軟件將定義一切嗎？

摘要：本文指出軟件越來越重要，一些汽車公司和芯片公司正在變成軟件公司——軟件工程師數(shù)量已占到工程人員的一半。并探討了當(dāng)今軟件的特點及構(gòu)建軟件的基本思路。

　　你是如何來到這座城市的?飛過來還是坐火車、汽車?各個城市都有一些監(jiān)控軟件，有的監(jiān)控交通工具，有的監(jiān)控人，我們經(jīng)常想繞過它，因為不想被監(jiān)控。

　　所以我們看到軟件無處不在。例如制造業(yè)，無論是工業(yè)4.0，還是“中國制造2025”。我們還用軟件來進行遠程通訊——智能手機再也不是手機，實際上是一個微型電腦，上面有很多軟件/應(yīng)用。同時我們用軟件進行很多金融服務(wù)，包括轉(zhuǎn)帳、支付等。所以軟件是奏效的。但有時也不那么靈，例如一些金融軟件和汽車公司出的軟件問題，曾造成了巨大損失。

　　很多人提到物聯(lián)網(wǎng)，諸如將有多少傳感器植入，有多少汽車將無人駕駛，這些都是我們所預(yù)見到的未來。我們同時在之前做了一個調(diào)查，看各行各業(yè)誰需要軟件。工程、醫(yī)療、ICT行業(yè)等是大家都想到的，還有很多沒想到的就是消費者、零售等。所以很多領(lǐng)域是高度依賴軟件的。

　　例如2015年BMW的軟件工程師超過了其他工程師的總合，所以汽車行業(yè)也變成了軟件行業(yè)。一些芯片公司也有越來越多的軟件工程師，盡管他們不想成為軟件公司，但是事實上他們已經(jīng)成為了。例如ADI公司的一位VP(副總裁)說：“我們已經(jīng)成為了軟件公司，問題是我們的工程師還沒有意識到!”

寫軟件只占軟件工作的7%

　　生產(chǎn)高質(zhì)量的軟件是復(fù)雜和困難的。寫軟件非常重要，但是只占軟件工作的7%，真正的挑戰(zhàn)是滿足日趨增長的系統(tǒng)需求，因為這個系統(tǒng)更加互聯(lián)，使用云來收集大數(shù)據(jù)，我們?nèi)绾谓⒏哔|(zhì)量的系統(tǒng)呢?同時我們的軟件質(zhì)量，還有我們利用目標(biāo)實現(xiàn)之間的關(guān)系，即我們?nèi)绾文軌虬磿r去進行產(chǎn)品投放，還有質(zhì)量、生產(chǎn)率、監(jiān)管、合規(guī)等都受到影響。

　　現(xiàn)在軟件正在發(fā)生改變，它并不是靜態(tài)、一成不變的，必須隨著環(huán)境的變化來改變。如果我們沒有提前做好準(zhǔn)備當(dāng)然也不知道未來會何去何從。盡管有很多預(yù)測是我們沒法提前很早做出來的，但是至少可以幫助我們?nèi)ヮA(yù)計一些可能會出現(xiàn)的威脅。比如黑客攻擊等。

　　我們在進行軟件開發(fā)時候，我們要去思考到底有沒有把方方面面的信息都考慮進去?當(dāng)然我們希望這軟件可以使用一段時間，即使最老的軟件，也就50年的歷史，也就是說軟件出現(xiàn)也不是特別早。那我們也會有一些供應(yīng)商已經(jīng)有二十多年的歷史，他們至今所做的還是一些基礎(chǔ)的軟件，但是我們要對軟件進行更新才能適應(yīng)當(dāng)前的變化。我們改變軟件，是為了能夠更好地使用或者匹配硬件，比如多核硬件等，或者讓我們來更好地利用當(dāng)前最新的技術(shù)。因此，軟件必須要能夠得以調(diào)整滿足環(huán)境的變化，我們還會接到客戶的一些新的需求，以及政府、監(jiān)管方面的需求，所以我們也都要去改變軟件，但是最重要就是軟件本身也應(yīng)該改變，就像我們改變硬件一樣。

改軟件并不一定把它卸載

　　改變軟件并不一定要把軟件卸載或讓它退休，而是可以對它的某些模塊進行更新。這跟硬件有所不同。有一些軟件可能每天都在更新，我們看到未來這種趨勢將會越來越明顯。比如無人駕駛的汽車軟件，可能每天都會更新。

　　圖1可以看到軟件開發(fā)面臨的問題，當(dāng)然我們看到最下面的較粗的曲線，就是我們理想的曲線，我們希望在軟件開發(fā)過程當(dāng)中，到后期我所遇到的問題，或者是宕機率越來越低，故障率越來越低。但是實際情況并非如此，有可能我們會受到其他因素的影響，我們可能不得不面臨這些問題，所以隨著時間的推移，我們軟件的功能會越來越差，它的故障率會越來越高。

　　我們再想想現(xiàn)在軟件的應(yīng)用規(guī)模到底有多大?2009年4月，一本計算機雜志給出的軟件分類如圖2所示。在這里可以看到，可見我們現(xiàn)在所使用的應(yīng)用越來越多了，規(guī)模也越來越大，而且軟件的復(fù)雜程度也越來越高了。尤其現(xiàn)在很多開源項目，大家都積極地參與其中。

