软件工具与软件生产环境
    自动或半自动工具的广泛应用是一个产业走向成熟的基本标志之一。正如EDA(Electronic Design Automation)软件对集成电路设计产业的重要性一样，软件系统的开发同样离不开相应的工具与环境。一般而言，软件工具可以按相应的活动或任务分为三大类：

• 软件开发工具类：包括各类支持软件需求获取/表示，软件分析/设计/编码，软件调试/测试，软件部署，软件监控/维护等工具；
• 软件管理工具类：包括各类支持软件资源、过程和项目管理的工具，如资源库、配置管理、协同开发等工具；
• 软件质量工具类：包括各类支持程序理解、软件质量分析与度量、逆向工程、软件再工程等工具。

    在软件开发工具方面，国内外都已研发了不少成功的软件工具。而软件开发活动的综合性要求这些工具能够集成为一体，提供较为全面的支撑，为此，将辅助软件开发、运行、维护、管理、支持等过程中的活动或任务的众多软件工具集成为软件生产环境。纵观软件生产环境的发展，可以把它们总结为五个发展阶段：

• 1945-1960，直接运行在裸机上的专用开发工具；
• 1960-1980，基于命令行的开发环境 (Command Line Environments，CLE)；
• 1980-2000，集成开发环境(Integrated Development Environments，IDE)；
• 2000-2004，扩展开发环境(eXtended Development Environments，XDE)；
• 2005年开始，协同开发环境(Collaborative Development Environments，CDE)。

    当前常见的IDE是一个集成了编码、编译、调试、运行功能的开发环境。集成开发环境提供的特性主要聚焦于以语法为导向的编辑器扩展，用于增强用户的开发过程体验。典型的代表为Smalltalk、第一个PC图形化IDE工具Visual Basic、支持增量编译的Rational开发环境，微软的Visual Studio、IBM的WebSphere Studio以及Sun的Studio One也属于此类。
    XDE不仅支持时间上的松耦合开发，也支持空间上的分布开发，并且开始考虑对非软件依赖因素的管理。扩展开发环境提供的特性包括重构支持、需求变更管理、配置管理、建模等。典型的代表为：Eclipse、Rational XDE。其中，Eclipse是当前开源社区中应用最为广泛的XDE平台，它确定了一整套工具接口和模型规范，作为集成框架，可以支持众多的工具集成为一个整体。目前，Eclipse中包括的工具有96种之多，覆盖范围包括多种编程语言的IDE(Java、C/C++、PHP、AspectJ等)、图形系统(GEF、Draw2D)、Web工具(JST、WST)、建模(EMF、GMT、GMF、UML2)，以及支持嵌入式软件开发、SOA(Service Oriented Architecture)工具等不同方面的工具组合。
    协同开发环境以协同开发思想为基础，通过整合协同工具，实现无缝的、完整的软件开发。协同开发环境的使用者扩展到了目标软件的行业领域专家、网络与硬件工程师等，使得软件产品相关的所有利益相关方均能配置其感兴趣的属性，在互动的软件开发协作过程中及时沟通并做出对策。协同开发环境提供的特性包括虚拟团队、即时通讯、网络会议、讨论等协同机制。典型的代表为Collabnet的SourceForge、SourceCast等。目前这些协同开发环境提供的功能主要在代码协同方面，包括配置管理、冲突检测等，而忽略了软件开发流程中其它占重要角色的软件开发活动，例如需求管理、项目管理、设计等。
    以SourceForge为例，SourceForge是由OSTG（Open Source Technology Group）组织创建的世界上最大的发布开源软件的网站。SourceForge为软件开发者控制和管理开源软件提供了一个集中式的平台。目前，SourceForge拥有100万注册用户和超过10万个项目。SourceForge具有下列技术特色：提供了协同开发系统，使得开发项目组的管理者能够更加清晰、明确地管理开发项目；为开发项目组提供了各种不同软硬件环境下的编译、测试平台，为项目的开发和测试提供了有力支持；提供了配置管理的功能，支持构件的演化；提供了论坛、邮件列表等多种方式来促进开发人员之间以及开发人员和用户之间的交流，从而促进软件的完善；为构件发布者提供了多种方式来描述和发布构件。
    多年以来，在国家科技攻关计划、863计划、973计划、自然科学基金重大项目的支持下，国家先后部署了一批软件工程技术研究课题。例如国家科技攻关计划重点项目“青鸟工程”，在我国计算机学术界和产业界产生了重大影响，研究成果得到广泛实际应用，产生了良好社会经济效益。在“十五”期间，863计划重点支持发展了软件中间件技术，相关研发单位也从运行平台角度出发，研发了相应的开发工具。而同期863计划支持的基于构件复用的软件开发平台、支持SOA的软件平台，以及支持ISO9000质量保证体系和CMM(Capability Maturity Model)过程改进的软件过程管理工具体系的研究工作，也形成了较为完善的各类软件工具。

