软件体系结构5aATC案例分析
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软件体系结构案例
软件体系结构案例分析案例一：学生管理系统功能如下面业务分解图所示，将一个开发的软件——学生管理系统分成五个子系统，学生档案管理：学生的一般情况，及奖励，处分情况；学生成绩管理：学习成绩，补考成绩；学籍处理：学生留降级处理，休复学处理，退学处理；日常教务管理：日常报表，如通知书，补考通知书等，学生学成绩的各种分类统计；毕业生学籍处理：结业处理，毕业处理，授位处理，学籍卡片等。
3、信息采集与各部门的使用权限每学期考试完毕由各系录入成绩，然后由教务科收集。
为了信息的安全和数据的权威性，对于网上信息的使用权限和责任规定如下：数据收集前的系统权限学生档案学生奖惩学生成绩学籍处理补考成绩教学计划管理各种等级考试学生工作处0 ？0 ？？？？？？各系？？0 ？？？？？教务科？？？0 ？0 ？？0 ？师资科？？？？？0 ？？院长办公室？？？？？？？注：0、登录，修改，处理权。
？、查询权性能1、网络环境下的多用户系统在上述已有的硬件环境下，信息由各用户在规定的权限下在各自的工作站上录入，信息上网后各用户可查询，调用，达到信息共享。
2、数据的完整性，准确性a、录入数据采用表格方式，限制录入数据类型及取值范围以保证数据的完整性及准确性。
b、系统具有部分反悔修改功能，系统备有的修改功能均可反悔3、数据完成的时间性，如成绩的录入，仅当师资科录入教学进程，教务科分发教师教学任务安排之后，各系方可录入成绩。
4、数据安全性本系统采用二级安全保障第一级：依赖于网络本身对用户使用权限的规定。
第二级：在程序模块中通过使用密码控制功能对用户使用权限加以限制。
如上表5、成绩自动统计分析及学籍的自动处理本系统按学籍管理条例设计了若干个软件处理模块：1、按某学生某学期，学年考试及补考成绩，自动生成该学生是否升留降级，退学。
2、可按某学生在校期间累计补考科目门数和成绩自动生成该学生是否结业，毕业，授位。
3、可按某学生因非成绩原因所引起的学籍变更作自动处理。
软件设计师中的软件架构与设计模式应用实例
软件设计师中的软件架构与设计模式应用实例软件设计师在开发软件过程中，架构设计和设计模式的应用起着至关重要的作用。
软件架构指的是软件系统的结构，而设计模式则是解决特定问题的经验总结。
本文将通过实际案例，介绍软件设计师在软件架构和设计模式方面的应用实例。
一、软件架构的应用实例1. 分层架构分层架构是一种常见且经典的软件架构设计模式。
通过将软件系统划分为不同的层次，每个层次都有特定的职责，使得软件系统更易于理解和维护。
例如，在一个电商网站的设计中，可以将系统分为表示层、业务逻辑层和数据访问层。
表示层负责与用户的交互，接收用户的请求，并展示相应的页面；业务逻辑层负责处理业务逻辑，调用相应的服务和数据访问层；数据访问层则负责与数据库进行交互，获取所需的数据。
这种分层的设计可以提高代码的可重用性和灵活性。
2. 微服务架构微服务架构是一种将软件系统拆分为一系列松耦合的小服务的架构设计模式。
每个服务都是独立的，可以独立部署和扩展。
例如，在一个电商平台的设计中，可以将用户管理、订单管理、支付管理等功能拆分为不同的微服务。
每个微服务都有自己的数据库和接口，它们可以通过RESTful API或消息队列进行通信。
微服务架构可以提高系统的可伸缩性和可维护性，降低系统的耦合度。
二、设计模式的应用实例1. 工厂方法模式工厂方法模式是一种创建型设计模式，用于创建对象的过程。
它将对象的创建延迟到子类中，以便根据不同的需求创建不同类型的对象。
例如，在一个图形绘制程序的设计中，可以使用工厂方法模式来创建不同类型的图形对象。
定义一个抽象的图形接口，然后创建不同的图形类实现该接口。
通过一个工厂类，根据传入的参数来判断创建哪种类型的图形对象。
