基于ＣＭＭＩ的軟件度量研究

摘要：CMMI為軟件產(chǎn)品及軟件過(guò)程提供了一套定量的表示和分析，即軟件度量的模型。有效的軟件度量過(guò)程能促進(jìn)組織的軟件過(guò)程能力的改進(jìn)。文章結(jié)合國(guó)內(nèi)應(yīng)用特點(diǎn)，介紹了基于CMMI的多層架構(gòu)軟件產(chǎn)品的度量模型，并著重討論了基于CMMI的軟件過(guò)程度量，總結(jié)了軟件過(guò)程度量的工作方法和思路，提出了解決國(guó)內(nèi)軟件度量的一般性方法，為軟件過(guò)程改進(jìn)提供了可行的方法和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：CMMI；軟件度量；軟件過(guò)程能力；度量項(xiàng)；門(mén)限值

0引言

軟件度量的目的是為項(xiàng)目管理提供項(xiàng)目的執(zhí)行情況的充分可見(jiàn)性，并使項(xiàng)目管理者了解項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)展與項(xiàng)目計(jì)劃之間的偏差，以便采取糾正行動(dòng)，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。有效的軟件度量過(guò)程促進(jìn)組織的軟件過(guò)程能力的改進(jìn)。軟件度量是軟件特性的定量表示和分析方法；軟件度量可分為軟件產(chǎn)品度量和軟件過(guò)程度量?jī)深?lèi)。軟件產(chǎn)品度量(定量表示和分析軟件產(chǎn)品特性)是獨(dú)立于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的度量；軟件過(guò)程度量(定量表示和分析軟件過(guò)程特性)是為管理者提供產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)信息和指導(dǎo)依據(jù)。

軟件產(chǎn)品度量的要素為質(zhì)量要素、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、度量元。這里軟件過(guò)程度量主要通過(guò)需求度量、規(guī)模度量、進(jìn)度度量、工作量度量、風(fēng)險(xiǎn)管理度量、質(zhì)量保證度量來(lái)分析。

1 三層架構(gòu)軟件產(chǎn)品度量

1．1質(zhì)量要素

軟件質(zhì)量可分解成六個(gè)要素，這六個(gè)要素是軟件的基本特征。功能性：軟件所實(shí)現(xiàn)的功能滿(mǎn)足用戶(hù)需求的程度；可靠性：在規(guī)定的時(shí)間和條件下，軟件所能維持其性能水平的程度；易用性：對(duì)于一個(gè)軟件，用戶(hù)學(xué)習(xí)、操作、準(zhǔn)備輸入和理解輸出時(shí)所做努力的程度；效率：在指定的條件下，軟件實(shí)現(xiàn)某種功能使用計(jì)算機(jī)資源(包括時(shí)間)的有效程度；可維修性：為了滿(mǎn)足用戶(hù)需求、環(huán)境改變或發(fā)生軟件錯(cuò)誤時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行相應(yīng)修改所需的努力程度；可移植性：軟件從一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或環(huán)境的難易程度。

1．2評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

評(píng)價(jià)準(zhǔn)則包括：精確性、健壯性、安全性、通信有效性、處理有效性、設(shè)備有效性、可操作性、培訓(xùn)性、完備性、一致性、可追蹤性、可見(jiàn)性、硬件系統(tǒng)無(wú)關(guān)性、軟件系統(tǒng)無(wú)關(guān)性、可擴(kuò)充性、公用性、模塊性、清晰性、自描述性、簡(jiǎn)單性、結(jié)構(gòu)性、產(chǎn)品文件完備性。

1．3度量元

根據(jù)軟件的需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、組裝測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試和維護(hù)與使用七個(gè)階段，制定針對(duì)每一個(gè)階段的度量元。

2 基于CMMI軟件過(guò)程度量

從軟件企業(yè)的觀點(diǎn)出發(fā)，軟件度量(software Measurement)是通過(guò)各種不同的量度對(duì)軟件生命周期中的各個(gè)元素進(jìn)行度量(Measure)，為項(xiàng)目管理者提供有關(guān)項(xiàng)目的各種重要信息，也是進(jìn)行軟件評(píng)估活動(dòng)的基礎(chǔ)。

Carnegie Mellon大學(xué)的SEI提出了以下的一個(gè)軟件度量過(guò)程體系結(jié)構(gòu)圖：

圖1 軟件度量過(guò)程體系結(jié)構(gòu)

