软件体系结构与设计
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。
软件设计与体系结构课后习题答案(秦航)
第二章 1.什么是软件模型？
软件模型是指软件的一种抽象，目前，一般通过非数学模型来描述，本书中将统一基 本单元的抽象称为软件模型。 2.软件模型对软件体系结构的作用是什么？
5.软件体系结构设计方法中的水平型设计和垂直型设计各有什么特点？ 1）水平型设计是指运用通用的建模设计工具和表达语言所进行的软件体系结构的设计。 所使用的建模设计工具和表达语言不是专门针对软件体系结构的，因此水平型设计具 有较大的自由度及其带来的不一致性。 2）垂直型设计是指运用面向体系结构的专用建模设计工具及其表达模型所进行的软件 体系结构的设计，一般来说这种专用工具针对软件体系结构的描述首先定义一种表达 模型，然后围绕该模型，通过提供相应的设计工具来支持软件体系结构的设计。 6.什么是 ADL？ ADL 是一种用于描述的语言，它可以在指定的抽象层次上描述软件体系结构，它同样 拥有形式化的语法、语义以及严格定义的表达符号，或者是简单易懂的直观抽象表达。 7.典型的 ADL 有哪几种？ ①WRIGHT ②C2 ③Darwin ④ACME ⑤xADL ⑥ -ADL ⑦KDL 第三章 1.在整个开发过程中，UML 主要起到什么作用？ UML 是一种通用的标准建模语言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建 模，它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，它的作用域不仅支持面向对 象的分析和设计，而且支持从需求分析开始的软件开发的全过程。 2.如何利用模式解决在面向对象系统分析与设计中遇到的问题？ 在面向对象的软件设计中，我们经常会遇到一类集合对象，这类集合对象的内部结构 可能有着各种各样的实现，但是归结起来，无非有两点是需要我们去关心的：一是集 合内部的数据存储结构，二是遍历集合内部的数据。面向对象设计原则中有一条是类 的单一职责原则，所以我们要尽可能的去分解这些职责，用不同的类去承担不同的职 责。Iterator 模式就是分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器类来负责，这样 既可以做到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明的访问集合内部的数据。 3.UML 中都包含哪些图？简述这些图的作用。 ①类图：用来刻画软件中类等元素的静态结构和关系。
软件设计与体系结构知识点
1.软件设计的特征(1)软件设计的开端是出现某些新的问题需要软件来解决，这些需要促使设计工作的开始，并成为整个设计工作最初的基础(2)软件设计的结果是给出一个方案，它能够用来实现所需的、可以解决问题的软件，方案的描述可能是文字、图表，甚至数学符号、公式等组成的文档或模型(3)软件设计包含一系列的转换过程，即把一种描述或模型转换为另一种描述或模型，转换后的形态可能更加具体，或更接近于实现(4)产生新的想法或思路对软件设计非常重要，因为设计也是一个创造性的过程，不同的问题或需求总会存在各自的特点，即使同样的问题在不同时期和环境下也会存在区别，因此设计不会是一成不变的(5)软件设计的过程是不断解决问题和实施决策的过程，因为整个设计是解决一个大的问题，在设计过程中将会分解成众多小问题，涉及真需要一次解决这些小的问题，并在出现多种方案或策略时进行决策，选择其中最合适的(6)软件设计也是一个满足各种约束的过程，因为软件可能在性能、运行环境、开发时间、成本、人员技术水平等各个方面存在约束，设计必须在满足这些约束的情况下给出最佳的设计方案(7)大多数的软件实际是一个不断演化的过程，因为需求在一开始很可能是不完整或不精确的，在设计过程中还会不断发生变化并逐步稳定下来，因此设计需要根据需求的变化而不断演化。
