軟件體系結構

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1、課 程 內 容 軟 件 體 系 結 構 概 論 軟 件 體 系 結 構 建 模 軟 件 體 系 結 構 風 格 軟 件 體 系 結 構 描 述 動 態(tài) 軟 件 體 系 結 構 Web服 務 體 系 結 構 基 于 體 系 結 構 的 軟 件 開 發(fā) 軟 件 體 系 結 構 的 分 析 與 測 試 軟 件 體 系 結 構 評 估 軟 件 產(chǎn) 品 線 體 系 結 構 軟 件 體 系 結 構 建 模 的 種 類 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.1 軟 件 體 系 結 構 建 模 概 述 結 構 模 型 框 架 模 型 動 態(tài) 模 型 過 程 模 型 功 能 模 型 軟 件 體 系 結

2、構 建 模 的 種 類 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.1 軟 件 體 系 結 構 建 模 概 述 結 構 模 型 這 是 一 個 最 直 觀 、 最 普 遍 的 建 模 方 法 。 這 種 方 法以 體 系 結 構 的 構 件 、 連 接 件 和 其 他 概 念 來 刻 畫 結 構 ，并 力 圖 通 過 結 構 來 反 映 系 統(tǒng) 的 重 要 語 義 內 容 ， 包 括 系統(tǒng) 的 配 置 、 約 束 、 隱 含 的 假 設 條 件 、 風 格 、 性 質 等 。 研 究 結 構 模 型 的 核 心 是 體 系 結 構 描 述 語 言 。 軟 件 體 系 結 構 建 模 的 種

3、類 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.1 軟 件 體 系 結 構 建 模 概 述 框 架 模 型 框 架 模 型 與 結 構 模 型 類 似 ， 但 它 不 太 側 重 描 述 結 構的 細 節(jié) 而 更 側 重 于 整 體 的 結 構 。 框 架 模 型 主 要 以 一 些 特 殊 的 問 題 為 目 標 建 立 只 針 對和 適 應 該 問 題 的 結 構 。 軟 件 體 系 結 構 建 模 的 種 類 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.1 軟 件 體 系 結 構 建 模 概 述 動 態(tài) 模 型 動 態(tài) 模 型 是 對 結 構 或 框 架 模 型 的 補 充 ， 研

4、究 系 統(tǒng) 的“ 大 顆 粒 ” 的 行 為 性 質 。 例 如 ， 描 述 系 統(tǒng) 的 重 新 配 置或 演 化 。 動 態(tài) 可 以 指 系 統(tǒng) 總 體 結 構 的 配 置 、 建 立 或 拆除 通 信 通 道 或 計 算 的 過 程 。 軟 件 體 系 結 構 建 模 的 種 類 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.1 軟 件 體 系 結 構 建 模 概 述 過 程 模 型 過 程 模 型 研 究 構 造 系 統(tǒng) 的 步 驟 和 過 程 。 結 構 是 遵 循 某 些 過 程 腳 本 的 結 果 。 軟 件 體 系 結 構 建 模 的 種 類 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建

5、 模 2.1 軟 件 體 系 結 構 建 模 概 述 功 能 模 型 功 能 模 型 認 為 體 系 結 構 是 由 一 組 功 能 構 件 按 層 次 組成 ， 下 層 向 上 層 提 供 服 務 。 功 能 模 型 可 以 看 作 是 一 種 特 殊 的 框 架 模 型 。 “ 4+1” 模 型 概 述 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 Kruchten在 1995年 提 出 了 “ 4+1” 的 視 圖 模 型 。 “ 4+1” 視 圖 模 型 從 5個 不 同 的 視 角 包 括 邏 輯 視 圖 、進 程 視 圖 、 物 理 視 圖 、 開

6、 發(fā) 視 圖 和 場 景 視 圖 來 描 述 軟件 體 系 結 構 。 每 一 個 視 圖 只 關 心 系 統(tǒng) 的 一 個 側 面 ， 5個 視 圖 結 合 在一 起 才 能 反 映 系 統(tǒng) 的 軟 件 體 系 結 構 的 全 部 內 容 。 “ 4+1” 模 型 概 述 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 邏 輯 視 圖進 程 視 圖 開 發(fā) 視 圖物 理 視 圖最 終 用 戶 ： 功 能 需 求 場 景 編 程 人 員 ： 軟 件 管 理系 統(tǒng) 集 成 人 員 ： 性 能可 擴 充 性 、 吞 吐 量 等 系 統(tǒng) 工 程 人 員 ： 系 統(tǒng)拓 撲

