軟件及其特點毛新軍國防科技大學計算機學院xjmao@軟件工程內容軟件軟件的概念、特點、組成及生命周期開源軟件開源軟件實踐，托管平臺和社區，開源許可證軟件質量軟件質量要素及模型軟件特征的變化地位、運行環境、形態、復雜性建設狗窩和建設大廈的區別建設狗窩的特點簡單質量要求不高一個人就可完成建設大廈的特點復雜質量高要求很高需要團隊合作才能完成簡單、小規模程序規模在萬行代碼量復雜、大規模程序數十萬行以上代碼量1.1從程序到軟件-工程開發的啟發應用(如火車票購買、酒店預訂、網上購物)編寫程序通過一個步驟就將程序寫出來不現實了解需求設計圖紙進場施工采用工程化的方法來解決工程開發的問題編寫出程序需要經歷諸多的步驟應用(如火車票購買、酒店預訂、網上購物)分析軟件需求設計軟件系統編寫程序代碼文檔數據代碼不可或缺相互依存要編寫出高質量的程序需要循序漸進地開展工作運行維護程序1.2何為軟件?軟件(Software)是指在計算機系統的支持下，能夠完成特定功能與性能的程序(Program)、數據(Data)和相關文檔(Document)

文檔數據代碼++從開發的角度看軟件的構成軟件制品(SoftwareArtifact)何為文檔?記錄軟件開發活動和階段性成果、軟件配置及變更的闡述性資料定義和理解軟件記錄軟件開發成果輔助不同人員間的交流有哪些方面的文檔軟件需求文檔–記錄需求軟件設計文檔–記錄設計軟件測試文檔–記錄測試軟件用戶手冊–記錄使用……闡述性資料為什么需要文檔?原因軟件開發牽涉多方面的工作，需要記錄下來任何事都記在腦子里，記不住，不便于保存任何事都放在腦子里，理不清，不便于分析任何事都存在腦子里，講不明，不便于交流編寫文檔目的闡述清楚：內容、邏輯性、條理性發現問題：完整、一致、矛盾開展交流：便于各種人員的交流促進管理:管理軟件開發成果編碼活動的成果記錄為程序代碼其他活動的成果記錄為軟件文檔示例：軟件設計文檔空巢老人智能看護系統設計文檔何為數據？數據是程序的加工處理對象和結果需要處理哪些數據如何來獲得這些數據如何來表示這些數據如何來存儲和檢索數據如何來傳輸數據網上商城中的手機及其數據數據示例數據形式用戶、訂單、交易、日志數據數據處理表示、獲取、存儲、檢索、分析軟件運行的本質就是對數據的處理，有些數據是用戶提供的，有些數據是軟件產生的思考和討論：12306軟件的數據哪些數據是由用戶提供的？以用戶注冊和購票為例哪些數據是由軟件產生的？以用戶注冊和購票為例沒有數據軟件會怎么樣？從開發者的角度看軟件的構成可執行部分不可執行部分文檔數據數據文檔程序構成軟件的三類成分作用不同，但都不可或缺1.3軟件概念給我們的啟示軟件程序軟件涉及更多制品這些制品間有關聯、相互依賴開發軟件編寫程序軟件開發需要做更多事情對軟件提出更高的要求軟件開發的再認識開發具有一定規模和復雜性的軟件系統與編寫一個簡單的程序不一樣建設簡單平房vs建設高樓大廈挖一條小溝vs建設一條南水北調渠道軟件的規模和復雜性意味著要采用行之有效的方法—工程方法何為工程化方法？開發軟件vs編寫程序1.4軟件生命周期萬物均有生命周期(Lifecycle)人：嬰兒、幼兒、兒童、少年、…樹：發芽、育苗、結果、枯萎、死亡、….