软件体系结构8
软件体系结构
软件体系结构引言软件体系结构是指在软件系统中，对系统整体结构进行组织和设计的过程。
一个合理的软件体系结构能够帮助开发者降低系统的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。
本文将介绍软件体系结构的基本概念和常用的体系结构模式，以及如何进行软件体系结构设计。
软件体系结构的基本概念软件体系结构是一个抽象的概念，用于描述软件系统中各个组件之间的关系和交互方式。
它主要由以下几个基本概念组成：1.组件（Component）：组件是软件系统中的一个独立的功能单元，可以由一个或多个模块（Module）组成，实现特定的功能。
2.接口（Interface）：接口定义了组件之间的通信方式和消息传递方式。
一个组件可以提供多个接口供其他组件使用。
3.关系（Relationship）：组件之间的关系可以是依赖关系（Dependency）、关联关系（Association）、聚合关系（Aggregation）和组合关系（Composition）等。
这些关系将多个组件链接起来，形成一个组织结构。
4.架构风格（Architectural Style）：架构风格定义了软件系统的整体结构的模式和约束。
常见的架构风格包括层次结构（Layered）、客户端-服务器（Client-Server）、发布-订阅（Publish-Subscribe）等。
常用的软件体系结构模式在进行软件体系结构设计时，可以借鉴一些常用的体系结构模式。
下面介绍几种常见的模式：1.层次结构（Layered）：层次结构将软件系统划分为若干层，每一层负责特定的功能。
上层的组件可以调用下层的组件，反之则不行。
这种模式可以降低系统的复杂度和耦合度，提高系统的可维护性。
2.客户端-服务器（Client-Server）：客户端-服务器模式将软件系统划分为客户端和服务器两个部分。
客户端负责与用户进行交互，而服务器负责处理客户端的请求并返回结果。
这种模式可以实现系统的分布式部署，提高系统的可伸缩性。
软件体系结构
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践者提供设计体系结构更好的方法，以便设计人员相互交流，并可以使 用支持体系结构描述语言的工具来分析案例。 这些内容将在第5 章介绍。 第二类是体系结构领域知识的总结性研究。这一领域关心的是工程 师通过软件实践总结而来各种体系结构原则和模式的分类和阐释。 第三类是针对特定领域的框架 [SEI90,Tra94] 的研究。这类研究产生 了针对一类特殊软件的体系结构框架，比如，航空电子控制系统、移动 机器人、用户界面。这类研究一旦成功，这样的框架便可以被毫不费力 实例化来生产这一领域新的产品。这部分内容将在第 7 章介绍。 第四类是软件体系结构形式化支持的研究。随着新的符号的产生， 以及人们对体系结构设计实践的理解逐步深入，需要用一种严格的形式 化方法刻画软件体系结构及其相关性质。这些内容将在第 5 章介绍。
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设计或实现中一种特殊的重复出现的问题。例如，Bridge 模式，它为解 决抽象部分和实现部分独立变化的问题提供了一种通用结构。因此，设 计模式更强调直接复用的程序结构。 3. 应用框架（Application Framework） 应用框架是整个或部分系统的可重用设计，表现为一组抽象构件的 集合以及构件实例间交互的方法。可以说，一个框架是一个可复用的设 计构件，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作构件之间的 依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协 作的方法，它为构件复用提供了上下文 (Context) 关系。在很多情况下， 框架通常以构件库的形式出现，但构件库只是框架的一个重要部分。框 架的关键还在于框架内对象间的交互模式和控制流模式 [2]。 设计模式是对在某种环境中反复出现的问题以及解决该问题的方 案的描述，它比框架更抽象；框架可以用代码表示，也能直接执行或复 用，而对模式而言只有实例才能用代码表示；设计模式是比框架更小的 元素，一个框架中往往含有一个或多个设计模式，框架总是针对某一特 定应用领域，但同一模式却可适用于各种不同的应用。体系结构风格描 述了软件系统的整体组织结构，它独立于实际问题。而设计模式和应用 框架更加面向具体问题。 体系结构风格、设计模式和应用框架的概念是从不同的目的和出发 点讨论软件体系结构，它们之间的概念经常互相借鉴和引用。
软件体系结构总结
1、软件危机：软件开发维护过程中的遇到一系列严重问题表现：软件成本日益增长，开发进度难以控制，软件质量差，软件维护困难，原因；用户需求不明确，缺乏正确的理论指导，软件规模越来越大，软件复杂度越来越高，软件工程是用工程科学和数学的原则和方法研制，维护计算机软件的有关技术及管理方法软件工程三要素，方法，工具，过程解决方法：管理，采用工程化的开发方法，加大软件重用，采用先进的开放工具2、软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。
软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。
特点：从高层抽象了软件系统结构、行为、属性。
