体系结构描述语言
体系结构描述语言
体系结构描述语言（Architecture Description Language，ADL）是指用于描述和记录软件系统的体系结构的形式化语言。
ADL提供了一种描述软件系统组成部分、它们之间的关系和相互作用的标准化方法，以便于软件工程师和其他利益相关者理解和沟通软件系统的结构和行为。
ADL的主要目的是在系统开发过程中促进沟通和共享。
它可以帮助软件工程师在设计和开发过程中定义系统的基本元素、它们之间的交互关系和约束条件。
通过使用ADL，团队成员可以更好地了解系统的整体结构，从而更好地理解和管理系统开发过程中的各种需求和设计决策。
ADL可以用于不同层面的体系结构描述，包括高层体系结构（High-level architecture），低层体系结构（Low-level architecture）和中间层体系结构（Middle-level architecture）。
高层体系结构描述系统的总体结构，包括子系统和它们之间的关系。
低层体系结构描述子系统的详细结构和模块之间的连接方式。
中间层体系结构描述这两个层次之间的接口和交互。
ADL通常包括以下几个主要方面的描述：
2. 接口（Interface）：描述组件之间的通信和交互方式。
接口定义了组件之间的协议和数据格式。
3. 关系和相互作用（Relationships and Interactions）：描述组件之间的关系和相互作用。
可以包括依赖关系、使用关系、实例化关系、目标引用关系等。
4. 约束条件（Constraints）：描述系统中的限制性条件和要求。
可以包括性能要求、安全性要求、实现约束等。
5. 视图（Views）：描述系统的不同视角和关注点。
例如，可以有逻辑视图、物理视图、过程视图等，每个视图都强调不同的方面和需求。
ADL可以使用图形表示或文本表示。
图形表示使用图形符号和连接线来表示组件、接口和关系。
文本表示使用特定的语法和标记来描述组件、接口和关系。
通常，ADL的语法和标记是严格定义的，以确保描述的一致性和可验证性。
目前有许多不同的ADL可供选择，每种ADL都有不同的特点和适用范围。
例如，美国国防部的统一体系结构框架（Unified Architecture Framework，UAF）是用于军事和国防系统的ADL。
UML（Unified Modeling Language）也可以用于系统体系结构描述，它提供了用例图、类图、序列图等图形表示，以及类、接口、关联等文本表示。
总的来说，ADL是一种重要的工具，用于描述和记录软件系统的体系结构。
它可以帮助软件工程师和其他利益相关者更好地理解、沟通和管理系统的结构和行为。
通过使用ADL，团队成员可以共享和讨论系统的设计和实现，从而促进系统开发过程的合作和协调。
04-软件体系结构描述语言-lym
描述环境
使用体系结构图
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好的体系结构文档的必要元素(2/2)
考虑实现时的限制
但是仅在它们能影响体系结构设计的范围内
被限定的下层结构、处理器需求
通常包含其他结构图 它怎样去符合需求与约束 其他的设计
体系结构设计的原理
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14
其他方面
风格/产品线问题
设计可变的尺度 体系结构的那个方面必须不被改变？ 暗含开发团队的组织结构 体系结构评审情况
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典型元素含义
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常见体系结构元素
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ADL定义
定义
ADL是一种语言，提供了对软件系统概念体系结构进 行建模的特性(features) 构件(components) 连接件(connectors) 配置(configurations)
基本特性：对以下成分进行显式规约
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ADL定义
形式化方法（formal methods），用特 定的数学语言,包括数学的符号语言、图 象语言和文字语言,表达自然现象和社会 现象的空间结构和数量关系。准确、规 范、标准=>有利于机器自动化
该层次的非形式化是严重的问题吗？
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体系结构描述语言的必要性
体系结构是降低开发成本的关键
开发焦点转移到粗粒度系统成分
鉴于体系结构描述的概念和实践的不统一，IEEE 于1995年8月成立了体系结构工作组 IEEE P1471
IEEE P1471于2000年9月21日通过IEEE-SA标准委员会 评审。 IEEE P1471适用于软件密集的系统，其目标在于：便 于体系结构的表达与交流，并通过体系结构要素及其 实践标准化，奠定质量与成本的基础。 IEEE P1471详细介绍了一套体系结构描述的概念框架， 并给出建立框架的思路。但如何描述以及具体的描述 技术等方面缺乏更进一步的指导。
系统架构设计师考试知识点(新版本)
第一章系统架构师概述1.1.1系统架构师的概念现代信息系统“架构”三要素：构件、模式、规划；规划是架构的基石，也是这三个贡献中最重要的。
