基于軟件生態(tài)系統(tǒng)的開源社區(qū)特性研究

張得光，李 兵，何 鵬，周華昱

（1.武漢大學(xué)a.軟件工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室；b.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中心武漢430072；2.武漢大學(xué)國際軟件學(xué)院，武漢430079）

基于軟件生態(tài)系統(tǒng)的開源社區(qū)特性研究

張得光1a，李 兵1b，2，何 鵬1a，周華昱1a

（1.武漢大學(xué)a.軟件工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室；b.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中心武漢430072；2.武漢大學(xué)國際軟件學(xué)院，武漢430079）

隨著開源社區(qū)的發(fā)展，可供獲取的開源軟件的數(shù)量與復(fù)雜性急劇增長，致使軟件系統(tǒng)之間由于開發(fā)者的交互、組件或模塊的依賴和使用工具的共享而相互關(guān)聯(lián)，形成開源軟件生態(tài)系統(tǒng)。從自然生態(tài)系統(tǒng)的角度，分析軟件生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、知識鏈（網(wǎng)）結(jié)構(gòu)，從軟件項目、同類主題和整個開源社區(qū)這3個級別構(gòu)建軟件生態(tài)系統(tǒng)模型，根據(jù)自然生態(tài)系統(tǒng)的主要特征分析軟件生態(tài)系統(tǒng)的開放性、多樣性、調(diào)控性及可持續(xù)性。在Sourceforge.net開源社區(qū)中的分析結(jié)果表明，通過研究開源軟件生態(tài)系統(tǒng)的特性，有助于提高其生存能力以及知識的循環(huán)利用，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。

開源社區(qū)；軟件生態(tài)系統(tǒng)；知識鏈；多樣性；可持續(xù)性

1 概述

在軟件開發(fā)領(lǐng)域，一些具有工程背景的科學(xué)家嘗試從自然界獲取靈感，尋找解決本領(lǐng)域問題的方案。采用該方式已取得了很多成果，包括把自然選擇規(guī)律應(yīng)用于計算機(jī)程序開發(fā)，設(shè)計遺傳算法［1］，根據(jù)螞蟻的覓食行為提出路徑優(yōu)化方案［2-4］等。隨著軟件系統(tǒng)開發(fā)規(guī)模的急劇增大，開發(fā)效率要求的不斷提高，加上軟件系統(tǒng)用戶群體日益增長及個性化用戶需求，單個系統(tǒng)之間變得不再彼此獨(dú)立，而是存在更多的互利共生關(guān)系，這促使人們再次轉(zhuǎn)向自然界，試圖從生態(tài)系統(tǒng)的角度重新研究軟件工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

生態(tài)系統(tǒng)一詞出自生物學(xué)，最早由英國生態(tài)學(xué)家泰勒于1935年提出，是指由生物群落與無機(jī)環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體。它的范圍沒有固定大小，相互交錯，是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一個主要結(jié)構(gòu)和功能單位［5］。與此類似，軟件生態(tài)系統(tǒng)（Software Ecosystem，SECO）也可視為軟件工程領(lǐng)域的一個主要結(jié)構(gòu)和功能單位，屬于軟件工程研究的最高層次。

自2005年以來，軟件生態(tài)系統(tǒng)一直受到關(guān)注，如蘋果的iOS和谷歌的Android智能手機(jī)生態(tài)系統(tǒng)［6-7］、ODA（Open Design A lliance）開發(fā)組織生態(tài)系統(tǒng)［8］以及Eclipse和FOSS的開源生態(tài)系統(tǒng)［9-10］。有關(guān)軟件生態(tài)系統(tǒng)的定義，從技術(shù)、社會、業(yè)務(wù)等不同角度有不同說法。結(jié)合開源環(huán)境下的研究背景，本文采用文獻(xiàn)［11］中的定義：一個軟件生態(tài)系統(tǒng)是指在一個公共的技術(shù)平臺上，一群行為者通過相互交互形成大量軟件解決方案或服務(wù)。

隨著開源社區(qū)開發(fā)的流行，可供獲取的開源軟件數(shù)量與復(fù)雜性急劇增長，致使軟件系統(tǒng)之間由于開發(fā)者的交互、組件或模塊的依賴和使用工具的共享而被關(guān)聯(lián)起來，形成開源軟件生態(tài)系統(tǒng)。本文通過介紹有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識與軟件生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，探討開源軟件生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、結(jié)構(gòu)與模型，并從開放性、多樣性、調(diào)控性與可持續(xù)性方面對開源軟件生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2 自然生態(tài)系統(tǒng)與軟件生態(tài)系統(tǒng)