青蛙：受精卵、蝌蚪、去掉尾巴的青蛙…軟件生命周期(SoftwareLifecycle)軟件從提出開發開始到最終滅亡所經歷的時期不同階段具有不同的特征?CopyrightXinjunMao16軟件生命周期(1/2)從提出開發開始到開發出系統、運行維護以及最終退役的全過程軟件的生命周期(2/2)每個階段會產生不同的軟件制品What軟件需求是什么How如何構造出軟件How編寫程序代碼軟件是否缺陷部署軟件運行軟件的本質軟件的目的性：服務于客戶或用戶，滿足他們的要求軟件的組成性：程序+文檔+數據軟件的系統性：軟件是一類系統，有諸多相關聯的要素軟件的駐留性：依賴于計算系統的軟硬件設施來支撐運行示例：軟件的駐留性和系統性1.5軟件特點邏輯性邏輯產品，思維活動（而非物理活動）的結果、不會磨損和老化設計開發是設計開發而成的，不是生產制造而成的易變性需求經常變、難以把控，影響軟件的制品即開發過程復雜性規模大：代碼行、模塊、介入人員、進程、數據等數量非常大運行復雜：狀態很難追蹤和復現缺陷的隱蔽性缺陷隱藏在邏輯代碼中，不像硬件系統那樣直觀顯現，很難被人們所發現和排除討論：對比軟件和硬件對比軟件和硬件的特點表現形式開發范式需求變化復雜性系統缺陷軟件系統硬件系統vs軍用軟件的特殊性運行環境更復雜和多樣與物理系統(如飛機)緊密聯系在一起對實時性和質量(如可靠性)提出更高要求對自身防護能力(如安全性)提出更高要求需具備更強的靈活性、適應性和健壯性軍用軟件：導彈中的飛行控制軟件、指揮信息系統、后勤保障軟件等1.6軟件的分類應用軟件面向特定應用領域的專用軟件。它們針對相關行業和領域的特定問題，為其提供基于計算的新穎解決方案。示例：淘寶、12306、攜程、微信、QQ等軟件系統軟件對計算機資源進行管理，為應用軟件的運行提供基礎設施和服務的一類軟件。從計算服務的視角，系統軟件介于計算機硬件和應用軟件之間。示例：操作系統、數據庫管理系統、編譯軟件、軟件中間件等支撐軟件輔助軟件開發和運維，幫助開發人員完成軟件開發和維護工作的一類軟件示例：SonarQube、VisualStudio、Eclipse等軟件的分類類別服務對象軟件的功能發揮的作用應用軟件行業和領域應用的用戶為特定行業和領域問題解決提供基于軟件解決方案，創新應用領域的問題解決模式提供更為便捷、快速、高效的服務系統軟件各類應用軟件為應用軟件運行和維護提供基礎設施和服務，如加載、通訊、互操作、管理等作為應用軟件的運行環境支撐軟件軟件開發者和維護者為軟件系統的開發和維護提供自動和半自動的支持提高軟件開發效率和質量討論：你所知道的各類軟件系統系統軟件應用軟件支撐軟件內容軟件軟件的概念、特點、組成及生命周期開源軟件開源軟件實踐，托管平臺和社區，開源許可證軟件質量軟件質量要素及模型當前軟件特征的變化地位、運行環境、形態、復雜性*2.1閉源軟件何為閉源軟件軟件代碼不對用戶開放的一類軟件，購買軟件時只提供可運行軟件或服務，沒有提供源代碼以許可證（License）的方式授權用戶使用軟件閉源軟件帶來的問題無法掌握軟件內部實現情況（如是否存在安全漏洞和惡意代碼），也無法對軟件進行修改和完善，極大影響了開發者的創新自由示例微軟的Windows、Office軟件，典型企業：微軟、IBM、Oracle等2.2開源軟件何為開源軟件一種源代碼可以自由獲取和傳播的計算機軟件，其擁有者通過開源許可證賦予被許可人對軟件進行使用、修改和傳播海量、高質量和有影響力的開源軟件操作系統Linux、Ubuntu、麒麟、鴻蒙、OpenEuler等數據庫系統MySQL、PostgreSQL、MongoDB、Redis等開發平臺Eclipse、Junit、SonarQube、Kubernetes等人工智能Tensorflow、Opencv、Caffe、Deeplearning4j等網絡安全Nmap、curityOnion、Suricata、Bro等……你能枚舉出其他的開源軟件嗎？開源軟件正逐步替代閉源軟件服務器操作系統領域Linux、FreeBSD等==》Unix桌面操作系統領域Linux、麒麟等==》Windows操作系統數據庫領域MySql、PostgreSQL等==》Oracle、DB2瀏覽器領域Chrome、Firefox等==》IE、開發工具領域Eclipse、Sonar等

