软件体系结构：一个新的研究领域

计算机软件系统中软件成分越来越复杂,系统规模不断扩大,使得软件体系结构越来越庞杂,软件系统的质量和性能已经不再仅仅取决于软件实现算法和数据结构,软件系统体系结构在一定程度上决定系统的优劣,因此软件体系结构(Software Architecture,AS)研究已经逐渐地引起计算机界的重视。软件体系结构作为一个新兴的计算机学科,它的理论体系和解决问题的方法尚未形成。加强其基础理论和应用方法的研究,不论对学科发展,还是对软件生产都具有理论意义和现实意义。     

有向图在复杂系统脆性时间确定中的应用

复杂系统各子系统之间的脆性联系可以用有向图的形式表示,内、外界的干扰导致某子系统的崩溃,根据子系统之间存在着脆性联系,而最终将导致整个复杂系统的崩溃;本文则是找出复杂系统崩溃的路径,并以树的形式表示;根据脆性激发具有一定的延时,从中找到有可能使整个复杂系统崩溃的最短时间;因此,只要加紧控制发生在最短时间之内的各崩溃子系统,便能有效地防止整个复杂系统的崩溃。     

基于软件体系结构的软件设计及构造

1 引言软件体系结构和软件设计模式是九十年代兴起的两种软件系统研究和设计新技术。这两种技术的典型特点就是将软件设计和开发的关注重点从传统软件设计开发方法的算法和数据结构转向了对整个软件系统的组织结构和系统性能表现。其中,软件体系结构研究注重的是构成软件系统的各有机组成成分及其关联作用和语义模式。通过对软件系统的组成成分及其相互之间的关联作用和语义模式进行分析和研究,软件体系结构期望通过加深对系统构造的理解来提高有关的软件工作人员的系统设计和系统分析能力,从而在系统组织、结构重     

基于脆性联系熵的复杂系统崩溃致因研究

针对开放的复杂系统进行研究，首次提出并论证了脆性是复杂系统的一个基本特性。根据集对分析的理论，定义了子系统间的脆性联系熵、脆性基元的概念，同时将非合作博弈的理论和方法引入到复杂系统的脆性的研究中。基于复杂系统博弈的动力学，建立复杂系统脆性仿真模型，仿真结果说明复杂系统的崩溃，是由于基元内子系统的熵值在外界干扰过程中不断增加，而且又无法从周围环境得到负熵流的补充时，达到临界熵值而导致崩溃，     

软件动态执行网络建模及其级联故障分析

随着人们对软件功能需求的不断增加,软件系统的结构和规模越来越复杂。如何对复杂软件系统的拓扑结构及其质量进行有效分析和评估是软件工程中亟待解决的难题。采用复杂网络理论对软件系统进行建模和求解,将软件源代码中的函数作为节点,函数之间的调用关系看作有向边,函数调用次数作为边的权重,提出了一种软件动态执行加权网络模型的构建方法。通过对TAR、GEDIT、EMACS这3个开源软件系统的建模及网络特征分析,发现软件系统动态执行的加权拓扑网络满足小世界效应和无标度特性,即符合复杂网络特性。基于此结论,进一步利用CML(耦合映像格子)网络故障传播模型对软件系统的级联效应进行了模拟,通过实验发现了影响软件级联故障的主要因子,这些因子为软件质量保证等研究提供了重要支持。     

面向复杂软件执行网络的关键节点行为分析

软件系统的执行是一类极其复杂的交互过程,采用复杂网络的研究方法可有效地分析软件执行行为模式规律.与以往分析软件系统静态拓扑结构不同,本文对软件系统执行过程中的关键方法调用行为进行了建模度量和实验分析.基于典型的开源软件,首先给出了基于方法调用关系的软件执行网络构建方法,然后对执行网络中关键节点的拓扑特征及其邻接网络进行分析.结果表明,具有高度、高介数及高聚集系数的方法节点在软件执行过程中处于特殊地位,起着维系网络连接的重要作用,对于软件的正常执行具有重要意义,相关结论和方法可有助于提高软件质量和更好的运行维护.     

