復雜軟件系統的軟件網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)缺陷與維護的問(wèn)題和策略論文

　　摘要：軟件的質(zhì)量直接受軟件體系結構的好壞影響，很長(cháng)時(shí)間以來(lái)，人們一直非常重視研究軟件的體系結構，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，軟件可以實(shí)現越來(lái)越強大的功能，同時(shí)復雜度也是變得越來(lái)越高，軟件的體系結構有了不同粒度、多層次的方式�；�于有向軟件網(wǎng)絡(luò )的圖論的概念發(fā)展出來(lái)了復雜軟件中的軟件網(wǎng)絡(luò )結構的思想，軟件網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)特性應被應用統計學(xué)的方法來(lái)研究，如：結構穩定、幾何特質(zhì)、幾何性質(zhì)學(xué)等，可以發(fā)現復雜的軟件體系在一定的程度上被網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)影響著(zhù)，為了促進(jìn)軟件的體系完善與結構的優(yōu)化，我們應當認真地分析結點(diǎn)的影響。

　　關(guān)鍵詞： 軟件系統；節點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò )；缺陷

　　Abstract： the quality of the software directly by the software system structure is good or bad influence， it is a long time， people have attached great importance to the study of software architecture， with the development of Internet technology， the software can realize more and more powerful， but the complexity is also becoming more and more high， the system structure of the software with different granularity， multi-level the way. A graph theory to software network concept developed software structure of complex networks in the software based on the idea of software， each characteristic of network method should be the application of statistics to study， such as： stable structure， geometric characteristics， geometric properties of science， can be found in software system complex was network node affects in a certain extent， in order to promote the optimization and improvement of the system and structure of the software， we should seriously analyze node effect.

　　Key words： software maintenance system； node； network； defects

　　在軟件開(kāi)發(fā)的實(shí)際過(guò)程當中潛在的軟降缺陷在一個(gè)復雜的軟件系統中占有很大的比例，而且它只會(huì )導致比較少的軟件制作時(shí)的失敗，通過(guò)觀(guān)察發(fā)現的占有絕大多數的軟件的失敗一般是由非常少部分或者可以說(shuō)是極少的部分的而且是潛在性的缺陷導致的。當把軟件中的大部分的缺陷清除掉之后，只會(huì )微不足道的影響軟件的可靠性。但是當清除了那些“大規�！倍�且只占極少比例的缺陷的時(shí)候，才會(huì )顯著(zhù)地增強軟件的可靠性。

　　1大多數的缺陷往往包含在少數的模塊中

　　在一些測試軟件中，我們發(fā)現大多數的缺陷，往往存在于少數的模塊當中。在運行的軟件中，往往只有極少數模塊會(huì )包含絕大多數的缺陷。當然，在這個(gè)現象當中我們以前所說(shuō)的模塊的復雜性并不能準確地解釋?zhuān)�其次我們也不能用模塊的規模加以分析。通常來(lái)講模塊存在的缺陷密度會(huì )和我們聲稱(chēng)的模塊的規模有關(guān)，而且通常意義上模塊的缺陷傾向性和模塊的錯誤傾向性可以很好地被軟件的復雜性度量鎖預測的說(shuō)法存在一定的證據上的支持。最后，我們還可以斷定一個(gè)結論：我們發(fā)現的存在于測試軟件中缺陷，要比已經(jīng)使用一年的軟件中所發(fā)現的要多得多。

　　為了極大地減少查找軟件缺陷和軟件測試的成本，一些對軟件的實(shí)際運行影響有著(zhù)概率很小或者可以說(shuō)是幾乎沒(méi)有的缺陷，我們可以在找到軟件的缺陷傾向性模塊的情況下忽略掉，當然，這要根據軟件產(chǎn)品的那一套質(zhì)量成本理論來(lái)判斷。這樣，我們不僅會(huì )明顯的降低軟件的質(zhì)量同時(shí)又可以在一定的程度上節約軟件的開(kāi)發(fā)成本。這項研究在開(kāi)發(fā)軟件的商業(yè)角度上具有比較好的成本和質(zhì)量平衡的指導意義。