==》VisualStudio開源軟件與閉源軟件的對決你能枚舉出其他方向的開源軟件與閉源軟件的對決快速增長的開源軟件數量Github上的開源軟件倉庫()2023年Github上有3億多的開源軟件倉庫開源軟件帶來的好處源代碼可自由傳播免費使用降低成本激發創作者的熱情快速開發搭建系統開源軟件的推動者政府組織NASA開源200多軟件項目，美國和印度等政府鼓勵采用開源軟件我國政府將開源列入十四五國民經濟和社會發展五年規劃綱要開源組織Apache基金會、Linux基金會、Eclipse基金會、OpenSourceInitiative開放原子開源基金會（

）IT企業Google、Microsoft、IBM、Oracle等國外企業以及華為、騰訊、阿里巴巴、百度、浪潮、聯想等國內企業軟件開發者LinusTorvalds，Github上有6500多萬的程序員Apache軟件基金會組織特點成立于1999年的非盈利性組織所管理的開源軟件項目都遵循Apache許可證組織構成管理有約2.27億行代碼和350多個開源軟件項目擁有800多名基金會成員，4萬多代碼貢獻者，48萬個體代表性開源軟件ApacheHTTPServer、Derby、Hadoop、Lucene、Tomcat、Ant、Maven等Google主導的開源軟件項目移動操作系統Android機器學習系統TensorFlow容器集群管理系統Kubernetes網站前端開發工具集MDLWeb前端框架Angular基于Chrome瀏覽器的開發環境SparkJava常用庫Guava、Java編譯器Traceur…..開放原子開源基金會

2020年6月在北京成立，由阿里巴巴、百度、華為、浪潮、360、騰訊等多家龍頭科技企業聯合發起開源項目孵化平臺科技公益性服務機構打造開源開放框架搭建國際開源社區典型的開源項目OpenHarmony（華為）TencentOSTiny（騰訊）……

/思考和討論開源軟件會帶來什么好處？為什么那么多的企業和個人關注和參與開源軟件？開源軟件是如何開發出來的？2.3開源軟件托管平臺托管服務創建軟件倉庫支持協同開發軟件質量保證……代表性托管平臺GithubSourceForgeGitee……開源軟件托管平臺-GithubGithub是全球最有影響力的開源軟件托管平臺，目前由微軟負責經營

開源軟件托管平臺-SourceForge一個有影響力的開源軟件開發平臺和倉庫，為開源軟件提供存儲、協作和發布的支持

開源軟件托管平臺-Gitee中國的開源軟件托管平臺匯聚了國內眾多的開發者和主要軟件企業的開源軟件項目，如華為OpenHarmony操作系統、百度的PaddlePaddle等軟件開發知識分享社區-StackOverflow全球最大的軟件開發知識分享平臺，它支持開發者交流和討論軟件開發問題、分享軟件開發經驗和知識，進而促進相關開發問題的解決，推動開源軟件的開發

