Linux文件系统的用例建模

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1 用例

用例(Use Case)是一种描述系统需求的方法，使用用例的方法来描述系统需求的过程就是用例建模。

1.1 参与者和用例

从用户的角度来看，他们并不想了解系统的内部结构和设计，他们所关心的是系统所能提供的服务，也就是被开发出来的系统将是如何被使用的，这就是用例方法的基本思想。用例模型主要由以下模型元素构成：

• 参与者(Actor)
  参与者是指存在于被定义系统外部并与该系统发生交互的人或其他系统，他们代表的是系统的使用者或使用环境。
• 用例(Use Case)
  用例用于表示系统所提供的服务，它定义了系统是如何被参与者所使用的，它描述的是参与者为了使用系统所提供的某一完整功能而与系统之间发生的一段对话。
• 通讯关联(Communication Association)
  通讯关联用于表示参与者和用例之间的对应关系，它表示参与者使用了系统中的哪些服务（用例），或者说系统所提供的服务（用例）是被哪些参与者所使用的。

这大三种模型元素在UML中的表述如下图所示。

1.2 用例的内容

用例图使我们对系统的功能有了一个整体的认知，我们可以知道有哪些参与者会与系统发生交互，每一个参与者需要系统为它提供什么样的服务。用例描述的是参与者与系统之间的对话，但是这个对话的细节并没有在用例图中表述出来，针对每一个用例我们可以用事件流来描述这一对话的细节内容。

2. 建立用例模型

使用用例的方法来描述系统的功能需求的过程就是用例建模，用例模型主要包括以下两部分内容：

• 用例图(Use Case Diagram)
  确定系统中所包含的参与者、用例和两者之间的对应关系，用例图描述的是关于系统功能的一个概述。
• 用例规约(Use Case Specification)
  针对每一个用例都应该有一个用例规约文档与之相对应，该文档描述用例的细节内容。

在用例建模的过程中，我们建议的步聚是先找出参与者，再根据参与者确定每个参与者相关的用例，最后再细化每一个用例的用例规约。

2.1 寻找参与者

所谓的参与者是指所有存在于系统外部并与系统进行交互的人或其他系统。通俗地讲，参与者就是我们所要定义系统的使用者。寻找参与者可以从以下问题入手：

• 系统开发完成之后，有哪些人会使用这个系统？
• 系统需要从哪些人或其他系统中获得数据？
• 系统会为哪些人或其他系统提供数据？
• 系统会与哪些其他系统相关联？
• 系统是由谁来维护和管理的？

这些问题有助于我们抽象出系统的参与者。对应于我们嵌入式文件系统的参与者，会根据嵌入式设备的不同有所区别。但无论是什么设备，最终都将以普通用户或者超级用户两种形式对文件系统进行交互。

2.2 确定用例

找到参与者之后，我们就可以根据参与者来确定系统的用例，主要是看各参与者需要系统提供什么样的服务，或者说参与者是如何使用系统的。寻找用例可以从以下问题入手（针对每一个参与者）：

• 参与者为什么要使用该系统？
• 参与者是否会在系统中创建、修改、删除、访问、存储数据？如果是的话，参与者又是如何来完成这些操作的？
• 参与者是否会将外部的某些事件通知给该系统？
• 系统是否会将内部的某些事件通知该参与者？

文件系统的参与者是拥有不同权限的用户，而用户所关心的问题就是文件属性、文件操作、文件类型以及目录属性和目录操作。

（在用例的抽取过程中，必须注意：用例必须是由某一个主角触发而产生的活动，即每个用例至少应该涉及一个主角。如果存在与主角不进行交互的用例，就可以考虑将其并入其他用例；或者是检查该用例相对应的参与者是否被遗漏，如果是，则补上该参与者。反之，每个参与者也必须至少涉及到一个用例，如果发现有不与任何用例相关联的参与者存在，就应该考虑该参与者是如何与系统发生对话的，或者由参与者确定一个新的用例，或者该参与者是一个多余的模型元素，应该将其删除。）

2.3 描述用例规约

应该避免这样一种误解――认为由参与者和用例构成的用例图就是用例模型，用例图只是在总体上大致描述了系统所能提供的各种服务，让我们对于系统的功能有一个总体的认识。除此之外，我们还需要描述每一个有例的详细信息，这些信息包含在用例规约中，用例模型是由用例图和每一个用例的详细描述――用例规约所组成的。

