[发明专利]一种基于UML模型的软件架构正确性验证方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机软件领域，涉及一种基于UML的软件架构正确性验证方法。

背景技术

随着软件系统规模和复杂性的不断增大，为保证软件质量，提高软件可靠性、可重用性和可维护性，软件设计的核心已从传统计算模式转向对系统的总体结构，即以连接件(connect)、部件和连接件交互约束为核心的软件体系结构(Software Architecture，以下简称SA)的设计和规范。SA主要着眼于软件系统的全局组织形式，在更高层次上把握系统各组件之间的内在联系，并从全局的、整体的角度去理解和分析整个系统的行为和特性。然而由于SA的设计的关系到后续软件开发的成功与否，因此保障SA设计的正确性、安全性等属性变的尤为重要，形式化验证方法就可以很好地解决这个问题。

越来越多的形式化验证方法及工具应用于SA的验证，其中基于模型检验(Model Checking)的简单进程元语言解释器Spin能有效准确地实现软件体系结构的验证工作。模型检验的一般流程如图2所示，并且Spin工具的实用性已经得到验证，但是由于其支持的建模语言PROMELA有着难以直观理解、不具有通用性等特点，使得SA的设计难以体现一般化。本发明针对PROMELA语言的相关缺陷，采用UML对SA进行建模，提出一种将UML模型转换成PROMELA的模型转换方法，并利用其转换结果对SA设计进行模型检验。UML(统一建模语言)是一种将软件开发过程中出现的各种模型用可视化图形来描述的语言。它融合了多种面向对象开发方法的优点，采用统一的图形和符号从多个视角描述软件系统的各种抽象模型，获得了国际标准化组织的认可，并被国际软件界广泛接纳。

发明内容

技术问题：本发明提供一种用于对软件体系结构进行验证，可以直接对软件体系结构进行形式化建模，很好地对通用建模语言所建的软件体系结构模型进行验证，通用性好的基于UML模型的软件结构正确性验证方法。

技术方案：本发明的基于UML模型的软件架构正确性验证方法，包括如下步骤：

步骤1)将包括类图、状态图和顺序图的UML模型分别定义为状态机，即以一个三元组SM＝(S,T,s_top)来表示，其中，S为状态集合，T为转换集合，s_top是默认状态，有s_top∈S；

步骤2)将所述步骤1)得到的状态机分别转换成kripke结构状态机，即以一个五元组KSM＝(S_k,s₀,R,P,L)表示，其中S_k是一个有限状态集合；s₀∈S_k是初始状态；转移关系集合R∈S_k×S_k包括所有的转移关系，并且仅由转移关系构成；P是一组原子命题及其否命题的集合；标记映射L是S_k中的每个状态s与s所对应的p中的所有原子命题为真的命题集合的映射关系所构成的映射关系集。

步骤3)将表示类图信息的kripke结构状态机转换成PROMELA模型中的进程信息，具体为：将获取类名转换成进程名，获取类中变量转换成进程中变量，获取类间关系转换成进程间通信通道；

步骤4)将表示状态图信息的kripke结构状态机转换成PROMELA模型中的进程内部执行信息；

步骤5)将表示顺序图信息的kripke结构状态机转换成PROMELA模型中的线性时序逻辑语句；

步骤6)将得到的PROMELA模型转换成代码并输入Spin工具进行验证。

本发明方法中，步骤1)中状态集合S包括：

原子状态s_initial＝(n,ac,en,ex)，其中n为状态名，ac、en、ex分别为处于原子状态、进入原子状态、退出原子状态时SM执行的动作序列；

或状态s_or＝(n,S_or,l,Ts,ac,en,ex)，其中S_or为或状态s_or的子状态的集合；l是处于激活状态的子状态的编号；Ts是或状态s_or的所有子状态间转换的集合，ac、en、ex分别为处于或状态、进入或状态、退出或状态时SM执行的动作序列；