工厂方法模式可以提高代码的可扩展性和可维护性，降低代码的耦合度。
2. 观察者模式观察者模式是一种行为型设计模式，用于解决对象之间的一对多依赖关系。
通过定义一对一的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。
软件体系结构设计案例分析
“中心”服务器承载了众多服务，因而其运算量会很繁 重；因此为了达到性能方面的要求，对“中心”服务器的 要求就会比较高，比如：增加内存容量，CPU数量。这也 增加了系统的投入成本。有时，仅仅通过提高服务器的性 能是不能够达到性能方面要求的。
对原型系统的分析
请求都由“中心”服务器做出响应，一旦它出现了故障， 无法提供服务，则存储在系统中的科学数据就无法向外界 提供共享服务。
对有保密性要求的数据实施安全控制； 提供系统运行日志监控信息，供管理员了解系统的运行和 安全状态；
2005年中期完成系统，年底前投入正式使用； 能够利用现有系统的可利用资源； 初期总共投资2000万，分别用于系统的集成建设和开发、 共享数据标准的制定。
科学数据共享网的体系结构？
科学数据共享网的体系结构
提供的接口负责将收集的科学数据先暂存在平台数据库中；然后 供工作人员对数据进行有效性检查和加工，并将合法数据转移到 发布数据库中；最后管理发布数据库中数据的接口提供数据的访 问服务。 平台管理承担了管理用户信息、管理用户和数据的安全信息，以 及生成平台运行日志的任务。
是否合适？
对原型系统的分析
非功能性需求
质量属性
可用性/可靠性
可维护性 性能
安全性
商业属性
针对质量属性的需求
系统应能长期稳定地提供服务，近似7 × 24小时工作强度； 在负载过重或是系统崩溃的情况下，能保证用户的请求不 丢失； 当系统出现故障或崩溃时，恢复时间不超过两小时；
修改某个子系统或服务时，不影响其他子系统或服务；
高峰时系统的平均响应时间控制在20秒以内； 系统能够满足100个并发的用户查询请求； 系统至少能够支持2000个用户的在线服务；
遵循面向服务的体系结构思想，为了实现数据的共享服 务，各个中心将服务内容封装成Web Service，作为其他 中心访问本中心数据的入口，并通过Internet传输数据。
对原型系统的分析
请求都由“中心”服务器做出响应，一旦它出现了故障， 无法提供服务，则存储在系统中的科学数据就无法向外界 提供共享服务。
对有保密性要求的数据实施安全控制； 提供系统运行日志监控信息，供管理员了解系统的运行和 安全状态；
2005年中期完成系统，年底前投入正式使用； 能够利用现有系统的可利用资源； 初期总共投资2000万，分别用于系统的集成建设和开发、 共享数据标准的制定。
科学数据共享网的体系结构？
科学数据共享网的体系结构
提供的接口负责将收集的科学数据先暂存在平台数据库中；然后 供工作人员对数据进行有效性检查和加工，并将合法数据转移到 发布数据库中；最后管理发布数据库中数据的接口提供数据的访 问服务。 平台管理承担了管理用户信息、管理用户和数据的安全信息，以 及生成平台运行日志的任务。
是否合适？
对原型系统的分析
非功能性需求
质量属性
可用性/可靠性
可维护性 性能
安全性
商业属性
针对质量属性的需求
系统应能长期稳定地提供服务，近似7 × 24小时工作强度； 在负载过重或是系统崩溃的情况下，能保证用户的请求不 丢失； 当系统出现故障或崩溃时，恢复时间不超过两小时；
修改某个子系统或服务时，不影响其他子系统或服务；
高峰时系统的平均响应时间控制在20秒以内； 系统能够满足100个并发的用户查询请求； 系统至少能够支持2000个用户的在线服务；
遵循面向服务的体系结构思想，为了实现数据的共享服 务，各个中心将服务内容封装成Web Service，作为其他 中心访问本中心数据的入口，并通过Internet传输数据。