2.1 自然生態(tài)系統(tǒng)

生態(tài)系統(tǒng)（自然生態(tài)系統(tǒng)）就是在一定空間范圍內(nèi)，生物群落與非生物環(huán)境，通過能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞而形成相互作用、相互依存的動態(tài)復(fù)合體［12］。換言之，生態(tài)系統(tǒng)就是在一個空間內(nèi)生物群落與非生物環(huán)境形成具有一定功能的整體。生態(tài)系統(tǒng)不僅在空間上是個地理單元，還是一個功能單元，既有能量、信息的傳遞又有物質(zhì)和物種的動態(tài)過程。任何一個自然生態(tài)系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，都有輸入和輸出的過程以維持動態(tài)平衡。

2.2 軟件生態(tài)系統(tǒng)

軟件生態(tài)系統(tǒng)最早由M esserchm itt［13］等人于2005年提出。由于軟件生態(tài)系統(tǒng)是一個新興的方向，諸多研究者從各自的背景投入研究，導(dǎo)致一些術(shù)語和特性不一致。文獻(xiàn)［14］將軟件生態(tài)系統(tǒng)劃分為以操作系統(tǒng)為中心、以應(yīng)用為中心和終端用戶編程3類。文獻(xiàn)［15］從商業(yè)角度對軟件生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究。文獻(xiàn)［16］從業(yè)務(wù)、架構(gòu)和社會化3個維度探析軟件生態(tài)系統(tǒng)。

在軟件生態(tài)系統(tǒng)的研究方向上，文獻(xiàn)［17］從資源管理與多樣性方面對比了SECO與自然生態(tài)系統(tǒng)的異同，提出一個研究SECO關(guān)鍵特征的議程，討論如何確保SECO的穩(wěn)定與健壯。文獻(xiàn)［18］結(jié)合不同的維度和方面，針對軟件生態(tài)系統(tǒng)提出一個初步的研究議程。文獻(xiàn)［19］研究軟件生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)映射，并總結(jié)了軟件生態(tài)系統(tǒng)研究的主要方面，包括開源軟件、生態(tài)系統(tǒng)建模等。結(jié)合上述研究背景，本文在開源環(huán)境下展開探討。

3 開源軟件生態(tài)系統(tǒng)

3.1 開源軟件生態(tài)系統(tǒng)組成

自然生態(tài)系統(tǒng)由生物群落和非生物環(huán)境組成，其中根據(jù)生物群落在物質(zhì)和能量運(yùn)動中的作用，又可以大致分為生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者3類。與此類似，一個典型的軟件生態(tài)系統(tǒng)可理解為由技術(shù)平臺、行為者和軟件解決方案或服務(wù)（及軟件項目）組成，如圖1所示。

圖1 開源軟件生態(tài)系統(tǒng)組成

（1）開源社區(qū)是一個開源軟件合作開發(fā)社區(qū)，它集成了很多不同規(guī)模、不同性質(zhì)的開源項目，為軟件開發(fā)提供了整套生命周期服務(wù)。作為軟件生態(tài)系統(tǒng)的一個技術(shù)平臺，開源社區(qū)是開源軟件開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)管理的集中場所，為開發(fā)者提供合作交流環(huán)境。

（2）能量是自然生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動因，在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，這種能量來自知識的利用。開源社區(qū)有著來自不同國家、不同文化與專業(yè)知識背景的開發(fā)者，若將開發(fā)者所具有的專業(yè)技能、管理經(jīng)驗、文化背景等信息統(tǒng)稱為知識，則開發(fā)者為知識的攜帶者或生產(chǎn)者，他們利用自己的知識為項目做出貢獻(xiàn)。知識在開發(fā)者的合作過程中也有不斷完善與提升，所以，知識是促進(jìn)軟件生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動力。

（3）軟件項目作為開發(fā)目標(biāo)，為完成某一個開源項目的開發(fā)，項目管理者根據(jù)項目的需求組織滿足條件的開發(fā)團(tuán)隊，利用開發(fā)者的知識實(shí)現(xiàn)項目功能。因此，開源項目實(shí)為知識的消費(fèi)者，群體智能的產(chǎn)物。

（4）用戶根據(jù)對社區(qū)發(fā)布軟件的使用情況，將體驗信息反饋給開發(fā)者，開發(fā)者在得到用戶反饋信息的基礎(chǔ)上，對開源項目展開進(jìn)一步改進(jìn)工作，所以用戶是知識的體驗者，發(fā)揮利用知識產(chǎn)物與促進(jìn)項目完善的作用。

