《用例图和顺序图构造操作剖面方法的有效性》-----软件工程论文精修
Abstract: A new approach for developing operational profile used in software reliability engineering was presented, http://www.51lunwen.org/master_degree.html based on UML (Unified Modeling Language) use case diagram and sequence diagrammodel. With the approach, the operational profile developing processwas reduced to three main steps. To compare withMusa’s method, a subset of a telephone systemwas used as an example to demonstrate the ability of our approach to constructoperational profile. The result proved that this approachwas not only equivalent toMusa’s, but also more efficient and more tractable.
Key words: software; software engineering; reliability engineering; operational profile; use case model; unified model language; use case diagram; sequence diagram
摘 要:探讨了由面向对象用例模型构造操作剖面的可行性,结合一个实例,详细介绍基于统一建模语言UML(Unified Modeling Language)的用例图和顺序图构造操作剖面的具体方法,帮写硕士论文并对基于UML用例图和顺序图构造操作剖面方法的有效性进行了分析.结果表明,将操作剖面构造与软件系统建模相结合,可大大简化构造过程,降低开发费用.
关键词: 软件;软件工程;可靠性工程;操作剖面;用例模型;统一建模语言;用例图;顺序图
操作剖面是描述用户如何使用软件的一种技术.因此通过构造软件系统的操作剖面,可以有效的指导软件可靠性测试工作,获得理想的测试结果,大大提高软件系统的可靠性.一方面,软件运行条件和用户的使用情况可以用剖面概念进行描述;另一方面,建立完整的系统表示模型,可以使人们从全局上把握软件系统的全貌.因此,如何准确高效的构造出切合实际的软件系统操作剖面已成为软件可靠性测试工作的一个关键环节.操作剖面的基于非面向对象技术的构造已经有了较为系统化的、成熟的理论和方法[1],而基于面向对象技术,尤其是基于统一建模语言UML(Unified Modeling Language)的系统操作剖面构造的系统化和成熟的理论、技术、方法以及相关工具目前尚未见到.
随着面向对象技术应用的日益广泛,如何将面向对象技术用于软件系统操作剖面的构造已逐渐成为人们关注的焦点[2~4].本文探讨在成熟的面向对象统一建模语言UML基础上进行软件系统操作剖面的构造,并对其有效性进行了分析.
1 基本概念及操作剖面传统构造方法
1.1 基本概念
统一建模语言UML是面向对象技术发展的重大里程碑.它不仅支持面向对象的分析与设计,还支持从需求分析开始的软件开发的全过程.UML用例视图,作为描述系统功能需求的手段和方法,用于辅助需求分析,描述项目的功能性需求.用例模型中,每个用例的执行独立于其他用例,在功能上具有完整性.用例是一个类,它完整地描述系统功能,包括用例执行过程中可能产生的诸多变化情况,错误情况和异常情况等.用例实例化的结果通常称为场景(Scenario),场景描述系统执行的一个特定情况.但用例视图是静态的,用例的动态执行过程不能表述,需要用UML的交互模型和活动模型进行描述.而顺序图模型可以用来进行一个场景说明———即一个事务的历史过程[6],即完成用例动态执行的模拟.因此认为,对于任何一个复杂的软件系统,上述2个视图对系统功能性需求进行建模已经足够.这为基于用例视图和顺序视图构造操作剖面提供了重要依据.
1.2 操作剖面传统构造方法
操作剖面的基于非面向对象技术的构造理论和方法在文献[1],文献[7]已经有详细的阐述.Musa详细描述了操作剖面的特征,帮写硕士论文并给出了获得操作剖面的方法.操作剖面是通过自顶向下不断细化软件输入空间并确定概率的方法获得的,如图1所示.由于篇幅所限,在此不作详细解释.但需要指出的是,在Musa的操作剖面构造方法中,操作剖面是在软件实现和软件测试阶段建立的,而其它剖面是在需求分析阶段之前建立的.随着面向对象技术等先进软件工程方法的日益成熟,一方面,面向对象和快速原型法等新兴开发技术的应用使得操作剖面的构造时机有了提前的可能;另一方面,在面向对象开发模式下,客户要求根据用例模型安排人员现场模拟系统运行时,系统操作剖面的构造时机的提前便成了必要的需求.
2 基于UML的操作剖面构造
本节中使用PBX(Private Branch eXchange)电话交换系统进行操作剖面构造方法的介绍.该系统是由AT&T公司开发的国际Definity项目.AT&T公司在此项工程的开发过程中使用了操作剖面和其他提高质量方法,大大提高了系统的可靠性和软件质量.PBX系统是一个命令驱动系统.图2是系统示意图,其中,PBX交换机由UNIX工作站进行控制,同时与提供给用户使用的数台电话相连.该系统按运行模式分为单位使用、个人使用、服务人员使用、系统管理和系统维护5类.为简化操作剖面的构建过程,本文仅以系统管理模式为例进行操作剖面的构造。构造操作剖面是一种逐步细化软件运行条件和使用范围的过程.本文将基于UML用例图和顺序图操作剖面构造的整个过程分为3个主要阶段,即建立用例剖面、确定场景剖面和构造操作剖面.
2•1 构造用例剖面
UML用例图捕获系统用户需求及其描述的完整性给系统功能的细化提供了便利.下面首先给出用例剖面的定义,然后列出进行用例剖面构造的步骤.从软件需求规格说明到用例剖面的构造需要完成的步骤:①细化系统功能,生成用例模型,即根据软件需求规格说明建立UML用例视图;②识别对用例产生影响的主要环境变量,并估测其出现概率;③分析用例和环境变量关系,并估计在环境变量影响下用例出现的概率.例如,在PBX交换系统中,系统管理工作方式主要包括移动电话或修改所提供服务、增加电话、帮写硕士论文摘除电话和更新电话簿4个功能,对这些功能产生主要影响的是电话类型,在此只考虑模拟电话和数字电话.根据上述步骤,在UML用例视图的基础上进行扩充得到如图4所示的PBX系统中系统管理用例剖面视图.在表示参与者与其参与执行的用例之间的通信路径的关联上标注用例发生概率,如在管理用户和增加用例之间的关联上标注8%,表示此用例发生概率为8%;用注释标注对每个用例产生主要影响的环境变量及其发生概率,如对移动电话或修改所提供服务、增加电话、摘除电话用例都产生影响的环境变量用注释标注A(80%),B(20%),表示对上述3个用例有影响的主要环境为A,B,它们在各个用例下发生的概率均为80%与20%.
2•2 构造场景剖面
场景,作为系统执行特定情况的描述,是用例实例化的结果.根据UML用例图定义可知,用例的定义包含用例所必需的所有行为,包括所有正常行为、异常情况及其预期反应[6].因此,场景有必要对用例的所有情况进行描述.下面给出了场景剖面的定义及其
