软件体系结构层次

基于层次体系结构的管理信息系统设计与实

现

1. 引言

随着经济全球化的进程和市场竞争的加剧, 商务环境的变化正深刻影响着企业组织管理的各方面. 信息系统作为现代企业管理系统的重要组成部分, 也正面临着前所未有的挑战. 一方面, 信息技术的发展要求企业进行流程重组, 创造性的应用信息技术, 另一方面, 在企业组织变化的条件下, 敏捷制造、虚拟企业、大规模客户定制等新的生产模式也对企业信息系统提出了更高的要求. 在新的市场环境下, 企业的管理业务处在不断变化的过程中, 而信息系统一经开发完成, 就具有相对稳定性, 难以满足企业管理变化的需要.同时随着计算机技术的迅速更新、软件开发竞争的日趋激烈已经使传统的从源代码级开发软件系统的方法面临越来越大的挑战。利用传统开发方法开发的大多数系统所使用的是在开发初始时所能得到的技术, 面向的是当时所需处理的问题, 要使这些软件系统适应处理对象如业务过程的变化以及计算机技术的进步是一件非常复杂的工作, 往往必须对原有系统在代码上进行重大修改, 这种修改代价较高并且也有一定的风险, 从而造成软件的可扩充性较差。在开发过程中, 为减少软件开发费用、缩短软件开发周期, 保持开发者的技术水平变得越来越重要, 因为只有这样才能达到一个较高的开发效率, 使得项目按时完成。而在传统的开发方法中, 由于开发不同的软件时常需要不同的开发工具, 这使得开发者必须不断学习新的开发工具, 原有的技巧以及已具备的经验难以被再次利用。当今的软件开发经常需要利用现有成果, 开发时可能要集成不同的系统、新的应用、标准的软件包以及已在业务开展中使用了的与任务有关的现有数据与系统, 通过集成可以减少不必要的工作量, 提高软件的可用性, 加快开发进度。但是传统的代码开发方法主要着眼于从无到有的构造, 对软件集成的支持不够, 大量的开发时间被投入到底层编程中, 这种编程不仅耗时而且可能是重复劳动, 从长远看还会造成代码难于维护。

计算机应用系统的日益复杂和庞大，使得软件体系结构的研究成为当前的研究热点。软件体系结构设计已经成为软件生命周期中的一个重要环节。随着软件系统越来越大，越来越复杂，软件设计的核心已经转移到一个新的计算模式，而远非传统的“程序=算法+数据结构”，这个新的模式就是系统的总体结构的设计和规范。

2.层次体系的设计

本文研究了信息系统结构的层次性和管理的层次性的关系。层次体系的设计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.管理信息系统是一个以人为主导, 利用计算机硬件、软件、网络通信设备以及其他办公设备, 进行信息的收集、传输、加工、储存、更新和维护, 以企业战略竞优、提高效益和效率为目的, 支持企业高层决策、中层控制、基层运作的高度集成化的人机系统。

从软件系统体系结构设计的角度出发, 管理信息系统主要特点有:(1) 问题

领域庞大、复杂、易变, 软件系统体系结构受问题领域的影响较大。(2) 系统构件之间的交互关系复杂、多变, 然而这些关系却恰恰是管理信息系统软件体系结构设计的基础, 因此必须能够有效地把握系统构件之间的关系。(3) 管理信息系统构件之间存在很多的相似, 系统构件重用的可能性特别大。(4) 管理信息系统软件是从信息管理的角度抽象问题领域的模型, 因此问题领域模型决定了管理信息系统软件系统模型。如何抽象问题领域模型来建立软件模型, 从而更好地管理两者之间的关系, 是管理信息系统软件体系结构设计成功的关键。

对于软件项目的开发来说, 一个清晰的软件体系结构是首要的。然而, 在系统开发的初始阶段就设计好系统的最终结构是不可能的, 也是不现实的, 因为需求还在不断地发生变化。所以, 一个好的软件体系结构应该可以创建或再创建功能、用户界面和问题域模型, 进化原型以满足新的软件需求。

