软件体系结构Chap05建模-文档资料
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软件体系结构课件第5章统一建模语言
2:GetPrefSet()
10:PrefSet(date_mg)
1:GetPrefSet()
:MeetingInitiator
第5章 统一建模语言 直接使用UML建模 – 会议安排系统的类图
Person
StronglyConflicts With
Conflicts With
Important Attendee
0..* 0..*
0..* Profers
Attendee
1..* 1..* 0..* 0..*
11 1 1
1
Meeting Initiator
Find.exe
Query .dll
部署图 定义系 统中软 硬件的 物理体
系结构
第5章 统一建模语言 部署图
客户端:个人PC QueryClient.exe
服务器
《TCP/IP》 查询
QueryServer.exe 部署图
定义系
统中软
Find.exe
硬件的
物理体
Query.dll系结构
第5章 统一建模语言
第5章 统一建模语言
直接使用UML建模 – UML中的通用表示
➢ 字符串：表示有关模型的信息； ➢ 名字：表示模型元素； ➢ 标号：不同于编程语言中的标号，是用于表示或说明图形符号的字
符串； ➢ 特殊字符串：表示某一模型元素的特性； ➢ 类型表达式：声明属性、变量及参数，含义同编程语言中的类型表
0
10
20
30s 时间刻度
第5章 统一建模语言 状态图
提交订单 已审核 印前处理
客户付钱
已付款
已处理
进行冲印
冲印中 冲印完成
描述满足 用例要求 所要进行 的活动以 及活动间 的完约成束关 系，有利 于识别并 行活动
软件体系结构建模可编辑全文
之间的映射、路由等)和连接服务建立两个终
端之间的语音连接。
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2.2.1 逻辑视图的例子
仿真和培训
显示及用户 接口
外部接口网 关
飞行管理
空中交通管 理
对于规模更大的系统来说，
体系结构级中包含数十甚至 数百个类 。左图是空中交通
管制系统的顶级类图，该图 包含了8个类种属（即类的 分组）。
构件 进程
简化进程 循环进程
连接件 未指定 消息
远程过程调用 双向消息 事件广播
通过扩展Booch对Ada任务的表示法，来表 示进程视图。
2.2.2进程视图的风格
有多种风格适合进程视图。例如管道和过滤器、客户／服务器及其变体(多客 户／单服务器，多客户／多服务器)等。
2.2.2 进程视图的例子（ACS系统局部进程视图）
左图显示了一个专用自动交换分机(ACS)的例
子。专用自动交换分机用于在通信终端之间建
立连接。
会话
转换服务 通信终端可能是电话机、中继线(连接到中心
室的线路)、专用线(专用自动交换分机和一般
的交换分机之间的线路)、数据线、ISDN线等。
不同的线路需要不同的线路接口卡的支持。终
端对象负责维护终端的状态，并代表所在的线
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2.1 软件体系结构建模概述
◎ 动态模型
动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的 “大颗粒”的行为性质。例如，描述系统的重新配置 或演化。动态可以指系统总体结构的配置、建立或拆 除通信通道或计算的过程。
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第2章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
Chap05.2_动态软件体系结构_动态模型(精)
wangzhiming@
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§5.2.2 πADL动态体系结构(续)
2、πADL体系结构建模方法(续) 具体方法：
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wangzhiming@
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§5.2.2 πADL动态体系结构(续)
2、πADL体系结构建模方法 基本思想：
在构件的计算、连接件的胶水进程中，插入用 于体系结构动态演化的特定控制名字，表达体 系结构动态演化的起因和安全地进行动态演化 的时间； 运用π演算作为统一的形式语义基础，建立单 独的动态配置进程，形式化描述体系结构动态 演化方案； 运用π演算固有的动态建模能力，通过连接件 动态输入不同构件的交互行为名字，实现与构 件的动态连接和交互，并据此给出体系结构动 态配置的形式语义。
本层可添加、删除、更新构件。
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wangzhiming@
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§5.2.1 基于构件的动态系统结构 模型(续)
中间层：包括连接件配置、构件配置、构件 描述和执行。
连接件配置管理连接件及其接口的通信配置； 构件配置管理构件行为；构件描述对构件的内 部结构、行为、功能和版本等信息加以描述；
