基于CMMI的軟件度量分析框架的研究應用

1、 基于CMMI的軟件度量分析框架的研究應用摘要：度量是保證軟件產品質量的基本手段。本文通過對度量技術的分析研究，結合cmmi模型度量與分析過程域標準，提出了一套基于cmmi的軟件度量分析框架。這套框架可以幫助軟件組織從沒有度量活動逐步發(fā)展為基于數(shù)據(jù)進行管理決策及改進的高成熟度軟件組織。關鍵詞：cmmi軟件過程度量量化管理1 概述為了提高軟件產品的質量，唯一的方法是通過提高軟件研發(fā)過程的質量來帶動軟件產品質量的提高。軟件過程管理是指成功地對軟件產品和對強化軟件系統(tǒng)的開發(fā)、維護和支持活動的工作過程進行管理。軟件度量是對軟件開發(fā)項目、過程及其產品進行數(shù)據(jù)定義、收集、分析的量化過程，目的在于對此加以理

2、解、預測、評估、控制和改善。通過軟件度量可以改進軟件開發(fā)過程，促進項目成功，開發(fā)高質量的軟件產品。采用何種方法對軟件過程進行度量是軟件組織面臨的難點。本文介紹了一套使用有效的基于cmmi的軟件度量分析框架可以有效指導組織開展度量活動。2 分析2.1 cmmi中的度量與分析cmmi是美國卡內基梅隆大學軟件工程研究所應美國聯(lián)邦政府的要求，于1991年開始開發(fā)并持續(xù)完善的一種用于評價軟件開發(fā)組織能力并幫助其改善質量的方法、模型。cmmi模型中把度量放在了一個重要的位置，cmmi模型按成熟度分為5個等級，各級別中對度量與分析的要求都有所不同。2.1.1 在cmmi二級中為度量建立了一個獨立的過程域-度

3、量與分析。明確提出：度量和分析的目的在于開發(fā)和維護用于支持管理信息需要的度量，以便支持對管理信息的需要，在這一過程域上度量的關注點集中在單個的項目上。2.1.2 cmmi三級中，度量上升到組織級。包括了項目級度量和組織過程級度量。首先，要將度量活動制度化為組織級過程。其次，要建立組織級的度量數(shù)據(jù)庫，對組織從各項目收集的度量數(shù)據(jù)進行管理。項目級根據(jù)組織級標準度量體系進行裁剪，定義出項目級度量計劃。cmmi3級的度量活動是cmmi四級實施的基礎。2.1.3 cmmi四級中對度量進行更加細致的規(guī)范。在cmmi四級中，需要使用統(tǒng)計學的相關方法和工具進行定量的分析。組織級利用積累的歷史數(shù)據(jù)建立組織過程性

4、能基線和過程性能模型。一個軟件組織如果達到了cmmi四級，則表明該組織已經建立了關于產品質量、服務質量以及過程性能的定量目標，運用統(tǒng)計技術和其他定量技術對各過程實施進行控制，并且把這些定量目標作為判斷過程管理成功與否的標準。2.1.4 cmmi五級中，為了實現(xiàn)商業(yè)目標，組織已經建立了有效地、不斷地、系統(tǒng)地過程改進體系。用度量識別軟件組織的軟件過程改進機會、建立量化的組織軟件過程改進目標和評價過程改進的效果。管理人員有能力估計及定量跟蹤變化的影響和效果。2.2 cmmi度量與分析過程域cmmi中，度量與分析過程域有兩個特定目標（special goal，簡稱sg）和8個特定實踐（special

5、practice，簡稱sp），圖1是度量和分析過程域的語境圖。3 實現(xiàn)基于對cmmi中度量與分析過程域的研究，以及cmmi各成熟度級別對度量與分析活動的要求，建立如圖2所示的軟件度量和分析過程：定義度量、實施度量、分析數(shù)據(jù)、改進過程、控制過程。3.1 定義度量度量策劃步驟如圖3所示，主要有：獲取商業(yè)目標、明確組織目標和項目目標、識別關鍵過程、選擇定義度量等活動。3.1.1 確定目標首先，要明確實施度量是為了支持組織商業(yè)目標。組織的商業(yè)目標通常會關注：產品具有的功能、產品和服務的質量、盈利能力、產品開發(fā)周期、市場份額、顧客滿意度、組織形象和信譽等。組織的戰(zhàn)略計劃、經營計劃和過程改進計劃都從不同側