层次式软件体系结构是把大型软件系统按照功能的扩展性, 分成若干层。为了使开发人员在开发软件时对系统体系结构有一个清晰的把握, 不至于将一大堆工作混杂在一起而造成系统的维护困难, 我们利用层次软件体系结构来对系统进行层次化的分类。软件系统的最终目标是完成目标系统需求所要求完成的任务。系统的各个组成部分在系统中扮演不同的角色, 完成不同的任务, 它们组合在一起共同完成软件系统的所有任务。其中有些部分实现比较底层的操作, 比如与数据库打交道; 有些部分实现某一类数据结构的基本操作, 比如栈、队列的操作等; 还有些部分是专门与系统的最终用户进行交互, 读取用户输入信息, 将结果反馈给用户等。这些不同部分之间有可能是纯粹的聚集关系, 它们在一起只是因为系统需要它们各自的功能来完成不同的任务。另外一种关系就可能是层次关系, 实现底层操作的部分为实现较高层操作的部分提供服务。有了底层的基本服务,高层操作就只需要关心本层必须完成的任务。对于底层的操作,它只需要明确定义可以提供给高层的服务接口即可, 其内部可以采用不同的实现方法, 层与层之间是完全透明的, 它们只通过层间的服务接口进行交互。在对软件系统进行分析后首先对它的所有功能进行层次化划分, 然后对每一个层次的功能进行模块化分解。一个层次中可能有多个模块具有相似的功能, 对这些模块进行更深层次的划分, 将相同部分提取出来作为低一层次来对待, 而上层的不同部分就划分到不同模块中。这样的层次划分和模块化分解一直进行下去, 直到系统所有功能都有一个明确的模块归属为止。这种软件系统的分解采用先水平后垂直的划分方法, 层与层之间的界限是明确的, 但层中的模块内部可能要进行进一步的划分, 这是一个反复迭代的递归分解过程。至于为什么不采用先垂直后水平的划分方法是因为先垂直后水平的方法与传统的" 自上而下, 逐步求精"方法类似, 这种方法不易识别系统底层的公共操作, 减少了底层模块的复用机会, 容易造成不必要的重复开发。在对软件系统进行先水平后垂直的分解过程中, 可能会发现同一层不同模块的内部模块中有功能相似的子模块, 对于这种情况需要将它们的公共部分进行提取, 然后对初始的层次划分进行调整, 将公共部分作为它们的下一个层次, 当前层次只需要去访问公共部分提供的服务。完成软件系统的分解后, 首先按照各模块对上层提供的服务来定义它与上层模块之间的接口。定义好层与层之间的服务接口后, 就可以对各个模块进行独立的设计了。有了这种先进行层次化分解再进行独立设计的方法, 软件开发人员就可完全按照各模块的设计进行独立的开发, 这样就不会再出现将多个层次的东西揉合在一起的情况。

为了明确层次化软件构造过程中不同构件所处的层次, 依照软件系统的层

次分解思路将构件归属于如下三个层次:

第一，数据操作层构件: 这类构件与数据库打交道, 其主要功能是完成对数据库操作。划分这一层构件的目的是用这一层的构件来屏蔽底层数据库操作的复杂性和多样性, 为上层应用提供统一或数据库操作服务接口。

第二，业务层构件: 这一层构件有两种, 一种是用于公共服务, 一种是用于特定领域操作。公共服务构件专注于提供常见问题的高效解决算法, 同时提供与操作系统相关的公共服务, 比如文件读写、目录管理、报表制做等。它还对一些通用数据结构提供常见的操作支持。这类构件支持水平复用, 也就是说各种软件系统都可能使用它们提供的服务, 从而避免重复劳动, 节省软件开发时间; 避免重复开发过程中引入错误, 提高软件产品质量。特定领域构件与实际的应用领域密切相关。首先需要领域专家对该领域作广泛深入的调查研究, 进行领域分析, 搜集各种资料, 最后为各个构件界定范围。