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执行
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wangzhiming@
全局更新：
体系结构 配置器 Client 配置器 连接件 Server构件 执行
Server构件 配置器 请求更新
提交更新请求 判 断 通知有更新请求 通知有更新请求 返回准备 就绪信息 返回准备 就绪信息 通知一切就绪 准备执行更新 通知更新执行完毕并返回结果 通知更新 结束 通知更新结束 返回相应信息 通知更新结束 通知更新结束
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§5.2.2 πADL动态体系结构(续)
2、πADL体系结构建模方法(续) 具体方法：
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wangzhiming@
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§5.2.2 πADL动态体系结构(续)
2、πADL体系结构建模方法 基本思想：
在构件的计算、连接件的胶水进程中，插入用 于体系结构动态演化的特定控制名字，表达体 系结构动态演化的起因和安全地进行动态演化 的时间； 运用π演算作为统一的形式语义基础，建立单 独的动态配置进程，形式化描述体系结构动态 演化方案； 运用π演算固有的动态建模能力，通过连接件 动态输入不同构件的交互行为名字，实现与构 件的动态连接和交互，并据此给出体系结构动 态配置的形式语义。
本层可添加、删除、更新构件。
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§5.2.1 基于构件的动态系统结构 模型(续)
中间层：包括连接件配置、构件配置、构件 描述和执行。
连接件配置管理连接件及其接口的通信配置； 构件配置管理构件行为；构件描述对构件的内 部结构、行为、功能和版本等信息加以描述；
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执行
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全局更新：
体系结构 配置器 Client 配置器 连接件 Server构件 执行
Server构件 配置器 请求更新
提交更新请求 判 断 通知有更新请求 通知有更新请求 返回准备 就绪信息 返回准备 就绪信息 通知一切就绪 准备执行更新 通知更新执行完毕并返回结果 通知更新 结束 通知更新结束 返回相应信息 通知更新结束 通知更新结束
第6章 软件体系结构建模
F 主
F 备份
K
K
K
K
K
K
K
K
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场景视图示例
（1）摘机 小王:控制器 （2）拨号音 （3）号码 （5）打 开会话 （4）号码 小王:终端 编号计划
小王:会话
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‖4+1‖ 视图模型 – 重要说明
逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构
运行视图和部署视图描述系统的动态结构
场景视图对于所有的情况均适用
多线程 异步交互 数据缓冲 中断
运行视图：设计满足运行期质量属性的架构
应用层中的线程代表主程序的运行，它直接利用了MFC 的主窗口线程。无论是用户交互，还是串口的数据到达， 均采取异步事件的方式处理，杜绝了任何"忙等待"无谓 的耗时，也缩短了系统响应时间
通讯层有独立的线程控制着"上上下下"的数据，并设置 了数据缓冲区，使数据的接收和数据的处理相对独立，从 而数据接收不会因暂时的处理忙碌而停滞，增加了系统吞 吐量
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构件 1:N 1:N 端口 角色
软件体系结构的
生命周期模型
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面向体系结构的软件开发
在软件开发引入了软件体系结构之后，软件应用系统的构 造过程变为： 问题定义 → 需求分析 → 软件体系结构设计 → 软件系统 设计 → 软件实现 → 软件测试与维护
在建立软件体系结构时：设计师主要是从结构的角度对整 个系统进行分析，选择恰当的构件，构件间的相互作用关 系以及对它们的约束，最后形成一个系统框架以满足用户 需求，为后续的软件设计奠定基础
面向体系结构的软件开发
软件体系结构架构设计文档
基于机器学习的分布式系统故障诊断系统架构设计⽂档本⽂档的⽬的是详细地介绍基于机器学习的分布式系统故障诊断系统所包含的需求。
基于机器学习的分布式系统故障诊断系统是⼀个利⽤机器学习和深度学习技术对分布式系统的故障数据进⾏分析的⼯具，旨在帮助⽤⼾准确地识别和分类分布式系统中的故障，并实现分布式系统故障运维的智能化。
为了确保客⼾能够明确了解产品的具体需求，并使开发⼈员能够根据这些需求进⾏设计和编码，我们将在以下部分描述基于机器学习的分布式系统故障诊断系统的功能、性能、⽤⼾界⾯、运⾏环境和外部接⼝。