2.软件设计的要素( 1 ) 目标描述 ( 2 ) 设计约束 ( 3 ) 产品描述 ( 4 ) 设计原理 ( 5 ) 开发规划 ( 6 ) 使用描述3.软件设计体系的定义( 1 )软件设计体系结构是软件系统的结构，包含软件元素、软件元素外部可见的属性以及这些软件元素之间的关系( 2 )软件体系结构是软件系统的基本组织，包含构建、构件之间、构件与环境之间的关系，以及相关的设计与演化原则4.软件设计的主要活动( 1 ) 软件设计计划 ( 2 ) 体系结构设计 ( 3 ) 界面设计 ( 4 ) 模块/子系统设计 ( 5 ) 过程/算法设计( 6)数据模型设计5.体系结构“4+1 ”多视图建模( 1 )逻辑视图：该视图关注功能需求，即系统应该为最终用户提供什么服务，它与应用领域精密相关( 2 )进程视图：该视图捕获设计中关于并发和同步的内容，重视一些非功能需求，例如性能、可扩展性等，定义了运行实体和它们的属性。
软件体系结构
软件体系结构软件体系结构是指软件系统中各个组件之间的关系和结构的抽象描述。
它是构建软件系统的基础，对软件系统的设计和开发起着重要的指导作用。
本文将从软件体系结构的定义、目标和应用领域等方面对其进行详细的介绍。
一、软件体系结构的定义软件体系结构是指软件系统中各个组件之间的关系和结构的抽象描述，它包括软件系统的静态结构和动态行为。
静态结构是指软件系统中组件的组织方式和相互之间的关系，动态行为是指软件系统中组件的交互方式和相互之间的通信方式。
二、软件体系结构的目标软件体系结构的目标是实现软件系统的可重用性、可维护性、可扩展性和可伸缩性。
可重用性是指软件系统中的组件能够被多次使用，可维护性是指软件系统中的组件能够被轻松地修改和维护，可扩展性是指软件系统能够根据需求进行功能的扩展，可伸缩性是指软件系统能够根据需求进行性能的扩展。
三、软件体系结构的应用领域软件体系结构广泛应用于各个领域的软件系统开发，特别是大型跨平台和分布式系统的开发。
在金融领域，软件体系结构被应用于交易系统和风险管理系统的开发；在电子商务领域，软件体系结构被应用于在线购物系统和支付系统的开发；在物流领域，软件体系结构被应用于供应链管理系统和运输管理系统的开发。
四、软件体系结构的基本原则软件体系结构的设计应遵循以下基本原则：1. 模块化：将软件系统分为独立的模块，每个模块只负责特定的功能，通过接口进行通信和交互。
2. 松耦合：各个模块之间的依赖应尽量降低，避免模块之间的紧密耦合，以提高系统的灵活性和可维护性。
3. 高内聚：模块内部的各个元素之间应紧密关联，功能相关的元素应放在同一个模块中，以提高系统的内聚性。
4. 分层：将软件系统分为多个层次，每个层次负责不同的功能，上层层次通过接口调用下层层次的功能。
5. 可伸缩性：系统的设计应考虑未来的扩展需求，能够根据需求进行功能和性能的扩展。
六、软件体系结构的设计方法软件体系结构的设计方法有很多种，常用的有面向对象的体系结构设计方法、服务导向的体系结构设计方法和领域驱动设计方法。
软件设计与体系结构-第四章-面向对象的软件设计方法课件
l 概念模型与顶层架构设计:
l 在用户需求和相关的业务领域中，概念及概念关系的抽取
l 用户界面设计:
l 设计每个界面中的所有界面元素，确定初步的界面布局，定义用户界面动作对软件系统中设计元
素的要求
l 数据模型的设计:
l 确定设计模型中需要持久保存的类的对象及其属性，定义持久持久存储数据之间的组织方式，并
.
