張得光，李 兵，何 鵬，周華昱

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

基于軟件生態(tài)系統(tǒng)的開(kāi)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中心武漢430072；2.武漢大學(xué)國(guó)際軟件學(xué)院，武漢430079）

隨著開(kāi)源社區(qū)的發(fā)展，可供獲取的開(kāi)源軟件的數(shù)量與復(fù)雜性急劇增長(zhǎng)，致使軟件系統(tǒng)之間由于開(kāi)發(fā)者的交互、組件或模塊的依賴(lài)和使用工具的共享而相互關(guān)聯(lián)，形成開(kāi)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(shí)鏈（網(wǎng)）結(jié)構(gòu)，從軟件項(xiàng)目、同類(lèi)主題和整個(gè)開(kāi)源社區(qū)這3個(gè)級(jí)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(kāi)放性、多樣性、調(diào)控性及可持續(xù)性。在Sourceforge.net開(kāi)源社區(qū)中的分析結(jié)果表明，通過(guò)研究開(kāi)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(shí)的循環(huán)利用，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。

開(kāi)源社區(qū)；軟件生態(tài)系統(tǒng)；知識(shí)鏈；多樣性；可持續(xù)性

1 概述

在軟件開(kāi)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(wèn)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(jì)算機(jī)程序開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)規(guī)模的急劇增大，開(kāi)發(fā)效率要求的不斷提高，加上軟件系統(tǒng)用戶(hù)群體日益增長(zhǎng)及個(gè)性化用戶(hù)需求，單個(gè)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?cè)俅无D(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(guó)生態(tài)學(xué)家泰勒于1935年提出，是指由生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體。它的范圍沒(méi)有固定大小，相互交錯(cuò)，是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)和功能單位［5］。與此類(lèi)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(gè)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(lái)，軟件生態(tài)系統(tǒng)一直受到關(guān)注，如蘋(píng)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(kāi)發(fā)組織生態(tài)系統(tǒng)［8］以及Eclipse和FOSS的開(kāi)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(huì)、業(yè)務(wù)等不同角度有不同說(shuō)法。結(jié)合開(kāi)源環(huán)境下的研究背景，本文采用文獻(xiàn)［11］中的定義：一個(gè)軟件生態(tài)系統(tǒng)是指在一個(gè)公共的技術(shù)平臺(tái)上，一群行為者通過(guò)相互交互形成大量軟件解決方案或服務(wù)。

隨著開(kāi)源社區(qū)開(kāi)發(fā)的流行，可供獲取的開(kāi)源軟件數(shù)量與復(fù)雜性急劇增長(zhǎng)，致使軟件系統(tǒng)之間由于開(kāi)發(fā)者的交互、組件或模塊的依賴(lài)和使用工具的共享而被關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)。本文通過(guò)介紹有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)與軟件生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，探討開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、結(jié)構(gòu)與模型，并從開(kāi)放性、多樣性、調(diào)控性與可持續(xù)性方面對(duì)開(kāi)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(guò)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞而形成相互作用、相互依存的動(dòng)態(tài)復(fù)合體［12］。換言之，生態(tài)系統(tǒng)就是在一個(gè)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(gè)地理單元，還是一個(gè)功能單元，既有能量、信息的傳遞又有物質(zhì)和物種的動(dòng)態(tài)過(guò)程。任何一個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)都是開(kāi)放系統(tǒng)，都有輸入和輸出的過(guò)程以維持動(dòng)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(gè)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(yǔ)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(hù)編程3類(lèi)。文獻(xiàn)［15］從商業(yè)角度對(duì)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(huì)化3個(gè)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(duì)比了SECO與自然生態(tài)系統(tǒng)的異同，提出一個(gè)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(duì)軟件生態(tài)系統(tǒng)提出一個(gè)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(kāi)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(kāi)源環(huán)境下展開(kāi)探討。

3 開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)

3.1 開(kāi)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(dòng)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(lèi)。與此類(lèi)似，一個(gè)典型的軟件生態(tài)系統(tǒng)可理解為由技術(shù)平臺(tái)、行為者和軟件解決方案或服務(wù)（及軟件項(xiàng)目）組成，如圖1所示。