基于NNVD的网络化软件多步控制算法研究

网络化软件系统规模的增大不仅增加了理解和优化系统的难度,而且一个小的异常就有可能引发整个系统的崩溃。因此,针对网络化软件系统的异常行为,本文提出一种基于NNVD(network node value degree)的网络化软件多步控制算法,该算法从节点路径长度范围的角度去研究异常行为传播的局域控制,通过网络化软件节点的重要程度选择控制节点,分析在无标度网络软件系统中进行局域多步控制的有效性。研究表明,该算法能够在一定程度上抑制异常行为的传播,使异常能够在一定的范围内得到有效的控制。     

软件体系结构研究综述

近年来,软件体系结构逐渐成为软件工程领域的研究热点以及大型软件系统与软件产品线开发中的关键技术之一.归纳了软件体系结构技术发展过程及其主要研究方向.在分析了典型的软件体系结构概念之后,给出了软件体系结构的定义.通过总结软件体系结构领域的若干研究活动,提出了软件体系结构研究的两大思路,并从7个方面介绍了软件体系结构研究进展.探讨了软件体系结构研究中的不足之处,并分析其原因.作为总结,给出了软件体系结构领域最有前途的发展趋势.     

基于Petri网的软件体系结构可靠性分析

近年来,软件体系结构已成为软件工程领域的研究热点以及大型软件系统与软件产品线开发中的关键技术之一。对软件体系结构的可靠性分析是进行软件开发的一个重要依据,为了提高软件系统的性能,一个可靠的体系结构是整个软件系统的基础。文章通过分析体系结构的特征和可靠性因素,提出了一种基于Petri网的体系结构可靠性分析方法,对软件体系结构的各因素的可靠性进行分析评估,从而推导出整个软件体系结构的可靠性,并对软件体系结构可靠性进行实例研究。     

基于CPN状态空间分析的复杂系统脆性度量

为进一步解决复杂系统脆性理论既有研究工具存在的系统状态定量描述困难、系统边界条件约束较多等问题,将有色Petri网及其仿真工具CPN Tools引入到复杂系统脆性度量研究中。有色Petri网及CPN Tools内置的查询工具、既有的高级状态空间计算方法都降低了复杂系统脆性度量中的问题复杂度。论文提出基于状态空间分析的复杂系统脆性度量指标并给出编程实现流程。仿真算例表明状态空间内状态节点的脆性传递过程及其影响范围能够间接反映系统脆性行为     

复杂软件系统的软件网络结点影响分析

目前一些研究利用复杂网络理论揭示了软件网络的特性,为人们从系统的角度了解软件的结构提供了方法.但这些研究的一些结论却与软件的实际表现有着较大的差异.分析了软件网络结点的特性,揭示了产生上述差距的部分原因;并提出一种加权软件网络模型,以更准确地描述软件网络结点间的依赖关系;在这个加权软件网络模型的基础上,分析了软件的实际依赖关系及几个统计特性;分析了各统计特性与软件网络结点影响的关系;进一步提出了软件网络关键结点的概念;同时,在分析各种结点影响的基础上,提出了4 个合理的假设;最后,通过对两款软件的实验来验证这4 个假设的有效性.     

Class structure refactoring of object-oriented softwares using community detection in dependency networks

The quality of a software system is largely determined by its internal structures which always degrade over the software evolution. Therefore, the structures have to be reconditioned from time to time. However, the existing methods are very complex and resource-consuming when doing this task. In this paper, we present an approach to recondition the class structures of object-oriented (OO) software systems. It uses attribute-method networks and method-method networks to represent attributes, methods and dependencies between them; It proposes a guided community detection algorithm to obtain the optimized community structures in the method-method networks, which also correspond to the optimized class structures; It also provides a list of refactorings by comparing the optimized class structures with the real class structure in software systems and inspecting the attribute-method networks. The approach is evaluated using the open-source case study, JHotDraw 5.1, and the advantages of our approach are illustrated in comparison with existing methods.     

Class structure refactoring of object-oriented softwares using community detection in dependency networks

The quality of a software system is largely determined by its internal structures which always degrade over the software evolution. Therefore, the structures have to be reconditioned from time to time. However, the existing methods are very complex and resource-consuming when doing this task. In this paper, we present an approach to recondition the class structures of object-oriented (OO) software systems. It uses attribute-method networks and method-method networks to represent attributes, methods and dependencies between them; It proposes a guided community detection algorithm to obtain the optimized community structures in the method-method networks, which also correspond to the optimized class structures; It also provides a list of refactorings by comparing the optimized class structures with the real class structure in software systems and inspecting the attribute-method networks. The approach is evaluated using the open-source case study, JHotDraw 5.1, and the advantages of our approach are illustrated in comparison with existing methods.     