因此，開源軟件生態(tài)系統(tǒng)主要由社區(qū)平臺，分別作為知識的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和體驗者的開發(fā)者，軟件項目和用戶組成，在組成成分上表現(xiàn)為一個社會-技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，需要指出的是，一些情況下用戶也是開發(fā)者。

3.2 開源軟件生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

任何生態(tài)系統(tǒng)都有一定的結(jié)構(gòu)，一個穩(wěn)定的軟件生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上不但有自己與眾不同的成分和知識獲取行為，而且不同生態(tài)系統(tǒng)之間還有共同之處。下面主要介紹開源軟件生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的一般規(guī)律與系統(tǒng)模型。

3.2.1 知識鏈結(jié)構(gòu)

在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，開發(fā)者-項目-用戶通過知識的利用相互建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種關(guān)聯(lián)關(guān)系稱為知識鏈，可簡述為開發(fā)者通過各種學(xué)習(xí)方式豐富自身知識，再利用擁有的知識為參與的項目做出貢獻(xiàn)，最后用戶下載使用所開發(fā)的項目，根據(jù)使用情況反饋體驗信息，反饋信息又將成為開發(fā)者進(jìn)一步改進(jìn)的目標(biāo)，最終形成一個循環(huán)往復(fù)的過程，整個過程如圖2所示。

圖2 知識鏈結(jié)構(gòu)

除水平方向的知識鏈外，開發(fā)者與項目之間的參與關(guān)系可形成一個貢獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)參與同一個項目開發(fā)的開發(fā)者間存在一條合作邊的投影方式，建立一個開發(fā)者合作網(wǎng)絡(luò)，而合作網(wǎng)絡(luò)中的任何一條連通路徑又是一條知識鏈，知識鏈之間交叉又形成知識網(wǎng)。

3.2.2 開源軟件生態(tài)系統(tǒng)模型

在業(yè)界已經(jīng)開發(fā)了一系列有關(guān)分布式存儲和產(chǎn)品管理方面的生態(tài)系統(tǒng)建模方法。本文探討基于非盈利、免費(fèi)的開源環(huán)境下的軟件生態(tài)系統(tǒng)。參照個體、種群、群體和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將軟件生態(tài)系統(tǒng)依次劃分為3個不同的等級，圖3分別從單個軟件項目、同類主題和整個開源社區(qū)3個級別構(gòu)建軟件生態(tài)系統(tǒng)模型。

（1）軟件項目級主要研究單個開源軟件項目開發(fā)者-項目-用戶知識網(wǎng)。

（2）同類主題級主要研究某一類主題下的開發(fā)者合作網(wǎng)絡(luò)與項目依賴網(wǎng)絡(luò)。大部分開源項目的開發(fā)者人數(shù)較少、主題較單一，屬于小項目，這些小項目在缺乏資源時可向同類主題下的其他團(tuán)隊尋求幫助，實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊間跨項目、組織邊界的合作。另外，可以根據(jù)項目之間的依賴關(guān)系，在已有的小項目基礎(chǔ)上構(gòu)建更大的項目，減少重復(fù)開發(fā)過程。

（3）開源社區(qū)級主要研究整個開源社區(qū)的開發(fā)者與項目。以Sourceforge.net為代表，在整個社區(qū)中，無論是人力資源還是項目資源都相當(dāng)豐富，然而據(jù)相關(guān)統(tǒng)計表明，很多項目因未能及時找到合適的開發(fā)人選而被延時或停滯，另外有大量人力處于空閑狀態(tài)。所以，該級別的軟件生態(tài)系統(tǒng)有必要采取措施加強(qiáng)開發(fā)者的合作，促進(jìn)社區(qū)知識的循環(huán)利用。

圖3 不同級別的軟件生態(tài)系統(tǒng)模型

從軟件生態(tài)系統(tǒng)角度討論軟件工程實(shí)踐，無論是哪個級別下的軟件生態(tài)系統(tǒng)，都是為了實(shí)現(xiàn)知識重用或循環(huán)利用，提高開發(fā)效率和軟件開發(fā)質(zhì)量。

4 開源軟件生態(tài)系統(tǒng)特征

一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)包括4個主要的共同特征：開放性，多樣性，調(diào)控性和可持續(xù)性，其中，開放性代表整個生態(tài)系統(tǒng)與外部，或生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部之間應(yīng)該具有交流和轉(zhuǎn)化功能，時刻保持一種動態(tài)平衡；多樣性是指系統(tǒng)內(nèi)部物種種類豐富與均衡；調(diào)控性是指系統(tǒng)對干擾具有一定的抵抗能力和在受到干擾后具有一定的恢復(fù)能力，對發(fā)生的變化能加以協(xié)調(diào)、保持穩(wěn)定；可持續(xù)性是指一種可以長久維持的過程或狀態(tài)。同樣地，一個穩(wěn)定的軟件生態(tài)系統(tǒng)也應(yīng)該具備以上特性。