架构本质上存在两个层次：概念层，物理层。
1.2.1系统架构师的定义负责理解、管理并最终确认和评估非功能性系统需求，给出开发规范，搭建系统实现的核心架构，对整个软件架构、关键构建、接口进行总体设计并澄清关键技术细节。
主要着眼于系统的“技术实现”，同时还要考虑系统的“组织协调”。
要对所属的开发团队有足够的了解，能够评估该开发团队实现特定的功能需求目标和资源代价。
1.2.2系统架构师技术素质对软件工程标准规范有良好的把握。
1.2.3系统架构师管理素质系统架构师是一个高效工作团队的创建者，必须尽可能使所有团队成员的想法一致，为一个项目订制清晰的、强制性的、有元件的目标作为整个团队的动力；必须提供特定的方法和模型作为理想的技术解决方案；必须避免犹豫，必须具备及时解决技术问题的紧迫感和自信心。
1.2.4系统架构师与其他团队角色的协调系统分析师，需求分析，技术实现系统架构师，系统设计，基于环境和资源的系统技术实现项目管理师，资源组织，资源实现由于职位角度出发产生冲突制约，不可能很好地给出开发规范，搭建系统实现的核心架构，并澄清技术细节，扫清主要难点。
所以把架构师定位在项目管理师与系统分析师之间，为团队规划清晰的目标。
对于大型企业或项目，如果一人承担多个角色，往往容易发生顾此失彼的现象。
1.3系统架构师知识结构需要从大量互相冲突的系统方法和工具中区分出哪些是有效的，那些是无效的。
1.4从开发人员到架构师总结自己的架构模式，深入行业总结规律。
几天的培训不太可能培养出合格的软件架构师，厂商的培训和认证，最终目的是培养自己的市场，培养一批忠诚的用户或产品代言人，而不是为中国培养软件架构师。
《计算机网络基础知识》计算机系统由硬件和软件组成，软件通常分为系统软件和应用软件。
系统软件支持应用软件的运行，为用户开发应用软件提供平台，用户可以使用它，但不能随意修改它。
产品线体系结构描述语言vADL的设计
用 Ｖｅｓ ｎ ｃ ｅ ｒｉ ｓｓｈ ｍａ支 持 体 系 结 构 演 化 。但 是 ， ｏ ｘ ＤＩ ． Ａ ０缺乏 变化性 组装 机制 。为此 ， 文设计 了 ２ 本
１ ２ 连接 件 （ ｏ ｎ ｃｏ ） ． Ｃ ｎ ｅｔｒ
Ｋｏｌ［和 ｘ Ｄ ． ［， 且 二 者 都 存 在 着 诸 多 局 ａａ２ Ａ Ｉ２０３ 并 ］ 限 。 ｏｌ Ｋ ａａ具有差 异接 口、 异表 格 、 差 切换 器 、 可选 接
口等变化性 机制 ， Ｋ ａａ是实现 约 束的 ， 但 ｏｌ 只支持 编
变化 性接 口包 含一组 变 化点 和 变化性 约束 。变化 点 绑定 不 同 的值 ， 够定 制 出不 同的 组件 内部结 构 和 能 行为 。而 变化性 约束 则 限制 了变化 点所允 许绑定 的 值域 以及 变化 点之 间约 束关 系 。非 功能属 性描述 组 件性 能 、 源消 耗等 非功 能性 质 。 于非功 能属性 能 资 基 够对 体 系结 构 进行 分析 。
现对 产品线 体 系结构 的定 制和 复 用。
关 键 词 ： 品线体 系结 构 ， 系结构描 述语 言 ， 产 体 变化 性 中图分类号 ： ３ １ ＴＰ １ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ０２ ５ （ ０ ６ ０ — ０ ９０ １ ０ — ７ ８ ２ ０ ） １０ ５ ４
口是 由一组 端 口组成 ， 现 组件 的逻辑 功能 。 口有 实 端 ２种类 型 ： 入端 口和 出 端 口。通 过 入端 口 ， 接受 外部
征， 但也有其独特性 ， 产品线体系结构必须能够同时
Darwin语言简介
Darwin描述语言简介1、Darwin简介：Darwin最初是一个分布式系统配置语言，引入软件体系结构研究后，Darwin成为一个体系结构描述语言。
作为一个ADL，Darwin对软件系统的静态结构的描述和UniCon非常相似，不过Darwin中引入了一些特有的构造(construct)使之便于描述系统的动态特性。
Darwin采用π演算来分析、描述带有演化通信结构。
在π演算中，一个系统被表述成一组具有独立功能的进程集，集合中的每个进程可以与其它进程建立连接，每个连接都有一个连接名。
Darwin采用π演算对系统行为进行建模，利用其强类型系统进行静态检查。
此外，Darwin使用π演算作为其形式化基础，因此使用Darwin描述的体系结构模型能够进行一些高层的模型检测，例如是否存在死锁等。
2、Darwin的建模能力和特点：使用Darwin描述的软件系统配置主要由构件及构件之间的绑定(binding)组成。
Darwin中的构件是用服务(service)进行定义的，一个构件既能对外提供一些服务，也能请求外部的服务。
所有的服务名的作用范围仅限于定义这些服务的构件，亦即构件的定义本身并不需要了解全局的服务名。
因此Darwin中的构件是上下文独立的(context independent)，这有助于构件的复用，并能简化维护阶段对构件的替换工作。
构件的服务由服务类型进行区分，但是Darwin本身并不解释服务类型信息。
服务类型信息要么由低层的形式化行为规约进行解释，要么用于表示底层分布式平台所支持的通信机制(例如在Regis系统中，类型信息就可以直接用于选择正确的通信代码)。
3、Darwin中的构件：Darwin中的绑定就是构件的provide服务和require服务之间的链接。
只有provide服务类型和require服务类型相互匹配，相应的绑定才是合法的。
由于Darwin本身只管理服务类型，并不对其进行解释，因此必须由提供服务类型的系统来判断服务是否匹配(不过在Darwin目前的工具集中，仅仅简单的通过名字是否相同来判断服务是否匹配)。
