【软件体系结构】软件体系结构评估

1. 软件体系结构评估概述

1.1 软件质量属性

性能（Performance）：

• 关注系统响应时间和吞吐量等关键指标。

• 衡量系统在完成特定功能时的及时性和效率。

可靠性（Reliability）：

• 系统在意外或错误使用情况下维持功能的能力。

• 包括容错性、健壮性等，确保系统稳定运行。

可用性（Availability）：

• 系统能够正常运行的时间比例。

• 衡量用户能够访问和使用系统的程度。

安全性（Security）：

• 系统在提供服务时阻止非授权用户使用的企图或拒绝服务的能力。

• 包括机密性、完整性、不可否认性和可控性等关键特性。

可修改性（Modifiability）：

• 程序能够被正确修改的难易程度。

• 涉及系统的可理解性、通用性、简单性和灵活性。

功能性（Functionality）：

• 系统完成所期望工作的能力。

• 衡量系统是否满足用户的功能需求。

可变性（Changeability）：

• 系统经过扩充或变更成为新体系结构的能力。

• 涉及系统的可扩展性、结构重组等。

集成性（Integrability）：

• 与其他系统协作的程度。

• 衡量系统与其他系统或组件的互操作性和集成能力。

1.2 评估的主要方式

基于调查问卷或检查表的评估方式：

• 通过调查问卷或检查表收集关于体系结构的信息。

• 评估人员根据问卷或检查表中的问题进行评分或判断。

• 这种方式灵活且易于实施，但评估结果可能受评估人员主观因素的影响。

基于场景的评估方式：

• 通过分析软件体系结构对特定场景的支持程度来评估系统。

• 场景可以是对系统的使用或修改活动，如一系列对软件的修改、攻击性操作等。

• 这种方式能够更直接地反映系统在实际使用中的表现。

基于度量的评估方式：

• 通过为软件产品的某一属性赋予数值来进行评估。

• 度量可以包括代码行数、方法调用层数、构件个数等。

• 这种方式能够提供客观的评估结果，但需要合适的度量方法和工具。

2. ATMA评估方法

Architecture Tradeoff Analysis Method（架构权衡分析法），是一种针对软件架构的评估方法。

2.1 ATMA评估方法概述

ATMA评估方法主要用于在软件开发之前，对系统的关键质量属性进行评价和权衡。这些质量属性通常包括性能、可用性、安全性和可修改性等。通过ATMA评估，开发团队可以识别出架构中的潜在问题，并在早期阶段进行修正，从而降低后期开发和维护的成本。

2.2 ATMA评估方法的步骤

1. 场景和需求收集：

   • 收集关于系统的使用场景、用户需求和约束条件。

   • 描述系统的架构视图，以便评估人员能够了解系统的整体结构和关键组件。

2. 架构视图和场景实现：

   • 根据收集到的场景和需求，实现系统的架构视图。

   • 确保架构视图能够准确地反映系统的关键组件和它们之间的交互关系。

3. 属性模型的构造分析：

   • 针对每个关键质量属性，构造相应的属性模型。

   • 分析属性模型，以确定哪些架构决策对质量属性有重要影响。

4. 特定属性分析：

   • 对每个关键质量属性进行深入分析，评估其在当前架构中的表现。

   • 识别出可能影响质量属性的敏感点、权衡点和风险点。

5. 总体评估：

   • 综合分析所有关键质量属性的评估结果。

   • 根据评估结果，对架构进行整体评价，并提出改进建议。

2.3 ATMA评估方法的关键要素

1. 敏感点：

   • 敏感点是指会被某些架构元素显著影响的系统模型的属性值。

   • 研究敏感点有助于设计人员明确在实现质量目标时应注意的关键点。

2. 权衡点：

   • 权衡点是指影响多个质量属性的特性，是多个质量属性的敏感点。

   • 在进行架构决策时，需要权衡不同质量属性之间的冲突和矛盾。

3. 风险点：

   • 风险点是指已经做出的但在特定情况下可能会出现潜在问题的决策。

   • 识别风险点有助于开发团队在早期阶段发现并解决潜在问题。

2.4 ATMA评估方法的应用

ATMA评估方法广泛应用于各种软件系统的开发过程中。通过ATMA评估，开发团队可以更加深入地了解系统的架构和质量属性，从而做出更加明智的决策。同时，ATMA评估方法还可以帮助开发团队识别出架构中的潜在问题，并在早期阶段进行修正，从而降低后期开发和维护的成本。