此外，我们还将详细说明针对⽤⼾操作的各种系统响应。
2.1 需求介绍该项⽬是为满⾜分布式系统故障⾼效、准确诊断的需求⽽开发的。
基于机器学习的分布式系统故障诊断系统不仅可以对分布式系统的故障数据进⾏深⼊的分析，还可以设计出准确的故障诊断模型。
此外，它还为分布式系统故障的智能化运维提供了有效的技术⽀持。
通过本系统，⽤⼾可以实现对分布式系统故障的快速检测和恢复，从⽽降低运维难度，减少⼈⼒资源消耗。
2.2 需求分析2.2.1 ⼀般性需求操作系统适配性：系统应能够适配主流的操作系统，如W indows、L inux等。
性能和可靠性：系统需保证⾼性能运⾏，同时确保在各种故障情况下的可靠性。
可维护性：系统应当有良好的⽂档和代码结构，确保后期可以轻松地进⾏维护和升级。
可扩充性：随着业务的增⻓和技术的更新，系统应具有良好的可扩充性，以满⾜未来的需求。
适应性：系统需能够适应不同的技术和业务场景，以确保其在多种环境下都能够稳定运⾏。
2.2.2 功能性需求2.2.2.1 ⽤⼾需求1 基于机器学习的故障诊断功能故障诊断与分类：⽤⼾需要系统能够准确地诊断和分类分布式系统中的故障。
KPI指标监控：⽤⼾希望在所有节点正常运⾏时，所有KPI指标都在正常范围内。
故障检测：⽤⼾希望系统能够检测到节点的故障，并识别导致KPI指标异常的故障。
故障传播识别：⽤⼾希望系统能够识别故障在分布式系统中的传播情况。
Chap05.2_动态软件体系结构_动态模型(精)
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§5.2.2 πADL动态体系结构(续)
2、πADL体系结构建模方法 基本思想：
在构件的计算、连接件的胶水进程中，插入用 于体系结构动态演化的特定控制名字，表达体 系结构动态演化的起因和安全地进行动态演化 的时间； 运用π演算作为统一的形式语义基础，建立单 独的动态配置进程，形式化描述体系结构动态 演化方案； 运用π演算固有的动态建模能力，通过连接件 动态输入不同构件的交互行为名字，实现与构 件的动态连接和交互，并据此给出体系结构动 态配置的形式语义。
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§5.2.2 πADL动态体系结构(续)
3、πADL体系结构建模语义
动态配置软件系统的整体行为是所有构件实例、 连接件实例的进程和动态配置进程的并发执行；
构件、连接件的动态创建和删除；
运用π演算的动态建模能力，借助连接件实现 构件、连接件的动态连接关系。
本层可添加、删除、更新构件。
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§5.2.1 基于构件的动态系统结构 模型(续)
中间层：包括连接件配置、构件配置、构件 描述和执行。
连接件配置管理连接件及其接口的通信配置； 构件配置管理构件行为；构件描述对构件的内 部结构、行为、功能和版本等信息加以描述；
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返回准备 就绪信息 执行 更新
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§5.2.2 πADL动态体系结构
Hale Waihona Puke Π演算
第2章软件体系结构建模
号来表示开发视图。 构件
连接件
模块
参照相关性
子系统 层
第二章 软件体系结构建模
2.2 “4+1”视图模型
◇ 开发视图（子系统分解）
在开发视图中，最好采用4～6层子系统，每一层都有明 确定义的责任。
设计规则是某一层的子系统仅仅能与同层或更低层的子 系统通讯，这样可以使每个层次的接口既完备又精练，避免 了各个模块之间很复杂的依赖关系。（这样做的目的是使模 块间相互依赖而构成的复杂网络最小化，并使得系统可以采 用逐层的策略完成释放。）
◎ Barry Boehm
软件体系结构包括一个软件和系统构件，互联及约 束的集合；一个系统需求说明的集合；一个基本原理用 以说明这一构件，互联和约束能够满足系统需求。
软件体系结构＝{ 构件，连接件，约束，不同人员的需求，准则 }
第二章 软件体系结构建模
◇ “4+1”模型概述
2.2 “4+1”视图模型
以与进程视图的映射一道，以多种形式出现，也可单
独出现。
构件
连接件
处理器
通信 临时通信
单向通信
其他设备
双向通信
宽带或总线
第二章 软件体系结构建模
2.2 “4+1”视图模型
◇ 物理视图（从软件到硬件的映射）
ACS系统的物理视图
C
C
主
备份
F
F
主
备份
F
F
主
备份
K
K
K
K
K
K
K
K
第二章 软件体系结构建模
2.2 “4+1”视图模型
物理视图主要考虑的是非功能性的系统需求，
如系统的可用性、可靠性（容错性）、性能（信 息吞吐量）和可扩展性。
软件体系结构描述
◇ 软件体系构造旳定义
◎ Mary Shaw和David Garlan （1993年）
软件体系构造是软件设计过程中旳一种层次，这一层次超越 计算过程中旳算法设计和数据构造设计。
体系构造问题涉及总体组织和全局控制，通讯协议，同步，数 据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素旳组织、规模和性能， 在各设计方案间进行选择等。
构件之间不能发送消息，必须经过连接件。构件之间 旳通信只能经过消息传递来实现，不允许使用共享内存方 式通信。
◇ C2风格旳中心原则