圖1 開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)組成

（1）開(kāi)源社區(qū)是一個(gè)開(kāi)源軟件合作開(kāi)發(fā)社區(qū)，它集成了很多不同規(guī)模、不同性質(zhì)的開(kāi)源項(xiàng)目，為軟件開(kāi)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(gè)技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)源社區(qū)是開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)者進(jìn)行開(kāi)發(fā)管理的集中場(chǎng)所，為開(kāi)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(dòng)因，在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，這種能量來(lái)自知識(shí)的利用。開(kāi)源社區(qū)有著來(lái)自不同國(guó)家、不同文化與專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景的開(kāi)發(fā)者，若將開(kāi)發(fā)者所具有的專(zhuān)業(yè)技能、管理經(jīng)驗(yàn)、文化背景等信息統(tǒng)稱(chēng)為知識(shí)，則開(kāi)發(fā)者為知識(shí)的攜帶者或生產(chǎn)者，他們利用自己的知識(shí)為項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)。知識(shí)在開(kāi)發(fā)者的合作過(guò)程中也有不斷完善與提升，所以，知識(shí)是促進(jìn)軟件生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。

（3）軟件項(xiàng)目作為開(kāi)發(fā)目標(biāo)，為完成某一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，項(xiàng)目管理者根據(jù)項(xiàng)目的需求組織滿(mǎn)足條件的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，利用開(kāi)發(fā)者的知識(shí)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能。因此，開(kāi)源項(xiàng)目實(shí)為知識(shí)的消費(fèi)者，群體智能的產(chǎn)物。

（4）用戶(hù)根據(jù)對(duì)社區(qū)發(fā)布軟件的使用情況，將體驗(yàn)信息反饋給開(kāi)發(fā)者，開(kāi)發(fā)者在得到用戶(hù)反饋信息的基礎(chǔ)上，對(duì)開(kāi)源項(xiàng)目展開(kāi)進(jìn)一步改進(jìn)工作，所以用戶(hù)是知識(shí)的體驗(yàn)者，發(fā)揮利用知識(shí)產(chǎn)物與促進(jìn)項(xiàng)目完善的作用。

因此，開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)主要由社區(qū)平臺(tái)，分別作為知識(shí)的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和體驗(yàn)者的開(kāi)發(fā)者，軟件項(xiàng)目和用戶(hù)組成，在組成成分上表現(xiàn)為一個(gè)社會(huì)-技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，需要指出的是，一些情況下用戶(hù)也是開(kāi)發(fā)者。

3.2 開(kāi)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(gè)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(shí)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(kāi)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(shí)鏈結(jié)構(gòu)

在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)者-項(xiàng)目-用戶(hù)通過(guò)知識(shí)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(chēng)為知識(shí)鏈，可簡(jiǎn)述為開(kāi)發(fā)者通過(guò)各種學(xué)習(xí)方式豐富自身知識(shí)，再利用擁有的知識(shí)為參與的項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)，最后用戶(hù)下載使用所開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，根據(jù)使用情況反饋體驗(yàn)信息，反饋信息又將成為開(kāi)發(fā)者進(jìn)一步改進(jìn)的目標(biāo)，最終形成一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程如圖2所示。

圖2 知識(shí)鏈結(jié)構(gòu)

除水平方向的知識(shí)鏈外，開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目之間的參與關(guān)系可形成一個(gè)貢獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)參與同一個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)者間存在一條合作邊的投影方式，建立一個(gè)開(kāi)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(shí)鏈，知識(shí)鏈之間交叉又形成知識(shí)網(wǎng)。

3.2.2 開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)模型

在業(yè)界已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列有關(guān)分布式存儲(chǔ)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(kāi)源環(huán)境下的軟件生態(tài)系統(tǒng)。參照個(gè)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(gè)不同的等級(jí)，圖3分別從單個(gè)軟件項(xiàng)目、同類(lèi)主題和整個(gè)開(kāi)源社區(qū)3個(gè)級(jí)別構(gòu)建軟件生態(tài)系統(tǒng)模型。