軟件開發知識分享社區-CSDN中國的軟件開發知識分享社區技術博客、學習社區、代碼托管等2.4開源軟件的優勢采購和開發的成本更低開源軟件通常是免費的，即使要付費，其費用也非常低廉軟件質量更高、更安全核心代碼都在公眾的視野之中，代碼問題（如缺陷、安全漏洞等）很容易被人發現軟件研制和交付的更快基于開源軟件的項目開發可以更為快速地給用戶交付軟件產品軟件功能更為強大大量的軟件開發者不僅參與軟件開發，貢獻他們的代碼，而且還參與軟件的創新，提出和構思軟件需求，不斷完善軟件功能為什么開源軟件具有這些優勢？2.5開源軟件許可證何為開源許可證聲明獲得開源代碼后擁有的權利，界定對別人的開源作品進行何種操作、何種操作是被禁止的，規范開源軟件的使用要求和約束為什么需要開源許可證開發者雖然可自由地獲取開源軟件的源代碼，但在如何使用開源軟件方面還需要遵循相關的開源軟件協議嘗試在開源軟件的自由創新與創業利益之間達成某種平衡既支持開發者基于開源軟件進行創新，也保護貢獻者和創新者的相關利益，同時尋求某些商業運作模式，促進開源軟件長期、持續和良性的發展二類許可證寬松式開源許可證對用戶的限制很少，用戶甚至可以將修改后的開源代碼后閉源。三方面特點：代碼使用沒有任何限制；用戶自擔代碼質量的風險；用戶使用開源軟件時須披露原始作者BSD、Apache、MIT等都屬于寬松式許可證類別Copyleft式開源許可證“Copyleft”是Copyright反義詞，意指可不經許可隨意復制更多限制，帶有許多條件和要求，比如分發二進制代碼時須提供源代碼，修改后的開源軟件須與之前保持一致的許可證等GPL、MPL等屬于Copyleft許可證類別Apache開源許可證Apache許可證的要求該軟件及其衍生品須繼續使用Apache許可協議如果修改了程序源代碼，需要在文檔中進行聲明若軟件是基于他人源代碼編寫而成的，則需要保留原始代碼的協議、商標、專利聲明及其他原作者聲明的內容信息如果再發布的軟件中有聲明文件，則需在此文件中標注Apache許可協議及其他許可協議遵循Apache許可證的開源軟件Hadoop、ApacheHTTPServer、MongoDB等開源軟件GPL開源許可證許可證的要求自由復制，對復制的數量和去處不做限制自由傳播，允許軟件以各種形式進行傳播收費傳播，允許出售該軟件，但必須讓買家知道這個軟件是可免費獲得的修改自由，允許開發者增加或刪除軟件功能，但修改后的軟件必須依然采用GPL許可證遵循GPL許可協議的開源軟件Linux不同許可證的差別

