软件工程——软件开发模型

软件支持过程

1.软件过程

定义：软件过程是指软件生命周期（Life Cycle）中的时间序列，有起始点和终止点。
过程与阶段（Phase）有关，阶段与里程碑（Milestone）有关。某些重要里程碑上的文档（通过评审和审计之后）又称为基线（Baseline）。
软件工程的支持过程，由支持软件生命周期各个阶段的生产工具所组成。（包括需求分析工具、概要设计工具、详细设计工具、编程工具、测试工具、维护工具、软件开发环境、软件工程环境）

2.CASE工具

CASE是一组工具和方法的集合，可以辅助软件开发生命周期各阶段。
CASE工具主要包括：画图工具，报告生成工具，数据词典、数据库管理系统和规格说明检查工具，代码生成工具和文档资料生成工具等。
目前CASE的标准是UML。
传统的软件生命周期：可行性研究→需求分析→软件设计→编码→软件测试→软件维护

软件的管理过程

1.

软件中的过程，分为“基本过程、支持过程、组织过程”三种。
基本过程：需求、设计、实现、测试、验收。
支持过程：支持过程开发和过程管理的各种CASE工具。
组织过程：建立有关小组，如软件工程组、质量保证组、测试组、文档组。

2.

软件工程中主要存在的3类过程管理模型：
（1）ISO9000质量管理和质量保证体系
            来源于国际标准化组织ISO，按20多个质量要素管理。

（2）CMM过程能力成熟度模型
            来源于卡耐基梅隆大学软件工程研究所，按24个过程域PA，分阶段模型和连续模型两种方式管理，属于重载过程管理。

（3）企业文化（微软企业文化、敏捷文化现象、IBM企业文化等）
            属于轻载过程管理。

软件生命周期与开发模型

软件的生命周期与选择的开发模型有关，不同的开发模型，对应不同的生命周期。
软件生命周期模型能清晰、直观地表达软件开发全过程，是软件开发过程应遵循的开发路线图。

1.瀑布模型

瀑布模型（Waterfall Model）又称流水式过程模型。


在瀑布模型中，软件开发的各项活动严格按照线性方式进行。当前阶段的活动接受上一阶段活动的工作结果，实施完成所需的工作内容。
适用范围：
    早期的面向过程的结构化分析、结构化设计、结构化编程、结构化测试、结构化维护方法，很适合于瀑布模型。或者说，瀑布模型适合于结构化方法，即面向过程的软件开发方法。

特点：
    里程碑或基线驱动，或者说文档驱动。

    过程逆转性很差或者说不可逆转，逆转将会延误工期，增加成本 ，造成重大损失。 

选择模型的条件：
不是任何软件都可以采用瀑布模型的，软件项目或产品选择瀑布模型，必须满足下列条件：

（1）在开发时间内需求没有或很少变化。
（2）分析设计人员对应用领域很熟悉。
（3）低风险项目（对目标、环境很熟悉）。
（4）用户使用环境很稳定。
（5）用户除提出需求以外，很少参与开发工作。
尽管上述条件比较苛刻，但是，软件企业在开发新产品或新项目时，往往还是采用瀑布模型。系统软件和工具软件的开发，也常常采用瀑布模型。 
模型的优点：
开发阶段清晰，便于评审、审计、跟踪、管理和控制。

2.增量模型

增量模型（Incremental Model）是遵循递增方式来进行软件开发的。
软件产品被作为一组增量构件（模块），每次需求分析、设计、实现、集成、测试和交付一块构件，直到所有构件全部实现为止。

模型的本意：

要开发一个大的软件系统，先开发其中的一个核心模块（或子系统），然后再开发其他模块（或子系统），这样一个个模块（或子系统）地增加上去，就像搭积木一样，直至整个系统开发完毕为止。
在每增加一个模块前，先要对该模块进行模块测试。通过后再将此模块加入到系统中，然后还要进行系统集成测试。系统集成测试成功后，再增加新的模块。
这样多次循环，直到系统搭建完毕为止。 
模型的特点：
任务或功能模块驱动，可以分阶段提交产品。有多个任务单，这些多个任务单的集合，构成项目的一个总《任务书》，或总《用 户需求报告》/《需求规格说明书》。 
选择模型的条件：