（1）軟件項(xiàng)目級(jí)主要研究單個(gè)開(kāi)源軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者-項(xiàng)目-用戶(hù)知識(shí)網(wǎng)。

（2）同類(lèi)主題級(jí)主要研究某一類(lèi)主題下的開(kāi)發(fā)者合作網(wǎng)絡(luò)與項(xiàng)目依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)。大部分開(kāi)源項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者人數(shù)較少、主題較單一，屬于小項(xiàng)目，這些小項(xiàng)目在缺乏資源時(shí)可向同類(lèi)主題下的其他團(tuán)隊(duì)尋求幫助，實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)間跨項(xiàng)目、組織邊界的合作。另外，可以根據(jù)項(xiàng)目之間的依賴(lài)關(guān)系，在已有的小項(xiàng)目基礎(chǔ)上構(gòu)建更大的項(xiàng)目，減少重復(fù)開(kāi)發(fā)過(guò)程。

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

圖3 不同級(jí)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(wú)論是哪個(gè)級(jí)別下的軟件生態(tài)系統(tǒng)，都是為了實(shí)現(xiàn)知識(shí)重用或循環(huán)利用，提高開(kāi)發(fā)效率和軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量。

4 開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)特征

一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)包括4個(gè)主要的共同特征：開(kāi)放性，多樣性，調(diào)控性和可持續(xù)性，其中，開(kāi)放性代表整個(gè)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(shí)刻保持一種動(dòng)態(tài)平衡；多樣性是指系統(tǒng)內(nèi)部物種種類(lèi)豐富與均衡；調(diào)控性是指系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(zhǎng)久維持的過(guò)程或狀態(tài)。同樣地，一個(gè)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(kāi)放性

開(kāi)源環(huán)境下的軟件生態(tài)系統(tǒng)具有開(kāi)放性。首先，項(xiàng)目的源代碼是公開(kāi)可供任何感興趣的開(kāi)發(fā)者直接下載，或通過(guò)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(shí)都可能有新開(kāi)發(fā)者加入，因此這種與外部交流的情形隨時(shí)都可能發(fā)生；其次，很多開(kāi)源社區(qū)為了給開(kāi)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(kù)、版本控制日志、論壇等，為充分利用用戶(hù)的反饋信息，一些社區(qū)還為開(kāi)源項(xiàng)目提供用戶(hù)評(píng)分機(jī)制。這些都有利于開(kāi)源社區(qū)（開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)）的生存和發(fā)展。

無(wú)疑軟件生態(tài)系統(tǒng)的開(kāi)放性是開(kāi)源社區(qū)動(dòng)態(tài)發(fā)展的前提，開(kāi)放的系統(tǒng)才能不斷有新資源、新知識(shí)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(kāi)發(fā)者角色多樣性、項(xiàng)目屬性多樣性。在Sourceforge.net社區(qū)中部署的項(xiàng)目數(shù)量已達(dá)40多萬(wàn)，開(kāi)發(fā)者或用戶(hù)數(shù)上百萬(wàn)，該社區(qū)資源的豐富是毋庸置疑。眾所周知，一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)中，由于開(kāi)發(fā)者自身開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐能力的差別，擁有不同知識(shí)的開(kāi)發(fā)者通常扮演不同的角色。同時(shí)，不同項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能不一樣，使得對(duì)開(kāi)發(fā)者角色的需求也不同，所以，保持開(kāi)發(fā)者角色的多樣性，有利于更好地滿(mǎn)足項(xiàng)目開(kāi)發(fā)需求。

除了開(kāi)發(fā)者角色的多樣性，在軟件生態(tài)系統(tǒng)中，保持軟件項(xiàng)目屬性的多樣性也非常必要。軟件項(xiàng)目作為知識(shí)的消費(fèi)者或捕食者，項(xiàng)目每個(gè)屬性涉及的元素越多，面向社區(qū)組織開(kāi)發(fā)者的方向也就越廣。例如項(xiàng)目aatopendcd是一個(gè)提高OpenDChub的腳本，涉及互聯(lián)網(wǎng)中繼交談與文件共享2個(gè)主題，支持5種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，使得項(xiàng)目在組織開(kāi)發(fā)者團(tuán)隊(duì)時(shí)，既可能有對(duì)互聯(lián)網(wǎng)中繼交談方向感興趣的開(kāi)發(fā)者，也可能有對(duì)文件共享方向感興趣的開(kāi)發(fā)者自愿參與提供貢獻(xiàn)；同時(shí)可以是來(lái)自不同語(yǔ)言?xún)?yōu)勢(shì)上的開(kāi)發(fā)者。