4.1 開放性

開源環(huán)境下的軟件生態(tài)系統(tǒng)具有開放性。首先，項目的源代碼是公開可供任何感興趣的開發(fā)者直接下載，或通過CVS，SVN，Git方式導(dǎo)出至本地位置，做出修改后再將新內(nèi)容提交，由于社區(qū)隨時都可能有新開發(fā)者加入，因此這種與外部交流的情形隨時都可能發(fā)生；其次，很多開源社區(qū)為了給開發(fā)者提供良好的合作交流環(huán)境，還提供諸多交互渠道，如郵件列表、bug庫、版本控制日志、論壇等，為充分利用用戶的反饋信息，一些社區(qū)還為開源項目提供用戶評分機(jī)制。這些都有利于開源社區(qū)（開源軟件生態(tài)系統(tǒng)）的生存和發(fā)展。

無疑軟件生態(tài)系統(tǒng)的開放性是開源社區(qū)動態(tài)發(fā)展的前提，開放的系統(tǒng)才能不斷有新資源、新知識的投入，而不至于造成封閉式局部發(fā)展。

4.2 多樣性

多樣性在軟件生態(tài)系統(tǒng)中扮演重要的角色，除了數(shù)量多之外，還包括開發(fā)者角色多樣性、項目屬性多樣性。在Sourceforge.net社區(qū)中部署的項目數(shù)量已達(dá)40多萬，開發(fā)者或用戶數(shù)上百萬，該社區(qū)資源的豐富是毋庸置疑。眾所周知，一個軟件開發(fā)團(tuán)隊中，由于開發(fā)者自身開發(fā)經(jīng)驗和實(shí)踐能力的差別，擁有不同知識的開發(fā)者通常扮演不同的角色。同時，不同項目實(shí)現(xiàn)的功能不一樣，使得對開發(fā)者角色的需求也不同，所以，保持開發(fā)者角色的多樣性，有利于更好地滿足項目開發(fā)需求。

除了開發(fā)者角色的多樣性，在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，保持軟件項目屬性的多樣性也非常必要。軟件項目作為知識的消費(fèi)者或捕食者，項目每個屬性涉及的元素越多，面向社區(qū)組織開發(fā)者的方向也就越廣。例如項目aatopendcd是一個提高OpenDChub的腳本，涉及互聯(lián)網(wǎng)中繼交談與文件共享2個主題，支持5種開發(fā)語言，使得項目在組織開發(fā)者團(tuán)隊時，既可能有對互聯(lián)網(wǎng)中繼交談方向感興趣的開發(fā)者，也可能有對文件共享方向感興趣的開發(fā)者自愿參與提供貢獻(xiàn)；同時可以是來自不同語言優(yōu)勢上的開發(fā)者。

在Sourceforge.net社區(qū)中，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)開發(fā)者角色共有22種，且每種角色的開發(fā)者數(shù)都不少于200，為生態(tài)系統(tǒng)角色的多樣性提供很好的保障。一個開源項目提供的屬性除了主題和開發(fā)語言之外還有目標(biāo)受眾、數(shù)據(jù)庫環(huán)境、適用的操作系統(tǒng)、UI和項目狀態(tài)與使用的開源認(rèn)證等。根據(jù)對前4個屬性的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，每個屬性都涉及較廣的范疇，主題、目標(biāo)受眾、開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫的分別有261類、19類、71類、34類。表1列出了每個開發(fā)者的角色與項目相關(guān)屬性的統(tǒng)計信息，其中，M ax，M in，Avg分別表示項目在某屬性上取值個數(shù)的最大值、最小值、平均值。

表1 每個開發(fā)者的角色與項目相關(guān)屬性統(tǒng)計信息

4.3 調(diào)控性

調(diào)控性也即穩(wěn)定性，分為2種：（1）受到干擾時的抵抗能力；（2）受到干擾后的恢復(fù)能力。在開源環(huán)境下，開發(fā)者的參與行為是動態(tài)的。受外界環(huán)境或開發(fā)者自身因素的影響，隨時都有開發(fā)者可能離開或加入現(xiàn)有的團(tuán)隊，當(dāng)面臨這種人員變動的情況，尤其是團(tuán)隊已有核心成員的離去，離開前團(tuán)隊在該角色上是否有合適的候補(bǔ)成員，以及離開后，團(tuán)隊是否能夠在有限的時間內(nèi)恢復(fù)到之前的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)需要具備在不影響已有平衡的前提下解決這類問題的能力。

