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凈室的凈室軟件工程及發展

凈室是壹種以合理的成本開發高質量軟件的基於理論、面向工作組的方法。凈室是基於理論的,因為堅實的理論基礎是任何工程學科所不可缺少的。再好的管理也代替不了理論基礎。凈室是面向工作組的,因為軟件是由人開發出來的,並且理論必須簡化到實際應用才能引導人的創造力和協作精神。凈室是針對經濟實用軟件的生產的,因為在現實生活中,業務和資源的限制必須在軟件工程中予以滿足。最後,凈室是針對高質量軟件的生產的,因為高質量改進管理,降低風險及成本,滿足用戶需求,提供競爭優勢。

凈室理論基礎建立於20世紀70年代末80年代初,資深數學家和IBM客座科學家Harlan Mills闡述了將數學、統計學及工程學上的基本概念應用到軟件的設想。受Edsger Dijkstra關於結構化編程、Nicholas Wirth關於逐步求精、David Parnas關於模塊化設計的影響,Mills為軟件的工程方法奠定了科學基礎。

兩大基本觀點促進了Mills的工作:首先,程序是數學函數規則,其次,潛在的程序執行是無窮的,質量認證必須進行統計采樣。第壹個觀點使所有函數理論向軟件開發敞開大門,導致以下技術的產生:盒式結構規範及設計、函數理論正確性檢驗及增量開發,第二個觀點使所有統計理論在軟件測試方面得到應用,導致了統計使用測試和質量認證。

Mills的觀點在其與同仁A1an Currit,Michael Dyer,Alan Hevner,Richard Linger,Bernard Witt及IBM公司聯邦系統部的其他同事的合作中得到了修改和演示。1979年由Addison—Wesley出版的《結構化編程:理論與實踐》(作者:Linger,Mills和Witt)介紹了軟件規範、設計、認證及再工程中的函數理論方法。《信息系統分析和設計原理》(作者:Mills,Linger,Hevner,Academic出版公司,1986)介紹了系統規範、設計和認證中的盒式結構方法,同時介紹了項目管理的增量開發。1987年,凈室將這些思想融合在壹起。“凈室”壹詞借自半導體業,強調“防患勝於除患”的思想。《凈室軟件工程》(作者:Mills,Dyer和Linger)刊登於《IEEE軟件》1987晰年5月刊上。

第壹項凈室軟件項目由IBM的Richard Linger於20世紀80年代中期負責實施。COBOL結構化設施項目開發出壹項商業軟件再工程產品,該產品顯示出了卓越的質量水平及用戶使用可靠性,凈室方法得到了初步確認。

1990年,Richard Linger創建了IBM凈室軟件技術中心,在此,凈室方法、自動化及技術改變得到進壹步改進。20世紀90年代初,IBM生產出運用凈室方法開發的海量存儲控制單元適配器,售出了數千單元,直至1997年產品超過使用壽命後,仍未收到任何反映凈室微碼現場故障的報告。這項開發由Mike Brewer領導,成員有Paul Fisher,Dave Fuhrer,Karl Nielson及其他壹些工作組成員。認證測試由Joe Ryan和Mike Houghtaling領導。如今,IBM公司存儲系統部的測試實驗室無可爭議地成為統計使用測試方法的全球巨擎。

從20世紀80年代末到90年代初,享有盛名的國家宇航局(NASA)哥達德飛行控制中心(GSFC)軟件工程實驗室(SEL)在Vic Basili,Scott Green,Rose Pajerski,Jon Valett等人的領導下進行了壹系列凈室試驗。這些試驗被認為是迄今為止軟件工程領域進行的壹次最完整的研究。4個規模依次擴大的地面控制軟件系統按凈室工程方法開發出來,結果表明,與NASA GSFC已足以讓人佩服的底線相比,質量和生產力還有壹致的提高。