软件体系结构设计方法ppt课件
2.1.3 模式驱动的方法
模式驱动的体系结构设计方法从模式导出体系结构 抽象。软件设计模式的目的在于编制一套可重用的 基本原则，用于开发高质量的应用系统。体系结构 模式类似于设计模式，但它关心更粗粒度的系统结 构及其交互。
15
客户 需求规格说明书
通用知识 2：实现
体系结构模式 描述 意图
上下文
问题
解决方案
体系结构描述Biblioteka 4：组合3：应用 体系结构模式
图4 模式驱动的体系结构设计的概念模型
16
3. 系统的管理端业务处理模块
3.1 总的网络拓补结构
系统管理员
数据库 和
Web程序 都在这上
导师
导师
导师
17
3. 系统的管理端业务处理模块
在该系统中采用面向对
象分析作为主要的系统
建模方法，用不同的设
计角度描述角色（管理
有所不同。
3
客户
领域知识
捕捉需求 需求规格 说明书
提取解决方 案的结构
领域知识 工作
解决方案抽象
体系结构 规格说明
领域知识
体系结构
图1 体系结构设计方法的元模型 4
2.软件体系结构设计方法的分析
为了获取对体系结构设计的抽象，人们已经提出 了许多方法。
2.1 体系结构设计方法的分类
（1）工件驱动（Artifact-Driven）的方法 （2）用例驱动（Use-Case-Driven）的方法 （3）模式驱动（Pattern-Driven）的方法 （4）领域驱动（Domain-Driven）的方法
*
者）与系统的其它的 管理员
构件是如何联系的。管
管理端子系统 *
理端的主用例图如右图：
模式驱动的体系结构设计方法从模式导出体系结构 抽象。软件设计模式的目的在于编制一套可重用的 基本原则，用于开发高质量的应用系统。体系结构 模式类似于设计模式，但它关心更粗粒度的系统结 构及其交互。
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客户 需求规格说明书
通用知识 2：实现
体系结构模式 描述 意图
上下文
问题
解决方案
体系结构描述Biblioteka 4：组合3：应用 体系结构模式
图4 模式驱动的体系结构设计的概念模型
16
3. 系统的管理端业务处理模块
3.1 总的网络拓补结构
系统管理员
数据库 和
Web程序 都在这上
导师
导师
导师
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3. 系统的管理端业务处理模块
在该系统中采用面向对
象分析作为主要的系统
建模方法，用不同的设
计角度描述角色（管理
有所不同。
3
客户
领域知识
捕捉需求 需求规格 说明书
提取解决方 案的结构
领域知识 工作
解决方案抽象
体系结构 规格说明
领域知识
体系结构
图1 体系结构设计方法的元模型 4
2.软件体系结构设计方法的分析
为了获取对体系结构设计的抽象，人们已经提出 了许多方法。
2.1 体系结构设计方法的分类
（1）工件驱动（Artifact-Driven）的方法 （2）用例驱动（Use-Case-Driven）的方法 （3）模式驱动（Pattern-Driven）的方法 （4）领域驱动（Domain-Driven）的方法
*
者）与系统的其它的 管理员
构件是如何联系的。管
管理端子系统 *
理端的主用例图如右图：
高级软件工程(第九章) 软件体系结构(2017课件)
11
管道/过滤器体系结构风格
管道/过滤器风格也存在着一定的问题： 系统处理过程是批处理方式，过滤器具有很强 的独立性，对于每一个过滤器，设计者必须考 虑从输入到输出的转换过程，这种方式会造成 过滤器对输入数据的批量转换处理； 不适合用来设计交互式应用系统； 由于没有通用的数据传输标准，因此每个过滤 器都需要解析输入数据和合成数据，添加和去 除标记需要花费一定的时间，从而导致了系统 性能下降，增加了过滤器设计的复杂性。