2.3.1 基本流

基本流描述的是该用例最正常的一种场景，在基本流中系统执行一系列活动步骤来响应参与者提出的服务请求。

2.3.2 备选流

备选流负责描述用例执行过程中异常的或偶尔发生的一些情况，备选流和基本流的组合应该能够覆盖该用例所有可能发生的场景。

2.3.3 用例场景

用例在实际执行的时候会有很多的不同情况发生，称之为用例场景；也可以说场景是用例的实例，我们在描述用例的时候要覆盖所有的用例场景，否则就有可能导致需求的遗漏。

2.3.4 特殊需求

特殊需求通常是非功能性需求，它为一个用例所专有，但不适合在用例的事件流文本中进行说明。

2.3.5 前置和后置条件

前置条件是执行用例之前必须存在的系统状态，后置条件是用例一执行完毕后系统可能处于的一组状态。

2.4 检查用例模型

用例模型完成之后，可以对用例模型进行检查，看看是否有遗漏或错误之处。主要可以从以下几个方面来进行检查：

• 功能需求的完备性
  现有的用例模型是否完整地描述了系统功能，这也是我们判断用例建模工作是否结束的标志。如果发现还有系统功能没有被记录在现有的用例模型中，那么我们就需要抽象一些新的用例来记录这些需求，或是将他们归纳在一些现有的用例之中。
• 模型是否易于理解
  用例模型最大的优点就在于它应该易于被不同的涉众所理解，因而用例建模最主要的指导原则就是它的可理解性。用例的粒度、个数以及模型元素之间的关系复杂程度都应该由该指导原则决定。
• 是否存在不一致性
  系统的用例模型是由多个系统分析员协同完成的，模型本身也是由多个工件所组成的，所以我们要特别注意不同工件之前是否存在前后矛盾或冲突的地方，避免在模型内部产生不一致性。不一致性会直接影响到需求定义的准确性。
• 避免二义性语义
  好的需求定义应该是无二义性的，即不同的人对于同一需求的理解应该是一致的。在用例规约的描述中，应该避免定义含义模糊的需求，即无二义性。

3. 调整用例模型

在一般的用例图中，我们只表述参与者和用例之间的关系，即它们之间的通讯关联。除此之外，我们还可以描述参与者与参与者之间的泛化(generalization)、用例和用例之间的包含(include)、扩展(extend)和泛化(generalization)关系。

3.1 参与者之间的关系

参与者之间可以有泛化(Generalization)关系（或称为"继承"关系）。例如在需求分析中常见的权限控制问题（如下图所示），一般的用户只可以使用一些常规的操作，而管理员除了常规操作之外还需要进行一些系统管理工作，操作员既可以进行常规操作又可以进行一些配置操作。

3.2 用例之间的关系

用例描述的是系统外部可见的行为，是系统为某一个或几个参与者提供的一段完整的服务。从原则上来讲，用例之间都是并列的，它们之间并不存在着包含从属关系。但是从保证用例模型的可维护性和一致性角度来看，我们可以在用例之间抽象出包含(include)、扩展(extend)和泛化(generalization)这几种关系。

3.2.1 包含(include)

包含关系是通过在关联关系上应用<<include>>构造型来表示的，如下图所示。它所表示的语义是指基础用例(Base)会用到被包含用例(Inclusion)，具体地讲，就是将被包含用例的事件流插入到基础用例的事件流中。

3.2.2 扩展(extend)

扩展（extend）关系如下图所示，基础用例(Base)中定义有一至多个已命名的扩展点，扩展关系是指将扩展用例(Extension)的事件流在一定的条件下按照相应的扩展点插入到基础用例(Base)中。对于包含关系而言，子用例中的事件流是一定插入到基础用例中去的，并且插入点只有一个。而扩展关系可以根据一定的条件来决定是否将扩展用例的事件流插入基础用例事件流，并且插入点可以有多个。

3.2.3 泛化(generalization)

当多个用例共同拥有一种类似的结构和行为的时候，我们可以将它们的共性抽象成为父用例，其他的用例作为泛化关系中的子用例。在用例的泛化关系中，子用例是父用例的一种特殊形式，子用例继承了父用例所有的结构、行为和关系。在实际应用中很少使用泛化关系，子用例中的特殊行为都可以作为父用例中的备选流存在。

3.3 调整用例模型

用例模型建成之后，我们可以对用例模型进行检视，看是否可以进一步简化用例模型、提高重用程度、增加模型的可维护性

4 用例图

用例图的主要作用是描述参与者和用例之间的关系，简单的系统中只需要有一个用例图就可以把所有的关系都描述清楚。复杂的系统中可以有多个用例图。

在一个用例模型中，如果参与者和用例之间存在着多对多的关系，并且他们之间的关系比较复杂，如果在同一个用例图中表述所有的参与者和用例就显得不够清晰，这时我们可创建多个用例图来分别表示各种关系。

如果想要强调某一个参与者和多个用例的关系，你就可以以该参与者为中心，用一个用例图表述出该参与者和多个用例之间的关系。在这个用例图中，我们强调的是该参与者会使用系统所提供的哪些服务。

如果想要强调某一个用例和多个参与者之间的关系，你就可以以该用例为中心，用一个用例图表述出该用例和多个参与者之间的关系。在这个用例图中，我们强调的是该用例会涉及到哪些参与者，或者说该用例所表示的系统服务有哪些使用者。

总之在用例建模过程中，你可以根据自己的需要创建任意多个用例图，用不同的用例来强调参与者和用例之间不同的关系。但是最重要的是要考虑整个用例模型的可理解性，如果可以用一个用例图把意思表述清楚，就不要再用第二个，因为越是简洁的模型越易于理解

5 用例扩展

扩展是主成功场景的分支，是指主成功场景在一些其他条件下会完成的不同动作。请注意，使用“扩展”而非“异常”或“错误”，事实上扩展包括了成功和失败两种可能的条件。其基本的逻辑是，在执行主成功场景时，如果系统……（检测到意外），那么，……（做一些事情）。

常见的有可能出现扩展的场景如下：

• 另一种可能出现的成功路径。（如：用户设置了自动登陆） 
• 执行者操作错误。（如：用户输入的密码错误） 
• 执行者无任何操作。（如：用户输入超时） 
• 检测到内部错误，并可能产生外部可见的结果。（如：写数据失败） 
• 关键性能指标不达标。（如：任务超时没有返回成功） 

在这些场景出现后，我们应该在扩展中描述这些场景处理方式，然后回到主成功场景或者退出用例。

参考文档：https://www.iteye.com/blog/mlxia-434633

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