下面我們就上面的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

制定度量過(guò)程的計(jì)劃包括兩個(gè)方面的活動(dòng)，一是確認(rèn)范圍，二是定義程序步驟。確認(rèn)范圍：明確度量需求的大小，以限定一個(gè)適合于企業(yè)本身需求的度量過(guò)程。因?yàn)樵谡麄€(gè)度量過(guò)程中是需要花費(fèi)人力物力等有限資源的，不切實(shí)際的大而全或不足以反映實(shí)際結(jié)果的需求都會(huì)影響度量過(guò)程的可靠性以及企業(yè)的發(fā)展能力。定義程序步驟：在確認(rèn)了范圍后，定義操作及度量過(guò)程的步驟，同時(shí)成文立案。主要工作包括定義完整、一致、可操作的度量；定義數(shù)據(jù)采集方法以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與保存；定義可以對(duì)度量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的相關(guān)技術(shù)，以使用戶(hù)能根據(jù)度量數(shù)據(jù)得到實(shí)質(zhì)性的結(jié)果。

過(guò)程的實(shí)施包括兩方面的活動(dòng)，一個(gè)是數(shù)據(jù)的采集，一個(gè)是數(shù)據(jù)的分析。數(shù)據(jù)的采集：根據(jù)已定義的度量操作進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、記錄及存儲(chǔ)；此外，數(shù)據(jù)還應(yīng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男ｒ?yàn)以確認(rèn)有效性。在進(jìn)行該項(xiàng)活動(dòng)時(shí)應(yīng)具有一定的針對(duì)性，應(yīng)注意到不同的項(xiàng)目或活動(dòng)所需要的實(shí)際數(shù)據(jù)量是有差別的，對(duì)活動(dòng)狀態(tài)的跟蹤是非常重要的。數(shù)據(jù)的分析：包括分析數(shù)據(jù)及準(zhǔn)備報(bào)告、提交報(bào)告，并進(jìn)行評(píng)審以確保報(bào)告足夠準(zhǔn)確。這些程序步驟可能需要反復(fù)，因?yàn)閳?bào)告可能沒(méi)有為使用者提供有益的幫助或使用者對(duì)報(bào)告中的內(nèi)容不理解，在這兩種情況下，都應(yīng)回饋并重啟度量過(guò)程以再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

過(guò)程的改善僅包含一個(gè)方面的活動(dòng)，即優(yōu)化過(guò)程。優(yōu)化過(guò)程：用于動(dòng)態(tài)地改善過(guò)程并確保提供一個(gè)結(jié)構(gòu)化的方式綜合且處理多個(gè)涉及過(guò)程改進(jìn)的問(wèn)題。除此以外，該活動(dòng)要對(duì)度量過(guò)程本身進(jìn)行評(píng)估，報(bào)告的使用者會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行反饋。這些反饋可能來(lái)自其他的活動(dòng)，但一般都會(huì)溶入到新一輪度量過(guò)程的生命周期中，對(duì)度量過(guò)程進(jìn)行新的確認(rèn)及定義。

在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中，項(xiàng)目啟動(dòng)之后，項(xiàng)目度量工作就正式展開(kāi)。項(xiàng)目經(jīng)理在項(xiàng)目計(jì)劃階段要針對(duì)項(xiàng)目的特點(diǎn)制訂相應(yīng)的度量計(jì)劃，制定度量數(shù)據(jù)收集和量化分析與控制的策略。在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，項(xiàng)目相關(guān)成員按照預(yù)先設(shè)定的周期收集各項(xiàng)度量數(shù)據(jù)，填寫(xiě)相關(guān)軟件度量記錄表。度量負(fù)責(zé)人根據(jù)項(xiàng)目度量表采用適當(dāng)?shù)姆椒ū容^和分析項(xiàng)目級(jí)的度量數(shù)據(jù)，得出度量分析報(bào)告。在必要時(shí)采取糾正措施，如修正項(xiàng)目計(jì)劃、進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)等。項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，度量負(fù)責(zé)人及相關(guān)人員對(duì)度量規(guī)程及有關(guān)文件、度量采集的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果及報(bào)告進(jìn)行驗(yàn)證后，將其放入相應(yīng)度量數(shù)據(jù)庫(kù)。

確定度量項(xiàng)要根據(jù)實(shí)際軟件項(xiàng)目情況。如果我們比較關(guān)注項(xiàng)目進(jìn)度、工作量和質(zhì)量，可以將項(xiàng)目進(jìn)度偏差不超過(guò)25％，項(xiàng)目工作量偏差不超過(guò)20％，項(xiàng)目的缺陷修復(fù)率不低于90％這三項(xiàng)指標(biāo)作為度量目標(biāo)。

2．1需求度量

需求的穩(wěn)定度在極大程度上影響項(xiàng)目的規(guī)模、工作量和進(jìn)度。不穩(wěn)定的需求將帶來(lái)負(fù)面影響，例如軟件產(chǎn)品質(zhì)量下降、項(xiàng)目成本增高、項(xiàng)目進(jìn)度延遲等。跟蹤分析需求的穩(wěn)定性能夠體現(xiàn)項(xiàng)目成員管理和控制軟件需求的能力。目前國(guó)內(nèi)軟件項(xiàng)目對(duì)需求的分析和控制比較薄弱，開(kāi)發(fā)人員付出了加倍的努力，用戶(hù)滿(mǎn)意度仍不理想。因此有必要對(duì)項(xiàng)目需求進(jìn)行有效的度量和管理。