7、 、 安 裝 、 通 信 等 邏 輯 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 邏 輯 視 圖 主 要 支 持 系 統(tǒng) 的 功 能 需 求 ， 即 系 統(tǒng) 提 供 給最 終 用 戶 的 服 務 。 在 邏 輯 視 圖 中 ， 系 統(tǒng) 分 解 成 一 系 列的 功 能 抽 象 ， 這 些 抽 象 主 要 來 自 問 題 領 域 。 這 種 分 解不 但 可 以 用 來 進 行 功 能 分 析 ， 而 且 可 用 作 標 識 在 整 個系 統(tǒng) 的 各 個 不 同 部 分 的 通 用 機 制 和 設 計 元 素 。 在 面 向 對 象 技 術 中 ， 通

8、過 抽 象 、 封 裝 和 繼 承 ， 可 以用 對 象 模 型 來 代 表 邏 輯 視 圖 ， 用 類 圖 來 描 述 邏 輯 視 圖 。 邏 輯 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 可 以 從 Booch標 記 法 中 導 出 邏 輯 視 圖 的 標 記 法 ， 只 是 從 體 系 結構 級 的 范 疇 來 考 慮 這 些 符 號 ， 用 Rational Rose進 行 體 系 結 構 設計 。 構 件 實 例繼 承使 用包 含 ， 聚 集關 聯(lián)類 層 次參 數(shù) 化 類類 服 務類 連 接 件 邏 輯 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結

9、構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 邏 輯 視 圖 中 使 用 的 風 格 為 面 向 對 象 的 風 格 ， 邏 輯 視 圖 設 計 中 要注 意 的 主 要 問 題 是 要 保 持 一 個 單 一 的 、 內 聚 的 對 象 模 型 貫 穿 整 個系 統(tǒng) 。 會 話 終 端 控 制 器 轉 換 服 務 連 接 服 務編 號 計 劃 邏 輯 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 對 于 規(guī) 模 更 大 的 系 統(tǒng) 來 說 ， 體 系 結 構 級 中 包 含 數(shù) 十 甚 至 數(shù) 百 個類 。 顯 示 及 用 戶接 口 機 械 服 務

10、基 本 元 素航 空 信 息 空 中 交 通 管理飛 行 管 理 外 部 接 口 網(wǎng)關仿 真 和 培 訓 開 發(fā) 視 圖 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 開 發(fā) 視 圖 也 稱 模 塊 視 圖 ， 主 要 側 重 于 軟 件 模 塊 的 組織 和 管 理 。 開 發(fā) 視 圖 要 考 慮 軟 件 內 部 的 需 求 ， 如 軟 件 開 發(fā) 的 容易 性 、 軟 件 的 重 用 和 軟 件 的 通 用 性 ， 要 充 分 考 慮 由 于具 體 開 發(fā) 工 具 的 不 同 而 帶 來 的 局 限 性 。開 發(fā) 視 圖 通 過 系 統(tǒng) 輸 入 輸 出 關

11、 系 的 模 型 圖 和 子 系 統(tǒng) 圖來 描 述 。 開 發(fā) 視 圖 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 與 邏 輯 視 圖 一 樣 ， 可 以 使 用 Booch標 記 法 中 某 些 符 號 來表 示 開 發(fā) 視 圖 。 構 件 參 照 相 關 性模 塊 連 接 件 子 系 統(tǒng)層 開 發(fā) 視 圖 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 在 開 發(fā) 視 圖 中 ， 最 好 采 用 4-6層 子 系 統(tǒng) ， 而 且 每 個 子系 統(tǒng) 僅 僅 能 與 同 層 或 更 低 層 的 子 系 統(tǒng) 通 訊 ， 這 樣

12、可 以使 每 個 層 次 的 接 口 既 完 備 又 精 練 ， 避 免 了 各 個 模 塊 之間 很 復 雜 的 依 賴 關 系 。 設 計 時 要 充 分 考 慮 ， 對 于 各 個 層 次 ， 層 次 越 低 ， 通用 性 越 強 ， 這 樣 ， 可 以 保 證 應 用 程 序 的 需 求 發(fā) 生 改 變時 ， 所 做 的 改 動 最 小 。 開 發(fā) 視 圖 所 用 的 風 格 通 常 是 層次 結 構 風 格 。 開 發(fā) 視 圖 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 公 用 構 件1 低 層 服 務支 撐 機 制 ： 通 信 、 時 間 、 儲