大规模软件资源库技术
    基于复用的软件开发已成为国际软件开发技术的发展潮流。随着软件复用技术的成熟和推广，公共软件资源库逐渐受到政府、公共事业组织的重视，国际上出现了许多公共软件资源库系统，如OnePlus、PALAda、REBOOT、AIRS、Universal、SALMS、LID 等。其中，由美国加州的OnePlus软件工程公司开发研制的软件复用库支持任意粒度的选择性复用；Unisys公司研制了统一复用库（Universal Repository），支持用户的自定义扩展，并可以集成到用户的CASE环境中，为复用者提供了极大的便利，有力地推动了软件复用技术的应用。
    对于公共软件资源库的产业整体基础设施地位，美国政府也有明确的定位，在1999年2月美国总统信息顾问委员会的报告中，明确提出了研究和建立国家级软件资源库的任务。美国军方与政府资助的项目中，已建立了若干资源库系统，如：CARDS－－Central Archive for Reusable Defense Software（可复用国防软件中央档案）、ASSET－－Asset Source for Software Engineering Tech.（软件工程技术构件源）、DSRS－－Defense Software Repository System（国防软件库系统）等，其中DSRS由美国国防部主持，主要面向政府职员和从事政府项目的工程人员，它拥有近1000家注册用户，近9000个构件。除此之外，美国空军复用中心开发的I-CASE集成环境包含了软件生命周期中各个阶段的制品，拥有超过1200个构件。
    随着网络技术的不断发展，出现了许多基于Internet 环境的资源库系统，例如ComponentSource、Download.com、Active-X.com、Netlib，以及国内由863计划支持并发展的中关村软件园构件库和上海软件构件库等。ComponentSource是全球知名的商业资源库之一，目前拥有超过1000多个达到商业化标准的可复用构件和超过500家的构件供应商。国内由北京大学为主研制的软件构件库管理系统已在5家863软件专业孵化器和软件园区中形成了公共软件资源库，并在10余家大型软件企业部署形成了相应企业的内部软件资源库。
    在此基础上，资源库间的相互合作、资源库开放及互操作、复用工具的易移植性等问题也逐渐受到重视，如资源库开放体系结构框架ALOAF的提出促进了有限范围内构件库之间的无缝联接。可复用库互操作组织RIG(Reuse Library Interoperability Group)作为一个民间、自愿的组织，也在资源库互操作性上进行了大量的工作，提出了“统一数据模型”(Uniform Data Model)等标准化工作，在一定程度上缓解了资源库之间资源信息的交互障碍。
    资源库管理系统面临着不同方面的问题和挑战。主要研究热点包括：资源管理方法和可扩展的构件管理信息描述机制（包括可信性属性描述机制），面向领域的资源整理、分类技术，Internet上软件资源的搜索、获取技术，资源库互连共享技术，软件服务资源管理中的QoS(Quality of Service)管理技术，以及资源可信性评估和保障技术等。其中，资源可信性评估和保障技术目前主要的研究工作是集中于特定应用场景中的可信描述模型、基于可信模型的信任演化和安全保障机制、以及信任管理框架等。

