系统建模分析期末重点.doc

1.建模/MDA/MDD的基本概念。2、实时系统的基本概念（硬实时、软实时、固实时）。3、RM/EDF调度算法。4、ROPES设计方法的描述。5、建模设计中的正向工程与逆向工程。6、实时系统建模分析中的外部事件定义及时间等约束。6、用例与场景的区别、用例图、时序图、类图。7、识别对象的基本方法及对象间的关系。8、用例图、类图的画法。9. 用例、协作、机制的定义和作用域10. 设计模式模板如何定义11. 详细设计主要解决哪些问题12. 字节对齐与内存分配问题14. 智能指针模式的构造方法15. 单点失效、共模失效概念，故障分析树画法16. 可靠性设计模式中冗余通道的分类及构造方法17. 门禁模式的定义、时序图和分类18. 类图的UML语法19.状态图画法，以实验3 Dishwasher为例20. 实验部分：状态机、时间自动机（timed automata/uppaal使用）1. 建模/MDA/MDD的基本概念建模是对现实世界的一个简化。因为不能完整地理解一个复杂的系统，所以要对它建模。建模是为了更好的理解我们正在开发的系统。建模的目的：模型帮助按照实际情况后按照所需的样式对系统进行可视化模型允许详细说明系统的结构或行为模型给出了一个知道构造系统的模板模型对做出的决策进行文档化建模的原则：选择要创建什么模型对如何动手解决问题和如何形成解决方案有着意义深远的影响每一种模型可以在不同的精度级别上显示最好的模型是与现实相联系的单个模型是不充分的，对每个重要的系统最好用一组几乎独立的模型去处理模型驱动架构(MDA)（moudle driver architecture）OMG(Object Management Groups)定义模型驱动架构是一个软件开发框架建模，建模语言在MDA方法里面起到了至关重要的作用开发阶段产生形式化模型，可被计算机理解的模型OMG提出MDA方法的三个主要目标：轻便性，互操作性和可重用性具体解决以下问题：扭转以代码为中心的软件开发方法解决不同平台、不同技术路线之间的集成和互操作问题便于适应将来出现的新技术和新平台MDA的核心概念均是OMG系列的一系列标准：统一建模语言UML，元对象设计MOF，XML元数据交换XMI，公共数据仓库元模型CWM。MDA的各种核心标准组成了创建模型驱动的一致性纲要的基础。MDA 定义了三种模型： 计算独立模型（CIM） 平台独立模型（PIM） 平台特定模型（PSM）模型驱动开发（MDD）moudle driver developmentMDD是一种抽象的软件开发设计流程主要包括以下特点：1、抽象（提高层次），封装和信息隐藏通过模型的多个层次（横向和纵向）来隐藏和展示信息，从而使模型更容易被理解2、以模型为中心：开发过程始终以模型为工作中心3、不依赖于任何一种特定的实现：模型独立于运行平台的实现细节，这部分往往是最容易变化的2、 实时系统的基本概念（硬实时、软实时、固实时）任何必须在有限/指定的周期内对外部发生的输入激励做出响应的信息处理活动或系统。另：实时系统是指在确定的时间内完成规定功能，并能对外部异步事件作出正确响应的计算机系统。正确性不仅取决于计算的逻辑结果，也取决于产生结果所花费的时间的系统。实时系统具有及时性与正确性的双重特性。实时系统的正确性不仅依赖于计算的合理结果，还依赖于产生这个结果的时间。硬实时：硬实时系统是那些在规定的时限前做出响应是绝对强制性要求的系统。UNIX系统可以被看做一个实时系统，当用户输入一个命令，会期待在几秒内得到响应软实时：软实时系统是响应时间虽然重要，但如果偶尔错过时限系统依然正常运行的系统。（同交互式系统的区别：对后者而言无明显的时限。） 软实时并不是指一种单一的需求，它伴随着一些不同的性质：1)可以偶尔错过时限（通常有一个在确定的时间间隔内的错过次数上限）。