第9章--软件维护

1第9章软件维护第9章软件维护2软件维护软件维护是软件生命周期的最后一个阶段，它处于系统投入生产性运行以后的时期中，因此不属于系统开发过程。软件维护需要的工作量非常大，虽然在不同应用领域维护成本差别很大，但是，平均说来，大型软件的维护成本高达开发成本的四倍左右。目前国外许多软件开发组织把60％以上的人力用于维护已有的软件，而且随着软件数量增多和使用寿命延长，这个百分比还在持续上升。将来维护工作甚至可能会束缚住软件开发组织的手脚，使他们没有余力开发新的软件。本书前面各章讲述的软件工程方法学的主要目的就是要提高软件的可维护性，减少软件维护所需要的工作量，降低软件系统的总成本。第9章软件维护39.1软件维护的定义第9章软件维护4软件维护的定义所谓软件维护就是在软件已经交付使用之后，为了改正错误或满足新的需要而修改软件的过程。我们可以通过描述软件交付使用后可能进行的四项活动，具体地定义软件维护。因为软件测试不可能暴露出一个大型软件系统中所有潜藏的错误，所以必然会有第一项维护活动：在任何大型程序的使用期间，用户必然会发现程序错误，并且把他们遇到的问题报告给维护人员。我们把诊断和改正错误的过程称为改正性维护。计算机科学技术领域的各个方面都在迅速进步，大约每过若干个月就有新一代的硬件宣告出现，经常推出新操作系统或旧系统的修改版本，时常增加或修改外部设备和其他系统部件；另一方面，应用软件的使用寿命却很容易超过十年，远远长于最初开发这个软件时的运行环境的寿命。因此，适应性维护，也就是为了和变化了的环境适当地配合而进行的修改软件的活动，是既必要又经常的维护活动。第9章软件维护5软件维护的定义当一个软件系统顺利地运行时，常常出现第三项维护活动：在使用软件的过程中用户往往提出增加新功能或修改已有功能的建议，还可能提出一般性的改进意见。为了满足这类要求，需要进行完善性维护。这项维护活动通常占软件维护工作的大部分。当为了改进未来的可维护性或可靠性，或为了给未来的改进奠定更好的基础而修改软件时，出现了第四项维护活动。这项维护活动通常称为预防性维护，目前这项维护活动相对说比较稀少。从上述关于软件维护的定义不难看出，软件维护绝不仅限于纠正使用中发现的错误，事实上在全部维护活动中一半以上是完善性维护。国外的统计数字表明，完善性维护占全部维护活动的50％～66％，改正性维护占17％～21％，适应性维护占18％～25％，其他维护活动只占4％左右。第9章软件维护69.2维护的特点第9章软件维护79.2.1结构化维护与非结构化维护的对比如果软件配置的唯一成分是程序代码，那么维护活动从艰苦地评价程序代码开始，而且常常由于程序内部文档不足而使评价更困难。诸如软件结构、全程数据结构、系统接口、性能和（或）设计约束等微妙的特点是难于搞清的，而且常常误解了这一类特点。最终对程序代码所做的改动的后果是难于估量的：因为没有测试方面的文档，所以不可能进行回归测试（即为了保证所做的修改没有在以前可以正常使用的软件功能中引入故障而重复过去做过的测试）。可惜，我们正在进行非结构化维护，并且正在为此而付出代价（浪费精力和受挫折），这种维护方式是没有使用良好定义的方法论开发出来的软件的必然结果。第9章软件维护89.2.1结构化维护与非结构化维护的对比如果有一个完整的软件配置存在，那么维护工作从评价设计文档开始，确定软件重要的结构特点、性能特点以及接口特点；估量要求的改动将带来的影响，并且计划实施途径。然后首先修改设计并且对所做的修改进行仔细复查。接下来编写相应的源程序代码；使用在测试说明书中包含的信息进行回归测试；最后，把修改后的软件再次交付使用。刚才描述的事件构成结构化维护，它是在软件开发的早期应用软件工程方法论的结果。虽然有了软件的完整配置并不能保证维护中没有问题，但是确实能减少精力的浪费并且能提高维护的总体质量。第9章软件维护99.2.2维护的代价在过去的几十年中，软件维护的费用稳步上升。