開發(fā)者角色多樣性與項目屬性多樣性有助于增強(qiáng)軟件生態(tài)系統(tǒng)的抵抗能力和恢復(fù)能力。通過角色的多樣性可以在受干擾時將任務(wù)暫由相似角色的其他開發(fā)者代理；通過項目屬性多樣性，如果團(tuán)隊中某一角色的唯一開發(fā)者離開，可以面向更廣的范圍引入具備該角色能力的候補(bǔ)成員，以便更早地恢復(fù)正常狀態(tài)。

4.4 可持續(xù)性

生態(tài)系統(tǒng)的資源是有限的，開發(fā)者的知識是不可回收的，但卻可以通過與其他開發(fā)者合作或共享實(shí)現(xiàn)知識傳遞。雖然Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)具備開放性、多樣性和調(diào)控性特征，但還需要保證系統(tǒng)能夠可持續(xù)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計表明，在Sourceforge.net開源社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中，開發(fā)者之間（開發(fā)者與項目之間）表現(xiàn)為一個稀疏的合作網(wǎng)絡(luò)，這種稀疏性直接反映了知識的低利用率。如果知識沒能得到很好地利用，意味著大量開發(fā)者處于空閑狀態(tài)，待開發(fā)的項目得不到完善，將不利于生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。為解決稀疏性問題，節(jié)約軟件生態(tài)系統(tǒng)資源，必須確保已有的知識能夠最大程度地得到充分利用，產(chǎn)生更多價值?？刹扇〉拇胧┌ㄩ_發(fā)者間合作推薦、項目任務(wù)推薦，提供小項目/組件的集成，對社區(qū)狀態(tài)的監(jiān)控，提供好的開發(fā)環(huán)境減少人員流動，采用更好的知識循環(huán)利用方法等。

本文之所以從生態(tài)系統(tǒng)角度探討開源軟件社區(qū)的工程實(shí)踐，不僅是為了從一個更全面、系統(tǒng)的維度看待軟件開發(fā)與維護(hù)過程，也是為了從長遠(yuǎn)角度更好地協(xié)調(diào)整個過程，使得能在有限的資源情況下完成更多的工程任務(wù)。

5 案例分析

Sourceforge.net社區(qū)作為目前最流行的開源社區(qū)之一，是規(guī)模相對更龐大、知名度更廣的一個社區(qū)，本文選取該社區(qū)作為案例分析對象。在3.2.2節(jié)已指出，可以從項目、類別和整個開源社區(qū)3個不同的級別上對軟件生態(tài)系統(tǒng)建模，本文選擇從整個開源社區(qū)級別對其特性展開分析。

5.1 開放性分析

Sourceforge.net社區(qū)平臺是一個開源軟件合作開發(fā)社區(qū)，它集成了很多不同規(guī)模、不同性質(zhì)的開源項目，為軟件開發(fā)提供了整套生命周期服務(wù)。以2個月為時間段，統(tǒng)計社區(qū)從2007年2月-2008年10月期間的開發(fā)者數(shù)與項目數(shù)（統(tǒng)計數(shù)據(jù)僅基于該社區(qū)數(shù)據(jù)庫dumps中獲取的數(shù)據(jù)）。

從圖4可以看出，社區(qū)開發(fā)者數(shù)與項目數(shù)都呈現(xiàn)逐步增長趨勢，而該增長趨勢與社區(qū)軟件生態(tài)系統(tǒng)的開放性是不可分的。正是開源社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的開放性，促使更多來自不同國家、有著不同文化背景和專業(yè)知識的開發(fā)者加入社區(qū)。

圖4 開發(fā)者與項目數(shù)量增長情況

此外，以2008年6月-2008年8月期間為例，統(tǒng)計了項目的開發(fā)者數(shù)變化情況，發(fā)現(xiàn)一些項目的開發(fā)者在2個月內(nèi)增多，而另外一些項目的開發(fā)者數(shù)則減少，如圖5所示。正是由于社區(qū)的開放性，開發(fā)者可以自愿參與各項目，以至于項目開發(fā)者數(shù)存在波動。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，這段時間內(nèi)共有2 258個項目的開發(fā)者人數(shù)發(fā)生了變化，其中有1 638個項目的開發(fā)者人數(shù)增加了，累計增加2 586人，有620個項目的開發(fā)者人數(shù)減少了，累計減少806人，說明整體上加入的人數(shù)比離開的人數(shù)多，從而證明圖4中的增長趨勢。