在Sourceforge.net社區(qū)中，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者角色共有22種，且每種角色的開(kāi)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(gè)開(kāi)源項(xiàng)目提供的屬性除了主題和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言之外還有目標(biāo)受眾、數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境、適用的操作系統(tǒng)、UI和項(xiàng)目狀態(tài)與使用的開(kāi)源認(rèn)證等。根據(jù)對(duì)前4個(gè)屬性的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，每個(gè)屬性都涉及較廣的范疇，主題、目標(biāo)受眾、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和數(shù)據(jù)庫(kù)的分別有261類(lèi)、19類(lèi)、71類(lèi)、34類(lèi)。表1列出了每個(gè)開(kāi)發(fā)者的角色與項(xiàng)目相關(guān)屬性的統(tǒng)計(jì)信息，其中，M ax，M in，Avg分別表示項(xiàng)目在某屬性上取值個(gè)數(shù)的最大值、最小值、平均值。

表1 每個(gè)開(kāi)發(fā)者的角色與項(xiàng)目相關(guān)屬性統(tǒng)計(jì)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(shí)的抵抗能力；（2）受到干擾后的恢復(fù)能力。在開(kāi)源環(huán)境下，開(kāi)發(fā)者的參與行為是動(dòng)態(tài)的。受外界環(huán)境或開(kāi)發(fā)者自身因素的影響，隨時(shí)都有開(kāi)發(fā)者可能離開(kāi)或加入現(xiàn)有的團(tuán)隊(duì)，當(dāng)面臨這種人員變動(dòng)的情況，尤其是團(tuán)隊(duì)已有核心成員的離去，離開(kāi)前團(tuán)隊(duì)在該角色上是否有合適的候補(bǔ)成員，以及離開(kāi)后，團(tuán)隊(duì)是否能夠在有限的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到之前的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。一個(gè)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(lèi)問(wèn)題的能力。

開(kāi)發(fā)者角色多樣性與項(xiàng)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(guò)角色的多樣性可以在受干擾時(shí)將任務(wù)暫由相似角色的其他開(kāi)發(fā)者代理；通過(guò)項(xiàng)目屬性多樣性，如果團(tuán)隊(duì)中某一角色的唯一開(kāi)發(fā)者離開(kāi)，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(kāi)發(fā)者的知識(shí)是不可回收的，但卻可以通過(guò)與其他開(kāi)發(fā)者合作或共享實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳遞。雖然Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)具備開(kāi)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(jì)表明，在Sourceforge.net開(kāi)源社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)者之間（開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目之間）表現(xiàn)為一個(gè)稀疏的合作網(wǎng)絡(luò)，這種稀疏性直接反映了知識(shí)的低利用率。如果知識(shí)沒(méi)能得到很好地利用，意味著大量開(kāi)發(fā)者處于空閑狀態(tài)，待開(kāi)發(fā)的項(xiàng)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(wèn)題，節(jié)約軟件生態(tài)系統(tǒng)資源，必須確保已有的知識(shí)能夠最大程度地得到充分利用，產(chǎn)生更多價(jià)值?？刹扇〉拇胧┌ㄩ_(kāi)發(fā)者間合作推薦、項(xiàng)目任務(wù)推薦，提供小項(xiàng)目/組件的集成，對(duì)社區(qū)狀態(tài)的監(jiān)控，提供好的開(kāi)發(fā)環(huán)境減少人員流動(dòng)，采用更好的知識(shí)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(kāi)源軟件社區(qū)的工程實(shí)踐，不僅是為了從一個(gè)更全面、系統(tǒng)的維度看待軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)過(guò)程，也是為了從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度更好地協(xié)調(diào)整個(gè)過(guò)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(kāi)源社區(qū)之一，是規(guī)模相對(duì)更龐大、知名度更廣的一個(gè)社區(qū)，本文選取該社區(qū)作為案例分析對(duì)象。在3.2.2節(jié)已指出，可以從項(xiàng)目、類(lèi)別和整個(gè)開(kāi)源社區(qū)3個(gè)不同的級(jí)別上對(duì)軟件生態(tài)系統(tǒng)建模，本文選擇從整個(gè)開(kāi)源社區(qū)級(jí)別對(duì)其特性展開(kāi)分析。

