基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法實(shí)現(xiàn)配置管理系統(tǒng)JBCM的研究

1 、引言

配置管理系統(tǒng)是軟件開發(fā)的關(guān)鍵支撐工具之一，是一種管理軟件開發(fā)和維護(hù)過程以及其中各中間軟件產(chǎn)品的系統(tǒng)，是ISO與CMM質(zhì)量保證體系的核心支持工具。配置管理研究怎樣在不同時(shí)刻標(biāo)識(shí)軟件系統(tǒng)的配置，以便系統(tǒng)化地控制配置的改變，并在整個(gè)軟件系統(tǒng)的生命周期內(nèi)維護(hù)配置的完整性和可追蹤性。其中，版本管理是基礎(chǔ)和核心。傳統(tǒng)的版本管理系統(tǒng)以文件作為管理的基本粒度。版本管理系統(tǒng)記錄、維護(hù)每個(gè)文件的演化歷史。在大型軟件開發(fā)中，系統(tǒng)往往包含較多文件，這使得傳統(tǒng)方式版本管理的工作量很大，而且不易于描述文件間內(nèi)在的組合關(guān)系。目前，基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法已成為發(fā)展趨勢。構(gòu)件作為系統(tǒng)的有機(jī)構(gòu)成成分，在物理上可以表現(xiàn)為多個(gè)文件的集合體，而在開發(fā)過程中是作為一個(gè)原子單位使用的。系統(tǒng)的開發(fā)者關(guān)心的是構(gòu)件整體的開發(fā)、演化，組裝和維護(hù)。這種大粒度的開發(fā)方法，對(duì)版本管理提出了新的要求。這些要求包括：

應(yīng)能有效存儲(chǔ)和管理構(gòu)件演化歷史。

操作模型應(yīng)有利于體現(xiàn)構(gòu)件的整體性， 降低系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜程度。

需要保證并行開發(fā)構(gòu)件時(shí)的正確性， 同時(shí)不減少項(xiàng)目組協(xié)同工作的靈活性。

本文研究了構(gòu)件的版本控制策略，提出了基于構(gòu)件的版本管理模型。針對(duì)并行開發(fā)問題，又提出了分別在構(gòu)件和文件粒度上進(jìn)行版本管理和并發(fā)控制的方法。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)產(chǎn)品化的配置管理系統(tǒng)JBCM.該系統(tǒng)既提升了管理的粒度，又能確保團(tuán)隊(duì)開發(fā)具有較好的并行性。

2、 以構(gòu)件為粒度的版本管理

2.1 版本管理系統(tǒng)中的構(gòu)件定義

在基于構(gòu)件復(fù)用的青鳥軟件生產(chǎn)線中，軟件構(gòu)件定義如下： /構(gòu)件是可以被多個(gè)軟件系統(tǒng)復(fù)用的具有獨(dú)立功能的系統(tǒng)構(gòu)成成分0 。構(gòu)件在實(shí)際形態(tài)上可表現(xiàn)為通過目錄結(jié)構(gòu)組織起來的一些文件的集合，并且是系統(tǒng)中可以明確辨識(shí)的構(gòu)成成分。需要指出的是，在以前許多有關(guān)版本管理的文獻(xiàn)中都出現(xiàn)了構(gòu)件的概念，但其中的構(gòu)件一般指的就是文件。本文中的構(gòu)件則是應(yīng)用系統(tǒng)中多個(gè)相關(guān)文件構(gòu)成的一個(gè)邏輯整體，例如一個(gè)類的定義及其實(shí)現(xiàn)，一個(gè)完整的功能模塊等。構(gòu)件版本是構(gòu)件組成文件版本的集合。構(gòu)件版本的變化不僅體現(xiàn)了組成文件的版本變化，同時(shí)也反映了構(gòu)件中文件組成的變化。也就是說，組成文件發(fā)生版本演化，或者增加和刪除構(gòu)件中的文件，都會(huì)引起構(gòu)件版本的演化。在基于構(gòu)件的系統(tǒng)中，文件版本由系統(tǒng)內(nèi)部控制，用戶只關(guān)注構(gòu)件版本，從而提升了管理層次。圖1反映了構(gòu)件版本與文件版本的關(guān)系：

圖 中虛線箭頭表示構(gòu)件和文件與其不同版本的關(guān)系， 實(shí)線箭頭表示構(gòu)件版本由文件版本組成的關(guān)系。從圖中可以看出構(gòu)件的版本2 比版本1 增加了一個(gè)文件3， 而且文件版本也發(fā)生了演化。 構(gòu)件版本的演化與文件版本的演化同步進(jìn)行， 并且隨著文件的版本演化自動(dòng)產(chǎn)生?；谏鲜鰳?gòu)件與文件關(guān)系模型， 提出并實(shí)現(xiàn)了基于構(gòu)件的軟件版本管理系統(tǒng)。