软件体系结构描述语言
ADL实例 — Rapide
• 该层次的非形式化是严重的问题吗？
体系结构描述语言的必要性
• 体系结构是降低开发成本的关键
– 开发焦点转移到粗粒度系统成分
• 形式化的体系结构模型是需要的 • 体系结构描述语言(ADLs)作为一种可能的解决方 案被提出
ACME Aesop ArTek C2 Darwin LILEANNA MetaH Rapide SADL UniCon Weaves Wright
END input
UniCon的语法 (3)
• UniCon配置
USES p1 PROTOCOL Unix-pipe USES sorter INTERFACE Sort-filter CONNECT sorter.output TO p1.source USES p2 PROTOCOL Unix-pipe USES printer INTERFACE Print-filter CONNECT sorter.input TO p2.sink
• 实现 (implementation)
– 连接件类型
• 协议 (protocol)
– 预定义的角色和属性集合 – 为每个角色预定义的属性集合
• 实现 (implementation)
– 构件类型和连接件类型的实例化 (uses) – 实例的配置 (connect)
UniCon的语法 (2)
• UniCon构件演员
对以下成分进行显式规约构件components?接口连接件connectors配置configurations?期望的特性构件连接件和配置的特定方面工具支持区分adls?模型化配置的方法隐式的配置implicitconfiguration内嵌的配置inlineconfiguration显式的配置explicitconfiguration?关联体系结构和实现的方法实现约束implementationconstraining实现无关implementationindependent?相关符号体系高层设计符号体系模块连接语言mil面向对象符号体系编程语言形式化规约语言adl构件?定义构件是计算或数据存储单元构件是计算和状态的场所?所有的adls支持构件建模?不同的术语构件component接口interface进程process构件分类范畴?接口interfaces模型化要求的required和提供的provided服务?类型types相同的功能能被复用和多重实例化multipleinstances?语义semantics方便分析强制约束体系结构不同层次细化的映射?约束constraints确保符合预期的构件使用使用边界和构件之间的依赖?演化evolution作为设计元素的构件演化通过子类型化和细化进行支持?非功能属性nonfunctionalproperties使能运行时行为的模拟分析约束处理器规约和项目管理adls比较
有哪些软件体系结描述方法和描述标准
软件体系结构描述方法和描述标准是指在软件体系结构领域中，用于描述和标准化软件体系结构的一些方法和标准。
软件体系结构描述方法和描述标准的出现和应用，对于提高软件体系结构的设计质量、规划和管理质量具有重要作用。
近年来，随着软件技术的发展，对软件体系结构描述方法和描述标准的研究也变得日益重要。
1. 软件体系结构描述方法软件体系结构描述方法是指用于描述和分析软件体系结构的方法论和技术手段。
在实际的软件开发和设计中，软件体系结构描述方法起着至关重要的作用。
常见的软件体系结构描述方法包括但不限于：1）模块化设计方法模块化设计方法是一种将软件系统划分为若干相对独立的模块，并通过模块间的接口和协作来实现软件功能的方法。
模块化设计方法能够帮助软件工程师快速理解和维护软件系统，提高软件系统的可维护性和可扩展性。
2）面向对象设计方法面向对象设计方法是一种以对象为基本单位，通过对象之间的交互来完成软件系统功能的方法。
面向对象设计方法常用的建模语言包括UML（统一建模语言），面向对象设计方法能够帮助软件工程师更好地理解和描述软件系统的结构和行为。
3）架构描述语言和架构描述工具架构描述语言和架构描述工具是用于描述软件体系结构的专用语言和工具。
常见的架构描述语言包括ADL（架构描述语言），架构描述工具包括Rational Rose等。
架构描述语言和工具能够帮助软件工程师更加形象和清晰地描述和分析软件体系结构。
2. 软件体系结构描述标准软件体系结构描述标准是指用于规范和标准化软件体系结构描述的标准和规范。
在软件开发过程中，采用统一的软件体系结构描述标准能够提高软件系统的质量和可维护性。
常见的软件体系结构描述标准包括但不限于：1）ISO/IEC/IEEE 42010ISO/IEC/IEEE 42010是一套国际标准，用于建模和描述系统与软件体系结构的标准。
该标准规定了软件体系结构的描述内容、描述方法和描述格式，能够帮助软件工程师更好地描述和分析软件体系结构。
软件体系结构考试参考试题