6、面反映了組織的商業(yè)目標。其次，由商業(yè)目標，能夠分解出軟件組織目標。某些商業(yè)目標可以直接傳遞給軟件組織；還有一些目標，可以分解轉化成軟件組織的相關目標；還有些商業(yè)目標與軟件組織沒有任何關系。最后，組織的目標通常會分解到各個項目上，項目的目標會更加詳細和具體。項目目標反映了相關方對項目的特定要求。不同的項目會有不同的項目目標，常見的項目目標有：進度偏差率、估算偏差率、生產率、滿足相關需求、缺陷密度、達到客戶滿意等。不是所有項目目標都要進行關注。根據(jù)組織管理的要求和項目需求，將項目目標排列優(yōu)先級順序，選擇幾個關鍵目標進行監(jiān)控。項目目標應當記錄到項目計劃書中。3.1.2 識別關鍵過程識別關鍵過程從識別

7、關鍵因素和識別關鍵過程兩方面展開。首先，關鍵因素決定了既定目標的達成。因而主要分析影響戰(zhàn)略目標的各種因素和影響這些因素的子因素。識別時通常有效的做法是進行一次專題討論會或頭腦風暴。關鍵因素不是越多越好，經驗證明，大多數(shù)組織有46個關鍵成功因素。其次，關鍵過程是對項目或組織目標的實現(xiàn)影響最大的過程。一般，通過一個關鍵成功因素可以直接找到一個或多個關鍵過程。然而也存在一些因素，需要執(zhí)行某些分析才能識別關鍵過程。應當將重點放在識別關鍵的以定義軟件過程上。同時，還要識別那些未定義實施的關鍵過程?？煽紤]的過程有：曾出過問題的；跨部門的；首次使用新技術；超工作負荷的。還可以從軟件開發(fā)生命周期中涉及到的4個

8、過程域（項目管理、工程管理、過程管理、支持域）中識別。需要注意：關鍵過程會隨著時間段的不同或在開發(fā)過程進展情況而有所不同。識別了關鍵過程后，要為每個過程設置執(zhí)行目標，并找出可能阻礙目標實現(xiàn)的關鍵問題。過程執(zhí)行目標通常與成本、質量或進度相關。3.1.3 選擇和定義度量3.1.3.1 選擇度量gqm方法確定度量使用gqm（goal-question-measure）23方法，即通過設立目標、提出問題、回答問題、選定度量三個步驟來確定選擇什么度量。gqm法舉例：目標：上線前返工成本降低35%。問題：識別在需求評審、測試發(fā)現(xiàn)缺陷、并解決的平均成本是多少？度量：質量成本（需求評審成本+測試成本+返工成本

9、）/缺陷數(shù)。過程中的度量實體關鍵過程中：過程所接收事物、過程自身的產出事物、過程的一些活動、過程中消耗的事物，以及作為過程的結果而保留的事物都是度量實體，度量實體有：規(guī)模、工作量、進度、缺陷、需求變更、成本等。表1是實體和屬性示例。3.1.3.2可操作定義制定可操作定義時應遵守三個原則：可以傳達、可重復性、可跟蹤性。為每個度量制定的可操作定義應該包括內容如下表所示：3.1.3.3把度量活動集成到過程度量是一個成熟軟件過程的重要組成部分。需要將定義的度量融入軟件開發(fā)周期恰當?shù)母鱾€階段和過程中。分析現(xiàn)有的度量活動和數(shù)據(jù)對組織當前的度量狀況進行分析，建立以后工作的基線(baseline)作為度量的起

10、點。分析內容有：需要哪些數(shù)據(jù)？哪些數(shù)據(jù)已被組織標準過程定義的度量所收集？如何采集？哪些過程提供了這些數(shù)據(jù)？這些數(shù)據(jù)是如何被保存和報告的？判斷哪些度量和過程可滿足可操作定義的要求？哪些度量要被替換或修改？需要新增哪些過程等。策劃實施行動利用分析結果，判斷實施新的度量需要進行的活動包括對現(xiàn)有實踐的修改和新活動的開發(fā)。定義實施度量的過程應覆蓋以下內容：a收集、存儲、分析和報告數(shù)據(jù)的相關責任人；b應怎樣收集數(shù)據(jù)；c數(shù)據(jù)收集頻度、在過程的哪些點進行度量；d應怎樣分析和報告數(shù)據(jù)；e誰是使用分析數(shù)據(jù)和結果的人員；f用于收集、存儲、分析、報告分析數(shù)據(jù)的工具；g怎樣存儲數(shù)據(jù)，包括：數(shù)據(jù)存儲需求、數(shù)據(jù)大小和格式、