圖5 2個月內(nèi)項目開發(fā)者人數(shù)的變化

5.2 多樣性分析

在Sourceforge.net開源社區(qū)中，不同的開發(fā)者扮演不同角色，不同項目有不一樣的屬性特征。社區(qū)多樣性不僅體現(xiàn)在開發(fā)者與項目的數(shù)量上，還體現(xiàn)在開發(fā)者角色與項目屬性上。因此，分別從開發(fā)者角色的多樣性與項目屬性的多樣性兩方面進(jìn)行研究。

5.2.1 開發(fā)者角色多樣性

在軟件開發(fā)團(tuán)隊中，由于開發(fā)者自身經(jīng)驗和能力的差別，不同開發(fā)者通常擔(dān)任不同角色，分配不同的任務(wù)，因而在開發(fā)過程中的貢獻(xiàn)不一，有著不同程度的重要性。同時，不同項目實(shí)現(xiàn)的功能通常不一樣，使得對不同角色開發(fā)者的需求也不同，所以，保持開發(fā)者角色的多樣性，有利于更好地滿足項目開發(fā)需求。

在收集到的開發(fā)者與項目數(shù)據(jù)表中，保存了每個開發(fā)者在項目中的角色信息。對Sourceforge.net生態(tài)系統(tǒng)中開發(fā)者的角色類型進(jìn)行統(tǒng)計，共有22種常用角色，且每種角色的開發(fā)者數(shù)都不少于200，為生態(tài)系統(tǒng)角色的多樣性提供了很好的保障。圖6給出了角色的開發(fā)者數(shù)分布情況，其中大部分成員是以軟件開發(fā)者角色的身份加入，其次是項目管理員。

圖6 開發(fā)者角色分布

由于Sourceforge.net開源社區(qū)主要以完善軟件項目開發(fā)為主，因此開發(fā)者和項目管理2個角色占大多數(shù)。從圖6中還可以看出，有一部分開發(fā)者是以全能手（all-hands person）的角色參與，在其他角色供不應(yīng)求時這類角色可以及時充當(dāng)替補(bǔ)成員，這無疑為Sourceforge.net生態(tài)系統(tǒng)在抵御人員變動和外界干擾時提供又一道防線。

圖7為社區(qū)每個開發(fā)者扮演角色數(shù)與每個項目中包括的角色數(shù)的比例分布，需要注意的是，考慮到一個只參與一個項目的開發(fā)者或只有一個開發(fā)者參與的項目的角色肯定只有一種，所以圖7在統(tǒng)計開發(fā)者與項目角色數(shù)時，過濾了這種情況的對象。從圖7中可以看到，80%以上的開發(fā)者或項目涉及角色不超過2種，說明開發(fā)者從事的工作比較集中，開源項目的功能都不是特別復(fù)雜。

圖7 開發(fā)者/項目角色人數(shù)累積分布

通過對角色分布的了解，總體上Sourceforge.net生態(tài)系統(tǒng)保持了良好的開發(fā)者角色多樣性，當(dāng)一個項目中某一角色的開發(fā)者發(fā)生變化時，在該生態(tài)系統(tǒng)中有足夠具有相同或相似實(shí)踐能力的候補(bǔ)成員，用以確保整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.2.2 項目屬性多樣性

除了開發(fā)者角色的多樣性，在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，保持項目屬性的多樣性對組織一個既能完成任務(wù)又能夠有效合作的團(tuán)隊也非常有幫助。不難理解如果一個捕食者只以一種獵物為捕食對象，對其生存必然帶來風(fēng)險。軟件項目類似于捕食者，為了開發(fā)更成功，一個項目的各屬性應(yīng)盡可能涉及更廣，以便能夠吸引更多開發(fā)者的參與。

文本只列舉了4個項目屬性作為代表分析，為了便于理解，圖8中標(biāo)記了一些較典型的元素：

（1）主題表示一個項目的開發(fā)方向，該屬性在很大程度上決定了項目所需知識的來源。從表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)可看出，Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)中的項目共涉及261個主題。從圖8（a）可知，動態(tài)內(nèi)容（Dynam ic Content）與軟件開發(fā)（Softw are Development）2個主題所占比重最多。

（2）目標(biāo)受眾指一個項目的服務(wù)對象，通常服務(wù)越廣泛，軟件開發(fā)難度越高，但項目的存活能力越強(qiáng)。在Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)中軟件項目的目標(biāo)受眾共19類，主要面向開發(fā)者和終端用戶。

（3）開發(fā)語言表示一個項目所采用的實(shí)現(xiàn)工具，每種語言都有自身的特點(diǎn)，使用不同語言的開發(fā)者數(shù)也不一樣。在Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)中部共涉及71種語言，主要有Java，C++，C和PHP這4種比較流行的語言。