软件体系结构的意义：体系结构是风险担保者进行交流的手段是早期设计决策的体现是可传递和可重用的模型3、构件是语义完整，语法正确和有可重用价值的单位软件是软件重用过程中可以明确辨识的系统，构件模型是对构件本质特征的抽象描述分类：参考模型，描述模型，实现模型构件分类方法：关键字分类法，刻面分类法，超文本分类法4、软件体系结构模型：结构模型，动态模型，框架模型，过程模型，功能模型5、4+1 视图模型从五个不同的视角包括逻辑视图，开发视图，进程视图，物理视图和场景逻辑视图：主要支持系统功能需求：即系统提供给最终用户的服务开发视图：主要侧重于软件模块的组织和管理进程视图：系统的运行特征，主要关注与一些非功能性的需求物理视图：主要考虑如何把软件映射到硬件上，他通常考虑系统性能，规模，可靠性，解决系统拓扑结构，系统安装，通讯等问题场景：可以看作是那些重要系统活动的抽象，它使四个视图有机联系在一起，6、软件体系结构的核心模型：构件，连接件，配置，端口，和角色7、软件体系风格：是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式最关键的四要素内容：一个词汇表，定义一套配置规则，定义一套语义解释原则定义对基于这种风格的系统所进行的分析经典体系结构风格：数据流风格，调用/返回风格，独立构件风格，虚拟机风格，仓库风格几种软件风格8，为什么使用异构风格不同的结构有不同的处理能力的强项和弱项关于软件包，框架，通信以及其他一些体系结构上的问题一些遗留下来的代码9，体系结构描述方法：图形表达工具有矩形和有向线段组合而成的图形表达工具模块连接语言：采用一种或几种传统程序设计语言的模块连接起来的内连接语言MIL基于软构件的系统描述语言软件体系结构描述语言：ADL 在底层语义模块的支持下，为软件系统的概念体系结构提供了具体的语法和概念框架，基于底层语义的工具为体系结构表示分析演化分化设计构成提供支持三个基本元素构件连接件体系结构配置优点缺点UML ：统一建模语言是一个通用的可视化建模语言，用于对软件精星描述，可视化处理，构造，和建立软件体系的文档，A、状态图B、用例图C、时序图D、配置图E、协作图F、类图。
软件体系结构 习题答案
软件体系结构习题答案软件体系结构习题答案1. 什么是软件体系结构？软件体系结构是指软件系统的整体结构和组织方式，它描述了软件系统中各个组件之间的关系以及它们的功能和行为。
软件体系结构通常包括多个层次，从整体到细节逐渐展开，以便更好地理解和设计软件系统。
2. 为什么软件体系结构很重要？软件体系结构对于软件系统的开发和维护具有重要意义。
它可以提供一个框架，指导软件开发者进行系统设计和实现。
良好的软件体系结构可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时降低开发和维护的成本。
3. 软件体系结构有哪些常见的模式？常见的软件体系结构模式包括分层模式、客户端-服务器模式、发布-订阅模式、模型-视图-控制器模式等。
每种模式都有其特定的应用场景和优缺点，开发者可以根据具体需求选择合适的模式。
4. 什么是分层模式？分层模式是一种常见的软件体系结构模式，将软件系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能。
通常包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。
这种模式可以提高系统的可维护性和可扩展性，同时降低各个层次之间的耦合度。
5. 客户端-服务器模式是什么？客户端-服务器模式是一种常见的软件体系结构模式，将软件系统划分为客户端和服务器两部分。
客户端负责用户界面和用户交互，而服务器负责处理客户端的请求并提供相应的服务。
这种模式可以实现分布式计算和资源共享，提高系统的可伸缩性和可靠性。
6. 发布-订阅模式是什么？发布-订阅模式是一种常见的软件体系结构模式，用于实现消息传递和事件通知。
发布者将消息发布到一个或多个主题，而订阅者可以选择订阅感兴趣的主题并接收相关的消息。
这种模式可以实现解耦和灵活的通信方式，适用于分布式系统和异步通信。
7. 模型-视图-控制器模式是什么？模型-视图-控制器（MVC）模式是一种常见的软件体系结构模式，用于实现用户界面和业务逻辑的分离。
模型负责处理数据和业务逻辑，视图负责显示用户界面，而控制器负责协调模型和视图之间的交互。
软件体系结构
软件体系结构在软件开发过程中，软件体系结构是一个至关重要的概念。
软件体系结构是指软件系统中的各个组件、模块和它们之间的关系。
一个优秀的软件体系结构可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时也有利于降低开发成本和提高软件质量。
软件体系结构的定义软件体系结构是指软件系统中各个部分相互之间的组织方式。
它包括软件系统中的组件、组件之间的关系，以及这些组件和关系在整体上所形成的结构。
软件体系结构描述了软件系统的整体结构，以及各个组件之间的相互作用。
软件体系结构的重要性软件体系结构在软件开发过程中起着至关重要的作用。
一个良好的软件体系结构可以帮助开发人员更好地理解软件系统的结构和设计，从而更容易进行软件开发、测试、部署和维护。
此外，良好的软件体系结构还可以提高软件系统的性能、可靠性和安全性，降低软件开发和维护的成本。
软件体系结构的组成一个软件系统的体系结构通常由以下几个组成部分组成：1.组件（Components）：软件系统中的各个部分。
2.接口（Interfaces）：组件之间进行通信和交互的方式。
