基于質(zhì)量屬性的軟件測試力系統(tǒng)分析架構(gòu)

張洪春

(湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

在測試技術(shù)發(fā)展的同時，測試全過程的行為和管理顯得尤為重要。一個成功的測試項目，離不開對測試過程科學(xué)的組織和監(jiān)控，高質(zhì)量的過程體系已成為測試成功的重要保證。但是，就目前軟件工程發(fā)展的狀況而言，普遍存在測試活動組織性、計劃性不強，測試管理不完善，測試流程不標(biāo)準(zhǔn)，測試過程失控，測試效率低下，以致影響整個軟件工程質(zhì)量的現(xiàn)象。為此，本文分析和研究軟件測試全過程活動，以可管理性、高效率、可擴充性等質(zhì)量需求為核心，以最終的 “規(guī)劃與準(zhǔn)備”、“測試執(zhí)行”、“監(jiān)督與度量”、“分析與表達”、“結(jié)果與反饋”的功能集成為主線，構(gòu)造了STPS管理軟件構(gòu)架，以實現(xiàn)領(lǐng)域構(gòu)架到軟件構(gòu)架的映射[1]，促進軟件測試?yán)碚摰倪M一步研究和軟件測試體系的建構(gòu)。

軟件測試力是指圍繞軟件產(chǎn)品測試所擁有的獨特測試資源和整合這些資源所形成的高效持續(xù)的測試能力。軟件測試力系統(tǒng)STPS(SoftwareTestingPower System)是包括測試工程管理和測試工程技術(shù)的一個完整實體，是測試全過程活動的集成體系，是包括軟件系統(tǒng)的測試系統(tǒng)。STPS內(nèi)涵豐富，影響要素眾多，且各要素間存在著復(fù)雜的多層次、非線性相互作用，是一個開放式、可集成的復(fù)合系統(tǒng)[2]。

測試力的概念是針對測試系統(tǒng)效力提出來的，其目的是整合測試所涉及的所有軟硬件資源，用系統(tǒng)工程觀點來研究測試全過程活動，以提高測試系統(tǒng)的效能。

軟件構(gòu)架是對系統(tǒng)整體組織結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)的刻畫，它包括系統(tǒng)中各計算單元構(gòu)件的功能分配、各單元之間的高層交互連接器說明以及軟件構(gòu)架的約束[3]。

軟件構(gòu)架體現(xiàn)在系統(tǒng)高層次的抽象，著重解決軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和需求向?qū)崿F(xiàn)平坦過渡的問題[4]。研究軟件體系結(jié)構(gòu)的目的是為軟件系統(tǒng)提供合理的構(gòu)架，重點解決應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的總體結(jié)構(gòu)問題，用以實現(xiàn)既定的商業(yè)目標(biāo)和系統(tǒng)的質(zhì)量屬性。

軟件構(gòu)架是軟件開發(fā)領(lǐng)域的一門新興學(xué)科，是軟件業(yè)的一個重要的研究領(lǐng)域，正受到越來越多的關(guān)注。但目前構(gòu)架技術(shù)及應(yīng)用還處于研究發(fā)展階段，存在很多不足：(1)無論從技術(shù)角度還是從管理角度，針對實際軟件開發(fā)組織的、有關(guān)如何管理軟件構(gòu)架的實用研究文獻十分缺乏。(2)現(xiàn)有的構(gòu)架多側(cè)重于軟件構(gòu)架，對于軟件、硬件、過程、管理及目標(biāo)相結(jié)合的系統(tǒng)構(gòu)架研究較為少見，更是很少有關(guān)于如何把系統(tǒng)構(gòu)架與行業(yè)或組織的實際情況結(jié)合起來的探討。(3)現(xiàn)有構(gòu)架只依據(jù)靜態(tài)的系統(tǒng)目標(biāo)來設(shè)計，沒有考慮動態(tài)的過程，如人力資源、進度要求以及開發(fā)環(huán)境的滿足情況等。

因此，在分析測試活動全過程的基礎(chǔ)上，提出測試力及其系統(tǒng)概念，分析和研究軟件測試的體系結(jié)構(gòu)，并用STPS來描述全過程活動，用全過程構(gòu)架建立STPS結(jié)構(gòu)模型，將有助于測試全過程的行為管理，提高STPS的質(zhì)量。同時，通過構(gòu)架實踐，實現(xiàn)了軟件構(gòu)架技術(shù)在結(jié)合了環(huán)境、過程、管理和目標(biāo)的系統(tǒng)構(gòu)架中的應(yīng)用，推動了領(lǐng)域構(gòu)架轉(zhuǎn)化為軟件構(gòu)架的進一步研究，為促進測試領(lǐng)域向系統(tǒng)化、專業(yè)化、高效化方向發(fā)展。

