系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的軟件工程技術(shù)分析

紀(jì)志勇

摘要：互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用愈加廣泛，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦邪缪葜又匾慕巧?。而系統(tǒng)軟件是控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的重要組成部分，系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量直接影響著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用。本文主要介紹了系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)和軟件工程技術(shù)的概念，同時(shí)從系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃、軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試與維護(hù)等階段詳細(xì)地闡述了軟件工程技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)軟件;軟件工程技術(shù);軟件開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）16-0230-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

軟件工程技術(shù)是系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的重要工具，在提高系統(tǒng)軟件創(chuàng)新性和開(kāi)發(fā)效率方面具有重要作用。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用不僅有利于軟件行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和居民生活水平的提高都具有積極意義。

1系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)與軟件工程技術(shù)概述

1.1系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

系統(tǒng)軟件是指調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，保證其正常運(yùn)行和支持應(yīng)用軟件功能實(shí)現(xiàn)的那部分軟件。常見(jiàn)的系統(tǒng)軟件有Windows操作系統(tǒng)、UNIX 操作系統(tǒng)、C語(yǔ)言編譯、匯編語(yǔ)言匯編器和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)軟件還具有以下特征：能解決并發(fā)操作處理中的協(xié)調(diào)問(wèn)題、調(diào)度管理資源共享、用戶可以反復(fù)使用、與硬件有很強(qiáng)的交互性。

系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)是指依據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)某種計(jì)算機(jī)功能的系統(tǒng)軟件或系統(tǒng)軟件中的一部分的過(guò)程。與傳統(tǒng)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)相比，系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)復(fù)雜性更高，而且開(kāi)發(fā)期間的問(wèn)題域是不可結(jié)構(gòu)化的[2]。例如系統(tǒng)軟件是控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要工具，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理多種運(yùn)行程序，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能板塊之間的耦合性較強(qiáng)，一旦修改其中某一模塊，很可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最典型的UNIX操作系統(tǒng)。

1.2軟件工程技術(shù)

軟件工程技術(shù)是以軟件開(kāi)發(fā)為目的的計(jì)算機(jī)工程技術(shù)的總稱，一般包括軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃、軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試和軟件維護(hù)等幾部分。其中軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃是軟件開(kāi)發(fā)單位依據(jù)現(xiàn)有資源條件做出的軟件開(kāi)發(fā)整體方案，同時(shí)做出軟件開(kāi)發(fā)可行性分析。軟件需求分析是指軟件開(kāi)發(fā)單位依據(jù)用戶需求對(duì)軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)的深入探討，分析開(kāi)發(fā)軟件應(yīng)滿足什么要求，能夠解決哪些問(wèn)題等[3]。軟件設(shè)計(jì)是構(gòu)建軟件開(kāi)發(fā)模型，依照先整體、再部分設(shè)計(jì)軟件總體結(jié)構(gòu)和功能模塊。軟件實(shí)現(xiàn)是編寫軟件應(yīng)用程序，調(diào)試軟件功能。軟件測(cè)試是對(duì)開(kāi)發(fā)軟件的性能進(jìn)行測(cè)試，在保證實(shí)現(xiàn)用戶需求的軟件功能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上，盡可能提高軟件運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。

2軟件工程技術(shù)在系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用

2.1軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃

軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃階段的主要工作內(nèi)容是確定軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)和總體要求，結(jié)合開(kāi)發(fā)單位自身?xiàng)l件進(jìn)行可行性分析、投資-效益分析，制定軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃?？尚行苑治鰪慕?jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性、法律可行性、操作可行性和時(shí)間可行性五方面分析[4]。

2.2軟件需求分析

軟件需求分析是軟件開(kāi)發(fā)的前端，需要分析人員充分與用戶、軟件開(kāi)發(fā)小組溝通交流，結(jié)合軟件原型、軟件需求、軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃和可行性報(bào)告進(jìn)一步確定開(kāi)發(fā)軟件的使用與功能實(shí)現(xiàn)需求，示意圖如下圖1所示。在實(shí)際開(kāi)發(fā)期間，應(yīng)積極了解用戶需求，依此確定軟件開(kāi)發(fā)方向和重點(diǎn)，提高軟件開(kāi)發(fā)效益。