3.关系（Relationships）：描述组件之间的依赖关系，如依赖、引用、调用等。
4.约束（Constraints）：对组件之间交互的限制条件。
5.配置（Configurations）：软件系统中各个组件的布局和部署方式。
软件体系结构的类型软件体系结构可以分为多种类型，常见的软件体系结构包括：•分层体系结构：软件系统按层次结构组织，每一层负责不同的功能。
•客户端-服务器体系结构：软件系统分为客户端和服务器，客户端负责用户界面，服务器负责处理业务逻辑。
•面向服务的体系结构：软件系统以服务为中心，各个组件之间通过服务进行通信和交互。
•事件驱动体系结构：软件系统通过事件进行通信和控制。
•管道和过滤器体系结构：软件系统通过一系列过滤器进行数据处理。
软件体系结构的设计原则在设计软件体系结构时，需要遵循一些设计原则，以确保软件系统的质量和可维护性：1.模块化：将软件系统划分为多个独立的模块，每个模块负责一个特定的功能。
软件体系结构
1.2软件体系结构研究的内容和范畴
• 体系结构风格、设计模式和应用框架的概念是从不同的目的和出发点讨论
软件体系结构，它们之间的概念经常互相借鉴和引用。
1.3体系结构设计原则
• 抽象
• 分而治之
• 封装和信息隐藏
• 模块化
• 高内聚和低耦合
• 关注点分离
• 策略和实现的分离
• 接口和实现的分离
1.3体系结构设计原则
Filter将文件分离为音频流和视频流，AVI解码Filter对视频流进行解码并送往Video表现Filter，
由后者将各帧在显示器上显示，默认的DirectSound设备用DirectSound将音频流输
出。。
1.1what is SA ？
• 其次，体系结构的描述的作用好像一个框架，系
统属性在这个框架下进行扩充，并且，它在考察
设计出合适的体系结构。经验不丰富的设计师往往把注意力集中在“功能性
需求”而疏忽了“非功能性需求”，殊不知后者恰恰是最能体现设计水平的
地方。
高水平的设计师高就高在“设计出恰好满足客户需求的软件，并且使开
发方和客户方获取最大的利益，而不是不惜代价设计出最先进的软件。（以
设计住宅为例）…
对于软件系统而言，能够满足需求的设计方案可能有很多种，究竟该选
能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。
1.1what is SA ？
• 这种全局结构的设计和规划问题包括 全局组织
结构；全局控制结构；通信和同步以及数据存取
协议；规定设计元素的功能；设计元素的组合；
物理分布；规模和性能；演化的维度；设计方案
的选择等。
• 1随着软件系统的规模和复杂性不断增加，系统
软件工程软件体系结构
通用语言运行规范（CLS）
Web服务 数据和XML 用户接口
基本类库
通用语言运行时刻环境（CLR）
某制造企业的架构
用户界面 子 系 统
销 售 公 司
生 产 计 划 部 生 产 设 备 处
采 购
财 务 处
人 事 处
劳 资 处
专 卖 处
科 技 处
仓 库
办 公 室
市 场 部
…
DDL 专用 构件库
查 询 统 计 采 购 管 理 计 帐 分 析 对 比 报 表 财 务 管 理 计 划 销 售 管 理 … 计 划 管 理 汇 总 执 行 录 入 … 文 档 审 计 … 文 档 批 阅 归 档 特 权 管 理 恢 复 文 档 转 发 转 储 …
• 什么是软件体系结构 • 软件体系结构的发展
• 软件体系结构的研究范畴
软件设计的目标
•设计应该是便于维护和升级的，因而应
该是模块化的
•设计应该是便于移植的 •设计应该具有适应性 •设计过程应该受到理性化的控制 •设计应该表现出概念的完整性
软件设计思想
•强调信息隐蔽的单元概念 •应用基于操作和数据封装构成的单元设计
计算机硬件体系结构分类
指令1 指令2
数据1 指令 1 控制1 处理1
存储1
控制2
…… 控制n
指令2
处理2
……
数据2
存储2
……
指令n
指令n
处理n
数据n
存储n
MIMD多指令流多数据流计算机
多处理机系统
控制 处理
MAP
…… ……
控制 处理
MAP
……
互连网络
……
通道
存储
软件体系结构
1、软件体系结构的定义Kruchten指出，软件体系结构有四个角度，他们从不同方面对系统进行描述:概念角度描述系统的主要构件及它们之间的关系；模块角度包含功能分解与层次结构；运行角度描述了系统的动态结构；代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织。
2、SOA：即Service-oriented-architecture，面向服务架构。
它是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些业务之间定义良好的借口和契约联系起来。
借口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立与实现服务的硬件平台，操作系统和编程语言。
这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。
3、C/S：即客户机/服务器网，Client/Server.在C/S中服务器是网络的核心，而客户机是网络的基，客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。
4、质量属性：就是系统在生命周期过程中所表现出的各种特征。
5、软件体系结构的风格：软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。