1970年用于维护已有软件的费用只占软件总预算的35％～40％，1980年上升为40％～60％，1990年上升为70％～80％。维护费用只不过是软件维护的最明显的代价，其他一些现在还不明显的代价将来可能更为人们所关注。因为可用的资源必须供维护任务使用，以致耽误甚至丧失了开发的良机，这是软件维护的一个无形的代价。其他无形的代价还有：①当看来合理的有关改错或修改的要求不能及时满足时将引起用户不满；②由于维护时的改动，在软件中引入了潜伏的故障，从而降低了软件的质量；③当必须把软件工程师调去从事维护工作时，将在开发过程中造成混乱。第9章软件维护109.2.2维护的代价软件维护的最后一个代价是生产率的大幅度下降，这种情况在维护旧程序时常常遇到。例如，据Gausler在1976年的报道，美国空军的飞行控制软件每条指令的开发成本是75美元，然而维护成本大约是每条指令4000美元，也就是说，生产率下降了50倍以上。用于维护工作的劳动可以分成生产性活动（例如，分析评价，修改设计和编写程序代码等）和非生产性活动（例如，理解程序代码的功能，解释数据结构、接口特点和性能限度等）。下述表达式给以维护工作量的一个模型：M＝P十K*exp(c-d)其中M是维护用的总工作量，P是生产性工作量，K是经验常数，c是复杂程度（非结构化设计和缺少文档都会增加软件的复杂程度），d是维护人员对软件的熟悉程度。上面的模型表明，如果软件的开发途径不好（即，没有使用软件工程方法论），而且原来的开发人员不能参加维护工作，那么维护工作量（和费用）将指数地增加。第9章软件维护119.2.3维护的问题与软件维护有关的绝大多数问题，都可归因于软件定义和软件开发的方法有缺点。在软件生命周期的头两个时期没有严格而又科学的管理和规划，几乎必然会导致在最后阶段出现问题。下面列出和软件维护有关的部分问题：①理解别人写的程序通常非常困难，而且困难程度随着软件配置成分的减少而迅速增加。如果仅有程序代码没有说明文档，则会出现严重的问题。②需要维护的软件往往没有合格的文档，或者文档资料显著不足。认识到软件必须有文档仅仅是第一步，容易理解的并且和程序代码完全一致的文档才真正有价值。③当要求对软件进行维护时，不能指望由开发人员给我们仔细说明软件。由于维护阶段持续的时间很长，因此，当需要解释软件时，往往原来写程序的人已经不在附近了。④绝大多数软件在设计时没有考虑将来的修改。除非使用强调模块独立原理的设计方法论，否则修改软件既困难又容易发生差错。⑤软件维护不是一项吸引入的工作。形成这种观念很大程度上是因为维护工作经常遭受挫折。第9章软件维护129.3维护过程第9章软件维护13维护过程维护过程本质上是修改和压缩了的软件定义和开发过程，而且事实上远在提出一项维护要求之前，与软件维护有关的工作已经开始了。首先必须建立一个维护组织，随后必须确定报告和评价的过程，而且必须为每个维护要求规定一个标准化的事件序列。此外，还应该建立一个适用于维护活动的记录保管过程，并且规定复审标准。第9章软件维护149.3.1维护组织虽然通常并不需要建立正式的维护组织，但是，即使对于一个小的软件开发团体而言，非正式地委托责任也是绝对必要的。每个维护要求都通过维护管理员转交给相应的系统管理员去评价。系统管理员是被指定去熟悉一小部分产品程序的技术人员。系统管理员对维护任务做出评价之后，由变化授权人决定应该进行的活动。第9章软件维护15修改负责人维护管理员系统监督员配置管理员维护人员申请维护第9章软件维护169.3.2软件维护申请报告应该用标准化的格式表达所有软件维护要求。软件维护人员通常给用户提供空白的维护要求表——有时称为软件问题报告表，这个表格由要求一项维护活动的用户填写。如果遇到了一个错误，那么必须完整描述导致出现错误的环境（包括输入数据，全部输出数据，以及其他有关信息）。对于适应性或完善性的维护要求，应该提出一个简短的需求说明书。如前所述，由维护管理员和系统管理员评价用户提交的维护要求表。