13、 存 、 資 源 管 理 等2 航 空 類 、 空 中 交 通 管 制 類3空 中 交 通 管 制 功 能 區(qū) ： 飛 行 管 理 、 雷 達 管 理 等4 人 機 接 口外 部 系 統(tǒng)5 離 線 工 具測 試 工 具各 種 各 樣 的 空 中交 通 管 制 系 統(tǒng)特 定 的 空 中 交 通管 制 系 統(tǒng) 構 件 空 中 交 通 管 制系 統(tǒng) 框 架分 布 式 虛 擬 機 基 本 元 素硬 件 、 操 作 系統(tǒng) 、 數(shù) 據(jù) 庫 領域特定 領域無關 通用空中交通管 制代碼客戶 定制 進 程 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 進 程 視 圖 側

14、重 于 系 統(tǒng) 的 運 行 特 性 ， 主 要 關 注 一 些 非功 能 性 的 需 求 。 進 程 視 圖 強 調 并 發(fā) 性 、 分 布 性 、 系 統(tǒng) 集 成 性 和 容 錯能 力 ， 以 及 從 邏 輯 視 圖 中 的 主 要 抽 象 如 何 適 合 進 程 結構 。 它 也 定 義 邏 輯 視 圖 中 的 各 個 類 的 操 作 具 體 是 在 哪一 個 線 程 中 被 執(zhí) 行 的 。 進 程 視 圖 可 以 描 述 成 多 層 抽 象 ， 每 個 級 別 分 別 關 注不 同 的 方 面 。 在 最 高 層 抽 象 中 ， 進 程 結 構 可 以 看 作 是構 成 一 個 執(zhí) 行

15、單 元 的 一 組 任 務 。 它 可 看 成 一 系 列 獨 立的 ， 通 過 邏 輯 網(wǎng) 絡 相 互 通 信 的 程 序 。 它 們 是 分 布 的 ，通 過 總 線 或 局 域 網(wǎng) 、 廣 域 網(wǎng) 等 硬 件 資 源 連 接 起 來 。 進 程 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 通 過 擴 展 Booch對 Ada任 務 的 表 示 法 ， 來 表 示 進 程 視圖 。 構 件 事 件 廣 播雙 向 消 息遠 程 過 程 調 用 消 息未 指 定連 接 件 循 環(huán) 進 程簡 化 進 程 進 程 進 程 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結

16、 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 控 制 器 進 程 慢 周 期 控制 器 任 務 快 周 期 控制 器 任 務 主 控 制器 任 務 終 端 進 程 物 理 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 物 理 視 圖 主 要 考 慮 如 何 把 軟 件 映 射 到 硬 件 上 ， 它 通常 要 考 慮 到 系 統(tǒng) 性 能 、 規(guī) 模 、 可 靠 性 等 。 解 決 系 統(tǒng) 拓撲 結 構 、 系 統(tǒng) 安 裝 、 通 訊 等 問 題 。 當 軟 件 運 行 于 不 同 的 節(jié) 點 上 時 ， 各 視 圖 中 的 構 件 都直 接 或 間

17、 接 地 對 應 于 系 統(tǒng) 的 不 同 節(jié) 點 上 。 因 此 ， 從 軟件 到 節(jié) 點 的 映 射 要 有 較 高 的 靈 活 性 ， 當 環(huán) 境 改 變 時 ，對 系 統(tǒng) 其 他 視 圖 的 影 響 最 小 。 物 理 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 大 型 系 統(tǒng) 的 物 理 視 圖 可 能 會 變 得 十 分 混 亂 ， 因 此 可以 與 進 程 視 圖 的 映 射 一 道 ， 以 多 種 形 式 出 現(xiàn) ， 也 可 單獨 出 現(xiàn) 。 構 件 寬 帶 或 總 線雙 向 通 信 單 向 通 信臨 時 通 信 通 信 其 他 設 備