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概念模型和顶层架构设计
l 边界类: 其职责包括: l 边界控制: l 包括定义数据的格式及内容转换，输出结果的呈现，软件运行过程中界
面的变化与切换等。 l 外部接口: l 实现目标软件系统与外部系统或外部设备之间的信息交流和互操作，主
要关注跨越目标软件系统边界的通信协议 l 环境隔离: l 对目标软件系统与操作系统、数据库管理系统、中间件等环境软件进行
事件流中步骤（1）
l （3）如果账户余额小于取款金额，则显示信息“账户余额不足，请重新输入”，并返回主事件流
中步骤（1）
l （4）顾客在确认取款金额前右以选择取消交易。
l 后置条件: 如果取款成功，系统从账户余额中减去相应数额，并返回等待状态；如果顾客取消交易，
则返回等待状态
.
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用例的分析与设计
体技术没有关系 l 顶层架构的设计 l 目的: 为后续的分析和设计活动建立一种结构和划分
.
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概念模型和顶层架构设计
l 关键概念来源: l 为建立以UML类图表示的领域概念模型，首先必须标识关键概念。关键
概念的来源包括: l （1）业务需求描述、用例说明； l （2）业务领域中的相关规范、标准、术语定义。 l （3）反映业务领域知识的既往经验。 l 业务需求描述 l 业务领域中的相关规范、标准、述评呼定义 l 反映业务领域知识的既往经验
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。
软件设计与体系结构实验报告
实验项目列表实验1：ACME软件体系结构描述语言应用一、实验目的1）掌握软件体系结构描述的概念2）掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作二、实验学时2学时。
三、实验方法由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考，学生在样板的指导下修改图形，在老师的指导下进行软件体系结构描述。
四、实验环境计算机及ACMESTUDIO。
五、实验内容利用ACME语言定义软件体系结构风格，修改ACME代码，并进行风格测试。
六、实验操作步骤一、导入Zip文档建立的一个Acme Project，并且命名为AcmeLab2。
如下图：接着导入ZIP文档，导入完ZIP文档后显示的如下图：二、修改风格在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图：修改组件外观1. 在组件类型中，双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中，将产生预览；选择Modify按钮，将打开外观编辑器对话框。
2. 首先改变图形：找到Basic shape section，在Stock image dropdown menu中选择Repository类型.3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。
4. 在颜色对话框中选择深蓝色，并单击[OK].5. 修改图形的边框颜色为绿色7. 单击Label tab，在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图：添加新元素类型1. 在Component Types section选择New按钮2. 在对话框中，类型名称输入LogicNodeT .3. 选择TierNodeT 为父类型.4. 单击[Finish].5. 按照修改外观的步骤，修改LogicNodeT的外观：填充颜色为浅绿色，边框颜色为黑色，大小为2，其他默认。
产生的图形如下图：添加新属性类型1. 选择Property Types2. 选择New按钮3. 在对话框中，类型名称为TierPropT4. 类型选择enum5. 值为：client, logic, data6. 单击[OK].添加属性1. 激活属性视图页2. 双击TierNodeT3. 选择Properties tab4. 右击空白位置，或者单击图标，选择新建属性5. 属性名为tier.6. 类型为TierPropT（找不到，则直接输入TieredFam.TierPropT）7.单击[OK].添加规则1. 单击Family editor中的TieredFam (Press to select).2. 选择属性视图中的规则页3. 单击生成新规则4. 规则名为hostCheck，选择invariant单选项5. 在规则框中输入（直接粘贴过去）Forall t1 : TierNodeT in ponents |!t1.allowShareHost -> (Forall t2 : TierNodeT in ponents | t1 != t2 -> t1.host != t2.host)6. 单击[Parse Rule] 以确认无语法错误，有错误，要重新写。