1 STPS結(jié)構(gòu)與目標(biāo)

STPS涉及到環(huán)境、過程、管理、軟硬件和目標(biāo)等因素，是技術(shù)、商業(yè)和社會等諸多因素作用的結(jié)果。STPS結(jié)構(gòu)不同于一般的系統(tǒng)管理結(jié)構(gòu)，它是系統(tǒng)中的系統(tǒng)，是靜態(tài)和動態(tài)結(jié)合的過程管理。

1.1 STPS結(jié)構(gòu)

根據(jù)測試力的定義及參考相關(guān)文獻，可將測試力分為硬力和軟力兩大部分[5]。硬力由環(huán)境力、設(shè)施力、科技力、勞動力、結(jié)構(gòu)力和聚集力組成；軟力由文化力、制度力、管理力、發(fā)展力和秩序力組成。硬力為弓，軟力為弦，測試力為箭，三方共同作用形成測試力的“弓弦箭”模型。“弓弦箭”模型的關(guān)注點是“能力”、“效力”問題，這正好體現(xiàn)了STPS的本質(zhì)要求。

STPS由基礎(chǔ)環(huán)境要素、測試要素和目標(biāo)要素構(gòu)成。測試要素又由5個相互關(guān)聯(lián)、相互作用的測試執(zhí)行過程組成。具體來說，STPS包括人員、設(shè)施環(huán)境、物資技術(shù)、管理制度、測試執(zhí)行全過程以及系統(tǒng)目標(biāo)等元素，并由數(shù)據(jù)、行動、設(shè)備、事件和線索來構(gòu)造[6]。為方便分析，將STPS的結(jié)構(gòu)按工程的思想物化為測試輸入、測試生產(chǎn)和測試輸出等工程行為過程，與之對應(yīng)，系統(tǒng)分為如圖1所示的三個作用組件。

(1)輸入組件：是STPS起到保障作用的條件域，包括人員、設(shè)施環(huán)境、管理制度、激勵機制，產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、學(xué)科體系狀況以及測試在軟件開發(fā)過程中的地位等因素，其數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式是人力、資源力、技術(shù)力、管理力與領(lǐng)域狀況力。輸入域是實現(xiàn)系統(tǒng)需求的條件和基礎(chǔ)。

圖1 STPS結(jié)構(gòu)組成

(2)測試組件：是決定STPS成效的關(guān)鍵過程域，包括測試規(guī)劃和準(zhǔn)備、測試執(zhí)行、監(jiān)測和度量、分析和表達、結(jié)果反饋五個階段[7-8]，這五個階段階段相互聯(lián)系又相互影響，在域內(nèi)部形成一個行為閉合回路。另外，此域也有一些內(nèi)部的作用子要素在起作用，如測試行為中各階段的技術(shù)、方法的使用和過程設(shè)計；軟件開發(fā)模式下對測試模型和評估測量方式的選擇等。測試生產(chǎn)域是主要實現(xiàn)系統(tǒng)需求的關(guān)鍵域。

(3)輸出組件：是STPS自身質(zhì)量的保證體系，也是STPS的目標(biāo)域，包括：實現(xiàn)對業(yè)務(wù)和系統(tǒng)進行正確測試、分析和報告的功能因素；可管理、高效率、正確性、可更改的系統(tǒng)質(zhì)量因素；測試的質(zhì)量、效率、進度和成本收益等測試商業(yè)因素；改革、創(chuàng)新和發(fā)展目標(biāo)因素。每一個因素又由多個屬性來刻畫。追求質(zhì)量更好、效率更高、進度更快和低成本、高效益以及實現(xiàn)商業(yè)目的是STPS的最終目標(biāo)，也是其自身功能完善和可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動力。

1.2 STPS目標(biāo)

STPS的作用：一是完成具體軟件項目的測試，實現(xiàn)其功能目標(biāo)；二是在不斷提高系統(tǒng)質(zhì)量目標(biāo)的同時，以實現(xiàn)其商業(yè)目標(biāo)。STPS需求可由以下四方面來描述：