管道/过滤器体系结构风格
管道/过滤器风格具有以下优点： 简单性，允许将系统的输入和输出看作是各个 过滤器行为的简单组合，独立的过滤器能够减 小构件之间的耦合程度； 系统具有可扩展性和可进化性，各个过滤器是 相互独立的，因此可以很容易地将新过滤器添 加到现有的系统之中，以扩展系统的业务处理 能力，原有过滤器可以很方便地被改进的过滤 器所替代；
12
分层体系结构风格
在分层风格中，系统将划分为一个层次结构； 每一层都具有高度的内聚性，包含抽象程度一 致的各种构件，支持信息隐藏； 分层有助于将复杂系统划分为独立的模块，从 而简化程序的设计和实现； 通过分解，可以将系统功能划分为一些具有明 确定义的层，较高层是面向特定应用问题的， 较低层更具有一般性。
数据共享体系结构风格
数据共享风格也称为仓库风格，有两种不同类 型的软件元素： 一种是中央数据单元，也称为资源库，用于 表示系统的当前状态，另一种是相互依赖的 构件组 中央数据单元和构件之间可以进行信息交换， 这是数据共享体系结构的技术实现基础； 根据所使用的控制策略不同，数据共享体系结 构可以分为两种类型： 一种是传统的数据库，另一种是黑板
13
分层体系结构风格
每层都为上层提供服务，同时又利用了下层的 逻辑功能； 每层只对相邻层可见，层次之间的连接件是协 议和过程调用，用以实现各层之间的交互； 上层通过下层提供的接口来使用下层的功能， 而下层却不能使用上层的功能； 良好的层次结构将有助于对逻辑功能实施灵活 的增加、删除和修改。
管道/过滤器体系结构风格
管道/过滤器风格也存在着一定的问题： 系统处理过程是批处理方式，过滤器具有很强 的独立性，对于每一个过滤器，设计者必须考 虑从输入到输出的转换过程，这种方式会造成 过滤器对输入数据的批量转换处理； 不适合用来设计交互式应用系统； 由于没有通用的数据传输标准，因此每个过滤 器都需要解析输入数据和合成数据，添加和去 除标记需要花费一定的时间，从而导致了系统 性能下降，增加了过滤器设计的复杂性。
管道/过滤器体系结构风格
管道/过滤器风格具有以下优点： 简单性，允许将系统的输入和输出看作是各个 过滤器行为的简单组合，独立的过滤器能够减 小构件之间的耦合程度； 系统具有可扩展性和可进化性，各个过滤器是 相互独立的，因此可以很容易地将新过滤器添 加到现有的系统之中，以扩展系统的业务处理 能力，原有过滤器可以很方便地被改进的过滤 器所替代；
12
分层体系结构风格
在分层风格中，系统将划分为一个层次结构； 每一层都具有高度的内聚性，包含抽象程度一 致的各种构件，支持信息隐藏； 分层有助于将复杂系统划分为独立的模块，从 而简化程序的设计和实现； 通过分解，可以将系统功能划分为一些具有明 确定义的层，较高层是面向特定应用问题的， 较低层更具有一般性。
数据共享体系结构风格
数据共享风格也称为仓库风格，有两种不同类 型的软件元素： 一种是中央数据单元，也称为资源库，用于 表示系统的当前状态，另一种是相互依赖的 构件组 中央数据单元和构件之间可以进行信息交换， 这是数据共享体系结构的技术实现基础； 根据所使用的控制策略不同，数据共享体系结 构可以分为两种类型： 一种是传统的数据库，另一种是黑板
13
分层体系结构风格
每层都为上层提供服务，同时又利用了下层的 逻辑功能； 每层只对相邻层可见，层次之间的连接件是协 议和过程调用，用以实现各层之间的交互； 上层通过下层提供的接口来使用下层的功能， 而下层却不能使用上层的功能； 良好的层次结构将有助于对逻辑功能实施灵活 的增加、删除和修改。
开放式数控系统软件体系结构分析
第二层:
控制装置在明确固定的拓扑结构下允许替换、增加NC核心 中的特定模块以满足用户的特殊要求 第三层:
拓扑结构完全可变的“全开放”的控制装置
车间网络服务器
操作员
物料小车
操作员
操作员
车间网络服务器
管理者
? ?
? ? ?
? ? ?