5.1 開(kāi)放性分析

Sourceforge.net社區(qū)平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)源軟件合作開(kāi)發(fā)社區(qū)，它集成了很多不同規(guī)模、不同性質(zhì)的開(kāi)源項(xiàng)目，為軟件開(kāi)發(fā)提供了整套生命周期服務(wù)。以2個(gè)月為時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)社區(qū)從2007年2月-2008年10月期間的開(kāi)發(fā)者數(shù)與項(xiàng)目數(shù)（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)僅基于該社區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)dumps中獲取的數(shù)據(jù)）。

從圖4可以看出，社區(qū)開(kāi)發(fā)者數(shù)與項(xiàng)目數(shù)都呈現(xiàn)逐步增長(zhǎng)趨勢(shì)，而該增長(zhǎng)趨勢(shì)與社區(qū)軟件生態(tài)系統(tǒng)的開(kāi)放性是不可分的。正是開(kāi)源社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的開(kāi)放性，促使更多來(lái)自不同國(guó)家、有著不同文化背景和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的開(kāi)發(fā)者加入社區(qū)。

圖4 開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目數(shù)量增長(zhǎng)情況

此外，以2008年6月-2008年8月期間為例，統(tǒng)計(jì)了項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者數(shù)變化情況，發(fā)現(xiàn)一些項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者在2個(gè)月內(nèi)增多，而另外一些項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者數(shù)則減少，如圖5所示。正是由于社區(qū)的開(kāi)放性，開(kāi)發(fā)者可以自愿參與各項(xiàng)目，以至于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者數(shù)存在波動(dòng)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，這段時(shí)間內(nèi)共有2 258個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者人數(shù)發(fā)生了變化，其中有1 638個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者人數(shù)增加了，累計(jì)增加2 586人，有620個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者人數(shù)減少了，累計(jì)減少806人，說(shuō)明整體上加入的人數(shù)比離開(kāi)的人數(shù)多，從而證明圖4中的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖5 2個(gè)月內(nèi)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者人數(shù)的變化

5.2 多樣性分析

在Sourceforge.net開(kāi)源社區(qū)中，不同的開(kāi)發(fā)者扮演不同角色，不同項(xiàng)目有不一樣的屬性特征。社區(qū)多樣性不僅體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目的數(shù)量上，還體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)者角色與項(xiàng)目屬性上。因此，分別從開(kāi)發(fā)者角色的多樣性與項(xiàng)目屬性的多樣性?xún)煞矫孢M(jìn)行研究。

5.2.1 開(kāi)發(fā)者角色多樣性

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

在收集到的開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目數(shù)據(jù)表中，保存了每個(gè)開(kāi)發(fā)者在項(xiàng)目中的角色信息。對(duì)Sourceforge.net生態(tài)系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)者的角色類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有22種常用角色，且每種角色的開(kāi)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(kāi)發(fā)者數(shù)分布情況，其中大部分成員是以軟件開(kāi)發(fā)者角色的身份加入，其次是項(xiàng)目管理員。

圖6 開(kāi)發(fā)者角色分布

由于Sourceforge.net開(kāi)源社區(qū)主要以完善軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為主，因此開(kāi)發(fā)者和項(xiàng)目管理2個(gè)角色占大多數(shù)。從圖6中還可以看出，有一部分開(kāi)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(shí)這類(lèi)角色可以及時(shí)充當(dāng)替補(bǔ)成員，這無(wú)疑為Sourceforge.net生態(tài)系統(tǒng)在抵御人員變動(dòng)和外界干擾時(shí)提供又一道防線(xiàn)。