（4）數(shù)據(jù)庫表示一個項目所使用的數(shù)據(jù)存儲環(huán)境，可供使用的數(shù)據(jù)庫環(huán)境有34種，M ySQL和JDBC為主要的數(shù)據(jù)庫存儲環(huán)境。

圖8 項目屬性分布

由元素（1）～元素（4）可知，在Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)中，項目的每一個屬性都涉及較廣的范疇，即不少于19類。此類項目資源庫可以滿足用戶的特定需求，尤其是項目的重用，可避免重復(fù)開發(fā)來提高軟件生態(tài)系統(tǒng)資源的利用價值。

5.3 調(diào)控性分析

開源社區(qū)軟件生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控性體現(xiàn)在受到干擾時的抵抗能力與受到干擾后的恢復(fù)能力，前者可以通過分析社區(qū)項目中開發(fā)者數(shù)與角色數(shù)的關(guān)系，后者通過分析在缺少特定角色的開發(fā)者時，能否及時從外界找到合適的候補(bǔ)成員。

在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，為了使項目在受干擾時任務(wù)能夠暫由其他相似角色的開發(fā)者代理完成，團(tuán)隊中角色與開發(fā)者之間會建立一對多的關(guān)系，即每個角色對應(yīng)多個開發(fā)者，如圖9所示，項目中角色越多，每種角色對應(yīng)的平均開發(fā)者數(shù)也逐漸增多，當(dāng)角色數(shù)增加到一定程度（大于11）時，項目中開發(fā)者數(shù)不會增多，而是會有一個急劇的下降。因為社區(qū)開源項目中具有十幾個角色的項目極少，且當(dāng)項目人數(shù)比較多時，一部分開發(fā)者可同時擔(dān)任多種角色，不需要增加更多的開發(fā)者。

圖9 項目開發(fā)者與角色數(shù)的關(guān)系

如果將開發(fā)者以往參與的項目的屬性與該開發(fā)者在項目中的角色信息，定性地表示一個開發(fā)者擁有的知識，那么一個開發(fā)者是否具備參與某一項目的能力，可通過其知識的滿足情況來確定。越多的屬性得到滿足表示該開發(fā)者知識被利用的機(jī)會越大。一個項目的屬性涉及內(nèi)容越廣，能夠參與的開發(fā)者數(shù)也越多，從而知識利用率也會增大。若采用開發(fā)者各屬性的組合數(shù)表示一個開發(fā)者的知識在項目中被利用的機(jī)會數(shù)，如表2所示（數(shù)字分別代表各

屬性對應(yīng)的編號），則開發(fā)者A，B，C在Sourceforge. net軟件生態(tài)系統(tǒng)中知識被利用的機(jī)會至少分別為：144（2×2×3×3×4=144），16（1×4×2×1×2= 16），1。表2中的最后一列表示從SourceForge開源社區(qū)中抽取的某個項目的屬性描述，可計算出滿足該項目知識需求的組合數(shù)為48（3×4×2×2=48）。根據(jù)3個開發(fā)者擁有的知識，不難發(fā)現(xiàn)在不考慮角色時3個開發(fā)者都適合參與該項目，只不過參與的機(jī)會從大到小的順序依次為A，B，C。若開發(fā)者以往參與項目的屬性中至少有一個與項目Project相同，則稱該開發(fā)者滿足項目Project的知識需求。在整個社區(qū)所有的210 216名開發(fā)者中，統(tǒng)計得到滿足知識需求的開發(fā)者有166 563名（79.2%），說明項目Project在社區(qū)中的調(diào)控性較好。

表2 開發(fā)者知識與項目屬性的定性表示

本文統(tǒng)計了社區(qū)中開發(fā)者與項目在以上屬性的組合數(shù)情況，如圖10所示，其中，開發(fā)者與項目的組合數(shù)最小為1，開發(fā)者zorankovacevic擁有最多的組合數(shù)1×2×9×6×7=756，而項目sem xq-suite的組合數(shù)為6×4×6×7=1 008。可見，在開發(fā)者-項目貢獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，知識的利用方式比較多，具備很高的調(diào)控空間。