目前常見(jiàn)的軟件需求分析方法有面向數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)化分析方法（SA）、Jackson方法（JSD）/結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法（DSSD）和面向?qū)ο蟮姆治龇椒ǎ∣OA）等。以SA方法為例，SA方法是一種版形式化的建模技術(shù)分析客戶需求，構(gòu)建描述數(shù)據(jù)和行為的模型。其步驟如下：第一，DFD 圖描述原型系統(tǒng)的“具體模型”[5]。第二，分析“具體模型”本質(zhì)元素，用DFD 圖描述當(dāng)前系統(tǒng)的“邏輯模型”。第三，分析當(dāng)前系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)邏輯上的差別，明確目標(biāo)系統(tǒng)“問(wèn)題”，并DFD 圖描述目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型。為簡(jiǎn)化需求分析過(guò)程和便于用戶、軟件開(kāi)發(fā)參與方理解，結(jié)構(gòu)化分析常使用圖形表達(dá)需求。比如，?表示數(shù)據(jù)源點(diǎn)或終點(diǎn)、?表示處理或加工、=表示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、→表示數(shù)據(jù)流。而面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson方法則是通過(guò)數(shù)據(jù)元素之間的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行需求分析。DSSD方法是自上向下地對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，同時(shí)由整體-部分、由頂層-基層逐步分析各結(jié)構(gòu)、各模塊用戶需求。OOA方法是依據(jù)抽象、封裝、繼承、比例等原則，參照現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分析用戶需求的方法。

2.3軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)階段的主要工作是構(gòu)建軟件開(kāi)發(fā)模型、項(xiàng)目管理模型和組織公共模型。目前常見(jiàn)的軟件開(kāi)發(fā)模型有以下幾種：

（1）瀑布模型

瀑布模型是結(jié)構(gòu)化方法中常用的開(kāi)發(fā)模型，在軟件開(kāi)發(fā)生命周期中各個(gè)活動(dòng)按照先后順序如同瀑布流水逐級(jí)下落（如圖2所示）[6]。瀑布模型具有如下優(yōu)點(diǎn)：為軟件開(kāi)發(fā)各階段提供一個(gè)整體指導(dǎo)方案、有利于開(kāi)發(fā)人員逐級(jí)控制開(kāi)發(fā)質(zhì)量和成本。缺點(diǎn)如下：各階段工作完全固定，只有每一階段工作完全結(jié)束后才能得知下階段開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、一旦客戶需求前期表達(dá)不充分可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)失敗?？梢?jiàn)，該模型的使用要求主要取決于軟件開(kāi)發(fā)全過(guò)程客戶需求變化程度以及在前期工作中對(duì)客戶需求的理解程度。

（2）螺旋模型

螺旋模型是以瀑布模型和演化模型為基礎(chǔ)，融合兩者優(yōu)點(diǎn)而構(gòu)建的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)模型（如下圖3所示）。該模型全生命周期包括以下四個(gè)步驟：第一，明確軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)、限制條件和功能需求，制定軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃。第二，分析、識(shí)別軟件開(kāi)發(fā)方案中的是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并盡可能提出改進(jìn)建議，消除、降低風(fēng)險(xiǎn)[7]。第三，軟件開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程，驗(yàn)證階段性的產(chǎn)品。第四，用戶評(píng)價(jià)并提出建議，構(gòu)建下一階段軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃。該模型具有如下優(yōu)點(diǎn)：能夠適應(yīng)用戶需求的動(dòng)態(tài)變化，軟件開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人可以及時(shí)調(diào)整開(kāi)發(fā)計(jì)劃、各階段沒(méi)有明顯接線，開(kāi)發(fā)人員可以同步工作，提高軟件開(kāi)發(fā)效率。缺點(diǎn)如下：人力資源成本增加、對(duì)軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要求較高，一旦未能及時(shí)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，勢(shì)必會(huì)造成損失。