修改源碼后是否可閉源

經修改后的源碼是否需版權說明是否可用開源軟件名字促銷衍生代碼可以不可以新增源碼是否需遵循同樣許可

是否需要對源代碼修改提供說明不需要需要可以MIT許可證BSD許可證不可以Apache許可證LGPL許可證MPL許可證GPL許可證需要不需要需要不需要弱約束強約束2.5開源軟件的利用學習開源軟件不僅反映了核心開發者的功能創意，而且還蘊含了高水平的軟件開發技能，如架構設計、編碼風格、模塊封裝等重用開源代碼開源軟件構成了支撐軟件開發的可重用軟件資源庫，可實現更大粒度的軟件重用，支持信息系統的快速構建參與開源建設，掌握開源技術，理解開源文化包括反饋軟件缺陷、提出軟件需求、討論問題解決、貢獻程序代碼等等示例：學習小米便簽開源軟件模塊化設計、接口設計、編碼規范等示例：基于開源軟件來快速低成本構建信息系統個人計算系統如麒麟操作系統、7-Zip移動計算系統如android、鴻蒙、MaterialFiles、Seal大數據和云服務系統如Linux、Hadoop、Spark、Apache、MySQL和Nginx示例：基于開源軟件來快速低成本構建信息系統重用和集成開源軟件來快速搭建高質量的系統Instagram(abbr.Instanttelegram)軟件，實現基于移動設備的照片和視頻共享、在線服務軟件5個軟件工程師，用了十多款開源軟件，8周時間就出打造最初Instagram/wiki/Instagram提高軟件開發效率和質量的有效手段軟件產業界的高度關注和積極參與*社會需要大量高質量的開源人才78%公司基于開源運行；少于3%公司完全不使用開源64%公司參與開源；超過66%公司優先考慮利用開源89%的公司認為利用開源大幅度提高了軟件創新速度貢獻開源和利用開源已成為工業界的廣泛共識和實踐，逐漸成為一種重要的軟件開發模式-《2015開源軟件年度調查》當前幾乎所有的主要IT企業都在參與開源軟件實踐，包括微軟微軟、IBM、Google、Oracle、Intel、FaceBook、華為、阿里、騰訊、百度等開源軟件的利用學習開源軟件掌握高水平軟件開發技能，如架構設計、編碼風格、模塊封裝等重用開源軟件快速搭建信息系統建設開源軟件增加功能、解決缺陷開源軟件是有國界的2019年美國Google終止華為使用Android生態不允許Android開源軟件的更新不能使用GooglePlay商店、Gmail、地圖等應用和服務華為不得不構建自己的鴻蒙生態建設我國的開源軟件及其生態2021年,開源首次寫入《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》國務院印發《“十四五”數字經濟發展規劃》提出支持具有自主核心技術的開源社區、開源平臺、開源項目推動創新資源共建共享促進創新模式開放化演進工業和信息化部印發《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》系統布局“十四五”開源生態發展我國開源軟件實踐及成果項目名稱類別發起單位開源社區OpenHarmonyOS華為/openharmonyMindSporeAI華為/mindsporePaddlePaddleAI百度/paddlepaddleopenEulerOS華為/openeuleropenGaussDB華為/opengaussWeUI開發騰訊/Tencent/WeuiTiDBDBPingCAP/pingcap優麒麟OS麒麟軟件/ubuntukylinOceanBaseDB螞蟻/oceanbaseOpenCloudOSOS騰訊/OpenCloudOSIoTDBDB清華大學/apache/iotdb?_from=gitee_search討論：介紹一款你所知道的開源軟件軟件名稱提供功能編程語言開發群體代碼量托管平臺軟件利用……內容軟件軟件的概念、特點、組成及生命周期開源軟件開源軟件實踐，托管平臺和社區，開源許可證軟件質量軟件質量要素及模型當前軟件特征的變化地位、運行環境、形態、復雜性3.1軟件質量軟件質量是指軟件滿足給定需求的程度，它是軟件的生命線軟件質量同樣可分為內部質量和外部質量3.2軟件質量要素（1/3）正確性（Correctness）軟件滿足規格說明和用戶要求的程度，即在預定環境下能正確地完成預期功能和非功能需求的程度?？煽啃裕≧eliability）在規定條件下、限定時間范圍內，軟件系統完成預期功能、不引起系統故障的能力。健壯性（Robustness）在計算環境發生故障、輸入無效數據或操作錯誤等意外情況下，軟件仍能做出適當響應的程度。有效性（Efficiency）軟件利用計算資源和存儲資源以實現其功能的能力。