摘  要： 在深入研究軟件測試過程和技術(shù)實踐的基礎(chǔ)上,，提出了軟件測試力概念，構(gòu)建了軟件測試力系統(tǒng)(STPS)體系結(jié)構(gòu),。以此為基礎(chǔ),，通過分析STPS關(guān)鍵需求，確立系統(tǒng)的質(zhì)量因素,，構(gòu)架了基于質(zhì)量屬性的STPS結(jié)構(gòu)模型,。從而實踐了構(gòu)架技術(shù)與行業(yè)實際的有效結(jié)合，促進了軟件構(gòu)架技術(shù)在軟硬件融合的系統(tǒng)構(gòu)架中的應(yīng)用,，為進一步研究STPS高效的運行機理奠定了基礎(chǔ),。  
關(guān)鍵詞： 軟件測試；軟件構(gòu)架,；軟件質(zhì)量,；質(zhì)量屬性；軟件測試力系統(tǒng),；構(gòu)件

　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(Software Testing Power 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),。
　(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),。
　(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。

　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,。

　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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