知识驱动的开源软件体系结构归档及其作用机理研究

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在软件开发中,软件体系结构已经成为设计和理解大规模复杂软件的基础。软件文档为涉众就感兴趣的内容提供了一种非实时的异步交流方式,能够克服软件开发中的时间和空间的局限性。软件体系结构文档是软件文档中的一个重要分类,其作为软件开发过程中不可或缺的部分,记录了软件体系结构设计、设计决策等相关的体系结构信息。目前软件体系结构还没有形成约定俗称的定义,同时记录软件体系结构信息的归档方法也多种多样。现有软件体系结构归档方法可以分为重量级和轻量级方法。重量级的方法通过严格的预先定义的语义和模型来描述软件体系结构相关信息,其代表有4+1视图模型、软件体系结构描述语言等,其需要较多的专业知识和一定时间的训练才能够掌握,而一旦涉众不具备这种专业知识,其文档对于知识分享、传播的意义也就大打折扣。轻量级的方法是利用Office、Wiki等工具通过自然语言描述的方法描述软件体系结构信息,其特点是过于随意,由于自然语言的局限性,往往根据文档作者的偏好在记录内容上随性而为,从而对软件体系结构知识的记录缺乏完备性和条理性,容易导致涉众无法系统地了解和掌握相关软件体系结构知识。本文研究了在开源软件体系结构归档中运用的知识驱动方法。尝试解决在开源软件体系结构设计过程中所面临的如下问题:如何合理运用知识驱动的方法挖掘开源软件体系结构知识,并促进开源软件体系结构归档。其主要研究内容如下:首先通过系统文献回顾方法对目前软件工程领域所提出和使用的知识驱动的软件归档方法进行了系统的分析和整理,了解其对软件文档质量属性的影响、所可能带来的成本和产生的收益,为知识驱动方法用于软件体系结构归档提供相关研究基础。在大型工业软件系统中体系结构文档的作用已经得以证实,对开源软件开发而言,是否需要软件体系结构文档,这些体系结构文档如何影响开源软件项目的开发尚不清楚。为了更好的了解开源软件中体系结构知识的应用,本文利用经验型软件工程中的开拓调研(Exploratory Survey)方法,以IEEE 1471-2000标准中提出的软件体系结构描述模型为基准,调查了四个主流开源社区中的2000个开源软件项目,最终抽取了108个含有软件体系结构文档的开源软件项目。基于获得的软件体系结构文档,调查和分析了现有开源软件中体系结构文档的归档现状,发现在现有的开源软件开发中软件体系结构文档没有得到充分使用。基于上述结果,为了进一步研究开源软件开发中软件体系结构文档的作用,本文利用量化经验型研究方法分析了两组开源软件项目(有软件体系结构文档和无软件体系结构文档)中基于ISO 9126标准界定的软件可维护性的4个子质量属性:可分析性、可修改性、稳定性和可测试性是否存在显著性差异。分析结果表明软件体系结构文档与开源软件系统的可分析性存在统计意义上的相关性。从满足特定软件内部质量属性角度验证了在开源软件开发中软件体系结构文档的必要性。由于开源软件项目中使用软件体系结构文档的项目所占比例较小,需要进一步研究开源软件开发是否利用了其它媒介来进行软件体系结构信息的交流。邮件列表是开源软件中常用的信息交流媒介,其中也包括了软件体系结构信息的交流。本文从软件体系结构知识交流角度,通过案例研究方法分析了两个大型的开源软件项目:ArgoUML和Hibernate的开发者邮件列表中软件体系结构信息交流过程及内容,挖掘了被频繁交流的软件体系元素类型,即系统(System)、模型(Model)、原理(Rationale)和任务(Mission),从社交网络角度分析了开源软件邮件列表中软件体系结构信息交流与核心开发者、第一个稳定版本、以及问题追溯管理系统之间的关联。基于邮件列表中交流的软件体系结构信息,利用软件体系结构知识恢复方法进一步分析了两个大型开源软件项目ArgoUML和Hibernate的邮件列表,采用自顶向下的分类方法证实了软件体系结构的四类变化原因在软件体系结构交流信息中是存在的,并利用自底向上的方法(扎根理论)对软件体系结构变化原因进行细分,并以以上分类结果为基础分析了软件体系结构变因的机理。综上所述,本文在系统归纳当前知识驱动的软件体系结构文档归档方法现状的基础上,研究了开源软件中体系结构信息分享的特点,通过开源软件项目证实了软件体系结构文档对于促进开源软件系统可分析性的有用性,并分析了其可能的机理。在开源软件体系结构文档较少的情况下,尝试挖掘开源软件开发者邮件列表中交流的软件体系结构信息,利用知识恢复方法从开源软件邮件列表中挖掘软件体系结构的变化原因,并分析了软件体系结构交流信息对体系结构变化的作用机理。本文的研究工作为知识驱动方法在开源软件的体系结构归档中的应用和进一步拓展奠定了基础。
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