2.2 構(gòu)件的版本管理

（1） 以構(gòu)件為粒度的版本管理特點(diǎn)

與 基于文件的版本管理相比， 基于構(gòu)件的版本管理有以下主要特點(diǎn)：構(gòu)件的抽象級(jí)別比文件高。 構(gòu)件是應(yīng)用系統(tǒng)中可以明確辨識(shí)的構(gòu)成成分。 記錄、維護(hù)構(gòu)件的版本比文件的版本管理更有意義。構(gòu)件的粒度可以比文件大很多。 一個(gè)項(xiàng)目中可能有諸多分布的邏輯單元， 這些邏輯單元與構(gòu)件相對(duì)應(yīng)。構(gòu)件的數(shù)量較少， 而且整體邏輯意義明顯， 可以更清晰地體現(xiàn)項(xiàng)目的演化歷史。 ？ 在構(gòu)件基礎(chǔ)上， 可以體現(xiàn)出系統(tǒng)的層次性、構(gòu)造性等特征。 同時(shí)， 構(gòu)件版本管理也可以滿足對(duì)文件版本的管理需求， 使版本管理既有大粒度， 又有靈活性。

（2） 構(gòu)件版本管理的基本模式

基 于構(gòu)件的版本管理系統(tǒng)采用/ 檢出（ Check Out） 、修改、檢入（ Check In）0 的基本操作模型， 操作的基本單位是構(gòu)件。 使用者需要先將構(gòu)件從版本庫檢出到工作區(qū)， 隨后在工作區(qū)中完成對(duì)構(gòu)件的修改， 最后將修改的結(jié)果檢入版本庫。 構(gòu)件組成文件的增刪以及其中任何一個(gè)文件的修改都被視為對(duì)整個(gè)構(gòu)件的修改。 因此， 作為檢入操作的結(jié)果， 版本管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成構(gòu)件的一個(gè)新版本。 以構(gòu)件版本為粒度的版本管理系統(tǒng)記錄和管理了開發(fā)人員對(duì)構(gòu)件修改的歷史。

（3） 構(gòu)件版本樹

在 基本模式之上， 使用者可以構(gòu)件的某個(gè)版本進(jìn)行分支，建立一個(gè)新的開發(fā)流， 以適應(yīng)不同的開發(fā)需求。 構(gòu)件多個(gè)分支還可以進(jìn)行合并。 由此， 一個(gè)構(gòu)件的所有版本構(gòu)成了一棵版本樹。 構(gòu)件版本樹是系統(tǒng)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行版本管理的基礎(chǔ)。構(gòu)件的版本樹是由版本管理系統(tǒng)維護(hù)， 系統(tǒng)需要提供比較完善的版本名自動(dòng)生成與管理機(jī)制。 其基本原則是：無沖突地表示整棵版本樹； 有效的區(qū)分版本名與分支名；有利于體現(xiàn)構(gòu)件的開發(fā)過程。

圖2 構(gòu)件版本樹

圖2 是采用的一種比較實(shí)用有效的版本樹命名方法。 版本11 0 為構(gòu)件的初始版本， 實(shí)心節(jié)點(diǎn)為分支點(diǎn)。 版本11211121 210 與版本11 21 213 合并后形成版本1121 214.

3、 以文件為基本粒度實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制

311 版本控制與并發(fā)控制單位的分離

版本管理系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)項(xiàng)目組共同開發(fā)軟件系統(tǒng)提供管理支持。 多個(gè)開發(fā)人員可以分工開發(fā)不同構(gòu)件， 也可以同時(shí)開發(fā)同一構(gòu)件。 為了保證協(xié)同開發(fā)的安全性和正確性， 必須解決構(gòu)件開發(fā)過程中的并發(fā)控制問題。

在基于文件的版本管理系統(tǒng)中， 版本控制與并發(fā)控制的基本單位都是文件。 使用者可以在檢出時(shí)對(duì)文件加鎖， 防止其它用戶對(duì)該文件進(jìn)行修改； 檢入時(shí)， 在生成文件新版本的同時(shí)， 要對(duì)文件解鎖。 而在基于構(gòu)件的版本管理系統(tǒng)中， 如果把并發(fā)控制的單位定為構(gòu)件， 在需要修改時(shí)對(duì)構(gòu)件加鎖， 會(huì)造成其他使用者無法同時(shí)修改構(gòu)件和構(gòu)件中的任何文件。 因此， 提出并實(shí)現(xiàn)了以構(gòu)件為版本控制單位， 以文件作為并發(fā)控制單位的管理方法。