基于政策自组织系统的软件agent体系结构及其实现

当前自组织系统软件工程面临的一个重要挑战,就是如何设计适宜的个体交互行为来满足自组织系统的宏观涌现需求。针对此问题,提出了一种基于政策的自组织多agent系统的开发方法,此方法通过政策调节引导agent的行为,以期在系统层面得到用户所需求的宏观涌现结果。开发这类系统的核心问题是如何构造系统中的软件agent,使得agent能够感知、理解系统政策,并在遵循政策的前提下实现行为的自主决策。提出了一种基于政策自组织多agent系统的软件agent体系结构,并基于该体系结构设计了运行机制及行为决策算法。通过软件方式实现了一个基于政策的自组织多agent系统开发平台原型,并通过案例实现说明了体系结构、运行机制的有效性。     

面向软件密集型系统的体系结构可变性建模

软件体系结构提供了软件系统的高层抽象,对于软件密集型系统的开发具有重要意义,基于体系结构层次的可变性管理可以有效地实现软件的定制和演化。目前体系结构层次的可变性建模并没有得到足够的关注,在分析出领域体系结构后,无法很好地实现体系结构的建模,而且体系结构层次可变性建模方法并没有很好地对可变性的复杂依赖关系进行建模。提出了一种基于多视图的体系结构可变性建模方法,基于UML Profile扩展机制,定义了可变性的构造型、标记值和相关的约束,并利用基于分离的可变性建模方法,定义可变点交互视图对系统中存在的依赖进行建模。基于可变性视图和依赖视图分离的可变性建模方法,实现了复杂依赖关系的有效管理,提高了可变性建模的效果。以船舶故障预测与健康管理系统作为研究案例,对该方法进行了验证,结果表明该方法能够有效地实现软件密集型系统的建模。     

基于复杂网络的软件测试路径聚类分析

为了在保证覆盖率的前提下,减少测试用例数量,提高测试效率,提出一种基于复杂网络的软件测试路径生成算法。首先提出软件系统加权复杂网络模型中节点权值的计算方法,建立了复杂网络模型,然后根据软件运行时的不确定性,建立函数调用的模糊相似矩阵,并利用相似矩阵结构分解算法对其进行变换,对测试路径进行聚类分析得到测试路径的划分。分析Linux的7个文件,经过聚类分析后平均节约了17.46%的测试路径。理论分析和实例证明,方法简单可行。     

一种UML 软件架构性能预测方法及其自动化研究

软件性能需求作为软件质量需求的重要组成部分,已受到人们极大的重视.而只在软件开发周期后期才重点关注软件性能需求的传统软件开发方法,将给开发者带来高风险和高成本等后果.如果能在软件开发周期的早期对软件系统性能进行预测,可以提前发现软件系统架构存在的性能瓶颈,并找出可能的优化方案,对各种设计方案进行比较以得出最优的软件系统架构.研究了一种基于模型的UML 软件架构性能预测方法:该方法选取软件架构设计中的UML 用例图、活动图和构件图,并引入构造型和标记值,将它们扩展为UML SPT 模型;进而,通过转换算法将UML SPT 模型转换为排队网络模型,该算法可处理同时包含分支节点和汇合节点的UML 模型活动图;最后,利用频域分析理论求解排队网络模型,以得出性能参数及性能瓶颈.同时介绍了UML 软件架构性能自动化工具的设计方案,并给出了软件架构性能预测实例.     

An Active Organisation System for Customised,Secure Agent Discovery

The area of software agents has experienced an exponential growth during the past decade, and is now being given a further boost by the introduction of global distributed computing services, such as Globus and Legion. The focus of the research has gradually shifted from single agent architectures to multi-agent systems and agent societies. In a Grid computing environment, agents should be able to discover efficiently other agents based on the computational services they offer or their characteristics (agent discovery). Existing systems either ignore this issue or use simplistic organisation models, which act as passive yellow pages thus keeping the discovery process separate from the computation. In this paper it is argued that the agent discovery can be coupled with several aspects of the computation such as access control and customisation resulting in a better sharing, use and management of the information held by the agent discovery system. A novel architecture is presented in which discovery messages and discovery paths are mutable, active entities, which interact with each other as peers making the organisation system dynamic in nature. Queries traversing the system can be reformulated while at the same time the system itself can change depending on the nature and volume of the query traffic. Furthermore it is shown that the organisation nodes of the proposed architecture can serve as re-usable components for building more complex, composite nodes from existing ones.