　　2軟件的容錯基礎是軟件的結構

　　軟件的質(zhì)量在很深的程度上是受軟件的結構影響的。正所謂軟件的容錯基礎是軟件的結構。其實(shí)事實(shí)上，軟件的開(kāi)發(fā)和研究人員一直在追求的“低耦合，高內聚”的特性只是在軟件的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中的一個(gè)美麗的愿望而已，因為我們是無(wú)法在根本上避免軟件開(kāi)發(fā)工程中出現的高耦合的情況的。因此，軟件格斗設計的合理性，對軟件的穩定性和可靠性以及軟件的后期維護等質(zhì)量上所存在的特性都有著(zhù)非常重要的影響。

　　3抽取八軟件系統構成成分中某種粒度上的單位部分為結點(diǎn)，是研究軟件網(wǎng)絡(luò )的常用方法

　　研究軟件網(wǎng)絡(luò )的常用方法，是抽取軟件系統構成成分中某種粒度上的單位成分（類(lèi)、包、模塊或組件等）為結點(diǎn)，將這些單位成分互相之間的依賴(lài)關(guān)系（繼承、調用、消息等）構成軟件的網(wǎng)絡(luò )。就目前而言，通過(guò)長(cháng)時(shí)間的研究，我們可以認為，軟件中存在的變更、缺陷等的傳播問(wèn)題是由于軟件是一種復雜網(wǎng)絡(luò )的結構，所以其有著(zhù)比較小的傳播代價(jià)。因為缺陷、漣漪效應、變更等在一定的程度上都是很容易就可以擴散到別的網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)上的。從仿真的手段得到的證明和理論上邏輯分析來(lái)看，上面我們所說(shuō)的有關(guān)軟件變更或缺陷問(wèn)題傳播的代價(jià)的結論是有著(zhù)一定的說(shuō)服力的。在大量的有關(guān)軟件系統中包含的網(wǎng)絡(luò )結構的研究下針對這樣的矛盾，我們引發(fā)上述情況的一些問(wèn)題的所在：就目前而言，我們所研究的軟件缺陷、變更是以復雜復雜的網(wǎng)絡(luò )理論作為比較強的指導的。一般大多都是軟件的類(lèi)、模塊、包等構成軟件的網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)。一般情況下結點(diǎn)間的連通性可以通過(guò)這些單元之間的依賴(lài)關(guān)系所構成的網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)的邊反映的。

　　4軟件網(wǎng)絡(luò )

　　在網(wǎng)絡(luò )形式表述軟件結構時(shí)，通常會(huì )在不同粒度上抽選網(wǎng)絡(luò )，例如包、類(lèi)、方法等。軟件網(wǎng)絡(luò )就是由不同的粒度簡(jiǎn)化成的結點(diǎn)和他們的相互依賴(lài)關(guān)系簡(jiǎn)化成的邊所構成的軟件結構。Valverde等人在2002年，以軟件工程中的類(lèi)圖為研究對象對軟件網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了最早的研究，研究中軟件系統用無(wú)向網(wǎng)絡(luò )表示，類(lèi)用網(wǎng)絡(luò )中的結點(diǎn)表示，邊是類(lèi)之間的繼承和關(guān)聯(lián)關(guān)系。對JDK的統計特性進(jìn)行了系統的分析。分析結果顯示：“小世界”和“無(wú)尺度”兩個(gè)特性在兩個(gè)軟件系統的結構中得到了非常明顯的展現。

　　“小世界”特性：網(wǎng)絡(luò )中連接任何一兩個(gè)節點(diǎn)的到最短路徑的邊的數目為兩節點(diǎn)間的距離，則所有節點(diǎn)對之間距離的平均值為網(wǎng)絡(luò )的平均最短路徑長(cháng)度，其用于表述網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的分離程度。在研究中發(fā)現，“小世界”特性為，  大部分規模大的真實(shí)系統被抽象成為網(wǎng)絡(luò )后，它的平均最短路徑長(cháng)度比想象的要小的很多現象。