圖7為社區(qū)每個(gè)開(kāi)發(fā)者扮演角色數(shù)與每個(gè)項(xiàng)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(gè)只參與一個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者或只有一個(gè)開(kāi)發(fā)者參與的項(xiàng)目的角色肯定只有一種，所以圖7在統(tǒng)計(jì)開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目角色數(shù)時(shí)，過(guò)濾了這種情況的對(duì)象。從圖7中可以看到，80%以上的開(kāi)發(fā)者或項(xiàng)目涉及角色不超過(guò)2種，說(shuō)明開(kāi)發(fā)者從事的工作比較集中，開(kāi)源項(xiàng)目的功能都不是特別復(fù)雜。

圖7 開(kāi)發(fā)者/項(xiàng)目角色人數(shù)累積分布

通過(guò)對(duì)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(kāi)發(fā)者角色多樣性，當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目中某一角色的開(kāi)發(fā)者發(fā)生變化時(shí)，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(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.2.2 項(xiàng)目屬性多樣性

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

文本只列舉了4個(gè)項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)方向，該屬性在很大程度上決定了項(xiàng)目所需知識(shí)的來(lái)源。從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，Sourceforge.net軟件生態(tài)系統(tǒng)中的項(xiàng)目共涉及261個(gè)主題。從圖8（a）可知，動(dòng)態(tài)內(nèi)容（Dynam ic Content）與軟件開(kāi)發(fā)（Softw are Development）2個(gè)主題所占比重最多。

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

（3）開(kāi)發(fā)語(yǔ)言表示一個(gè)項(xiàng)目所采用的實(shí)現(xiàn)工具，每種語(yǔ)言都有自身的特點(diǎn)，使用不同語(yǔ)言的開(kāi)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(yǔ)言，主要有Java，C++，C和PHP這4種比較流行的語(yǔ)言。

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)表示一個(gè)項(xiàng)目所使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境，可供使用的數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境有34種，M ySQL和JDBC為主要的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)環(huán)境。

圖8 項(xiàng)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(xiàng)目的每一個(gè)屬性都涉及較廣的范疇，即不少于19類(lèi)。此類(lèi)項(xiàng)目資源庫(kù)可以滿(mǎn)足用戶(hù)的特定需求，尤其是項(xiàng)目的重用，可避免重復(fù)開(kāi)發(fā)來(lái)提高軟件生態(tài)系統(tǒng)資源的利用價(jià)值。

5.3 調(diào)控性分析

開(kāi)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(shí)的抵抗能力與受到干擾后的恢復(fù)能力，前者可以通過(guò)分析社區(qū)項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)者數(shù)與角色數(shù)的關(guān)系，后者通過(guò)分析在缺少特定角色的開(kāi)發(fā)者時(shí)，能否及時(shí)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(xiàng)目在受干擾時(shí)任務(wù)能夠暫由其他相似角色的開(kāi)發(fā)者代理完成，團(tuán)隊(duì)中角色與開(kāi)發(fā)者之間會(huì)建立一對(duì)多的關(guān)系，即每個(gè)角色對(duì)應(yīng)多個(gè)開(kāi)發(fā)者，如圖9所示，項(xiàng)目中角色越多，每種角色對(duì)應(yīng)的平均開(kāi)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(shí)，項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)者數(shù)不會(huì)增多，而是會(huì)有一個(gè)急劇的下降。因?yàn)樯鐓^(qū)開(kāi)源項(xiàng)目中具有十幾個(gè)角色的項(xiàng)目極少，且當(dāng)項(xiàng)目人數(shù)比較多時(shí)，一部分開(kāi)發(fā)者可同時(shí)擔(dān)任多種角色，不需要增加更多的開(kāi)發(fā)者。