需求度量項(xiàng)主要包括：原始需求總數(shù)、本階段新增需求的數(shù)目、本階段刪除需求的數(shù)目、本階段修改需求的數(shù)目、本階段需求變更數(shù)目、本階段需求總數(shù)目、項(xiàng)目結(jié)束時(shí)變更的需求總數(shù)、項(xiàng)目結(jié)束時(shí)需求總數(shù)、需求變更比例、需求實(shí)現(xiàn)率等。

需求變更可能直接導(dǎo)致規(guī)模的增長(zhǎng)、進(jìn)度的延遲、成本的增加以及返工。項(xiàng)目成員應(yīng)周期性地度量需求變更(包括新增、修改和刪除需求)和需求總數(shù)的變化，控制需求變更并采取相應(yīng)行動(dòng)。圖2表現(xiàn)了需求的穩(wěn)定度，兩條折線分別表示監(jiān)控過(guò)程需求總數(shù)的變化以及需求變更數(shù)目的變化。假設(shè)需求基線化評(píng)審發(fā)生在第3次項(xiàng)目監(jiān)控時(shí)，該圖顯示，需求評(píng)審之后，第4次的需求總數(shù)以及第4、5、6次需求變更數(shù)都有明顯增長(zhǎng)，在第7次以后需求趨于穩(wěn)定。說(shuō)明在需求基線化評(píng)審結(jié)束之后相當(dāng)一段時(shí)間需求仍然不穩(wěn)定。產(chǎn)生的原因可能有以下幾種：(1)需求調(diào)研不充分、誤解、歧義、不完整、不正確等；(2)客戶(hù)需求變化頻繁。解決措施：在進(jìn)行需求調(diào)研時(shí)充分挖掘客戶(hù)的需求，進(jìn)行需求確認(rèn)。對(duì)于頻繁變更的需求，項(xiàng)目成員可能要采取諸如重新分配資源及重新估算規(guī)模、工作量和進(jìn)度等措施。

圖2需求變化趨勢(shì)圖

2．2規(guī)模度量

規(guī)模是項(xiàng)目的基本度量項(xiàng)，是決定軟件項(xiàng)目成本的最基本因素，是估算工作量和進(jìn)度、計(jì)算生產(chǎn)率、缺陷密度及其它項(xiàng)目評(píng)估指標(biāo)的基礎(chǔ)。對(duì)規(guī)模的有效估算、跟蹤和控制，一方面使得項(xiàng)目得以按照預(yù)定計(jì)劃順利開(kāi)展，另—方面也也保證機(jī)構(gòu)盈利目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

監(jiān)控實(shí)際規(guī)模與估算規(guī)模的偏差。如果需要，重新估算工作量和進(jìn)度。

在里程碑處(如需求階段、設(shè)計(jì)階段)以及大的需求變更發(fā)生時(shí)，或進(jìn)行項(xiàng)目情況匯總時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)理需要分析規(guī)模變化率并監(jiān)控產(chǎn)品有效規(guī)模的偏差。

如果規(guī)模變化率在上下控制限范圍內(nèi)，則度量結(jié)果是可以接受的。

如果規(guī)模變化率超出上下控制限范圍，則分析原因并采取相應(yīng)措施。

度量項(xiàng)主要包括：項(xiàng)目估計(jì)規(guī)模、項(xiàng)目實(shí)際規(guī)模、規(guī)模變化率、項(xiàng)目估計(jì)成本、項(xiàng)目實(shí)際成本、可復(fù)用的代碼行等。可以根據(jù)實(shí)際情況取舍。

2．3進(jìn)度度量

保證軟件項(xiàng)目的進(jìn)度是控制項(xiàng)目成本，贏得用戶(hù)滿(mǎn)意的關(guān)鍵。軟件項(xiàng)目容易在進(jìn)度上發(fā)生問(wèn)題，對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行定量的高透明度的管理，可以盡早發(fā)現(xiàn)進(jìn)度的延誤，迅速做出相應(yīng)的調(diào)整。具體度量項(xiàng)包括：項(xiàng)目估計(jì)進(jìn)度、項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度、進(jìn)度偏差、里程碑計(jì)劃總天數(shù)、里程碑實(shí)際總天數(shù)、里程碑差異天數(shù)、項(xiàng)目計(jì)劃總天數(shù)、項(xiàng)目實(shí)際總天數(shù)、項(xiàng)目總的差異天數(shù)。如果進(jìn)度偏差超出控制界限，則分析原因，采取措施，跟蹤進(jìn)度，直至進(jìn)度得到控制。