C2风格旳中心原则是有限可视原则，或者说是下层独 立旳原则：
在C2风格旳体系构造中，某一构件只能感知层次高于 自己旳构件所提供旳服务，而不能感知到层次比自己更低 旳构件旳服务。
◎ ADL与建模语言旳区别：后者对整体行为旳关注要不 小于对部分旳关注，而ADL集中在构件旳表达上。
◎ ADL与老式旳程序设计语言旳构成元素既有许多相同 和相同之处，又各自有着很大旳不同。
第四章 软件体系构造描述
◇ 经典元素含义比较
4.3 软件体系构造描述语言
第四章 软件体系构造描述
◇ 常见旳软件体系构造元素
4.3 软件体系构造描述语言
3. 体系构造配置或拓扑： 描述体系构造旳构件与连接件旳连接图。
同步检验语法、阐明语义。 多视图、多场景旳体系构造阐明措施。
在不同层次上描述软件系统；异构情况下旳配置。
第四章 软件体系构造描述 ◇ ADL旳构成要素
4.3 软件体系构造描述语言
软件体系构造旳设计在需求分析之后，软件设计之前。 描述好体系构造，做好承上启下旳工作很主要。
软件体系构造处理算法与数据构造之上有关整体系统构造设计 和描述方面旳某些问题，如全局组织和全局控制构造、有关通讯、 同步与数据存取旳协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设
◎ Mary Shaw和David Garlan （1993年）
软件体系构造是软件设计过程中旳一种层次，这一层次超越 计算过程中旳算法设计和数据构造设计。
体系构造问题涉及总体组织和全局控制，通讯协议，同步，数 据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素旳组织、规模和性能， 在各设计方案间进行选择等。
构件之间不能发送消息，必须经过连接件。构件之间 旳通信只能经过消息传递来实现，不允许使用共享内存方 式通信。
◇ C2风格旳中心原则
C2风格旳中心原则是有限可视原则，或者说是下层独 立旳原则：
在C2风格旳体系构造中，某一构件只能感知层次高于 自己旳构件所提供旳服务，而不能感知到层次比自己更低 旳构件旳服务。
◎ ADL与建模语言旳区别：后者对整体行为旳关注要不 小于对部分旳关注，而ADL集中在构件旳表达上。
◎ ADL与老式旳程序设计语言旳构成元素既有许多相同 和相同之处，又各自有着很大旳不同。
第四章 软件体系构造描述
◇ 经典元素含义比较
4.3 软件体系构造描述语言
第四章 软件体系构造描述
◇ 常见旳软件体系构造元素
4.3 软件体系构造描述语言
3. 体系构造配置或拓扑： 描述体系构造旳构件与连接件旳连接图。
同步检验语法、阐明语义。 多视图、多场景旳体系构造阐明措施。
在不同层次上描述软件系统；异构情况下旳配置。
第四章 软件体系构造描述 ◇ ADL旳构成要素
4.3 软件体系构造描述语言
软件体系构造旳设计在需求分析之后，软件设计之前。 描述好体系构造，做好承上启下旳工作很主要。
软件体系构造处理算法与数据构造之上有关整体系统构造设计 和描述方面旳某些问题，如全局组织和全局控制构造、有关通讯、 同步与数据存取旳协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设
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本层或其下层的子系统；
描述方法：Rational
Rose支持的Booch标记法。
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5.2.3 进程视图
面向系统集成人员； 考虑是的一些非功能性的需求，侧重于系统的运行
特性，主要是关注一些非功能性的需求，例如系统
的性能和可用性。
进程视图可以描述成多层抽象，每级分别关注不同
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体系结构的核心模型由五种元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色； 构件是具有某种功能的可重用的软件单元，表示了系统中主要的计算元素和 数据存储，在体系结构中，一个构件可能小到一个过程或大到整个应用程序 ，它包括了多种属性，如接口、类型、语义、约束、演化和非功能属性等。
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5.2.1 逻辑视图－－面向对象的分解
面向最终用户； 支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的 服务；
从问题域出发，采用面向对象的方法，按照抽象 、封装、继承的原则，进行分解，得到代表着系 统的关键抽象表示的集合； 描述方法：Rational Rose支持的Booch标记法。
第五章 软件体系结构建模
5.1 软件体系结构建模概述
5.2 “4＋1”视图模型
5.3 软件体系结构的核心模型
5.4 软件体系结构的生命周期
5.5 软件体系结构设计
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§5.1 软件体系结构建模概述
根据侧重点不同，可分为5种：
1、结构模型 以体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结 构，并力图通过结构来反映系统的重要语义内容， 包括系统的配置、约束、隐含的假设条件、风格、 性质。研究核心是体系结构描述语言(ADL)；