軟件質量要素（2/3）安全性包括系統安全（Safety）和信息安全（Security），系統安全是指軟件能及時有效地避免給人員、設施、環境、經濟等造成損害，信息安全是指軟件能有效防控各類的非法獲取、傳播和使用可維護性（Maintainability）是否易于對其進行修改以更正錯誤、增強功能、適應新運行環境可移植性（Portability）把軟件從一種運行環境轉移到另一種運行環境下運行的難易程度可重用性（Reusability）軟件模塊、構件、設計方案等在其他軟件開發中被再次使用程度軟件質量要素（3/3）可理解性（Comprehensibility）軟件開發者或用戶理解該軟件系統的容易程度可信性（Dependability）采取有效措施確認軟件滿足人們的要求和期望持續性（Sustainability）面對各種突發異常事件，仍能提供令人滿意的服務的能力可用性（Usability）使用和操作軟件系統難以程度互操作性（Interoperability）軟件系統與其他的系統進行交換信息、協同工作的能力2019年華為公司發布的第一號文件“全面提升軟件工程能力與實踐，打造可信的高質量產品”把可信作為第一優先級，放在功能、特性和進度之上可信軟件的基本要求安全性以抗擊攻擊，保護業務和數據的機密性、完整性和可用性韌性（Resilience）以確保系統受攻擊時仍能保持良好的運行狀態，具有快速恢復的能力隱私性（Privacy）以保護用戶的數據及其隱私可靠性和可用性以確保軟件產品長期無故障運行，具備快速恢復和自我管理的能力，提供可預期的、一致的服務。內容軟件軟件的概念、特點、組成及生命周期開源軟件開源軟件實踐，托管平臺和社區，開源許可證軟件質量軟件質量要素及模型當前軟件特征的變化地位、運行環境、形態、復雜性*4.1軟件的地位和作用深入到社會、經濟、生活的方方面面，無處不在作為一種創新的工具，深刻地改變各個行業和領域，創新問題解決模式和方式，影響人們日常學習、生活和工作“12306”改變了購票方式，淘寶和京東改變了購物方式軟件是實現行業和領域進行信息化融合和改造，實現創新性發展的使能技術和重要利器企業信息化改造，圖書借閱等軟件已經成為人類社會的關鍵性基礎設施就像電力、交通設施一樣，發揮基礎性的作用4.2軟件運行環境的變化和發展69大中小型機的計算平臺基于局域網的分布計算平臺基于互聯網的計算平臺基于PC的計算平臺無處不在的計算從前端的PC終端、可穿戴設備、智能手機到后端的云中心、高性能計算中心從孤立、獨立、局域和可控的計算環境到分布、開放、動態、難控、無處不在計算環境4.3軟件形態不是單一系統，而是系統之系統諸多系統聯盟和組合而成不僅是社會技術系統，還是一種生態系統社會、信息、物理等要素共存不是同構系統，而是異構、多樣的系統聯盟要素異構，客觀存在，也是必然不在封閉環境，而在開放環境中環境和系統相互作用，環境開放如互聯網、戰場環境不是封閉系統，而是動態適應系統要素、關系、聯盟等持續變化，邊界不明確軟件形態-社會技術系統由人、社會組織、物理設備、過程等要素共同組成和相互作用的人機物共生系統軟件系統無法單獨存在，需與物理、社會系統交互作用軟件形態-系統之系統由一組面向任務、服務于不同對象的子系統構成每個子系統可獨立運作并能提供相對獨立功能整個系統通過各獨立系統間交互來實現全局任務系統2系統1系統4系統3系統n軟件形態-分布式異構系統擁有大量形式多樣、地理或者邏輯上是分布的，分散部署在互聯網上的軟件實體軟件實體的分布性是必須的，因為越來越多的應用本身就是分布的，軟件實體的分布性有助于提高軟件系統的可靠性和安全性構成軟件系統的軟件實體通常是異構的，異構性是一種必然軟件形態-動態演化系統系統的邊界和需求的不確定性和持續演變性動態開放的特點軟件系統需要根據外部環境的變化而不斷地調整自身，包括系統的體系結構和交互協作等等，進而表現出持續演化的特點系統的運維和系統的運行需要交織在一起城市交通管理系統銀行服務信息系統醫療保證信息系統作戰指揮控制系統……軟件形態-系統聯盟大規模復雜信息技術系統是由大量相對獨立、自我控制和管理的系統組裝而成—系統聯盟分屬不同的組織，并由他們來管理共同工作和相互共存并非一開始就設計好，而是演化而成聯盟動態變化開發系統聯盟需要采用社會技術觀點，借助系統工程的方法軟件形態-生態系統“運行”生態軟件的運行需要依靠“生態”的支撐從計算和物理設備、社會系統到OS和運行環境“演化”生態軟件的演化基于特定的“生態”支撐從最初的“源頭”到最新“版本”“人員”生態涉及到大量、開放的介入人員使用者、開發者、運維者等生態：共同環境+諸多要素+獨立演化+相互依存

4.4軟件系統的規模規模的表現及變化構成軟件系統的代碼行數量、軟件運行時的進程和線程以及它們之間的交互數量、軟件需處理的數據量、軟件連接的各類設備和人員數量等不斷增加軟件規模示例WindowsXP有3500萬行代碼量，WindowsVista有5000萬行代碼量，Windows7的代碼量大約是7000萬行寶馬7系的軟件總量超過了2億行，特斯拉S的內嵌軟件代碼行總量超過4億行，空客A380中的軟件代碼行總量超過了10億行F-35中80%左右的系統功能由軟件來實現，軟件代碼量約為800萬行軟件應用的拓展及深化高性能計算信息物理系統智能機器人云計算健康醫療城市交通軍事信息系統航空航天……4.5我國軟件產業的成就2020年，軟件產業規模達8.2萬億元人民幣，與2000年相比增長138.3倍，占全球軟件產業的比重將近24%，占國內生產總值的比重已經達到8.03%