(1)功能目標(biāo)：STPS要實現(xiàn)的功能是要在各子系統(tǒng)及組件的共同作用下，有效地完成項目業(yè)務(wù)的測試過程，實現(xiàn)對軟件制品所期望的各項測試，以實現(xiàn)自己的功能目標(biāo)(測試、分析和報告)。

(2)質(zhì)量目標(biāo)：STPS對軟件制品進行測試時整體所表現(xiàn)出來的性能和能力，它用質(zhì)量屬性來度量，用構(gòu)架來實現(xiàn)。STPS質(zhì)量目標(biāo)包括可管理性、高效率和正確性、可擴充性、可更改性等質(zhì)量屬性。

(3)商業(yè)目標(biāo)：STPS商業(yè)目標(biāo)需求要用對某具體業(yè)務(wù)項目測試來衡量，即希望測試某具體項目時測試的質(zhì)量、進度和效率要好，以此實現(xiàn)SPTS系統(tǒng)的整體工作質(zhì)量、效力和效益。

(4)發(fā)展目標(biāo)：STPS的改革、創(chuàng)新和發(fā)展。

2 STPS構(gòu)架因素

2.1構(gòu)架商業(yè)周期

構(gòu)架是技術(shù)、商業(yè)和社會等諸多因素作用的結(jié)果，而構(gòu)架又能返回并影響到開發(fā)環(huán)境，這種相互影響的周期，稱為構(gòu)架商業(yè)周期(ABC)[9]。ABC陳述了當(dāng)設(shè)計師開始構(gòu)建系統(tǒng)時的各種影響因素，并指出了特定的質(zhì)量屬性需求通常產(chǎn)生于組織的業(yè)務(wù)目標(biāo)。STPS系統(tǒng)根據(jù)涉眾及質(zhì)量屬性所構(gòu)架的商業(yè)周期如圖2所示。這里的最終用戶是測試人員，用戶則是測試組織。

2.2需求與質(zhì)量

2.2.1 STPS質(zhì)量需求

軟件質(zhì)量體現(xiàn)了所希望的各種屬性組合的程度[10-11]，通過質(zhì)量屬性來度量。質(zhì)量屬性是系統(tǒng)在其生命周期過程中所表現(xiàn)出來的各種特征。在構(gòu)架設(shè)計過程中應(yīng)考慮質(zhì)量屬性，并通過構(gòu)架實現(xiàn)質(zhì)量需求。質(zhì)量需求是系統(tǒng)對軟件制品進行測試時整體所表現(xiàn)出來的性能。

本文樹立了一個重要的理念：商業(yè)目標(biāo)決定質(zhì)量目標(biāo)。提高系統(tǒng)質(zhì)量的最終目的是為了贏利，而不是創(chuàng)造完美無缺的產(chǎn)品。因此對于普通商業(yè)軟件而言，并不是“質(zhì)量越高越好”，而是恰好讓廣大用戶滿意，并且將提高質(zhì)量所付出的代價控制在預(yù)算之內(nèi)。因此，STPS質(zhì)量屬性通過以下順序獲得：商業(yè)目標(biāo)->用戶需求->構(gòu)架需求->質(zhì)量屬性。STPS系統(tǒng)的四個最重要質(zhì)量屬性需求是：

(1)可管理性：通常是指各組件的工作協(xié)調(diào)和通信的有效管理。它要求測試工作便于人員分工(模塊獨立性、測試工作的負(fù)載均衡、進度安排優(yōu)化、預(yù)防人員流動對測試的影響等)；測試過程便于資源的配置管理，便于控制系統(tǒng)運行、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、錯誤處理及使模塊間通信的簡單等；測試結(jié)構(gòu)要求模塊要大小合理和適度的復(fù)雜等。

(2)高效率：效率包括時間效率與空間效率。在時間效率方面，用戶的響應(yīng)時間要小、吞吐量要大；空間效率方面，運行過程中占用資源要少[12]。高效率通常是指系統(tǒng)的響應(yīng)能力，即對外部刺激(事件)做出反應(yīng)時所需要的時間或在某段時間內(nèi)所處理的事件個數(shù)。這是一個關(guān)鍵的質(zhì)量目標(biāo)，是通過更小的成本實現(xiàn)更有效測試來度量的。