18、處 理 器 連 接 件 物 理 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 ACS系 統(tǒng) 的 物 理 視 圖 C主 KKKKKKKK F備 份F主F備 份F主 C備 份 物 理 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 具 有 進 程 分 配的 小 型 ACS系 統(tǒng)的 物 理 視 圖 K 會 話 進 程F 終 端 進 程 控 制 器 進 程 物 理 視 圖第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 具 有 進 程 分配 的 大 型ACS系 統(tǒng) 的物 理 視 圖 C 中 心

19、進 程 備 份 節(jié) 點 偽 中 心 進 程F 會 話 進 程 終 端 進 程 偽 中 心 進 程F 會 話 進 程 終 端 進 程K 控 制 器 進 程 K 控 制 器 進 程 K 控 制 器 進 程 更 多 的 K類處 理 器 線 路 接 口 卡 線 路 接 口 卡線 路 接 口 卡 場 景第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 場 景 可 以 看 作 是 那 些 重 要 系 統(tǒng) 活 動 的 抽 象 ， 它 使 四個 視 圖 有 機 聯(lián) 系 起 來 ， 從 某 種 意 義 上 說 場 景 是 最 重 要 的需 求 抽 象 。 在 開 發(fā) 體 系 結 構

20、 時 ， 它 可 以 幫 助 設 計 者 找 到體 系 結 構 的 構 件 和 它 們 之 間 的 作 用 關 系 。 同 時 ， 也 可 以用 場 景 來 分 析 一 個 特 定 的 視 圖 ， 或 描 述 不 同 視 圖 構 件 間是 如 何 相 互 作 用 的 。 場 景 可 以 用 文 本 表 示 ， 也 可 以 用 圖 形 表 示 。 場 景第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 本 地 呼 叫 場 景 的 一 個 原 型 （ 1） 摘 機小 王 :控 制 器 編 號 計 劃小 王 :終 端 小 王 :會 話 （ 2） 撥 號 音（ 3） 號

21、碼 （ 4） 號 碼（ 5） 打開 會 話 小 結第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.2 “ 4+1” 視 圖 模 型 邏 輯 視 圖 和 開 發(fā) 視 圖 描 述 系 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 結 構 ， 而 進 程視 圖 和 物 理 視 圖 描 述 系 統(tǒng) 的 動 態(tài) 結 構 。 對 于 不 同 的 軟 件 系 統(tǒng) 來 說 ， 側 重 的 角 度 也 有 所 不 同 。例 如 ， 對 于 管 理 信 息 系 統(tǒng) 來 說 ， 比 較 側 重 于 從 邏 輯 視 圖和 開 發(fā) 視 圖 來 描 述 系 統(tǒng) ， 而 對 于 實 時 控 制 系 統(tǒng) 來 說 ， 則比 較 注 重 于 從 進 程 視 圖

22、 和 物 理 視 圖 來 描 述 系 統(tǒng) 。 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.3 體 系 結 構 的 核 心 模 型 軟 件 體 系 結 構 配 置 連 接 件構 件 端 口 角 色 1:N 1:N 1:N 軟 件 過 程第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.4 體 系 結 構 的 生 命 周 期 模 型 需 求 分 析 建 立 體 系 結 構 測 試 實 現(xiàn) 設 計 生 命 周 期 模 型第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.4 體 系 結 構 的 生 命 周 期 模 型 體 系 結 構 的 非形 式 化 描 述 體 系 結 構 的 形 式 化基 礎 （ 數(shù) 學

23、 模 型 ） 體 系 結 構 的規(guī) 范 描 述 體 系 結 構 演 化 體 系 結 構 提 供 、評 價 和 度 量體 系 結 構 的 終 結 體 系 結 構 實 施 體 系 結 構 求 精 的 驗 證 體 系 結 構 求 精 體 系 結 構 的性 質 分 析 需 要 演 化或 擴 展 否否是 需 要 求 精否是否 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 2.5 軟 件 體 系 結 構 抽 象 模 型 選 讀 第 2章 軟 件 體 系 結 構 建 模 本 章 作 業(yè) 與 思 考 題 1、 選 擇 一 個 規(guī) 模 合 適 的 系 統(tǒng) ， 為 其 建 立 “ 4+1” 模 型 。2、 引 入 了 軟 件 體 系 結 構 以 后 ， 傳 統(tǒng) 軟 件 過 程 發(fā) 生 了 哪些 變 化 ？ 這 種 變 化 有 什 么 好 處 ？3、 軟 件 體 系 結 構 的 生 命 周 期 模 型 與 軟 件 生 命 周 期 模 型有 什 么 關 系 ？