3.2 文件的操作模式與并發(fā)控制

在實(shí)現(xiàn)基于構(gòu)件的版本管理系統(tǒng)中，構(gòu)件是版本控制單位，而并發(fā)控制則在構(gòu)件內(nèi)部的文件級(jí)別上進(jìn)行管理。對(duì)于一個(gè)構(gòu)件，使用者可設(shè)定其中文件的操作模式，由此來控制相關(guān)文件的加鎖活動(dòng)。

文件的操作模式可以分為三種： /只讀0、/排它寫0和/共享寫0、/只讀0表示對(duì)文件不加鎖，使用者也不能對(duì)文件進(jìn)行修改，使用者可以使用/只讀0模式來瀏覽文件； /排它寫0表示對(duì)文件加鎖，使用者可以對(duì)文件進(jìn)行修改，但不允許其他使用者同時(shí)進(jìn)行修改，這樣可以保證對(duì)同一文件的修改是串行化的； /共享寫0則表示對(duì)文件不加鎖，使用者可以對(duì)文件進(jìn)行修改，而且允許其他使用者同時(shí)對(duì)同一文件進(jìn)行修改。雖然/共享寫0模式可以提高并發(fā)程度，但會(huì)帶來多個(gè)用戶修改結(jié)果互相沖突的問題。版本管理系統(tǒng)可以分析這種沖突，并提示用戶進(jìn)行相應(yīng)的合并處理，由此解決了文件內(nèi)容的一致性問題。

在構(gòu)件的修改過程中，文件的操作模式是可以隨時(shí)改變的。例如，使用者先用只讀模式檢出構(gòu)件中的各個(gè)文件，而在要修改文件時(shí)，可將需修改文件的操作模式改為/排它寫0或/共享寫0，然后修改。完成了對(duì)構(gòu)件中所有相關(guān)文件的修改，也就完成了對(duì)構(gòu)件的修改。這時(shí)檢入修改后的構(gòu)件，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生該構(gòu)件的一個(gè)新版本。如果在使用者檢入之前另一使用者已檢入了構(gòu)件的另一新版本，該使用者就需要先進(jìn)行更新操作，系統(tǒng)會(huì)將構(gòu)件最新版本拿到工作區(qū)，與該使用者修改過的版本進(jìn)行合并后才能檢入。使用者對(duì)文件操作模式的修改必須滿足一定的條件。具體轉(zhuǎn)換條件見圖3.

3.3 文件的操作權(quán)限管理

操作權(quán)限用于管理特定用戶對(duì)構(gòu)件中文件的使用權(quán)限，分為/只讀0和/可寫0兩種。它控制的是用戶對(duì)文件的操作能力。用戶操作模式是用戶檢出構(gòu)件時(shí)對(duì)文件的實(shí)際操作。用戶操作模式不能超過操作權(quán)限。例如，擁有/只讀0權(quán)限的用戶只能用/只讀0模式檢出文件，擁有/可寫0權(quán)限的用戶才可以用/只讀0、/排他寫0和/共享寫0模式修改文件。操作權(quán)限與操作模式一樣，都是針對(duì)構(gòu)件中的文件。通過操作權(quán)限的管理，可以劃分不同用戶對(duì)同一構(gòu)件所承擔(dān)的工作任務(wù)。操作模式和操作權(quán)限相結(jié)合，有效地解決了多個(gè)用戶協(xié)同開發(fā)同一個(gè)構(gòu)件時(shí)的并發(fā)控制問題。

圖3 各種文件操作模式間的轉(zhuǎn)換

4、 基于構(gòu)件的版本管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在上述研究基礎(chǔ)之上，研制了青鳥配置管理系統(tǒng)JBCM的核心部分?；跇?gòu)件的版本管理系統(tǒng)JBVM. JBVM對(duì)基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法提供了充分支持，其最主要的特點(diǎn)是將構(gòu)件與文件版本管理分布于兩個(gè)不同層次，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面也就具有相應(yīng)的層次性。本節(jié)主要討論設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題及其解決策略。

4.1 版本庫的組織結(jié)構(gòu)

版本庫是構(gòu)件版本演化歷史的存儲(chǔ)區(qū)。版本庫中記錄的數(shù)據(jù)分為版本構(gòu)件和元數(shù)據(jù)兩類。版本構(gòu)件是用戶交付的各類構(gòu)件，由于同時(shí)具有版本信息，故稱為版本構(gòu)件。元數(shù)據(jù)是管理系統(tǒng)維持自身運(yùn)行所需的各種控制文件與完成各種版本管理功能所需的信息，包含日志、用戶管理、并發(fā)控制、權(quán)限控制、操作模式、統(tǒng)計(jì)與審計(jì)等信息。

圖4 版本庫的層次結(jié)構(gòu)