（1）在整个项目开发过程中，需求都可能发生变化，客户接受分阶段交付。
（2）分析设计人员对应用领域不熟悉，难以一步到位。
（3）中等或高风险项目（工期过紧且可分阶段提交的系统或目标、环境不熟悉）。
（4）用户可参与到整个软件开发过程中。
（5）使用面向对象语言或第四代语言。

（6）软件公司自己有较好的类库、构件库。         
模型的优点：

（1）由于将一个大系统分解为多个小系统，这就等于将一个大风险分解为多个小风险，从而降低了开发难度。
（2）人员分配灵活，刚开始不用投入大量人力资源。如果核心模块产品很受欢迎，则可 增加人力实现下一个增量。当配备的人员不能在设定的期限内完成产品时，它提供 了一种先推出核心产品的途径。即可先发 布部分模块给客户，对客户起到镇静剂的  作用。 
模型的缺点：
如果软件系统的组装和拆卸性不强，或开发人员全局把握水平不高（没有数据库设计专家进行系统集成），或者客户不同意分阶段提交产品，或者开发人员过剩，就不宜采用这种模型。

3.原型模型     

原型模型（Prototype Model）的本意是：在初步需求分析之后，马上向客户展示一个软件产品原型（样品），对客户进行培训，让客户试用，在试用中收集客户意见，根据客户意见立刻修改原型，之后再让客户试用，反复循环几次，直到客户确认为止。       
原型模型很适合于企业资源规划ERP（Enterprise Resource Planning）系统。

模型的特点：
原型驱动。开发者必须先有一个原型（样品），至少要有一个原型的核心。
原型模型与迭代模型相同点是：反复循环几次，直到客户确认为止。不同点是：原型模型事先有一个展示性的产品原型（样品)，而迭代模型可能没有。               
选择模型的条件：
（1）已有产品或产品的原型（样品），只需客户化的工程项目。   

（2）简单而熟悉的行业或领域。
（3）有快速原型开发工具。
（4）进行产品移植或升级
由于上述条件不太苛刻，所以凡是有软件产品的IT企业，在他们熟悉的业务领域内，当客户招标时，他们都会以原型模型作为软件开发模型，去制作投标书，去讲解投标。 
模型的优点：
开发速度快，用户意见反馈实时，有利于开发商在短时间内推广并实施多个客户

模型的缺点：
 因为事先有一个展示性的产品原型，所以在一定程度上，不利于开发人员的创新。           
快速原型法：
由于原型模型的开发速度较快，有时也将它称作快速原型法（Rapid Prototyping）。
在开发工具和开发环境迅速发展的今天，在信息系统开发中，原型法和快速原型法又被赋予新的内容：事先没有原型产品，也可以采取这种办法。             
基本思路是：采用以面向元数据为主的方法，在需求分析的基础上，利用Power Designer等数据库分析和设计工具，快速建立信息系统的概念数据模型CDM和物理数据模型PDM；然后利用面向对象的编程工具，快速地实现需求分析中确认的流程、功能、性能和接口；之后交付给用户试用，反复循环几次，直到客户确认满意为止。            
快速原型法选择的条件之一是：项目组中有数据库分析和设计的专家，有面向对象编程的专家，文档制作有成熟的模板，而且系统或项目又不是非常大。

快速原型法选择的条件之二是：项目组的开发环境为分行业的业务基础平台（例如用友业务基础平台），该业务基础平台又完全适合所需开发的系统或项目，而且系统或项目又不是非常大。

4.迭代模型

针对瀑布模型的缺陷，人们提出了迭代模型（Iterative Model）。
所谓迭代，是指活动的多次重复。从这个意义上讲，原型不断完善和增量不断产生，都是迭代的过程。但这里所讲的迭代模型是RUP推出的一种“逐步求精”的面向对象的软件开发过程模型，被认为软件界迄今为止最完善的、商品化的开发过程模型。
模型的特点：
迭代或迭代循环驱动，每一次迭代或迭代循环，均要走完初始（先启）、精化、构建、产品化（移交）这四个阶段。RUP的主要特征如下：