2．4工作量度量

追蹤工作量的目的是評(píng)估項(xiàng)目人力是否充分以及分配給每個(gè)階段的工作量是否合適。對(duì)工作量的正確估計(jì)和控制，有利于為項(xiàng)目配置合適的人力資源，也便于控制項(xiàng)目成本。統(tǒng)計(jì)匯總各個(gè)階段、各項(xiàng)活動(dòng)工作量在總工作量中所占比例，并與計(jì)劃比例相對(duì)照，可以發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目執(zhí)行上的偏差；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，有利于逐步形成適合軟件企業(yè)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)特點(diǎn)的最佳工作量組合。

工作量度量的具體方法是：確定工作量度量的基本度量項(xiàng)，由相關(guān)人員選擇基本度量項(xiàng)填寫(xiě)工作日志，在一定時(shí)間統(tǒng)計(jì)各基本度量項(xiàng)及計(jì)算相關(guān)派生度量項(xiàng)。相關(guān)的度量項(xiàng)有：各類(lèi)活動(dòng)的總工作量、各階段的總工作量、各類(lèi)活動(dòng)的工作量分布、各階段的工作量分布、項(xiàng)目估計(jì)(總)工作量、項(xiàng)目實(shí)際(總)工作量、工作量偏差等。

圖3 返工工作量分析圖

分析：從數(shù)據(jù)和圖表來(lái)看，返工工作量在16％左右，屬正常范圍。沒(méi)有超過(guò)門(mén)限值。

2．5風(fēng)險(xiǎn)管理度量

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與度量，統(tǒng)計(jì)識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)和轉(zhuǎn)化為問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)目，供以后的項(xiàng)目參考。風(fēng)險(xiǎn)度量項(xiàng)主要包括：本階段識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)目、本階段轉(zhuǎn)化為問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)目、項(xiàng)目識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)總數(shù)、項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)總數(shù)等。

風(fēng)險(xiǎn)管理是對(duì)項(xiàng)目潛在問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別，以便在項(xiàng)目生命周期內(nèi)對(duì)處理這些問(wèn)題制訂管理計(jì)劃，減少潛在問(wèn)題發(fā)生的影響和概率。風(fēng)險(xiǎn)度量將為以后的項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考數(shù)據(jù)。

圖4 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題趨勢(shì)圖

2．6質(zhì)量保證度量

通過(guò)對(duì)軟件質(zhì)量保證過(guò)程中不合格項(xiàng)的有關(guān)統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目成員對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程規(guī)范的遵從程度，預(yù)防缺陷，改進(jìn)過(guò)程。通過(guò)對(duì)質(zhì)量保證活動(dòng)的工作量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以積累項(xiàng)目支持類(lèi)活動(dòng)的工作量數(shù)據(jù)。

圖5 不符合項(xiàng)解決率趨勢(shì)圖

度量項(xiàng)主要包括：QA活動(dòng)的工作量、不符合項(xiàng)總數(shù)目、各類(lèi)問(wèn)題不符合項(xiàng)數(shù)目、新增不符合項(xiàng)數(shù)目、已解決不符合項(xiàng)數(shù)目、當(dāng)前未解決不符合項(xiàng)數(shù)目、不符合項(xiàng)解決率、解決不符合問(wèn)題的時(shí)間延遲、解決不符合問(wèn)題的工作量、剪裁組織標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程集合的工作量等。

3 實(shí)踐結(jié)果

如何提高軟件質(zhì)量始終是軟件工程領(lǐng)域研究的重要方向?；诙攘康牧炕芾硎悄壳白钣行У馁|(zhì)量保證手段之一，國(guó)內(nèi)很多軟件企業(yè)也在做這方面的研究和實(shí)踐。本度量分析模型已經(jīng)使用于多個(gè)具體的項(xiàng)目應(yīng)用中，并經(jīng)過(guò)了SEI專(zhuān)家測(cè)評(píng)，通過(guò)了CMMI3正式評(píng)估。本文在軟件過(guò)程改進(jìn)和軟件度量分析上作了一定的探索和實(shí)踐，結(jié)合具體軟件項(xiàng)目進(jìn)行了具體實(shí)踐的描述，對(duì)以后國(guó)內(nèi)軟件度量分析應(yīng)用，改進(jìn)軟件過(guò)程有一定現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

在接下來(lái)的工作中，我們要加強(qiáng)軟件度量庫(kù)(如電子政務(wù)應(yīng)用安全軟件度量庫(kù))的建設(shè)和應(yīng)用，將軟件度量分析工作作為一個(gè)長(zhǎng)效機(jī)制堅(jiān)持下去，保證軟件過(guò)程有序、健康地發(fā)展。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。