（3）噴泉模型

噴泉模型是以用戶需求為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的模型，適合于面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法（如圖4所示）。該模型最明顯的特點(diǎn)是迭代性和無(wú)間隙性，即軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)需要多次重復(fù)，在迭代過(guò)程中完善。而且各階段軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)不存在明顯便捷，允許分析、設(shè)計(jì)和編碼人員同步開(kāi)始工作。該模型優(yōu)點(diǎn)如下：節(jié)省軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高效率。缺點(diǎn)如下：各階段工作重疊，不利于管理。

（4）增量模型

增量模型是一種迭代模型，該模型示意圖如圖5所示。隨著時(shí)間的遞進(jìn)，客戶對(duì)每一個(gè)增量的評(píng)估和建議都可以作為下一個(gè)增量的新需求，在此基礎(chǔ)上迭代直至開(kāi)發(fā)出符合客戶需求的、功能完善的軟件。該模型具有如下優(yōu)點(diǎn)：初期投資少，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、可以減少用戶需求變更次數(shù)。缺點(diǎn)如下：管理成本增加、對(duì)前期用戶需求分析要求較高。

除此之外，項(xiàng)目管理模型有利于軟件開(kāi)發(fā)單位充分整合現(xiàn)有資源條件和優(yōu)化組織架構(gòu)對(duì)軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)行項(xiàng)目工程化管理，在保證軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)質(zhì)量的前提下，盡可能地提高項(xiàng)目開(kāi)發(fā)效益。組織公共模型則有利于協(xié)助軟件開(kāi)發(fā)人員及時(shí)找尋系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題，以便及時(shí)診斷錯(cuò)誤，制定相應(yīng)的解決方案。

2.4軟件實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)階段的主要工作是軟件應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，通過(guò)軟件編碼將用戶需求和軟件實(shí)用功能轉(zhuǎn)換成可以通過(guò)計(jì)算機(jī)接受并實(shí)現(xiàn)的程序。在編碼器將一方面要制定統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的編寫規(guī)范，保證程序的可讀性，提高系統(tǒng)軟件運(yùn)行效率，降低后期運(yùn)行故障風(fēng)險(xiǎn)，另一方面應(yīng)結(jié)合用戶需求和計(jì)算機(jī)實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)編寫出正確的、易理解和易維護(hù)的程序模塊。

2.5軟件測(cè)試與維護(hù)

軟件測(cè)試與維護(hù)是軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的最后階段，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，軟件開(kāi)發(fā)小組在軟件設(shè)計(jì)完成后應(yīng)從單元測(cè)試、組裝測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試三個(gè)階段測(cè)試軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)行中的功能實(shí)現(xiàn)與性能，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立刻予以糾正。目前常見(jiàn)的測(cè)試方法有黑盒法和白盒法，分別對(duì)源程序和軟件的功能性需求。軟件維護(hù)是針對(duì)開(kāi)發(fā)后軟件的改進(jìn)活動(dòng)，使其更好地滿足用戶需求。在實(shí)際維護(hù)期間，相關(guān)人員還需以書面和電子報(bào)告的形式記錄、保存軟件錯(cuò)誤診斷、維護(hù)要求、計(jì)劃、程序測(cè)試和驗(yàn)收等過(guò)程和結(jié)果。

3 結(jié)論

軟件工程技術(shù)是一項(xiàng)現(xiàn)代化應(yīng)用技術(shù)，在系統(tǒng)軟件工程開(kāi)發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。在系統(tǒng)軟件實(shí)際開(kāi)發(fā)期間，軟件開(kāi)發(fā)人員應(yīng)遵循科學(xué)性和實(shí)用性原則，在軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃、軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試與維護(hù)等階段依據(jù)用戶需求和實(shí)際開(kāi)發(fā)環(huán)境、條件選擇合理的軟件工程技術(shù)，以提高其應(yīng)用的有效性。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】