壹 . 名词解释(参考斯佳分享的名词解释文档)1.ADL(Architecture Description Language) 体系结构描述语言2. SOA(Service-Oriented Architecture) 面向服务架构3. DSSA (Domain Specific Software Architecture) 特定领域软件体系结构4.CORBA(Common Object Request Broker Architecture) 公共对象请求代理体系结构5. UML(Unified Modeling Language) 统一建模语言6.XML(Extensible Markup Language ) 可扩展标记语言7.B/S(Browser/Server) 浏览器/服务器C/S(Client/Server) 客户端/服务器8.HMB(Hierarchical [ˌhaɪə'rɑ:kɪkl] message bus) 层次消息总线9.SA (Software Architecture) 软件体系结构10.OMG(Object Management Group) 对象管理组织11.SOAP(Simple Object Access Protocol) 简单对象访问协议12.WSDL(Web Services Description Language) web服务描述语言13.SOAD(Service Oriented Analysis And Design) 面向服务的分析与设计14.DCOM(Distributed Component Object Model) 分布式对象组件模型 (Module Interconnection Language) 模块内连接语言贰 . 判断题1、软件重用是指重复使用已有的软件产品用于开发新的软件系统，以达到提高软件系统的开发质量与效率，降低开发成本的目的。
软件体系结构描述语言ADL综述_bycs
软件体系结构描述语⾔ADL综述_bycs软件体系结构描述语⾔ADL综述Advancement of Architecture Description Language (ADL) 引⾔60年代的软件危机使得⼈们重新开始重视软件⼯程的研究。
最初⼈们选择了“算法+数据结构=程序”的设计模式。
但随着软件系统的规模和复杂性越来越⼤，传统的设计模式已经不能适应要求。
同时为了保证软件质量，提⾼软件的可靠性、可重⽤⾏和可维护性，软件设计的核⼼逐渐转向对系统的总体结构即软件体系结构(Software Architecture)的设计和规范。
这类⽅法主要着眼于软件系统的全局组织形式，在更⾼层次上把握系统各组件之间的内在联系。
并从全局的，整体的⾓度去理解和分析整个系统的⾏为和特性，有助于解决当前开发复杂的⼤型软件所存在的困难。
研究软件体系结构的⾸要问题是如何描述软件体系结构。
⽬前已有很多表现形式和⽅法表法、模块连接语⾔、软构件描述法和体系结构描述语⾔ADL等。
⽽其中ADL作为形式化的表⽰软件体系结构的⼯具呈现出强⼤的⽣命⼒。
它提供了规范化的体系结构描述，同时是对软件体系结构进⾏求精、验证、演化和分析的前提与基础。
⽬前已经成为软件体系结构⽅向的研究热点。
实践⼯作者将这些ADL应⽤于实践中，获得了成功。
同时，我们应注意到不同的ADL所⽀持的抽象能⼒及其提供的分析能⼒变化很⼤，学术领域⽬前对ADL的定义尚未取得⼀致。
⼀、软件体系结构的概述由于对软件体系结构的研究和应⽤刚刚兴起，许多专家学者从不同的⾓度和侧⾯对软件体系结构进⾏刻画，因此，⽬前软件体系结构还没有⼀个标准定义。
这⾥给出⼀个⽬前学术领域⼴泛接受的定义。
(D.Garlan＆M Shaw，1993)软件体系结构是软件设计过程中的⼀个层次，在计算过程中的算法设计和数据结构之上，处理总体系统结构设计和描述⽅⾯的⼀些问题。
包括总体组织与全局控制结构、通讯协议、同步、数据存取、设计元素的功能分配，物理分布，设计元素的复台，设计⽅案的选择、评估和实现等。
软件体系结构描述语言(ADL)
2011-5-28大作业参考资料：1.试就一种常用软件体系结构说明其概念、结构模型与应用领域，并结合该体系结构的应用，用一种ADL来描述该体系结构。
2.结合某一应用，编写一个XML文档，并将其与一个XML Scheme对应起来，最后用一种方法来解析该XML文件。
3.登录Oracle网站，学习Java FX 的使用方法，编写一个小型Java FX应用。
（选作）4.通过网络学习Flex，用Flex编写一个应用程序。
（选作）5.给出三种常用的Java 设计模式，并用Java语言给出其实现的实例。
电子稿文件名格式：学号+姓名+软件体系结构期末作业.DOC软件体系结构描述语言(ADL)要点浏览本章将对学术界常见的体系结构描述语言进行介绍.由于研究流派不同,各种ADL的设计和能力也不尽相同.本章选取五种比较典型的ADL作为代表,希望能让读者了解主流ADL的基本能力,主要功能和应用范围.为了让读者对各种ADL 有一个更为清晰的认识,本章最后还对这五种典型的ADL进行了比较全面的比较. 通过本章的学习,您将能:了解主流ADL的语法和语义掌握主流ADL的特点区分主流ADL的不同总体介绍任何一个软件系统都有结构,在系统开发过程中的分析设计阶段,通过考察系统的结构,可以对系统的开发和实现提供良好的基础.系统的结构往往体现为系统的各个部分之间的配置.对于描述软件系统配置的表示法的研究由来已久.早在1975年,DeRemer和Kron就设计了模块互连语言(Module Interconnection Language,MIL)用于描述结构化的基于模块的程序.在MIL中,模块可能需要导入/导出各种资源.所谓的"资源"就是命名元素,例如类型定义,常量,变量,函数等.MIL 的编译器通过进行模块间的类型检查来保证系统的完整性,常见的检查包括:某个模块要使用的资源是否已经被其它模块提供了,资源的类型是否匹配,一个模块的实现是否确实提供了其规约中声明的资源,一个模块是否有权访问它要使用的资源等.早期的MIL要求不同模块的开发人员在开发前先达成很多一致.