采用迭代的、增量式的开发过程； 采用UML语言描述软件开发过程；有功能强大的软件工具Rational Rose支撑。

面向对象的方法，尤其是面向对象的CASE工具Rational Rose，适合于迭代模型。

模型的选取条件：

（1）生命周期模型是以迭代为主要特征的。项目组的管理人员和核心成员，应对迭代的开发方式比较熟悉。
（2）管理人员和核心成员应对软件工程的核心过程：系统建模、需求分析、系统设计、系统实现、项目管理、配置管理、测试等比较熟悉。              
（3） 采用面向对象技术（如OOA，OOD等）的项目 组，建议使用迭代式生命周期。            

（4）项目组的核心设计人员，应具备一定程度的软件架构的知识，并熟练掌握软件架构设计技能。
（5）项目组全体成员应熟悉UML，并能利用建模工具 （如Rational Rose等）进行分析、策划、设计、测试等。
（6）项目组的管理人员应具备风险管理的知识和技能。
（7）拥有实施软件产品开发、组装的软件组织 。    
模型的优点：
在开发早期或中期，用户需求可以变化；在迭代之初，它不要求有一个相近的产品原型；模型的适用范围很广，几乎适用于所有的项目开发。

模型的缺点：
传统的项目组织方法是按顺序（一次且仅一次）完成每个工作流程，即瀑布式生命周期。迭代模型是采取循环的工作方式，每次循环均使工作产品更靠近目标产品一次，这就要求项目组成员具有很高的水平并掌握先进的开发工具。

5.螺旋模型

螺旋模型基本做法是在瀑布模型的每一个开发阶段前，引入一个非常严格的风险识别、风险分析和风险控制，它把软件项目分解成一个个小项目。每个小项目都标识一个或多个主要风险，直到所有的主要风险因素都被确定。



螺旋模型沿着螺线顺时针方向进行若干次迭代，图中的四个象限代表了以下迭代活动：
（1）制定计划：确定软件目标，选定实施方案，弄清项目开发的限制条件；              
（2）风险分析：分析评估所选方案，考虑如何识别和消除风险；            

（3）实施开发：实施软件开发和验证；
（4）客户评估：评价开发工作，提出修正建议模型的特点：

（1）把软件开发过程组成为一个逐步细化的螺旋周期，每经历一个周期，系统就得到进 一步的细化和完善；
（2）整个模型紧密围绕开发中的风险分析，推动软件设计向深层扩展和求精；
（3）强调持续的判断、确定和修改用户的任务目标，并按成本、效益来分析候选的软件产品对任务目标的贡献。
选择模型的条件：

螺旋模型强调风险分析，使得开发人员和用户对每个演化层出现的风险有所了解，继而做出应有的反应，因此特别适用于庞大、复杂并具有高风险的系统。
对于这些系统，风险是软件开发不可忽视且潜在的不利因素，它可能在不同程度上损害软件开发过程，影响软件产品的质量。
减小软件风险的目标是在造成危害之前，及时对风险进行识别及分析，决定采取何种对策，进而消除或减少风险的损害。           模型的优点：

（1）与瀑布模型相比，螺旋模型支持用户需求的动态变化，为用户参与软件开发的所有关键决策提供了方便，从而降低了软件开发风险。                           
（2）螺旋模型对可选方案和约束条件的强调，有利于已有软件的重用，也有助于把软件质量作为软件开发的一个重要目标。  
（3）减少了过多测试（浪费资金）或测试不足（产品故障多）所带来的风险。              
（4）螺旋模型中维护只是模型的另一个周期，在维护和开发之间并没有本质区别。              
模型的缺点：

（1）很难让用户确信这种演化方法的结果是可以控制的。由于建设周期长，而软件技术发展比较快，所以经常出现软件开发完毕后，和当前的技术水平有了较大的差距，无法满足当前用户需求。
（2）采用螺旋模型需要具有相当丰富的风险评估经验和专门知识，在风险较大的项目开发中，如果未能够及时标识风险，势必造成重大损失。
（3）过多的迭代次数会增加开发成本，延迟提交时间