第三，表示层构件: 这类构件与软件系统的最终用户打交道, 所以称为用户界面构件。提供用户界面操作服务, 可以说它们也属于公共服务这一类。但由于这些服务有许多自身的特点, 所以将它作为单独的用户界面层构件来讨论。当前可视化开发环境中已经提供了大量的界面构件, 为软件系统的界面开发提供了有力支持。可以对这些界面构件进行组合、改进, 开发不仅使最终用户感觉友好, 而且使开发人员更易于使用的大粒度用户界面构件。这个构件层次是一个大粒度的划分, 它们之间不具有严格意义上的上下层关系, 在各个层次构件的内部层次划分中才能看到明显的上下层依赖关系。一个软件系统的层次化构造在粗粒度角度看是这个层次构件的聚集, 当从细粒度角度, 即从内部去观察软件系统时, 就可以看到内部明显的层次关系。之所以提出基于构件的层次化软件构造是因为构件技术在很大程度上能使软件复用思想得到具体应用。采用基于构件的技术, 有利于系统可扩展性能的提高, 使系统具有更大的灵活性。当完成一个软件系统所有构件的开发后, 系统集成只须按照系统需求将构件组合起来。要添加或删除系统功能只须将相关构件加入或从系统中去除就行了。这大大减轻了软件系统的维护负担, 并在很大程度上保证了软件系统的可伸缩性, 为开发类似产品或系列产品提供了有力的支持。

系统扩展应用

业务相关的操作

层次软件体系结构框架

3、系统设计

本系统图书管理系统主要分成了，图书系统维护、图书采购、图书编目、图书流通、期刊管理和帮助部分。这几部分的操作与数据库和表结构相关。通过与数据库的连接实现Web 的查询。

3.1 系统的功能

本系统的功能目标：建立网上图书查询、图书预约模式。借助于学院校园网"在学院现有网站上加入链接页面实现图书、期刊查询、借书情况查询、图书预约，通过学院校园网为读者提供更多的信息服务；2、规范图书管理工作模式，用计算机管理取代以往的手工作业和定性管理模式，使图书管理工作模式规范化、机读数据格式标准化、管理决策科学化；3、提高图书馆的服务质量。便于工作人员准确地掌握藏书结构，全面了解读者对文献信息的需求，及时调整采购计划，突出馆藏特点。

通过对国内现有的一些图书文献管理系统软件的功能和售价情况进行了详细调研，发现这些软件很难满足学校图书馆的需求。因为从规模或藏书册数来划分，学校图书馆仅属中小型图书馆，但应用需求则涉及到方方面面， 除了通常的图书采购、图书编目、图书流通外，还有期刊管理， 现在市场上中小型图书馆管理软件均只有基本的功能，采购、编目、流通，很少有期刊管理。 通常这种图书管理软件仅运行在图书馆内部的局域网上，没有查询系统，大型图书管理软件功能齐全，但价格昂贵，特别是运行价格高、维护困难、操作复杂。根据学院图书馆的实际情况和学院校园网的现状，我们确定了网络图书管理系统应该具备几个方面的功能，它们是图书采购、图书编目、图书流通、期刊管理、系统维护、 查询帮助、其中查询是该系统突出的特点，它的实现是因为有学院主干网的支持。

3.2系统结构的网络拓扑及其各个子系统

网络拓扑结构，整个系统使用了数台微机和1台数据库服务器，1台web 服务器，为了保证访问的速度和系统安全， 数据库服务器和web 服务器放在不同的物理服务器上，网络采用星型连接构成局域网，局域网与学院主干网相连。从图中可以看出，学院校园网上的计算机都能够访问图书馆的网站获取信息资源。

网络拓扑图

图书管理系统 系

统

维

护

图书流通 图书采购 帮助 图书编目 期刊管理 Web 查 询 DB

系统采取了C/S 和B/S技术相结合的方式，在浏览器方式下，主要实现了图书、期刊查询、借书情查询、图书预约功能。而对于图书编目、图书流通、系统维护等操作，使用C/S方式，这样，既保了C/S方式下数据维护方便、快捷的特点，又利用了B/S下查询、检索易学易用的优点。

