将该过程的结果传递给重构和正向工程工具以完成再工程 过程。

  • 用户界面的逆向工程：包括解决以下问题

    • 界面必须处理的基本动作是什么？
    • 系统对这些动作的行为反应的简要描述是什么？
    • 有哪些界面的等价概念是相关的？

逆向工程的工具一般包括：

  • 静态模型逆向工具 ：Rational Rose ，Rigi ， JBPAS
  • 动态模型逆向工具 ：SCED ，ISVis ， Borland Together

代码重构

某些老程序的体系结构比较合理，但是，一些模块的编码方式却是难于理解、测试 和维护的。

在这种情况下，可以重构这些模块的代码，通常，代码重构并不修改程序的体系结构，它只关注个体模块的设计细节以及在模 块中定义的局部数据结构。

如果重构扩展到模块边界之外并涉及软件体系结构，则重构变成了正向工程。

数据重构

对数据体系结构差的程序很难进行适应性和完善性维护，因此，数据体系结构比源 代码对程序的长期生存力有更大的影响。

数据重构是一种全范围的再工程活动，由于数据结构对程序体系结构及程序中的算法有很大影响，对数据的修改必然会导 致程序体系结构或代码层的改变

正向工程

正向工程也称为革新或改造。

正向工程过程应用现代软件工程的概念、原理、技术和方法，重新开发现有的某些 应用系统。

在大多数情况下，经过正向工程过程后得出的软件，不仅重新实现了现有系统的功 能，而且增加了新功能，提高了整体性能