(3)正確性：是指系統(tǒng)按照需求正確執(zhí)行任務(wù)的能力。正確性的語義涵蓋了精確性，正確性無疑是很重要的軟件質(zhì)量屬性。

(4)可更改(可維護)性：它不僅反映了系統(tǒng)適應(yīng)變化的能力，即要求進行快速修改系統(tǒng)并使修改代價盡可能低的能力；而且也反映了系統(tǒng)進行擴展的能力，即它能適應(yīng)更多的測試環(huán)境要求并使結(jié)構(gòu)重新調(diào)整操作的能力。

2.2.2 STPS功能性需求

功能是指系統(tǒng)所能完成的業(yè)務(wù)工作。功能性需求是指系統(tǒng)能夠完成所期望的工作的能力。功能需求往往通過技術(shù)需求分析得到，并由用例來規(guī)范、檢驗和驅(qū)動，由開發(fā)過程及軟件設(shè)計來實現(xiàn)。STPS要實現(xiàn)的功能是要在各子系統(tǒng)及組件的共同作用下，有效地完成測試過程，實現(xiàn)對軟件制品進行所期望的測試。通過分析，STPS必須完成以下功能：

(1)按規(guī)格說明書，完成對軟件制品進行所期望的測試。

(2)對業(yè)務(wù)測試過程進行監(jiān)督、測試結(jié)果進行分析并輸出測試報告。

(3)反饋業(yè)務(wù)的測試結(jié)果，提出改進建議。

質(zhì)量需求與功能需求是正交的，質(zhì)量需求高于功能需求，即質(zhì)量屬性要求高于系統(tǒng)功能(系統(tǒng)能力、服務(wù)和行為)的基本要求。兩者的共同作用實現(xiàn)STPS的目標(biāo)需求并完成其商業(yè)目標(biāo)。

3構(gòu)架解決方案

構(gòu)架是從系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)入手，是系統(tǒng)整體組織結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)的刻畫，能最終實現(xiàn)對不同質(zhì)量屬性的滿足。

3.1參考模型

通過分析STPS組成、工作過程和質(zhì)量需求，可知系統(tǒng)應(yīng)由環(huán)境組件、測試組件和管理控制組件三個相互獨立又相互聯(lián)系的組件(角色)構(gòu)成。每個組件都要被分配功能責(zé)任，并使用其他組件的運行結(jié)果。圖3為STPS參考模型，展示了組件與測試人員和測試過程的交互以及系統(tǒng)的目標(biāo)構(gòu)成。

3.2構(gòu)架結(jié)構(gòu)

構(gòu)架由構(gòu)件組成，是多種結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)構(gòu)架從不同角度觀察所產(chǎn)生的視圖。通過圖3的STPS參考模型，結(jié)合其工作過程，可分析出STPS構(gòu)架應(yīng)由下列結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)。

圖3 STPS參考模型

(1)結(jié)構(gòu)化模型。STPS結(jié)構(gòu)化展示了軟件元素與外部環(huán)境中的元素之間的關(guān)系，它是一種調(diào)用和返回的體系結(jié)構(gòu)[13]。其中，測試結(jié)構(gòu)由多個子模塊和子過程組成，各個部分是一種使用、依賴的過程關(guān)系；環(huán)境與管理控制結(jié)構(gòu)，由多個要素組成，各要素也必須相互協(xié)調(diào)并共同作用。

(2)使用結(jié)構(gòu)。使用結(jié)構(gòu)的思想是：如果過程A的運行必須以過程B的正確運行為前提，則認(rèn)為是過程A使用過程B。使用結(jié)構(gòu)是模塊中的過程，描述了各組件之間在運行時使用關(guān)系，展示了各組件在運行過程中是如何交互來完成任務(wù)的。通過對STPS測試行為過程分析，可知STPS是一種順序批處理構(gòu)架，構(gòu)件及各子組件存在著明顯的使用關(guān)系。

從整體來說，STPS中的測試結(jié)構(gòu)模型是一種分區(qū)結(jié)構(gòu)，是對構(gòu)架的縱向劃分；環(huán)境與目標(biāo)結(jié)構(gòu)模型是分層結(jié)構(gòu)，是對構(gòu)架的橫向劃分。因此，在物理上，STPS是一種“分層+分區(qū)+分層”結(jié)構(gòu)；在邏輯上，STPS又是一種結(jié)構(gòu)化下的使用關(guān)系。

3.3系統(tǒng)構(gòu)架

3.3.1 STPS管理模塊和應(yīng)用模塊

結(jié)構(gòu)化模型就是構(gòu)架模式。STPS可通過二個相互關(guān)聯(lián)但又不相同的結(jié)構(gòu)進行描述，以滿足其質(zhì)量屬性要求。在粗粒度上，可以把STPS結(jié)構(gòu)化模型架構(gòu)樣式分成管理和應(yīng)用兩大部分[14]，如圖4所示。