圖9 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者與角色數(shù)的關(guān)系

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

屬性對(duì)應(yīng)的編號(hào)），則開(kāi)發(fā)者A，B，C在Sourceforge. net軟件生態(tài)系統(tǒng)中知識(shí)被利用的機(jī)會(huì)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(kāi)源社區(qū)中抽取的某個(gè)項(xiàng)目的屬性描述，可計(jì)算出滿(mǎn)足該項(xiàng)目知識(shí)需求的組合數(shù)為48（3×4×2×2=48）。根據(jù)3個(gè)開(kāi)發(fā)者擁有的知識(shí)，不難發(fā)現(xiàn)在不考慮角色時(shí)3個(gè)開(kāi)發(fā)者都適合參與該項(xiàng)目，只不過(guò)參與的機(jī)會(huì)從大到小的順序依次為A，B，C。若開(kāi)發(fā)者以往參與項(xiàng)目的屬性中至少有一個(gè)與項(xiàng)目Project相同，則稱(chēng)該開(kāi)發(fā)者滿(mǎn)足項(xiàng)目Project的知識(shí)需求。在整個(gè)社區(qū)所有的210 216名開(kāi)發(fā)者中，統(tǒng)計(jì)得到滿(mǎn)足知識(shí)需求的開(kāi)發(fā)者有166 563名（79.2%），說(shuō)明項(xiàng)目Project在社區(qū)中的調(diào)控性較好。

表2 開(kāi)發(fā)者知識(shí)與項(xiàng)目屬性的定性表示

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

圖10 開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)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(kāi)發(fā)者角色和項(xiàng)目屬性滿(mǎn)足多樣性，參與知識(shí)的利用方式也具備調(diào)控性，但開(kāi)發(fā)者之間（開(kāi)發(fā)者與項(xiàng)目之間）卻表現(xiàn)為一個(gè)稀疏的網(wǎng)絡(luò)，這種稀疏性直接反映了知識(shí)的低利用率。上述現(xiàn)象表明軟件生態(tài)系統(tǒng)中知識(shí)沒(méi)有得到很好地利用，大量開(kāi)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(kāi)發(fā)者的合作稀疏性問(wèn)題，將開(kāi)發(fā)者擁有的知識(shí)進(jìn)行定性定量表示，更好地表述社區(qū)開(kāi)發(fā)者所具有的知識(shí)量，幫助開(kāi)發(fā)者及時(shí)了解社區(qū)中哪些成員與自己有相似的知識(shí)，或哪些成員具有特定的知識(shí)可供求助和交流。

文獻(xiàn)［20］開(kāi)發(fā)了一款根據(jù)開(kāi)發(fā)者間共同參與項(xiàng)目數(shù)、相同的項(xiàng)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(gè)輸入的開(kāi)發(fā)者找到最可能建立合作的社區(qū)開(kāi)發(fā)者，其中，在定量實(shí)驗(yàn)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(gè)開(kāi)發(fā)者推薦最可能的合作者，從而促進(jìn)開(kāi)發(fā)者間的合作，提高知識(shí)利用率，同時(shí)在合作過(guò)程中開(kāi)發(fā)者的知識(shí)也會(huì)不斷地完善與提升，并且知識(shí)是促進(jìn)軟件生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)者合作推薦，還可以是開(kāi)發(fā)者-項(xiàng)目任務(wù)的推薦，甚至是項(xiàng)目-項(xiàng)目之間依賴(lài)/組合的推薦?？傊ㄟ^(guò)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(yǔ)

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(kāi)源軟件社區(qū)，形成軟件生態(tài)系統(tǒng)觀。分析開(kāi)源軟件生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、知識(shí)鏈結(jié)構(gòu)，從軟件項(xiàng)目、同類(lèi)主題和整個(gè)開(kāi)源社區(qū)這3個(gè)級(jí)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(kāi)放性、多樣性、調(diào)控性及可持續(xù)性?；赟ourceforge.net開(kāi)源社區(qū)數(shù)據(jù)的驗(yàn)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(kāi)源社區(qū)特性研究［J］.計(jì)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(guó)家“973”計(jì)劃基金資助項(xiàng)目（2014CB340401）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61273216，61272111，61202032）；湖北省重大科技創(chuàng)新計(jì)劃基金資助項(xiàng)目（2013AAA020）；武漢市青年科技晨光計(jì)劃基金資助項(xiàng)目（2014070404010232）。

張得光（1991-），男，碩士研究生，主研方向：社會(huì)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