　　但是有意思的是嵌入式軟件。在2005年之后，有越來越多嵌入式軟件誕生，特點是量身定制的。就像汽車，這兩輛車可能硬件是一樣的，但是它們上面所搭載的軟件可能截然不同。

安全性等挑戰(zhàn)

　　如果你的軟件會被別人所操縱。別人可以直接看到這軟件的漏洞和軟件所運行的東西，所以對于機構(gòu)、企業(yè)，一定要去保障軟件的安全性，這是非常重要的。

　　當(dāng)前我們所面臨的問題是軟件無處不在。軟件嵌入到我們所使用的各種各樣的設(shè)備當(dāng)中。軟件開發(fā)寫得不是很好，還有就是我們一些忽視的軟件，有時候我們并不知道，有一些軟件他們到底具有什么功能，他們到底是怎樣寫成的。因為有些軟件開發(fā)者已經(jīng)退休了。此外就是軟件的故障無疑會大大降低軟件的質(zhì)量。而且因為軟件安全性問題出現(xiàn)得非?？?，有的是猝不及防。還有一些軟件遺留的代碼或者是遺留的系統(tǒng)?，F(xiàn)在我們看到我們的系統(tǒng)正在不斷發(fā)生變化，比如說代碼之上不斷地更新系統(tǒng)，這系統(tǒng)可能已有二十多年的歷史，此外就是我們可能有一個基于構(gòu)件的系統(tǒng)，我們需要使用一些新的技術(shù)，包括云的環(huán)境等新技術(shù)。還有我們希望可以讓我們的系統(tǒng)適應(yīng)并且可以在運行的過程當(dāng)中不斷地去升級和凈化。

軟件系統(tǒng)的構(gòu)建

　　以我與NASA(美國宇航局)合作的航天器項目為例。我們有常規(guī)的方法，還有一些特定的研究領(lǐng)域，例如自主計算、軟件產(chǎn)品線(software product lines)以及代碼自動生成。

　　首先我們來看一下不同模型的方法。因為我們知道不同系統(tǒng)的模型有所不同，但不同的構(gòu)件之間要進行協(xié)作，所以我們對它們的行為模式可能不是特別地了解，所以我們所要做的就是去了解到底會有哪些不同類型的行為模式，從而去得出這一系列的情況。

　　我們會有一些軟件是基于數(shù)學(xué)的方法來去編碼的，然后來去具體假設(shè)一下這會是什么?我們做一些分析，不同情況下會有什么樣的場景。我們有一個非常正式的ASL語言。我們會定義一下我們做一些什么，允許多少偏離，同時我們使用自主計算來進行系統(tǒng)編制，這是和云相關(guān)，還有我們想要云有一些適應(yīng)性。我們使用人的自主神經(jīng)系統(tǒng)來進行模擬。

　　我們有一些想法，如圖3。一種是處于理性來進行相應(yīng)的回應(yīng)，比如別人問你一個問題，你就舉一個手等。另外有一些神經(jīng)系統(tǒng)，就是包括要去休息或者是消化的系統(tǒng)。即我們有一些組件，有點像心跳，如果心在跳動，說明這臺電腦還活著，它就這樣模擬人體，它會進行系統(tǒng)自測，也可以了解健康，看一下這系統(tǒng)運行是正確的還是有一些偏離。另外有睡眠狀態(tài)，這時不想被其他電腦干擾，當(dāng)它們?nèi)绻袨闇?zhǔn)確，我們就在恢復(fù)行動。然后我們有各種各樣的組件之間的要求，各個組件決定是不是要合作，那它們會有組件的自主分析會有信號的發(fā)出。首先我們使用硬件來去比擬，就是說我們?nèi)ミM行一些星球探索，包括像月亮，或者是土星;同時我們也有軟件，如果想要去改變行為模式的話，我們就使用軟件。我們就可以很快地來跑軟件這種短期行為。同時我們有一些自主代碼生成過程，工程師要有像使用自然語言的使用能力，有一些使用案例，我們也有一些特別的要求，希望軟件可以像自然語言來去自主的應(yīng)用，同時我們也可以進行一些編碼，我們有一些工具進行編碼的生成，同時我們可以把現(xiàn)有的編碼提取出來去獲得一些模式。

　　同時也有一些并發(fā)的數(shù)學(xué)原理來描述一下這并發(fā)的事件。我們會根據(jù)工程手段和環(huán)境來進行編碼的分析和改變。同時我們也會去預(yù)測一下系統(tǒng)在未來執(zhí)行的話會發(fā)生一些什么情況?我們系統(tǒng)未來會有一個主要的編碼生成器來主導(dǎo)。

　　也就是說我們是有這樣的虛擬系統(tǒng)和我們物理性事件進行關(guān)聯(lián)，有社交的系統(tǒng)(例如可以通過GPS告訴大家在哪里)。所以我們將會有很多的傳感器，生成很多的大數(shù)據(jù)，我們也使用云來進行儲存。同時希望有一些高質(zhì)量的軟件去有效地使用這些資源。

小結(jié)

　　回到本文的標(biāo)題，有什么事是軟件不能做的嗎?我的回答是：不，很多事都是由軟件主導(dǎo)的。(注：本文根據(jù)“第八屆云計算大會”上的講演整理。大會由中國電子學(xué)會主辦，北京，2016年5月20日。)

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第5期第19頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。