圖4 測試力系統(tǒng)構(gòu)架樣式

管理部分：用以處理協(xié)調(diào)問題，包括組件的實時調(diào)度、組件之間的同步、從指揮控制臺上對事件進行管理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)完整性等。管理模塊類型中的時間管理是調(diào)度機制的基礎(chǔ)，它負(fù)責(zé)同步、提供時鐘；事件處理器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)模塊及子系統(tǒng)工作；控制管理則負(fù)責(zé)測試全過程質(zhì)量管理；環(huán)境管理則負(fù)責(zé)資源的調(diào)度。

應(yīng)用部分：處理各個系統(tǒng)的運算，對測試系統(tǒng)建模等。其功能由各個子系統(tǒng)和構(gòu)件完成。應(yīng)用模塊類型中的子系統(tǒng)控制器用以將相關(guān)子模塊的一組功能聯(lián)系起來，實現(xiàn)對子系統(tǒng)整體的控制、邏輯交互和通信。子系統(tǒng)控制器必須完成如下的功能：

(1)按照某個事件的響應(yīng)，根據(jù)一組初始化條件，完成自身及各個組件的初始化。

(2)按照對各組件功能的了解，把對故障及參數(shù)的請求路由給各個組件。

3.3.2 組群劃分及分解

將STPS建模問題劃分成更易管理的單位的過程中，測試結(jié)構(gòu)系統(tǒng)成為問題的焦點。由于測試系統(tǒng)受到多個組群的影響，通過做最粗粒度的分解，可將STPS劃分為環(huán)境組群、測試組群、管理組群和控制組群等具體組群，然后再進一步將組群分解為系統(tǒng)，以滿足其質(zhì)量要求。例如通過STPS的結(jié)構(gòu)組成和參考模型，可將測試組群進一步分解成如下的系統(tǒng)：規(guī)劃與準(zhǔn)備系統(tǒng)、測試執(zhí)行系統(tǒng)、監(jiān)督與度量系統(tǒng)、分析與表達系統(tǒng)、結(jié)果與反饋系統(tǒng)。

3.3.3 系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)

最后，可再將系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)，以滿足其功能要求，實現(xiàn)STPS。例如測試執(zhí)行系統(tǒng)到子系統(tǒng)的進一步的分解如圖5所示。

圖5 測試執(zhí)行子系統(tǒng)

通過上面的構(gòu)架過程，已經(jīng)確定了功能的劃分、子系統(tǒng)到子系統(tǒng)之間的控制分配，也確定了子系統(tǒng)之間的聯(lián)系。要完成STPS框架，還需要做如下的工作：

(1)確定測試執(zhí)行系統(tǒng)的組件實例。

(2)采用類似的方法對其他組群、系統(tǒng)和子系統(tǒng)進行分解。

本文定義了軟件測試力概念，提出和分析了STPS體系結(jié)構(gòu)。在軟件過程理論和構(gòu)架技術(shù)的指導(dǎo)下，從質(zhì)量屬性的角度出發(fā)，結(jié)合STPS項目實際，探討了STPS的過程構(gòu)架和軟件構(gòu)架，實現(xiàn)了軟件構(gòu)架技術(shù)在涉及環(huán)境、過程、管理和目標(biāo)等軟硬件結(jié)合系統(tǒng)領(lǐng)域構(gòu)架中的具體應(yīng)用，推動了軟件測試過程及其研究方法的創(chuàng)新實踐。

對STPS進行全面、系統(tǒng)的分析是一個十分復(fù)雜的問題，模型的構(gòu)架也因為涉及到軟硬件結(jié)合的復(fù)雜環(huán)境和較多的目標(biāo)需求而變得困難。因此，本文的研究也顯露了一定的局限性，比如未能構(gòu)架STPS體系中除測試系統(tǒng)以外的其他部分組件及它們之間的聯(lián)系成分；未能對系統(tǒng)構(gòu)架在實現(xiàn)系統(tǒng)質(zhì)量、進度、成本和效率等方面的現(xiàn)實意義作出論證等。但是，通過建立STPS構(gòu)架模型，促進了軟件測試全過程活動的實際研究，為測試過程向系統(tǒng)化、專業(yè)化、高效化方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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