体系结果风格定义了一个系统家族，即定义一个词汇表和一组约束。
词汇表中包含一些构件和连接类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接组合起来的。
6、软件体系结构描述语言（ADL）：是在底层语义模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架。
基于底层语义的工具为体系结构的表示、分析、演化、细化、设计过程等提供支持。
这三个基本元素是：构件、连接件、体系结构配置。
7、Web服务：是使用标准技术在INTERNET上运行的商务流程，它可以使用标准的INTERNET协议，将功能纲领性的体现在INTERNET和INTRANTE。
8、基于体系结构的软件过程：是在体系结构指导下的软件开发过程。
首先设计体系结构，软件系统的开发过程可描述为软件的演化与组装过程。
具体过程可分化为体系结构的需求、设计、文档化、复审、实现、演化等6个过程。
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Lecture 8: CORBA
►ORB Core ►OMG Interface Definition Language (OMG IDL) ►Interface Repository ►Language Mappings ►Stubs and Skeletons ►Dynamic Invocation and Dispatch ►Object Adapters ►Inter-ORB Protocols
A middleware platform that supports a standardized OO architecture for software applications
►Common Object Request Broker Architecture ►Open standard - developed by OMG
Lecture 8: CORBA
OMA Reference Model Interface Usage
Lecture 8: CORBA
Object frameworks are interacting objects providing certain functionality in a given domain
►These are domain-specific groups of objects that interact to provide a customizable solution within that application domain. ►These frameworks are typically oriented towards domains such as telecommunications, medical systems, finance, and manufacturing. ►Some components support application-specific interfaces, as well as domain interfaces, common facilities interfaces, and object services. Other components support only a subset of these interfaces. ►Within an object framework, each component communicates with others on a peer-to-peer basis. That is, each component is both a client of other services and a server for the services it provides.
Lecture 8: CORBA
ORB Core (Cont)
►Clients can obtain object references in several different ways:
♣ Object creation: A client can create a new object in order to get an object reference. A creation request returns an object reference for the newly created object to the client. ♣ Directory service: A client can invoke a lookup service of some kind in order to obtain object references. (Naming and Trading services) ♣ Convert to string and back: An application can ask the ORB to turn an object reference into a string, and this string can be stored into a file or a database. Later, the string can be retrieved from persistent storage and turned back into an object reference by the ORB.