　　“無(wú)尺度”特性：與該節點(diǎn)連接的相鄰節點(diǎn)的數目通常被定義為節點(diǎn)的度，而網(wǎng)絡(luò )的平均度即節點(diǎn)的度的平均值。理論上其他全局特征參數的量化數值都可以通過(guò)度分布計算得出，一個(gè)重要的發(fā)現在復雜網(wǎng)絡(luò )研究中被指出，大部分的規模較大的真實(shí)系統向對應的網(wǎng)絡(luò )的度分布都服從冪律分布。這就是“無(wú)尺度”特性，然而Myers的研究表明，單純的使用無(wú)向網(wǎng)絡(luò )模型可能會(huì )推算出錯誤的軟件工程原則，所以邊的方向軟件網(wǎng)絡(luò )中也是有意義的。

　　5軟件網(wǎng)絡(luò )的結點(diǎn)缺陷不能通過(guò)較小的代價(jià)傳遞給其他結點(diǎn)

　　軟件網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)比較復雜的網(wǎng)絡(luò )，那么為什么它的結點(diǎn)缺陷并不能通過(guò)比較小的代價(jià)來(lái)傳遞到其所連通的其他結點(diǎn)中呢？文就這個(gè)現象做了研究，對其部分原因做出了解答，并且分析和證實(shí)出了不同之間的結點(diǎn)對軟件變更和缺陷等傳播問(wèn)題的影響。本文為了研究這些問(wèn)題構建了一個(gè)軟件網(wǎng)絡(luò )，構建這個(gè)軟件網(wǎng)絡(luò )時(shí)，同時(shí)考慮了結點(diǎn)散播信息的能力、結點(diǎn)收集信息的能力和不同方法層之間相互依賴(lài)的關(guān)系等問(wèn)題。通過(guò)之前構建的這個(gè)軟件網(wǎng)絡(luò )，我們可以勾畫(huà)出一個(gè)軟件網(wǎng)絡(luò )各個(gè)結點(diǎn)的測量影響值的矩陣。在這個(gè)矩陣里面儲存了該軟件網(wǎng)絡(luò )的加權依賴(lài)關(guān)系，所以我們可以通過(guò)研究這個(gè)矩陣來(lái)得出軟件網(wǎng)絡(luò )的加權網(wǎng)絡(luò )特性。得出來(lái)的這些關(guān)系數據能夠很精確的表現出真正的軟件網(wǎng)絡(luò )的很多特性。

　　6WSNNI的統計特性及相應的結點(diǎn)影響分析

　　加權網(wǎng)絡(luò )在很多方面是和復雜網(wǎng)絡(luò )是相同的。我們下面要講一下WSNNI模型下某些加權網(wǎng)絡(luò )的特性，并由這些特性來(lái)分析結點(diǎn)在加權網(wǎng)路中的影響。對于這些影響，我們給出了四個(gè)假設。在結點(diǎn)強度的問(wèn)題上，通過(guò)一些數據和統計，我們可以很明顯的看出，結點(diǎn)強度分布就是結點(diǎn)在結點(diǎn)加權網(wǎng)絡(luò )中的相互之間影響的分布。通常，小的結點(diǎn)要和大的結點(diǎn)相互連接。大多數結點(diǎn)強度較小，少部分結點(diǎn)強度較大。最早存在的結點(diǎn)能夠連接很多的結點(diǎn)，而后面的結點(diǎn)連接的就顯得少了很多。關(guān)于這方面，很多文獻給予了詳細表述，這里就不贅述了。在有關(guān)加權路徑和平均最短加權路徑的問(wèn)題上，在WSNNI的測試中，平均路徑值對結點(diǎn)影響也比較大。經(jīng)過(guò)測試發(fā)現，當平均路徑值小時(shí)，結點(diǎn)之間的影響就大。而且平均最短路徑反映的是軟件的耦合強度，同時(shí)軟件的耦合強度又會(huì )直接影響變更的難度和軟件維護的問(wèn)題。平均最短路徑越大，耦合強度就會(huì )越弱，結點(diǎn)間的傳播代價(jià)就會(huì )越大，反之亦然。在這里存在的無(wú)權網(wǎng)絡(luò )，就是權值為一的加權網(wǎng)絡(luò )。無(wú)權網(wǎng)絡(luò )權值要大于加權網(wǎng)絡(luò )。無(wú)權網(wǎng)絡(luò )最短路徑比加權網(wǎng)絡(luò )小，所以其反映的網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)影響要遠遠大于加權網(wǎng)絡(luò )。