圖10 開發(fā)者與項目的組合數(shù)分布

5.4 可持續(xù)性分析

在Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)中，雖然開發(fā)者角色和項目屬性滿足多樣性，參與知識的利用方式也具備調(diào)控性，但開發(fā)者之間（開發(fā)者與項目之間）卻表現(xiàn)為一個稀疏的網(wǎng)絡(luò)，這種稀疏性直接反映了知識的低利用率。上述現(xiàn)象表明軟件生態(tài)系統(tǒng)中知識沒有得到很好地利用，大量開發(fā)者處于空閑狀態(tài)，不利于生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。為解決開發(fā)者的合作稀疏性問題，將開發(fā)者擁有的知識進(jìn)行定性定量表示，更好地表述社區(qū)開發(fā)者所具有的知識量，幫助開發(fā)者及時了解社區(qū)中哪些成員與自己有相似的知識，或哪些成員具有特定的知識可供求助和交流。

文獻(xiàn)［20］開發(fā)了一款根據(jù)開發(fā)者間共同參與項目數(shù)、相同的項目屬性數(shù)和傳遞關(guān)系排序的REngine推薦系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠很好地為一個輸入的開發(fā)者找到最可能建立合作的社區(qū)開發(fā)者，其中，在定量實(shí)驗分析中，該方法的推薦精度可達(dá)83.33%。將文獻(xiàn)［20］的研究成果應(yīng)用到Sourceforge.net社區(qū)軟件生態(tài)系統(tǒng)中，為一個開發(fā)者推薦最可能的合作者，從而促進(jìn)開發(fā)者間的合作，提高知識利用率，同時在合作過程中開發(fā)者的知識也會不斷地完善與提升，并且知識是促進(jìn)軟件生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動力，所以，這有利于軟件生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。除了開發(fā)者合作推薦，還可以是開發(fā)者-項目任務(wù)的推薦，甚至是項目-項目之間依賴/組合的推薦?？傊?，通過提供合理的推薦，減少不必要的耗費(fèi)，可促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)束語

本文受自然生態(tài)系統(tǒng)的啟發(fā)，嘗試從生態(tài)系統(tǒng)角度探討開源軟件社區(qū)，形成軟件生態(tài)系統(tǒng)觀。分析開源軟件生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、知識鏈結(jié)構(gòu)，從軟件項目、同類主題和整個開源社區(qū)這3個級別構(gòu)建軟件生態(tài)系統(tǒng)模型，并根據(jù)自然生態(tài)系統(tǒng)的主要特征分析軟件生態(tài)系統(tǒng)的開放性、多樣性、調(diào)控性及可持續(xù)性?；赟ourceforge.net開源社區(qū)數(shù)據(jù)的驗證結(jié)果表明，軟件生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)在特征方面具有很多共性。

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編輯 陸燕菲

Characteristic Study of Open-source Comm unity Based on Software Ecosystem

ZHANG Deguang1a，LIBing1b，2，HE Peng1a，ZHOU Huayu1a
（1a.State Key Laboratory of Software Engineering；1b.Research Center of Complex Network，Wuhan University，Wuhan 430072，China；2.International School of Software，Wuhan University，Wuhan 430079，China）

With the development of open-source community，the number and complexity of available open-source software increases rapidly，then software systems becomes interdependent on account of the interaction between developers，dependence between components or modules and sharing of tools，and it form s open-source Software Ecosystem（SECO）.This paper analyzes the composition，know ledge chain（Web）structure of SECO from the perspective of ecosystem，builds SECO model from three levels which includes software projects，similar themes and the entire open-source community.It analyzes four characteristics which includes openness，diversity，regulation and sustainability according to the main feature of ecosystems.It uses Sourceforge.net open-source community as a case study，indicates that the study of the open-source SECO is helpful to improve the survival ability and know ledge reuse by the effective strategies，and maintain its stability and health.

open-source community；Software Ecosystem（SECO）；know ledge chain；diversity；sustainability

張得光，李 兵，何 鵬，等.基于軟件生態(tài)系統(tǒng)的開源社區(qū)特性研究［J］.計算機(jī)工程，2015，41（11）：106-113.

英文引用格式：Zhang Deguang，Li Bing，He Peng，et al.Characteristic Study of Open-source Community Based on Software Ecosystem［J］.Computer Engineering，2015，41（11）：106-113.

1000-3428（2015）11-0106-08

A

TP301

10.3969/j.issn.1000-3428.2015.11.019

國家“973”計劃基金資助項目（2014CB340401）；國家自然科學(xué)基金資助項目（61273216，61272111，61202032）；湖北省重大科技創(chuàng)新計劃基金資助項目（2013AAA020）；武漢市青年科技晨光計劃基金資助項目（2014070404010232）。

張得光（1991-），男，碩士研究生，主研方向：社會網(wǎng)絡(luò)，軟件工程；李 兵（通訊作者），教授、博士；何 鵬，博士研究生；周華昱，學(xué)士。

2014-10-29

2014-12-11 E-m ail：980746188@qq.com