维护要求表是一个外部产生的文件，它是计划维护活动的基础。软件组织内部应该制定出一个软件修改报告，它给出下述信息：⑴满足维护要求表中提出的要求所需要的工作量；⑵维护要求的性质；⑶这项要求的优先次序；⑷与修改有关的事后数据。第9章软件维护179.3.3维护工作流程软件维护工作流程如下图所示。第一步是确认维护要求。这需要维护人员与用户反复协商，弄清错误概况以及对业务的影响大小，以及用户希望做什么样的修改，并把这些情况存入故障数据库。然后由维护组织管理员确认维护类型。第9章软件维护189.3.3维护工作流程用户维护人员确定更改要求判明维护类型维护要求评价错误严重程度开始问题分析改正性严重(救火)维护实施人员安排评价优先次序安排改正性维护不严重开始分析问题复审把错误改正列入计划人员安排修改过的软件把安排好的开发工作量列入计划低完善性适应性通过并交付使用的软件高图11.4软件维护的工作流程第9章软件维护199.3.3维护工作流程在完成软件维护任务之后，进行复查常常是有好处的。一般说来，这种复查试图回答下述问题：①在当前处境下设计、编码或测试的哪些方面能用不同方法进行？②哪些维护资源是应该有而事实上却没有的？③对于这项维护工作什么是主要的（以及次要的）障碍？④要求的维护类型中有预防性维护吗？复查对将来维护工作的进行有重要影响，而且所提供的反馈信息对有效地管理软件组织十分重要。第9章软件维护208.3.4保存维护记录对于软件生命周期的所有阶段而言，以前记录保存都是不充分的，而软件维护则根本没有记录保存下来。由于这个原因，我们往往不能估价维护技术的有效性，不能确定一个产品程序的“优良”程度，而且很难确定维护的实际代价是什么。第9章软件维护218.3.4保存维护记录Swanson提出了下述内容：⑴程序标识；⑵源语句数；⑶机器指令条数；⑷使用的程序设计语言；⑸程序安装的日期；⑹自从安装以来程序运行的次数；⑺自从安装以来程序失效的次数；⑻程序变动的层次和标识；⑼因程序变动而增加的源语句数；⑽每个改动耗费的人时数；⑾因程序变动而删除的源语句数；⑿程序改动的日期；⒀软件工程师的名字；⒁维护要求表的标识；⒂维护类型；⒃维护开始和完成的日期；．⒄累计用于维护的人时数；⒅与完成的维护相联系的纯效益。第9章软件维护228.3.5评价维护活动缺乏有效的数据就无法评价维护活动。如果已经开始保存维护记录了，则可以对维护工作做一些定量度量。至少可以从下述七个方面度量维护工作：⑴每次程序运行平均失效的次数；⑵用于每一类维护活动的总人时数；⑶平均每个程序、每种语言、每种维护类型所做的程序变动数；⑷维护过程中增加或删除一个源语句平均花费的人时数；⑸维护每种语言平均花费的人时数；⑹一张维护要求表的平均周转时间；⑺不同维护类型所占的百分比。根据对维护工作定量度量的结果，可以做出关于开发技术、语言选择、维护工作量规划、资源分配及其他许多方面的决定，而且可以利用这样的数据去分析评价维护任务。第9章软件维护239.4程序修改的步骤及修改的副作用第9章软件维护249.4.1分析和理解程序经过分析,全面、准确、迅速地理解程序是决定维护成败和质量好坏的关键。因此,软件的可理解性和文档的质量非常重要。为了容易地理解程序,要求自顶向下地理解现有源程序的程序结构和数据结构,可采用以下方法⑴分析程序结构图⑵数据跟踪⑶控制跟踪⑷在分析过程中,充分阅读和使用程序清单和文档，分析文档的合理性。⑸充分使用由编译或汇编程序提供的交叉引用表、符号表及其他有用信息。⑹如有可能，积极参加开发工作。第9章软件维护259.4.2修改程序对程序的修改,必须事先做出计划,有预谋、周密有效地实施修改。⑴设计程序的修改计划⑵修改代码,以适应变化⑶修改程序的副作用①修改代码的副作用②修改数据的副作用③修改文档的副作用为控制因修改而引起的副作用,要做到：①按模块把修改分组；②自顶向下地安排所修改模块的顺序；③每次修改一个模块；④对于每个修改了的模