版本管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容包括版本庫的組織、結(jié)構(gòu)與維護(hù)。 版本庫的組織結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)層次： 項(xiàng)目層和構(gòu)件層。對(duì)于系統(tǒng)開發(fā)人員來說， 版本庫中的項(xiàng)目可以與系統(tǒng)開發(fā)中的工作劃分相對(duì)應(yīng)， 一個(gè)軟件系統(tǒng)的整體或子系統(tǒng)都可以作為一個(gè)項(xiàng)目。 而構(gòu)件對(duì)應(yīng)于軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最低層的不可再分的基本邏輯單元， 可以是系統(tǒng)開發(fā)過程中需要作為一個(gè)整體的文件集合， 例如用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)C+ + 類的所有。 cpp 和。 h文件。 下面是版本庫的一個(gè)簡化結(jié)構(gòu)示例圖。 在項(xiàng)目a（ 用a.Prj 表達(dá)） 下， 有c 和d 兩個(gè)構(gòu)件（ 用c. Comp 和d. Comp 表達(dá)） ，而c 構(gòu)件由e. cpp、f. h 和一個(gè)g 目錄組成。 TempFile 是版本庫的臨時(shí)文件存儲(chǔ)區(qū)。

4.2 構(gòu)件的增量存儲(chǔ)

構(gòu) 件的不同版本間具有較大的內(nèi)容相似性， 不同版本的存儲(chǔ)有必要使用增量存儲(chǔ)方式， 以減少存儲(chǔ)冗余。 在傳統(tǒng)的文件版本管理系統(tǒng)中， 已較深入地研究了文件的增量存儲(chǔ)技術(shù)， 有實(shí)際的算法及實(shí)現(xiàn)， 如最長公共子序列算法［ 5］ 等。 根據(jù)基于構(gòu)件的版本管理的特點(diǎn)，提出了按構(gòu)件和文件兩個(gè)層次分別進(jìn)行增量存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)方案：

（ 1） 對(duì)于構(gòu)件中具體文件的修改， 使用傳統(tǒng)的文件逆向增量存儲(chǔ)技術(shù) ， 保存最新文件版本與增量部分。

（ 2） 構(gòu)件的版本由附屬目錄及文件的版本組成。 構(gòu)件的增量存儲(chǔ)體現(xiàn)在版本中記錄的是相比前一版本組成成分的不同部分。

（ 3） 對(duì)于文件和構(gòu)件存在多個(gè)分支的情況， 對(duì)各分支獨(dú)立進(jìn)行增量式存儲(chǔ)。 保存每個(gè)分支上的最新版本和其他版本相對(duì)于各自后一版本的增量。

4.3 構(gòu)件版本的比較與合并

構(gòu)件演化過程中會(huì)產(chǎn)生多個(gè)分支，各分支都會(huì)實(shí)現(xiàn)一些不同于其他分支的新特性。有時(shí)需要將這些特性都合并到一個(gè)版本中。為了保證在多個(gè)用戶協(xié)同工作時(shí)的正確性，也經(jīng)常需要合并多個(gè)用戶分別修改過的構(gòu)件版本。構(gòu)件不同版本的合并采用如下策略：不同版本添加的文件有選擇地添加到合并版本中，修改過的文件逐一進(jìn)行合并。

構(gòu)件版本的比較是版本合并的基礎(chǔ)。在合并之前，可以通過構(gòu)件版本的比較得到不同版本間的差異。除此之外，為了查看構(gòu)件的演化歷史，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的變化與過程控制，也需要比較構(gòu)件的新老版本；在基于構(gòu)件的版本管理系統(tǒng)中，構(gòu)件版本的比較分為兩個(gè)層次。底層是文件級(jí)的比較，通過比較不同版本文件的具體內(nèi)容，得到文件內(nèi)容的差異。上層是構(gòu)件級(jí)的比較，通過比較構(gòu)件不同版本組成成分，來獲取構(gòu)件整體的變化情況。在JBVM系統(tǒng)中，通過構(gòu)件級(jí)別上的比較則可分析出構(gòu)件的不同版本各自包含哪些文件，以及分別對(duì)哪些文件進(jìn)行了修改。

5、 結(jié)束語

本 文著重討論了基于構(gòu)件的軟件版本管理模型， 以及相應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 基于構(gòu)件的思想不僅可以應(yīng)用于版本控制， 配置管理中的其它功能， 例如配置支持、構(gòu)造支持、審計(jì)控制、統(tǒng)計(jì)報(bào)告、過程支持和團(tuán)隊(duì)支持等方面都可以建立在構(gòu)件的基礎(chǔ)上。 我們將進(jìn)一步研究以構(gòu)件為粒度配置支持、構(gòu)造支持和變化控制方法。

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