总之，ATMA评估方法是一种非常有效的软件架构评估工具。通过它，开发团队可以更加全面地了解系统的架构和质量属性，从而做出更加明智的决策。

3. SAAM评估方法

软件体系结构SAAM（Software Architecture Analysis Method）评估方法是一种非功能质量属性的体系结构分析方法。

3.1 SAAM评估方法概述

SAAM评估方法是由卡耐基梅隆大学软件工程研究所（SEI at CMU）的Kazman等人提出的一种体系结构分析方法。它是最早形成文档并得到广泛使用的软件体系结构分析方法之一，主要用于评估软件体系结构的质量属性，如可修改性、性能、可用性、安全性等。

3.2 SAAM评估方法的步骤

1. 形成场景：

   • 风险承担者们集中在一起，集体讨论，提出一个个系统需求场景。

   • 记录人员把这些场景记录在册，形成文档。这些场景描述了系统的使用情况，包括用户如何与系统进行交互，以及系统如何响应这些交互。

2. 描述体系结构：

   • 体系结构设计师对待评估的体系结构进行适当的描述，包括静态属性和动态特征。

   • 描述可以使用自然语言或形式化手段，以便让参加评估的所有人员都能充分理解。

3. 对场景进行分类和确定优先级：

   • 将场景分为直接场景和间接场景。直接场景是体系结构可以直接支持的场景，而间接场景则需要对现有体系结构做些更改才能支持。

   • 通过投票等方法确定间接场景的重要性优先级，以便将有限的时间花在最重要的事情上。

4. 对间接场景进行单个评估：

   • 将选出来的重要间接场景与体系结构描述对应起来。

   • 体系结构设计师具体说明体系结构需要做哪些修改变更才能适用间接场景的要求，并估计这些变更的代价。

5. 评估场景的相互作用：

   • 当两个或多个间接场景需要修改到同一个构件时，这些场景就在这个构件上出现了相互作用，需要特别评估。

   • 这通常意味着设计方案中功能分配不合理或设计文档未能充分说明体系结构。

6. 形成总体评价：

   • 评估人员对场景和场景间的相互作用做一个总体的权衡和评价。

   • 通过各个场景权重与分值得出一个总体的评价，从多个体系结构或一个体系结构的不同设计方案中选择出一个最优的方案。

3.3 SAAM评估方法的特点

1. 全面性：

   • SAAM评估方法不仅关注软件体系结构的功能性需求，还关注非功能性需求，如性能、可用性、安全性等。

   • 它提供了一种全面的评估框架，可以帮助开发团队更好地理解系统的需求，并确保体系结构能够满足这些需求。

2. 灵活性：

   • SAAM评估方法可以根据项目的具体需求和目标进行定制。

   • 评估人员可以根据实际情况调整评估步骤和优先级，以适应不同的项目需求。

3. 集体讨论：

   • SAAM评估方法强调集体讨论和协作。

   • 通过集体讨论，可以确保所有相关人员的意见都得到考虑，从而提高评估结果的准确性和可靠性。

4. 基于场景的评估：

   • SAAM评估方法使用场景作为评估的基础。

   • 通过分析系统在不同场景下的表现，可以更加准确地评估体系结构的质量属性。

3.4 SAAM评估方法的应用

SAAM评估方法已被广泛应用于各种软件系统的开发过程中。它可以帮助开发团队在多个质量属性之间做出权衡，选择出最优的体系结构设计方案。同时，SAAM评估方法还可以用于比较不同的体系结构，以及在系统开发过程中进行决策支持。