可信软件生产技术
    软件无所不在。然而，软件的应用需求愈来愈多，复杂度愈来愈高，可用性要求愈来愈强，日趋庞大的软件系统愈来愈脆弱，它并不总是可以让人信任的。传统软件开发主要关注软件功能性需求的获取与实现，及其验证、测试和确认。而随着对软件质量要求的日益提高，“可信”成为了当前软件质量研究和实践的关键特性。可以把“软件可信性”定义为软件的行为和结果符合使用者预期的程度，而可信软件生产技术则是以提高软件可信性为主要目的的软件生产技术。
    可信软件生产技术是在传统开发技术基础上的发展，传统开发技术主要解决系统功能获取、实现、验证、测试和确认，而可信技术进一步提高软件开发和软件产品的质量。
    软件开发的目标就是生产出高质量、高可靠的软件系统，其相关的理论或技术直接或间接地提高了软件的可信性。例如，结构化程序设计、面向对象、构件化软件生产技术提供了从问题空间到解空间的分析、设计、验证技术，有助于提高开发的正确性和效率；程序分析、验证，软件测试、软件度量等技术则有助于发现软件缺陷，提高软件质量；软件过程技术则从软件文档管理、配置管理、项目管理等方面出发，通过对生产过程的优化和管理确保生产符合规范，减少缺陷的产生。这些成果都大大提高了软件的可靠性。然而传统软件工程的首要目标是在有限的资源投入下生产出功能正确、质量可靠的软件系统，可信性还不是其最主要研究的内容。
    目前，与可信相关的研究正在全世界蓬勃发展。美国国家软件发展战略(2006-2015)将开发高可信软件放在首位，并提出了下一代软件工程的构想。发达国家的政府组织、跨国公司、大型科研机构等已逐步认识到可信软件的巨大价值和前景，纷纷有针对性地提出了相关研究计划。例如，美国政府的“网络与信息技术研究发展计划”NITRD中，列出了8个重点领域，其中有4个与“可信软件”密切相关。美国NSF(National Science Foundation)投入大量资金支持可信软件研究的同时，还在加州大学伯克利分校建立了科学与技术研究中心TRUST，目标是为设计、构建和运行可信信息系统建立新的科学与技术基础，该中心有8所大学参与，并与IBM、Intel、HP、Microsoft、SUN等15个跨国公司开展工业界合作。此外，国际上著名的研究项目还有美国NSF新近启动的Science of Design计划、NASA(National Aeronautics and Space Administration)在卡内基?梅隆大学支持的HDCC项目、DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)资助的OASIS、德国教育研究部资助的Verisoft 和DFG资助的AVACS项目、英国的INDEED和DIRC研究项目。我国也在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中将可信软件系统列为国民经济和社会发展重点领域之“现代服务业信息支撑技术及大型应用软件”优先主题的重要内容。
    软件的可信性是贯穿软件生产和运行全过程的质量属性。需要解决的重要问题包括：

• ① 如何获得高可信的可复用构件；
• ② 如何加强软件生产工具对软件可信性的支持；
• ③ 如何加强软件生产过程对软件可信性的支持；
• ④ 如何提高对软件行为的在线监控能力。由此才能够保证生产出可信的软件，并保证其运行的可信性。

目前，可信软件研究主要有两方面：理论导向的和实践导向的。本课题关注实践导向。本课题中的可信软件生产技术包括了可信软件开发建模、可信软件度量验证，以及可信软件监控、评估与管理等技术。其中，软件可信性获取、定义与表示技术，软件建模中的可信模型验证、模型模拟和评估技术，以及软件可信属性在运行中的保证等技术都是可信软件研发和应用的关键。