例如:能够根据简单的名字匹配来发现模块之间的交互,所有的模块都是用同一种语言开发的,所有的模块在组装系统时都可用,模块的接口描述了与之进行交互的其它模块……进一步的研究逐步弱化了这些限制.例如Darwin允许模块在运行时动态的实例化并进行绑定;Polygen允许不同的模块用不同的编程语言进行开发.各种软件配置的表示法逐渐成熟,它们既能描述静态也能描述动态的结构化的分布式系统. MIL的关注点是模块及其之间的互连.随着系统复杂度的提高,人们发现模块之间的交互逐步变得复杂.研究人员对模块之间交互的重视导致了"连接子"(connector)这个概念的诞生,它主要用于描述软件系统的各个组成部分(component)即构件之间的交互关系.从而软件系统的结构可以自然的用构件,连接子及其之间的配置进行描述.将连接子作为与构件同等重要的一阶实体进行处理,是因为如果不将构件之间的交互显式的进行描述,将会带来一些问题,包括: 难以将构件之间的交互信息局部化,从而导致难以识别系统中的连接,并且难以复用连接机制构件之间的关系难以进行抽象,从而阻碍对整个系统结构的理解由于构件的实现和交互信息绑定在一起,对不同构件的使用往往会因为交互机制的不兼容而产生严重的集成问题.支持构件,连接子及其配置的描述语言就是如今所说的体系结构描述语言(Architecture Description Language,ADL).UniCon就是最早出现的一种体系结构描述语言.此外,典型的ADL还包括:Rapide:一种事件驱动的ADL,它以体系结构定义作为开发框架,支持基于构件的开发.该语言提供了建模,分析,仿真和代码生成的能力,但是没有将连接子显式地表示为一阶实体.Wright:其主要特点是将CSP 用于软件体系结构的描述,从而完成对体系结构描述的某些形式化推理(包括相容性检查和死锁检查等).但它仅仅是一个设计规约语言,只能用于描述,无法支持系统生成,同时CSP 的使用也是比较困难的事情. Acme:支持ADL之间的映射及工具集成的体系结构互交换语言.其目标是作为体系结构设计的一个共同的互交换格式,以便将现有的各种ADL在这个框架下统一起来;而它本身也可以看作是一种ADL.xArch:一种基于XML 的ADL.它使用XML 定义了描述体系结构的核心元素,可以用来简单的描述软件体系结构,也可以作为设计其它ADL的基础,或者用作体系结构描述描述语言的互交换机制.xADL2.0:以xArch 为基础的基于XML 的ADL.除了xArch 的核心元素,xADL2.0 还提供了对系统运行时刻和设计时刻的元素的建模支持,类似版本,选项和变量等更高级的配置管理观念,以及对产品家族的体系结构的建模支持.此外,xADL2.0还利用XML 的可扩展性简化了新的ADL的设计及其相应工具的开发过程.各种ADL的出现为描述软件系统的结构提供了一种形式化的描述方法,而不是容易引起歧异的线框图.这种精确的描述也使得设计人员能够在系统开发的早期阶段对系统结构进行高层的分析和验证,从而有助于提高软件开发质量,降低开发成本.以下我们将着重介绍五种ADL:UniCon,Darwin,C2 SADL,Acme和xADL.常见的体系结构描述语言UniCon (Universal Connector)UniCon简介UniCon是由CMU和SEI设计的一个体系结构描述语言.该语言关注软件体系结构的结构化特性,将系统(本身也是一个复合构件)描述为构件和连接子的配置,其中构件表示计算或者数据,而连接子表示构件之间的交互.每个构件的接口都对外提供一些演员(player).构件通过这些演员与外界发生交互.与构件类似,一个连接子的协议对外提供一些角色(role),连接子通过这些角色来调解构件之间的交互.图- 1是用UniCon的图形化编辑器生成的示意图.UniCon概念的示意图图- 1中有两个构件,构件A和构件B,它们都是Unix中的过滤器.这两个构件都有三个演员,用三角形表示.左边的演员表示输入流"standard in",右边的演员是输出流"standard our"和"standard error".两个构件之间是一个连接子,它是Unix下的管道.这个连接子有两个角色:悬垂在左边的表示管道的入口(source),右边的表示管道的出口(sink).在上图中,构件和连接子之间还没有交互.为了在构件之间建立连接,演员必须和某个角色关联起来.如图- 2所示.在UniCon建立连接通过演员与角色的关联,最终就可以建立整个系统各个部分之间的配置.最新版本的UniCon不仅支持类似于上例的管道-过滤器系统,还支持使用过程调用和共享数据的模块交互系统,基于RPC调用的分布式系统,根据各种实时要求共享处理器的进程以及基于SQL命令的数据库访问.UniCon的提出是为了达到如下目的:解决系统描述和组装的实际问题,为实际工具提供一个原型;为各种连接机制提供一个一致的访问方式帮助软件设计师区分不同的构件类型和连接子类型并验证构件和连接子配置的正确性支持图形化和文本化符号以及二者之间的互换兼容现存的用常见的编程语言编写的构件(这些构件并不需要特定于UniCon) 尽可能的将运行时开销降到最低以下将具体介绍UniCon中构件和连接子的定义.UniCon中的构件UniCon中的构件定义包括规约部分和实现部分.构件的规约称为构件的接口(interface).接口定义了构件所能进行的计算以及使用构件必须遵循的约束.构件的接口包含三类信息:构件类型:构件类型表示构件提供的功能的类型,它限制了该构件所能定义的演员的数量,类型和规约.特性:由属性和值组成的二元组,用于指定与构件整体相关的附加信息,例如断言,约束等.