　　在研究網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)時(shí)，我們發(fā)現結點(diǎn)中存在少數結點(diǎn)，它的入點(diǎn)和出點(diǎn)強度都大于其他結點(diǎn)。而與它們相鄰的結點(diǎn)的影響測度值都很大。我們經(jīng)過(guò)很多測試之后發(fā)現一個(gè)問(wèn)題，即許多測試前發(fā)現的錯誤在測試中并不能體現出來(lái)，同時(shí)在測試中發(fā)現的很多錯誤在實(shí)際運行中也無(wú)法發(fā)祥。據此，我們通過(guò)研究結點(diǎn)傳播的關(guān)系發(fā)現，只有關(guān)鍵結點(diǎn)的錯誤才能很好地傳播下去，而非關(guān)鍵結點(diǎn)的錯誤很可能在傳播過(guò)程中消失。

　　7網(wǎng)絡(luò )軟件正向著(zhù)高復雜度、大規�；�的方向發(fā)展

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，摩爾定律推導的計算機技術(shù)的發(fā)展，以及其所帶動(dòng)的計算機軟件網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)步，生活中各個(gè)領(lǐng)域都離不開(kāi)軟件的應用。網(wǎng)絡(luò )軟件已經(jīng)向著(zhù)高復雜度、大規�；�的方向發(fā)展著(zhù)，所以應用軟件的質(zhì)量在很大的程度上越來(lái)越受到軟件的體系結構所帶來(lái)的影響。網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)是我們對軟件系統類(lèi)的抽象，我們對結點(diǎn)分布以及結點(diǎn)強度和結點(diǎn)影響進(jìn)行了全面完整的分析，通過(guò)對存在于網(wǎng)絡(luò )圖中的特定屬性的一些分析，重點(diǎn)研究網(wǎng)絡(luò )上結點(diǎn)與結點(diǎn)之間影響和密切程度深入的分析，并在最后介紹了一些關(guān)于關(guān)鍵結點(diǎn)的內容。在未來(lái)軟件網(wǎng)絡(luò )的工作中，對于軟件結構優(yōu)化和可靠性的分析的問(wèn)題我們必須還要進(jìn)行進(jìn)一步的探討與研究。

　　8結語(yǔ)

　　軟件工程從最初的誕生開(kāi)始，就一直在致力于開(kāi)發(fā)具有可用性、正確性以及開(kāi)銷(xiāo)合宜的具有較高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò )軟件產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)40多年的奮斗，我們已經(jīng)取得了讓人矚目的成績(jì)，但是，現在的網(wǎng)絡(luò )計算機環(huán)境，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上，規模不斷的擴大，組成的元素越來(lái)越復雜多樣，部署配置和持續演化的網(wǎng)絡(luò )下的軟件系統，隨著(zhù)用戶(hù)的不斷地擴展和應用領(lǐng)域的不斷地擴大，其復雜度和規模正在以超越人類(lèi)大腦處理速度的幾何倍數的速度成長(cháng)，使得軟件網(wǎng)絡(luò )工程不得不去面對一個(gè)又一個(gè)的挑戰，如果我們沒(méi)有對復雜系統進(jìn)行的科學(xué)的理解和認識，一些很小的故障和缺陷就能讓它產(chǎn)生幾乎全局的負面影響，有時(shí)候甚至會(huì )是災難性的。多年以來(lái)，復雜網(wǎng)絡(luò )理論和網(wǎng)絡(luò )思維為我們分析和刻畫(huà)提供了非常有力的工具，同時(shí)也讓軟件工程和復雜性的科學(xué)的交叉學(xué)科奠定了基礎。

　　規�？梢愿淖円磺�，我們要用新的視角新的思想來(lái)應對以后遇到的種種具有挑戰性的問(wèn)題，尤其是將復雜的網(wǎng)絡(luò )理論應用到軟件網(wǎng)絡(luò )的領(lǐng)域，為我們尋找軟件的本質(zhì)探索出了新的方法和新的思路。

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