局域网
局域网
远端培训人员
远端制造客户
远期工作目标
开放式数控系统
（跨平台、全模块化）
基于DSP的运动控制
--运动控制算法及对象建模
简单控制与复杂控制 几种运动控制系统实现方法 业界最具竞争力的数字电动机控制 芯片—TMS320x24x 伺服算法
针对不同的电动机建立控制模型。
运动控制的种类
简单控制
对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序 控制。可以通过继电器、可编程控制器和开关 元件实现。 对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流、 功率等物理量进行控制。
基于实时多任务Linux数控系统参考体系结构
用于数控实时多任务Linux系统体系结构
实时内核 + Linux常规核心
支持占先式优先级
通用Linux核心功能： 进程管理 内存管理 文件系统管理 TCP/IP网络功能 。。。
基于实时多任务Linux数控系统参考体系结构
数控系统非实时应用程序 操作系统API 级本库和扩展库支持（C语言、图形、网络） 数控系统实时任务 实时调试 监视器 实时 API 实时设备 驱动程序
基于实时多任务Linux数控系 统参考体系结构 CNC软件特点
数控软件体系结构分析
传统数控装置组成
程序编制 输入装置 数控装置CNC
软件系统分析与设计5结构分析设计
组件复用
提高组件的可重用性，减少重复开发。
基于框架的分析设计方法
01
框架选择
根据项目需求选择合适的开发框架。
框架特性利用
利用框架提供的特性来简化开发过 程。
03
02
架构设计
基于框架进行系统的架构设计，包 括模块划分、模块间通信等。
性能优化
基于框架进行性能优化，提高系统 运行效率。
04
04 结构分析设计实践
界面设计
根据用户需求和用户体验，设计系统的用户界面和交 互流程。
系统实现与测试
编码实现
根据系统设计文档，编写代码实现各个功能模块。
单元测试
对每个模块进行单元测试，确保模块功能的正确 性。
系统集成测试
将各个模块集成在一起进行测试，确保系统整体 功能的稳定性和可靠性。
05 结构分析设计案例
CHAPTER
案例一：电子商务网站的结需要满足用户浏览商品、下订单、支付等需求，同时需要
保证商品信息的实时更新和维护。
02 03
系统结构
电子商务网站通常采用三层架构，包括表示层、业务逻辑层和数据访问 层。表示层负责用户交互，业务逻辑层处理业务逻辑和数据验证，数据 访问层负责数据库操作。
软件系统分析与设计5：结构分 析设计
目录
CONTENTS
• 软件系统概述 • 结构分析设计基础 • 结构分析设计方法 • 结构分析设计实践 • 结构分析设计案例
01 软件系统概述
CHAPTER
软件系统的定义与分类
软件系统是指由计算机程序、数据、相关文档以 及支持软件运行的硬件组成的集合体。
根据用途，软件系统可分为系统软件、应用软件 和中间件。
类与类关系
提高组件的可重用性，减少重复开发。
基于框架的分析设计方法
01
框架选择
根据项目需求选择合适的开发框架。
框架特性利用
利用框架提供的特性来简化开发过 程。
03
02
架构设计
基于框架进行系统的架构设计，包 括模块划分、模块间通信等。
性能优化
基于框架进行性能优化，提高系统 运行效率。
04
04 结构分析设计实践
界面设计
根据用户需求和用户体验，设计系统的用户界面和交 互流程。
系统实现与测试
编码实现
根据系统设计文档，编写代码实现各个功能模块。
单元测试
对每个模块进行单元测试，确保模块功能的正确 性。
系统集成测试
将各个模块集成在一起进行测试，确保系统整体 功能的稳定性和可靠性。
05 结构分析设计案例
CHAPTER
案例一：电子商务网站的结需要满足用户浏览商品、下订单、支付等需求，同时需要
保证商品信息的实时更新和维护。
02 03
系统结构
电子商务网站通常采用三层架构，包括表示层、业务逻辑层和数据访问 层。表示层负责用户交互，业务逻辑层处理业务逻辑和数据验证，数据 访问层负责数据库操作。
软件系统分析与设计5：结构分 析设计
目录
CONTENTS
• 软件系统概述 • 结构分析设计基础 • 结构分析设计方法 • 结构分析设计实践 • 结构分析设计案例
01 软件系统概述
CHAPTER
软件系统的定义与分类
软件系统是指由计算机程序、数据、相关文档以 及支持软件运行的硬件组成的集合体。
根据用途，软件系统可分为系统软件、应用软件 和中间件。
类与类关系
高级软件工程(第九章)-软件体系结构()PPT课件
管道/过滤器结构
Ø 每个过滤器都是一个独立的个体元素，各个过滤器的状态互不 相关，非邻近过滤器不共享任何信息；
9 Ø 运行结果的正确性与各个过滤器运行的先后顺序无关。
管道/过滤器体系结构风格
➢管道/过滤器风格具有以下优点： ✓ 简单性，允许将系统的输入和输出看作是各个
过滤器行为的简单组合，独立的过滤器能够减 小构件之间的耦合程度； ✓ 系统具有可扩展性和可进化性，各个过滤器是 相互独立的，因此可以很容易地将新过滤器添 加到现有的系统之中，以扩展系统的业务处理 能力，原有过滤器可以很方便地被改进的过滤 器所替代；
➢软件体系结构表示系统的框架结构，用于从较高 的层次上来描述各部分之间的关系和接口，主要 包括：构件、构件性质和构件之间的关系。
➢不同系统的设计方案存在着许多共性问题，把这 些共性部分抽取出来，就形成了具有代表性的和 可广泛接受的体系结构风格。
4
几种典型的软件体系结构风格
➢软件体系结构风格也称为软件体系结构惯用模 式，是指不同系统所拥有的共同组织结构和语 义特征。
软件密集型系统的总体结构的语言，说明系统众
多构件之间的结构关系。
➢代表性的体系结构描述语言包括：
➢ Wright
➢ ACME
➢ Rapide
➢ ABC/ADL
➢ Darwin
➢ XYZ/ADL
➢ Unicon
➢ XADL
➢ 大部分结构描述语言都有构件、连接子、配置
等概念。
3
几种典型的软件体系结构风格
➢软件体系结构风格定义了用于系统描述的术语 表和一组用于指导系统构建的规则。
5
几种典型的软件体系结构风格
➢管道/过滤器风格 ➢数据共享风格 ➢客户机/服务器风格 ➢浏览器/服务器风格 ➢MVC体系结构风格