20世紀80年代中期,在美國國防部的ARPA STARS項目(自適應的可靠系統軟件技術)的形成期,STARS領導層選取凈室作為開發和商業化的核心技術。領導層包括Dave Ceely,Dick Drake,Bill Ett,Joe,Greene,John Foreman,Jim Moore等。Mills博士和Arnie Beckhardt為推動凈室技術而建立的軟件工程技術公司(SET)被選來推動凈室技術的商業化,在SIldzS的支持下,SET在凈室的手段和工具方面取得了顯著進展。

與此同時,Mills博士正就使用凈室建立壹家名為Q—Labs的公司而同歐洲的I.M.Ericsson AB進行商談,為軟件工程新技術走出實驗室,向Ericsson(愛立信,譯者註)進行轉讓。自兩家公司成立之初,Q-Labs和SET就是商業夥伴,以後兩家公司於1998年合並為Q—Labs公司。

20世紀90年代初,美國陸軍Picatinny Arsenal執行了壹個凈室項目,並在這個項目中獲得了20倍於引進凈室技術所用的投資回報。1996年國防部軟件數據與分析中心在其所作的軟件方法比較分析中,報告凈室具有真實的價值和質量優勢。其他留有軟件生產和質量方面歷史數據的機構也用凈室進行了大型項目的研發,它們公開發表了其結果。凈室實踐明顯改進了IBM、Ericsson、NASA、DoD及許多其他機構的軟件項目產出。凈室的數據表明而且將繼續表明,采用凈室學科有可能使軟件成組性能得到很大的改善。

Carnegie Mellon大學軟件工程研究所(SEI)實際上已成為改進軟件工程實踐方面的領頭羊。SEI的軟件能力成熟度模型(CMM)成為壹項已被認可並廣泛用於改善軟件工程實踐的管理模型。1996年SEI完成了壹個項目,該項目定義了凈室參考模型並將凈室的工程技術映射到CMM的管理過程中。這項工作的主要結論是凈室與CMM是兼容的、相互支持的。該工作在1996年2份SEI技術報告中進行推廣:凈室軟件工程參考模型(Linger,Trammell,1996)和軟件能力成熟度模型(CMM)的凈室軟件工程實踐(Linger,Paulk,Trammell,1999)。經Carnegie Mellon大學許可,本書將凈室軟件工程參考模型也納入其中。

凈室技術壹直由Mills及其在全球各大學和工業界的同仁進行講授,他們是Vic Basili,A1an Hevner,Richard Linger,Jesse PboIe,Dieter Rombach,Shirley Becker,Richard Cobb, Michael Deck,Chuck Engle,Philip Housler,Ara Kouchakdjian,John Madin,Dave Pearson,Mark Pleszkoch,Stacy Prowell,Steve Rosen,Kirk Sayre, A1an Spangler,Carmen Trammell,Gwen Walton和James Whittaker。另外,還有很多人通過大量實地應用而推進凈室實踐,包括Mike Brewer,John Gibson, Mike Houghtaling,David Kelly,Jenny Mordes,Rob Oshana,Jason Selvidge,Wayne Sherer和Tom Swain。他們每個人都為凈室成為真正的軟件工程學科做出了各自的貢獻。

壹項工程的發展是以其科學理論為基礎的,實踐中的改進從遵循源自實踐的第壹條原理開始並沿著科學的軌道向前發展。凈室實踐的改進和進展正是按照這種模式進行並將繼續進行下去。

凈室規範方法的精化的研究主流已經形成並在本書中予以說明。Mills使用的函數理論,激發了David Parnas在序列(跟蹤)分析和域劃分方面的工作,這又激發了Hailong Mao在典型序列歷史方面的研究,以上三者為本書中提到的Stacy Prowell和Jesse Poore基於序列規範的定義打下了基礎。

另壹項由Gwen Walton和Jesse Poore所從事的獨立的研究,將基於Markov鏈使用模型應用到了運籌學的優化方法當中。他們的研究將基於約束的方法應用到使用建模中,該研究有望加強凈室統計測試實踐的控制,提高其價值。

其他在決策理論、先進統計設計、建模與仿真等有關理論和工程實踐領域內開展的工作正在取得進展,凈室軟件工程也壹定會隨著得到進壹步的改進。

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