接口是构件与外部世界的一组交互点。ADL中的构件接口说明了构件提供 的那些服务（消息、操作、变量），是由一组端口组成，每个端口表示了 构件和外部环境的交互点通过不同的端口类型，一个构件可以提供多重接 口。 类型是实现构件重用的手段，保证了构件能够在体系结构描述中的多次实 例化，并且每个实例可以对应于构件的不同实现。
的方面。
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5.2.4 物理视图－－从软件到硬件的映射
面向系统工程人员； 物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通
常考虑到系统性能、规模、可靠性等；
解决系统拓扑结构、系统安装、通信等问题； 考虑的是非功能性的系统需求，如系统的可用性、
可靠性(容错性)、性能(信息吞吐量)和可扩展性。
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5.2.5 场景视图－－汇总
重要系统活动的抽象，它使4个视图有机联系起来
，从某种意义上说场景是最重要的需求抽象；
逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程
视图和物理视图描述系统的动态结构。
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5.2.5 模型描述
可视化的建模工具——ROSE
ROSE是Rational 公司开发的一种CASE工具； 用UML语言支持软件开发的大部分过程的建模， 描述软件各部分，为软件建立一个面向对象的 模型， 可自动生成应用系统需要的部分源代码 ； 系统具有面向对象的诸多优点(如模型稳定性、 重用性，等等)，降低软件维护和升级的成本。
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ROSE的视图
用例视图；
逻辑视图； 构件视图；
部署视图；
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ROSE的标记方法
Booch标记法；
面向对象建模技术( OMT:
Object Modeling Technique) ；
统一过程方法(Unified
Process)；
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2、框架模型 侧重于整体结构，以一些特殊的问题为目标建立 只针对和适应该问题的结构；
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•3、动态模型 结构或框架模型的补充，研究系统的"大颗粒"的 行为性质。例如，描述系统的重新配置或演化。 •4、过程模型 过程模型研究构造系统的步骤和过程，其结构是 遵循某些过程脚本的结果。 •5、功能模型 将体系结构视为由一组功能构件按层次组成，下 层向上层提供服务。一种特殊的框架模型。
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§5.2 “4＋1”视图模型
Rational公司的Kruchten在2019年提出“4＋1”视图 模型： Philippe Kruchten. Architectural Blueprints— The 4+1 view model of architecture, IEEE Software, 2019, 12(6): 42~50. ABSTRACT：The 4 + 1 View Model describes software architecture using five concurrent views, each of which addresses a specific set of concerns: The logical view describes the design's object model, the process view describes the design's concurrency and synchronization aspects;
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5.2.2 开发视图－－子系统分解
又称为模块视图(Module
View)，面向编程人员；
主要侧重于软件模块的组织和管理，关注的是在软件开发
环境中软件模块的实际组织；
开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描
述；
采用分层风格(4~6层)，每一层有明确的定义，只能依赖于
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不同视图从不同的侧面描述系统；使得不同需求的 人员能够得到他们对于软件体系结构想要了解的东 西。
逻辑视图(Logic View)； 进程视图(Process View)； 物理视图(Physical View) or 部署视图(Deployment View)； 开发视图(Development View) or 实现视图 (Implementation View)； 场景视图(Scenarios) or 用例视图(Use Case View)；