软件体系结构
软件体系结构软件体系结构是软件系统的一种高级结构，它涉及到软件系统的主要构成部分以及这些部分之间的相互作用。
它提供了一个框架，用于指导系统的设计和开发，以确保系统能够满足其需求。
软件体系结构由三个主要元素组成：构件、连接件和约束。
1.构件：这是软件体系结构的基础元素，包括处理构件、数据构件和连接构件。
处理构件负责执行数据的操作或计算，数据构件是操作或计算所处理的信息，而连接构件则负责将这些不同的部分组合在一起。
2.连接件：连接件是负责将体系结构的不同部分组合连接起来的元素。
它们定义了构件之间的交互方式和关系，包括数据流、控制流和消息传递等。
3.约束：约束是软件体系结构中的规则和限制，它们定义了系统的行为和属性。
约束可以包括性能要求、可靠性要求、可维护性要求等。
此外，软件体系结构还涉及到一些重要的问题，如全局组织和全局控制结构、通信、同步与数据存取的协议、设计构件的功能定义、物理分布与合成、设计方案的选择、评估与实现等。
这些问题都是软件体系结构在设计和开发过程中需要考虑的重要因素。
Kruchten提出了软件体系结构的四个角度，这些角度从不同方面对系统进行描述：1.概念角度：描述系统的主要构件及它们之间的关系。
2.模块角度：包含功能分解与层次结构，描述了系统的静态结构。
3.运行角度：描述了一个系统的动态结构，包括系统的行为、交互和并发性等方面。
4.代码角度：描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织，涉及到系统的实现细节。
总的来说，软件体系结构是软件系统的核心组成部分，它为软件的设计和开发提供了一个高层次的结构和指导。
通过对软件体系结构的设计和分析，可以更好地理解系统的需求和功能，提高系统的质量和可维护性。
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软件体系结构与设计
软件体系结构与设计是指基于软件需求和规范，将系统按照一定的结构组织起来，设
计出合理的软件结构和模块之间的关系，以满足系统的目标和需求。
其目的是在需求分析
和程序编码之间，建立一种桥梁，提高软件的可靠性、可维护性、可扩展性、可复用性和
可移植性。
本文将从软件体系结构和软件设计两方面介绍软件体系结构与设计的相关概念
及其重要性。
一、软件体系结构的概念
软件体系结构是指按照一定的原则和方法对软件系统进行分解和组合的过程，并对分
解出来的各子系统及其组成元素进行描述、分析和设计。
它包括了软件系统的组成、结构、组织方式、分层、通信和数据传输等方面的内容。
软件体系结构的主要任务是确定软件系统的整体框架和各子系统之间的协作关系。
其
目标是提高软件的可靠性、可维护性、可扩展性和可重用性，并且降低开发和维护成本。
软件体系结构可以理解为软件系统的骨架，支撑着整个系统的各个模块和功能，是软件系
统的重要组成部分。
二、软件设计的概念
软件设计是指在软件开发过程中，根据软件需求规格说明书（SRS）对软件进行概念设计、详细设计、编码和测试的过程。
它是在软件体系结构的基础上，根据软件需求、性能
要求、可靠性要求、可维护性要求等非功能性需求，设计出软件系统的具体实现方案。
软件设计通常包含以下步骤：
1. 概念设计：根据SRS文档中的要求，确定软件系统的总体结构、模块划分和模块之间的关系。
2. 详细设计：在概念设计的基础上，对各个模块进行细化设计，包括模块内部的数
据结构、算法和接口等。
3. 编码：将详细设计的方案转化为实际的软件代码，并注释和测试。
4. 测试：对编码完成的软件进行测试，检查软件是否能够满足需求规格说明书中的
要求。
软件体系结构与设计是软件开发过程中至关重要的部分。
其重要性体现在以下几个方面：
1. 提高软件的可维护性：通过合理的软件体系结构和设计，可以使软件系统的维护变得更加容易和高效。
2. 提高软件的可重用性：软件体系结构和设计可以使软件系统的各个模块和组件具有高度的可重用性，提高软件的开发效率和应用范围。
4. 降低软件开发成本：合理的软件体系结构和设计可以减少开发周期，并降低软件开发成本。
综上所述，软件体系结构与设计在软件开发过程中扮演着重要的角色。
一个好的软件体系结构和设计可以提高软件的可维护性、可重用性、可扩展性，并降低开发和维护的成本。
因此，在软件开发的过程中，要重视软件体系结构和设计的重要性，注重其规范性和可行性，才能开发出高质量、可靠性强的软件系统。