整个系统有7个子系统，它们分别是：

（1）图书采购子系统：实现发布预订图书信息（供读者网上荐书用）、根据网上调查结果确定新书订购单、新书验收记到下流水号、统计报表处理等功能。

（2）图书编目子系统：实现编目处理、查重、馆藏管理等功能。其中编目处理包括原始编目、书目记录、数据维护、各类输出等项。馆藏管理包括馆藏数据维护、丢剔处理、馆藏统计、报表输出等项，其中图书馆编目工作中图书查重、图书分类、图书著录等，工作流程比较复杂，设计好编目系统对提高编目工作的质量和速度、减少图书滞留时间、提高图书流通率起到关键作用。图书馆每种书的款目在计算机中是以一条条的记录组成的，每条记录由若干字段组成，这些字段用来揭示文献的标识项。各个字段的名称、类型、长度是由相应的数据库结构来定义的。

（3）图书流通子系统：实现出纳管理、读者管理、查询及统计打印功能模块。其中出纳管理包括借书、还书、续借、预约、罚款等项。读者管理包括读者登记、借书证挂失、读者数据维护等项。查询包括是查书去向、查读者借书情况、查总体借还情况等。统计打印则是打印图书借阅和读者情况的统计报表以及打印催还单等。

（4）期刊管理子系统：实现期刊查缺、采购、编目、记到、典藏、流通、统计等功能。

（5）系统维护子系统：实现操作员库、读者库、单位库维护，权限设置等功能。

（6）web查询子系统：实现网上查询（图书、期刊查询和读者借书情况查询）、读者荐书、网上图书预约等功能。Web查询功能应该能够查询图书、期刊和读者等信息，因此我们在查询系统中设计了以下主要功能：图书查询、期刊查询、读者信息查询、图书推荐。“图书查询”主要查询在图书库中现有的资料。让用户

了解是否有其需要的图书&有哪些图书。它包括按书名查询图书、按索书号查询和按作者查询图书等。“期刊查询”主要查询期刊的情况。包括按刊名查询出版物信息，按索书号查询连续出版物信息和按编辑部查询连续出版物信息等。“读者信息查询”主要查询读者的图书借阅情况，包括读者借阅记录查询和读者超期借阅记录查询等。“图书推荐”是让读者推荐图书，作为工作人员采购新书的参考。Web查询子系统采用的是B/S 结构，其它子系统采用C/S结构"。查询子系统采取的是B/S模式,由于B/S模式在客户端不需要安装除浏览器之外的任何程序,因此比C/S模式要方便很多,这样做充分利用了学院校园网优势,实现了全院范围内的网上查询。

数据访问结构

（7）帮助子系统：系统功能介绍用系统使用说明、版本信息。

3.3数据操作

系统实现数据操作需要数据转换构件。以自动或手工方式把数据从一个数据库中转换到另一各数据库中。为了采集原系统的数据, 要定义许多数据转换进程。在数据操作层构件，主要用来为上层提供控制数据库的统一的、透明的操作服务, 屏蔽底层操作的复杂性和多样性。对于数据库操作构件, 承袭ODBC 的思想, 为数据库选择、插入、删除、更改等常用操作提供统一的操作接口。在系统中数据库用的是Mysql, 我们开发了对于Mysql 数据连接构件, 数据操作构件和数据显示构件。数据库连接是图书管理系统中最重要的部分, Java 中连接数据库是用JDBC ( Java DataBase Connectivity) , JDBC 实现了一个独立于特定数据库管理系统DBMS 的通用的SQL 数据访问和存储结构。使用JDBC, 可以在不同的数据库功能模块层次上提供统一的用户界面。

4.结束语

软件体系结构的研究已经成为当前的研究热点，软件体系结构设计已经成为软件生命周期中的一个重要环节。在文中，提出了层次式软件体系结构的概念，论述了层次式软件体系结构的基本思想和结构框架，并结合实践，研究了层次式软件体系结构的设计与实现过程，把该过程运用于图书馆管理信息系统的开发中。实践证明，层次式软件体系结构具有便于增加新功能，使系统具有可扩展性，有利于软件重用等优点。