演员:从构件外部可见的语义单元,构件通过演员与其它构件发生交互.其语法如下:构件的实现有两种形式:原子(primitive)实现:原子实现是一个指向存在于UniCon语言外部的文档链接,该文档包含了相应的构件实现.它可能是某种编程语言的源代码(目前UniCon工具集仅仅支持C语言的源代码),也可以是目标码,或者是包含目标码的Unix档案库文件,或者是二进制可执行文件,shell脚本,数据文件,C语言的include文件等复合(composite)实现:某个UniCon构件的复合实现是对其它已定义的构件和连接子的配置的描述,该实现包含三类信息:片段(piece):用于构造某个配置的构件和连接子实例配置信息:描述构件和连接子的关联抽象信息:描述该构件的接口如何由其复合实现中的构件接口实现.构件实现的语法如下:UniCon中的连接子连接子的定义也包含规约和实现两个部分,其中规约部分通过协议(protocol)进行描述.连接子的协议定义了构件之间允许产生的交互,并确保这些交互能够顺利进行.连接子的协议包含三类信息:连接子类型:连接子类型表示连接子所能调解的构件之间的交互类型,它限制了连接子的角色的数量,类型和规约.特性:由属性和值组成的二元组,用于指定和连接子整体相关的附加信息,例如断言,约束等(例如和时间和顺序相关的规则)角色:从连接子外部可见的语义单元,通过角色连接子对构件的交互进行调解.角色通过与演员发生关联,从而形成系统的连接,它定义了参与连接的演员的需求与责任.连接子的实现是UniCon内置的,即UniCon只支持连接子的原子实现,它本身不提供用户自定义连接子实现的机制.连接子的定义的语法如下(从中也可以看出UniCon目前支持的连接子实现的类型):UniCon是最早的体系结构描述语言之一.从上述介绍可以看出,UniCon强调将系统划分为构件后,用适当的连接子将其组装起来构成一个完整的系统.构件和连接子之间是松耦合关系.UniCon备受诟病的一点是它只支持预定义的连接子,并且不支持复合连接子.为了解决这个问题,相关研究人员在UniCon的基础上对其进行了增强.增强后的UniCon称为UniCon-2.UniCon-2提供了一个比较灵活的类型系统,并且引入了责任(duty)这个概念用于描述演员,角色等与属性的关系.某个系统配置的责任还可以用于描述体系结构风格.由于UniCon-2允许用户引入新类型,为了便于对与新类型相关的约束进行检查,UniCon-2采用了一种开放的编译器结构以便于增加相应的检测方法.DarwinDarwin简介Darwin最初是一个分布式系统配置语言,引入软件体系结构研究后,Darwin成为一个体系结构描述语言.作为一个ADL,Darwin对软件系统的静态结构的描述和UniCon非常相似,不过Darwin中引入了一些特有的构造(construct)使之便于描述系统的动态特性.此外,Darwin使用π演算作为其形式化基础,因此使用Darwin描述的体系结构模型能够进行一些高层的模型检测,例如是否存在死锁等.Darwin的建模能力和特点使用Darwin描述的软件系统配置主要由构件及构件之间的绑定(binding)组成. Darwin中的构件是用服务(service)进行定义的,一个构件既能对外提供一些服务,也能请求外部的服务.所有的服务名的作用范围仅限于定义这些服务的构件,亦即构件的定义本身并不需要了解全局的服务名.因此Darwin中的构件是上下文独立的(context independent),这有助于构件的复用,并能简化维护阶段对构件的替换工作.构件的服务由服务类型进行区分,但是Darwin本身并不解释服务类型信息.服务类型信息要么由低层的形式化行为规约进行解释,要么用于表示底层分布式平台所支持的通信机制(例如在Regis系统中,类型信息就可以直接用于选择正确的通信代码).图- 3是一个过滤器构件的定义,其中服务的类型信息就是尖括号内的内容.Darwin中的构件Darwin中的绑定就是构件的provide服务和require服务之间的链接.只有provide服务类型和require服务类型相互匹配,相应的绑定才是合法的.由于Darwin本身只管理服务类型,并不对其进行解释,因此必须由提供服务类型的系统来判断服务是否匹配(不过在Darwin目前的工具集中,仅仅简单的通过名字是否相同来判断服务是否匹配).为了灵活的对构件进行绑定,Darwin中提供了一些特有的关键字,例如forall,when等.下述代码是图- 4例子的Darwin描述,其中流水线的长度是由其参数动态决定的,forall,when等也体现了Darwin这种ADL 对动态性的支持.Darwin对动态结构的支持主要来自于延迟实例化(lazy instantiation)和直接动态实例化(direct dynamic instantiation)这两种技术.延迟实例化是指只有当用户试图访问某个服务时,提供该服务的构件才被实例化.将延迟实例化与递归结合起来就能描述几乎不受限制的结构,其局限性是不能描述循环绑定的结构.直接动态实例化则允许系统结构随意的发生演化,这需要底层π演算的相关支持.具体细节以及与π演算相关的内容请参看相关文献.可变长度的流水线(Pipeline)用Darwin 描述的客户服务期系统使用构件和绑定就能定义Darwin中的复合构件以及一个系统.事实上,Darwin描述的系统就是一个层次式结构化的复合构件.下述代码就是图- 5所示的客户服务器系统的Darwin描述.注意:其中的System构件就是最终的系统.Darwin的设计面向的是分布式软件,因此它对系统动态性的支持可以说是天生的.