4. 补充

• 什么是软件体系结构评估？软件体系结构评估对软件系统有什么作用？

  一、软件体系结构评估的定义

  软件体系结构评估通常涉及对软件系统的整体结构、组件及其相互关系的分析。这包括对系统的可靠性、可用性、性能、安全性、可扩展性、可维护性等关键质量属性的评估。评估过程可能包括多种方法和技术，如基于调查问卷或检查表的方法、基于场景的评估方法、基于经济模型的评估方法等。

  二、软件体系结构评估的作用

  1. 识别潜在风险：

     • 通过评估，可以识别出软件体系结构中存在的潜在风险，如性能瓶颈、安全漏洞、可扩展性问题等。

     • 这有助于开发团队在早期阶段发现并解决这些问题，避免在后期开发中出现严重问题。

  2. 提高系统质量：

     • 软件体系结构评估有助于确保系统的质量属性得到充分考虑和满足。

     • 通过评估，可以优化体系结构，提高系统的可靠性、可用性、性能和安全性等。

  3. 降低维护成本：

     • 良好的软件体系结构可以降低系统的维护成本。

     • 通过评估，可以发现设计中的缺陷并及时进行修复，使系统更易于维护。

  4. 支持持续开发：

     • 软件体系结构评估有助于预测系统未来的发展方向。

     • 通过评估，可以评估系统的扩展性，并采取相应措施以支持系统的持续发展。

  5. 优化开发决策：

     • 软件体系结构评估为开发团队提供了关于体系结构选择的依据。

     • 通过评估，可以比较不同的体系结构方案，并选择出最优的方案。

  三、软件体系结构评估的常用方法

  1. 基于调查问卷或检查表的方法：

     • 这种方法依赖于评估人员的主观判断，通过设计问卷或检查表来收集关于体系结构的信息。

     • 问卷通常用于通用领域，而检查表则更适用于特定领域。

  2. 基于场景的评估方法：

     • 这种方法通过分析软件体系结构对特定场景的支持程度来评估体系结构的质量。

     • 它通常涉及定义一组场景，并评估体系结构在这些场景下的表现。

  3. 基于经济模型的评估方法：

     • 这种方法从经济角度建立成本、收益、风险和进度等方面的软件经济模型。

     • 它通过比较不同体系结构方案的投资回报比（ROI）来选择最优的方案。

  四、结论

  软件体系结构评估是软件开发过程中的重要环节。它有助于识别潜在风险、提高系统质量、降低维护成本、支持持续开发和优化开发决策。通过选择合适的评估方法和技术，开发团队可以更加全面地了解软件体系结构的优势和不足，并采取相应的措施来优化体系结构，确保系统的成功交付和长期运行。