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Advanced Automation System (AAS) Components
Ground Control Airport Tower En Route Centers – Initial Sector Suite System (ISSS)
This study will focus on ISSS only.
2
Flying from point A to point B in the U.S. air traffic control system
3
En route centers in the United States
4
Flight Monitoring
Flight from Key West to DC
Common quality requirements for availability, reliability … So ISSS was influenced by requirements for all of AAS
History
ISSS real system, designed, most of code developed Not deployed, scaled back to more economical, more staged solution (budget cuts) Outside Audit – the architecture and design were analyzed by an independent audit team that judged “satisfies requirements.” The system deployed borrowed heavily from ISSS /lusch/blharris.html
6
ABC of the Air Traffic Control System
7
Requirements and Quality Attributes
ATC system is highly visible with enormous commercial, governmental and public interest Great potential for loss of life and costly property. Thus the two most important quality attributes were: Ultrahigh availability
Essential that “unavailability” limited to very short periods Availability requirement .99999: unavailable less than 5 minutes in a year; however short recover periods (< 10 sec) did not count
9
Stakeholders
FAA Controllers (end users) – could reject this system if it was not Байду номын сангаасo their liking even if it met all functional requirements Usability attribute? Actually handled by taking great care with requirements and design (thus slowing the process)
5
ISSS Influences
ISSS was only one part of AAS Notes on Design of ISSS
Many components in common
Interfaces to: radio systems, flight-plan DB, each other
案例分析：Air Traffic Control
张平健 华南理工大学软件学院
1
Air Traffic Control (ATC)
The problem is to control a very large number of aircraft from take-off to landing. Problem features: Hard real time – no tolerance for missing deadlines Ultra High availability Safety critical Highly distributed
High performance
Handle up to 2440 aircrafts effectively and efficiently
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Other Requirements and Quality Attributes
Openness- meaning the system needs to be able to incorporate commercially developed components Ability to field subsets of the system Modifiability – modifications to functionality and to handle upgrades in hardware and software Interoperability – the ability to operate with and interface a wide range of external systems
Key west ground control (to taxi to runway) Key West Tower (take off till leaving airport airspace ZMA enroute zone center ZJX enroute zone center ZTL enroute zone center ZDC enroute zone center DC Tower (arrival airport) ground-control (to taxi again)