从抽象的角度来看,Darwin中的构件及其之间的绑定其实独立于具体的构件交互机制,因此理论上Darwin也能用于描述传统的程序结构.虽然Darwin能很好的描述系统的动态特性,但是Darwin中并没有显式的连接子概念,因此使用Darwin进行复杂系统设计时关注的主要还是构件;当然这似乎并不会削弱其表达能力.C2 SADLC2 SADL是UCI设计的一种基于消息传递的体系结构描述语言,主要用于描述符合C2风格的软件系统的体系结构.C2风格C2风格是一种基于构件和消息的体系结构风格,主要是应用于带有图形用户接口(GUI)的应用系统,但也能用于其它类型的应用.这种风格要求构件之间通过消息交换进行通信.因此每个C2构件和C2连接子都有一个top接口和一个bottom接口,其中top接口定义了该构件所能接收的应答消息和向上发出的请求消息,而bottom接口定义了该构件能够进行应答的请求消息及其向下发出的应答.所有消息都以连接子为桥梁在构件之间进行传递.这种风格的体系结构将系统中的构件用连接子划分为不同层次,如图- 4所示.C2风格的体系结构:可视化堆栈(Stack)C2概念的图例C2风格的核心在于构件之间的"有限可见性",即处于系统中某个层次的构件只能"看到"上层的构件,而不清楚下层到底是什么构件在与之进行通信.具体表现在如下所述的构件之间的通信规则(即系统的组装规则):构件的top接口只可能与某一个连接子的bottom接口相连构件的bottom接口只可能与某一个连接子的top接口相连与连接子相连的构件或者连接子没有数量限制两个连接子相连时,只能是其中一个的bottom接口与另一个的top接口相连C2 SADLC2 SADL目前还只是一个原型语言,其相应的支撑工具还在开发中.该语言包含三个部分:接口定义符号(IDN, interface definition notation):是C2中的构件接口的规约.如下所示是一个堆栈(Stack)构件的C2 IDN.体系结构描述符号(ADN,architecture description notation):是C2体系结构的声明性规约.例如图- 4所示例子的相应描述如下:体系结构构造符号(ACN,architecture construction notation):主要用于表达体系结构的动态变化,例如如果要在运行时删除堆栈的一种可视化表示方式,可以用ACN进行如下描述:C2 SADL中的连接子本质上是一种消息总线,复合这种结构的应用系统往往具有比较良好的灵活性和可扩展性.不过由于C2 SADL还没有针对大型实际系统进行建模和使用,因此对使用该结构所可能导致的性能问题还不是很明确.AcmeAcme简介Acme是CMU的Acme项目的产物.该项目始于1995年,目的是为了研究一个公共的语言,使之能在不同的体系结构设计工具之间作为体系结构描述信息互换的桥梁.目前Acme及其开发工具包AcmeLib提供了一个通用的,可扩展的基础框架用于描述,表示,生成以及分析系统的软件体系结构.而作为桥梁作用的Acme,由于必须具备大多数ADL共有的概念,因此它本身也是一个ADL,并且是一个相对而言比较简单的通用的ADL.Acme的建模元素和特点Acme的主要特点表现为:采用七个基本的体系结构设计元素作为体系结构的本体(architectural ontology),如图- 6,图- 7所示.采用灵活的标注机制支持使用外部语言定义的非结构化信息使用类型机制对常见的可复用的软件体系结构俗语和风格进行抽象描述使用开放的语义框架对体系结构描述进行推理Acme的设计元素Acme的设计元素以下对Acme所采用的设计元素进行简要介绍.这七个设计元素是:构件(components):系统中的计算元素和数据存储.直观的说,就是线框图中的框.典型的构件有:客户端,服务器,数据库,黑板,过滤器等.连接子(connectors):构件之间的交互.直观的说,就是线框图中的线.典型的连接子有:过程调用,事件广播,客户和服务器之间的协议等.系统(systems):构件和连接子的配置.端口(ports):构件通过端口与外界发生交互.一个构件可以有多个不同类型的端口,每个端口都是一个接口的集合,例如一系列需要以特定顺序调用的过程.角色(roles):连接子通过角色与外界发生交互.角色定义了构件之间交互的参与者. 表示(representations):构件或者连接子内部结构的描述.通过"表示"这个概念,系统的体系结构就具有了层次结构.同时,"表示"这个概念可以用于描述体系结构实体的多个视图(但是Acme本身并不处理视图之间的对应关系),如图- 7所示. 表示的映射(rep-maps):将构件或者连接子的内部"表示"与外部接口进行映射. 简单的客户端-服务器系统以下是一个简单的客户端-服务器系统(图- 8)的Acme描述.Acme本质上是一些ADL的建模元素的"最大公约数",因此它能作为不同ADL 及其支撑工具之间用于信息交换的语言.这是Acme的最大作用,当然这也使得它只能成为一个建模能力一般的ADL,例如Acme中就没有相应的机制用于对构件或者系统行为进行描述或者规约.相关研究者正在考虑在Acme中引入类似于Wright中使用的CSP的形式化语言来解决这个问题.当然,作为一个通用的交换语言,Acme的能力及其可扩展性也不是无限的.例如Acme的扩展仅限于在七个基本设计元素的基础上进行,并且Acme中缺乏用于描述属性及其数据格式的元语言.无论如何,Acme是第一个ADL之间的互交换语言,它的出现使得不同的ADL支持工具之间有可能进行体系结构描述信息的交流.xADLxADL简介xADL是UCI设计的一个基于xml的ADL,最新版本是xADL2.0.