• 软件体系结构的评估方法有哪些？简要说明其各自的优势和缺点。

  一、基于调查问卷或检查表的评估方法

  优势：

  • 灵活性：可以评估多种质量属性，也可以在软件体系结构设计的多个阶段进行。

  • 主观性：能够充分利用系统相关人员的经验和知识，这些是评估软件体系结构的重要信息来源。

  缺点：

  • 主观性：评估结果很大程度上依赖于评估人员的主观推断，不同的评估人员可能会产生不同甚至截然相反的结果。

  • 经验要求：评估人员对领域的熟悉程度和经验的丰富程度成为评估结果是否准确的重要因素。

  二、基于场景的评估方法

  优势：

  • 针对性：通过分析软件体系结构对特定场景（如系统的使用或修改活动）的支持程度，能够直接评估体系结构对质量需求的满足程度。

  • 全面性：可以涵盖多个质量属性，如性能、可用性、安全性和可修改性等。

  缺点：

  • 复杂性：场景的选择和设计需要一定的专业知识和经验，否则可能导致评估结果不准确。

  • 资源消耗：评估过程可能需要大量的时间和资源，特别是在场景数量较多或场景较为复杂的情况下。

  三、基于度量的评估方法

  优势：

  • 客观性：通过为软件产品的某一属性赋予数值，能够客观地评估体系结构的质量。

  • 可比较性：度量结果可以用于不同体系结构之间的比较和决策。

  缺点：

  • 度量指标的选择：选择合适的度量指标可能比较困难，需要深入了解系统和业务需求。

  • 度量结果的局限性：度量结果可能不能完全反映体系结构的质量，需要结合其他评估方法进行综合分析。

  四、SAAM（Software Architecture Analysis Method）评估方法

  优势：

  • 系统性：提供了一种系统的分析框架，能够全面评估体系结构的质量属性。

  • 灵活性：可以根据项目的具体需求和目标进行定制。

  缺点：

  • 复杂性：评估过程涉及多个步骤和场景的分析，可能需要大量的时间和资源。

  • 专业性：需要评估人员具备一定的专业知识和经验，否则可能导致评估结果不准确。

  五、ATAM（Architecture Tradeoff Analysis Method）评估方法

  优势：

  • 全面性：能够评估多个质量属性，并揭示它们之间的联系和权衡关系。

  • 实用性：特别适用于在多个质量属性之间进行权衡和折中的场景。

  缺点：

  • 资源消耗：评估过程可能需要大量的时间和资源，特别是在系统规模较大或质量属性较多的情况下。

  • 专业性：需要评估人员具备一定的专业知识和经验，以便准确理解和应用评估方法。

  六、CBAM（Cost-Benefit Analysis Method）评估方法

  优势：

  • 经济性：从经济角度出发，建立软件的成本、收益、风险和进度等方面的经济模型，有助于决策者理解架构选择的财务影响。

  • 直观性：通过量化分析，可以直观地比较不同架构方案的经济效益。

  缺点：

  • 主观性：评估结果依赖于评估人员的主观判断和对经济模型的设定。

  • 局限性：可能无法全面反映架构的所有质量属性和非经济因素。

• ATAM和SAAM作为软件体系结构评估的两种主要方法，请比较分析这两种方法的异同及各自的优缺点。

  一、相同点

  1. 目标：两者都旨在评估软件体系结构的质量，确保系统能够满足既定的需求和目标。

  2. 场景分析：两者都基于场景来进行评估，通过定义和分析特定场景来评估体系结构对系统需求的支持程度。

  3. 适用性：两者都可以在软件开发的不同阶段进行，但通常更适用于架构设计的早期阶段，以便及时发现和解决问题。

  二、不同点

  1. 评估深度：

     • SAAM：是一种相对基础的评估方法，主要关注软件体系结构的整体一致性和质量，以及其对特定场景的响应能力。它不会深入分析每个设计选择的权衡。

     • ATAM：是一种更高级的评估方法，不仅评估架构的优缺点，还深入分析设计决策之间的权衡。它帮助架构师通过分析不同的质量属性（如性能、可用性、安全性等）之间的关系，做出最优决策。

  2. 评估流程：

     • SAAM：通常包括定义场景、执行场景评估、评估场景对架构的影响以及生成评估报告等步骤。

     • ATAM：流程包括描述架构、识别需求、评估架构决策、权衡不同需求之间的冲突以及形成建议报告等。

  3. 关注点：

     • SAAM：主要关注软件体系结构的可修改性和功能适配性，以及整体架构的一致性和质量。

     • ATAM：更全面地关注软件体系结构的多个质量属性之间的权衡，如性能、可用性、安全性等。

  三、优缺点

  SAAM：

  • 优点：

    • 方法简单，易于实施。

    • 适用于中小型项目的评估。

    • 能够快速反馈架构的弱点，并支持架构决策。

  • 缺点：

    • 主要关注单一质量属性（如可修改性），可能忽略其他重要属性。

    • 评估深度有限，可能无法发现潜在的设计风险。

  ATAM：

  • 优点：

    • 能够更全面地识别架构设计中的潜在风险和收益。

    • 强调利益相关者的参与，确保评估结果的全面性和可靠性。

    • 适用于复杂系统的架构评估，能够帮助架构师在多个设计目标之间找到平衡。

  • 缺点：

    • 评估过程可能更加复杂和耗时。

    • 要求评估团队具备较高的专业知识和经验。