♣ Object communication mechanisms: client does not know this.
Lecture 8: CORBA
ORB Core (cont)
►To make a request, the client specifies the target object by using an object reference. ►When a CORBA object is created an object reference for it is also created. ►When used by a client, an object reference always refers to the same object for which it was created, for as long as that object still exists. ►Object references are both immutable and opaque, so a client can’t ―reach into‖ the object reference and modify it. Only an ORB knows what’s “inside” an object reference.
Main Features of CORBA
Lecture 8: CORBA
CORBA Architecture
Lecture 8: CORBA
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ORB Core
►Delivers requests to objects and returns any responses to the clients making the requests. ►The object that a client wishes the ORB to direct a request to is called the target object. ►The key feature of the ORB is the transparency of how it facilitates client/object communication. Ordinarily, the ORB hides the following:
♣ Object location: Client does not know where the target object resides ♣ Object implementation: client does not know how the target object is
implemented
►Domain Interfaces
♣ oriented towards a particular application domain ♣ e.g., medical, telecommunication, financial domains
►Application Interface
♣ developed specifically for a given application. ♣ these interfaces are not standardized by CORBA
♣ Object execution state: When it makes a request on a target object,
the client does not need to know whether that object is currently activated (i.e., in an executing process) and ready to accept requests.
Supports distributed object computing CORBA does not require an underlying OO implementation It uses a broker
►an intermediary handling requests in a system ►facilitates communication between clients and server objects ►separates a component’s interface from its implementation
Lecture 8: CORBA
OMA Reference Model Interface Categories
Lecture 8: CORBA
Four object interface categories Using ORB ►Object Services
♣ These are fundamental services ♣ These are domain-independent interfaces that are used by many distributed object programs. ♣ e.g., object location (naming, trading) ●The Naming Service – which allows clients to find objects based on names; ●The Trading Service – which allows clients to find objects based on their properties.