11、訪問權限。3.2 實施度量一旦定義好了度量和度量計劃，并建立了組織度量庫，就可以進行數(shù)據(jù)收集和檢驗工作了。3.2.1 收集數(shù)據(jù)最好的數(shù)據(jù)收集過程，就是將數(shù)據(jù)收集過程與其它日常過程相組合。向那些提供數(shù)據(jù)和報告數(shù)據(jù)的人提供簡明、清晰的指導的數(shù)據(jù)收集說明書，包括以下內容：負責記錄度量的人和組織、度量時機和方法、數(shù)據(jù)的類型和格式、可接受的值或值的范圍、記錄數(shù)據(jù)的機制及工具。3.2.2 檢驗數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)進入度量庫之前必須經過檢驗。在盡可能靠近數(shù)據(jù)源的位置進行數(shù)據(jù)的完整性檢查，以盡早識別錯誤、確定遺漏數(shù)據(jù)的來源。軟件組織需要準備一些度量工作指南，指導提供數(shù)據(jù)的人能正確理解數(shù)據(jù)收集活動的目的以及對他們的期

12、望，以改善數(shù)據(jù)的準確和可靠程度。3.2.3 管理數(shù)據(jù)3.2.3.1 組織度量庫組織必須建立和維護組織度量庫，用來管理度量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的硬拷貝收集方式只能滿足簡單度量活動。當數(shù)據(jù)量日益增多，需求日益復雜時，必須使用關系數(shù)據(jù)庫建立組織度量庫以滿足需要。組織度量庫的設計和使用依賴于度量定義。當建立組織度量庫時，必須為輸入、維護和訪問數(shù)據(jù)制定說明書和界面。為保證數(shù)據(jù)只被收集一次，則先收集項目數(shù)據(jù)，在項目里程碑總結或者項目結項總結時，再將組織級需要的項目數(shù)據(jù)輸入到組織度量庫中。3.2.3.2 存儲數(shù)據(jù)依據(jù)度量計劃中已制定的存儲規(guī)程，將收集并經過驗證的數(shù)據(jù)存儲到組織度量庫中。存儲的內容應該恰當?shù)谋唤M織和個人

13、使用，可以采取的措施有：由指定的數(shù)據(jù)存儲負責人控制對數(shù)據(jù)的存儲；只存儲基礎度量；給使用數(shù)據(jù)的相關人員進行培訓；設置數(shù)據(jù)使用的權限。3.2.3.3 分析數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)包括組織和總結數(shù)據(jù)以及尋找模式、趨勢，以及關系，分析過程中的各項活動。用于分析和理解數(shù)據(jù)的方法和技術很多，要為每個度量確定適合且有意義的分析方法或技術。常用度量分析技術包括：表現(xiàn)技術，如：散點圖、趨勢圖、因果圖、直方圖、bar圖、佩爾托排列圖等；描述統(tǒng)計，如算術法、中值法和取模方法、avdot；抽樣統(tǒng)計的取樣標準、假設檢驗；分析過程行為，如spc技術。3.3 改進過程根據(jù)分析結果進行過程改進是度量過程中顯示效果的關鍵步驟。改進過程的主

14、要工作包括：確定問題的根本原因；驗證解決方法；把解決方案程序化等。在改進階段，需要確定可能的解決方案，通過分析并考慮成本和收益的問題來挑選最優(yōu)的解決方案。3.3.1 確定過程性能基線通過統(tǒng)計過程控制，可以判斷過程是否處于受控狀態(tài)，當過程處于受控狀態(tài)時，就可以計算過程性能基線(process performance baseline，簡稱ppb)。當前的過程能力離這個基線有一定距離時，就需要不斷改進過程。3.3.2 根據(jù)分析結果，進行過程改進在過程改進階段，ppb發(fā)揮著重要的作用，它有助于過程分析及改進。通過分析ppb隨時間的變化趨勢可測量過程的改進并尋求過程改進的時機及方向。3.4 控制過程控

15、制過程的主要目的是讓過程改進方案成為組織標準過程進行推廣，避免人員和過程回到舊的程序上。在控制階段，組織需要制定過程監(jiān)控程序，通過控制圖來判斷過程是否受控，通過ppb判斷組織過程性能是否提升。當組織識別出新的目標時，就要按照組織的新目標定義新的度量。重新回到定義度量的活動上。4 小結本文作者結合多年來在實際軟件過程改進工作中的經驗，基于大量項目實踐后，總結并提出“基于cmmi的軟件度量分析框架”。這套框架解決了組織如何度量的難題，有效指導組織建立度量過程、定義度量活動、收集過程數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)分析、改進和控制過程。該框架已在公司過程改進中發(fā)揮重要作用，幫助企業(yè)順利通過cmmi4級認證，證明是行之有效的。參考文獻：1carnegie mellon sei. cmmi?誖for development，version 1.2z.carnegie mellon university. 2006.8：101-514.2john mcgarry等著. 吳超英，廖彬山譯. 實用軟件度量. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.3norman e.fenton，sharing lawrence pfleeger著.楊海燕，趙魏，張力譯.軟件