其建模元素都是使用xml schema进行定义的.xADL除了提供ADL中常见的建模元素外,还对产品家族的描述提供了一些支持,例如体系结构版本等.这是xADL的一个独特之处.此外,xADL本身设计成一个模块化语言,因此具有良好的可扩展性.xADL建模元素和特点作为一个ADL,xADL也定义了常见ADL中的建模元素,包括构件,连接子,构件的接口,配置等,其中构件和连接子都具有内部结构.由于xADL的模块化特性,使得用xADL描述的体系结构看起来就像是一些相互独立的结构的集合.例如下述代码就是用xADL描述的一个客户-服务器结构(图- 11)(由于空间有限,下述简写代码没有遵循xml的格式!)用xADL 描述的客户-服务器系统除了上述常见的体系结构建模元素,xADL还提供了一些特有的建模元素用于支持产品家族的建模,这些元素包括:选项(Option):允许体系结构描述中的一些构件或者连接子在某些情况下是可选的,即不一定存在.变体(Variant):类似于编程语言中的联合(Union).将某些构件或者连接子指定为变体,意味着这些元素在某些情况下可以被实例化为不同类型的元素.版本(Version):用于描述构件,连接子和接口的版本树.这样就可以在同一个体系结构模型中使用同一类型元素的不同版本.结构差异(Structural Differing):用于描述两个xADL结构的差异.产品线体系结构差异(Product-Line Architecture Differing):用于描述产品线中两个体系结构的差异.上述建模元素在xADL中根据抽象层次分为两类,一类是运行时概念,包括构件实例,连接子实例,接口实例,链接实例等;还有一类是运行时概念,包括构件,连接子,接口,链接等(这些都是类型的概念)xADL的另一个特点在于其灵活的可扩展性.其可扩展性本质上来源于xml以及schema的可扩展性,例如可以通过schema的include机制来实现继承等.当然,从上述介绍中也可以看出,xADL也提供了体系结构建模的基本元素,并且用于定义xADL的xml schema是独立于其它ADL的,因此xADL也可以用于ADL 之间的转换.已有研究人员已经给出了从C2,Acme等ADL到xADL的映射规则. xADL相比UniCon等ADL来说属于第二代的ADL.其xml基础使其具有良好的可扩展性,并且由于xml格式文本的易交换性使得xADL能比较容易的集成不同的支持工具.但是由于xml格式的冗长,因此对xADL的使用需要有一定的工具支持.体系结构描述语言分类框架根据对ADL的研究,Medvidovic 和Taylor 于2000年提出了一个用于对ADL进行分类和比较的一般框架,如表1所示.该框架认为一个ADL必须明确的对构件,连接子和它们的配置进行建模;为了保证体系结构描述有明确的语义还必须对构件的接口进行建模.此外,为了保证可用性和有用性,它也必须为基于体系结构的开发和演化提供工具支持.除了上述必需的建模元素外,不同的方法由于关注点的不同,可能会关注不同的体系结构特性,比如系统组装的风格,某个应用领域的特征以及分布,并发,安全和吞吐量等属性.体系结构描述语言体系结构建模特性构件接口,类型,语义,约束,演化,非功能属性连接子接口,类型,语义,约束,演化,非功能属性体系结构配置易理解性,组装性,精化和追踪性,异构性,可量测性,演化,动态性,约束,非功能属性工具支持主动规约,多视图,分析,精化,实现生成,动态性ADL的分类与比较框架,黑体字表示必须建模的元素如上所述,构成体系结构描述的三要素是:构件,连接子和体系结构配置.因此,一个ADL应该提供至少这三种元素的显式描述.是否同时描述了这三种元素,也可以。
ADL (体系结构描述语言)
component DataStore{ provide landerValues; } component Calculation{ require landerValues; provide calculationService; } component UserInterface{ require calculationService; require landerValues; } component LunarLander{ inst U: UserInterface; C: Calculation; D: DataStore; bind nderValues -- nderValues; nderValues -- nderValues; U.calculationService -- C.calculationService; }
1)组件：计算或数据存储单元； 2)连接件：用于组件问交互建模的体系结构构造块及其支配这些 交互的规则 3)体系结构配置：描述体系结构的组件与连接于的连接图。
ADL应具备的特点： 1.ADL首先应有一个形式化理论基础，如Petri网、状态 图、z、 CSP等。有了形式化理论基础，才能对所描述的系 统进行分析和验证。 2.作为一种描述语言，ADL应具有严谨的语法和语义。 描述能力应足够强，至少应能描述的基本构件如组件、连接 件及有关配置规范。同时，为了更好的应用，一种ADL， 应有相应的支持工具，支持工具的能力直接反映了该ADL 的可使用程度和范围。 3.描述软件体系结构的一个很重要的目的是为了便于软 件开发者的理解和交流，因此，ADL描述应简单易懂，最 好有图表辅助理解。对于同一个体系结构，不同的软件开发 者需要从不同的抽象层次上理解，这就要求ADL能描述不 同抽象程度的软件体系结构