体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究

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1、申请上海交通大学博士学位论文体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究论文作者李晨学号0100339012指导教师黄林鹏专业计算机软件与理论答辩时间2014年12月3日万方数据万方数据SubmittedintotalfulfilmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorinComputersoftwareandtheoryStudyofModellingandAnalysisMethodsofArchitecture-DrivenSoftwareSystemsChenLiSupervisor:Prof.L

2、INPENGHUANGDEPARTOFCOMPUTERSCIENCEANDENGINEERINGSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYSHANGHAI,P.R.CHINADecember3,2014万方数据上海交通大学博士学位论文体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究万方数据万方数据上海交通大学博士学位论文体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究万方数据万方数据上海交通大学博士学位论文体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究万方数据体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究摘要随着网络技术的发展，基于网络的软件在表现形态上有了新的变化

3、，如今软件的开发和运行正面临一个多变、复杂、难控的网络环境，因而软件开发需要在软件的结构、软件的动态适应以及软件的质量等方面来对其复杂性进行控制；其次，从软件质量角度来看，人们对软件质量的关注点开始从“传统的系统内部和外部质量”转向“综合化的以用户视角出发的使用质量”。因此，需要展开对软件的分析、设计等方法以及软件质量分析与评估等理论的研究，为全生命周期的软件构建与质量保障体系提供支持。软件体系结构作为软件系统的高层抽象，体现了软件建模阶段在软件全局架构上的复杂度，人们通过利用有效的分析和设计技术可实现对其复杂性的控制，从而提高后期软件开发

4、的效率，是软件设计阶段的重要环节，并成为软件质量分析与评估研究的重要组成部分。软件体系结构描述语言作为一种主流的软件体系结构描述技术，已被广泛应用与软件体系结构设计和开发过程。然而，大多数的软件体系结构描述语言仅仅只考虑了体系结构的静态特征，无法直接支持软件体系结构的动态变化，并且也无法实现体系结构重配置过程中的验证和转换。本论文研究基于软件体系结构的软件建模与分析方法。从体系结构角度，高层抽象软件系统，分别提出了一种图文法（BreezeGraphGrammars,BGG）和一个体系结构描述语言（Breeze/ADL）来分别实现对软件系统建

5、模和规约，同时从软件质量需求入手，针对正确性和可靠性中的相关质量问题，提出了基于探针的死锁检测策略和基于Breeze/ADL的可靠性模型，实现了体系结构层次上的相关质量分析，为软件质量改进提供了参考，本文的主要创新点如下：—i—万方数据上海交通大学博士学位论文体系结构驱动的软件建模与分析方法的研究1.设计Breeze图文法。目前，大多数的体系结构描述方法仅用来对体系结构的组织结构特征进行抽象，并不能对体系结构的变化进行定义。为了满足系统运行对动态应变的需求，本文设计了一个Breeze图文法，将体系结构中的实体元素（包括构件、连接子、接口、连

6、接等）映射成Breeze图中的节点和边，通过定义图产生式（或称图重写规则），将体系结构重配置过程中的变化映射成相应的体系结构重配置操作，包括重配置原子操作（如增加、删除）和重配置组合操作（如顺序、选择、迭代）。用图文法作为理论基础，软件体系结构可以被Breeze图文精准的形式化刻画，并且体系结构的动态变化也可以通过Breeze图文法产生式的执行来实现。通过Breeze图文法不仅可以对软件体系结构进行建模，还可以捕获在软件开发初期和后期重配置过程中动态变换。2.设计基于XML的体系结构描述语言—Breeze/ADL。与其他图技术类似，Bree

7、ze图文法也存在一个问题，就是它不支持通用的文本描述方法，利用Breeze图文法所刻画的软件体系结构模型与其他软件体系结构描述技术所描述的体系结构模型之间的互操作性则较低。因而，本文采用XML作为元语言，以Breeze图文法为基础，设计了一个基于XML的体系结构描述语言—Breeze/ADL，给出了设计原则和建模元素的定义，利用Breeze/ADL实现对体系结构风格规约、实体元素规约、体系结构配置规约及重配置操作的规约。采用Breeze/ADL进行体系结构建模，其建模结果不仅服从标准的XML文档规范，可以方便的被通用的XML工具解析和修改，

8、提高了Breeze/ADL的可扩展性以及与其它基于XML的体系结构描述语言的互操作性，同时，Breeze/ADL将Breeze图文法中的图产生式映射成对应的