2)可以偶尔推迟提供服务（同样，有一个延迟次数的上限）固实时：3、 RM/EDF调度算法速率单调RM调度算法（经典的静态实时调度算法）图：第二章：实时系统基本概念-实时操作系统 ppt 14RM算法是一种静态分配优先级算法，它根据任务的周期来分配优先级，周期越小，任务的优先级越高。最佳的单处理机静态优先调度算法：系统任务序列的周期、截止时限、执行时间、CPU利用率等时间特性参数都是己知的不可调度：指某一个任务在周期内无法完成任务，即： 任务的执行结束时间 任务的截止期基础：所有任务都是周期任务；每个人物执行截止期等于该任务的周期；每个任务在周期中，执行时间固定，保持常量；最早截止时间优先即EDFEDF(Earliest Deadline First)算法图：第二章实时系统基本概念 ppt p22根据任务的开始截止时间确定任务的优先级，开始截止时间越早，优先级越高。如果当前有其他较低优先级作业正在执行，则较低优先级作业被抢占，让位给具有最高优先级的作业执行那个，直至就绪队列中没有高于改作业优先级的作业时，该作业恢复执行。 4、 ROPES设计方法的描述ROPES(rapid object process for embedded system) 嵌入式系统快速对象处理第四章：ppt p6 需求设计 需求分析（requirements analysis） 系统分析（system analysis） 对象分析（object analysis） 设计阶段 架构设计（architecture design）：部署视图、并发视图 机制设计（mechanistic design）：对象集合的协作 详细设计（detailed design）：类结构、内部组织 转换 整合与测试 ROPES过程是基于迭代式生命周期，并使用标准UML元模型作为其语义框架和符号。整体过程如：1）需求分析：从客户获取需求。客户是有责任定义系统该做什么的任何人。通常是功能视图，并不给出对象和类。消息：这些信息通常在用例，对象上下文，顺序图，状态图，或外部消息队列中给出。2）系统分析：系统分析是大规模复杂嵌入式系统的重要阶段，按功能进行分解架构3）对象分析：对象分析给出重要的对象和类，以及他们的主要属性。包括结构对象分析和行为对象分析。 设计阶段：哪些对象是主动的应用程序任务调度策略对象和类在可部署组件中的组织处理器间通信的媒介和协议软件组件在节点间的分析情况软件组件在节点间的分布情况关系实现策略错误处理策略内存管理策略分析-设计-转化-测试5、 建模设计中的正向工程和逆向工程正向工程（forward engineering）：是通过到一个实现语言的映射，把一个模型转换为代码的过程。用例图可通过正向工程，形成对它所应用的元素的测试。用例图中每一个用例是一个事件流，进行测试。用例图描述系统功能而不是功能如何实现，因此不能进行正向工程和逆向工程逆向工程（reverse engineering）：是把代码转换为模型的过程。通常会丢失信息。代码功能转换。6、实时系统建模分析中的外部事件定义及时间等约束。外部事件分为同步和异步对外部事件的响应包括:当事件发生时可以识别，在给定的时间约束内必须输出结果。时间约束包括：完成时间或开始时间和持续时间等。外部事件：周期性消息具有一定的周期特征，消息按照一定的周期到达，并可以有一定的抖动，抖动是消息实际到达时间与周期点间的偏离，抖动在建模的过程中通常被视为一个均匀随机过程，但其值总是在指定的时间间隔内。7、用例与场景的区别、用例图、时序图、类图。用例描述的是系统的一项内聚的功能块。该功能块以黑盒形式对系统外部可见。用例完全是对行为的描述，不会定义或者隐含对象或类的集合。一个用例是外部可见的，表明系统的该项行为要和系统外部的对象相互作用。这些系统外部的对象就是参与者（actor）。用例图描述系统功能而不是功能如何实现，因此不能进行正向工程和逆向工程。用例的实例是执行该行为的一条特定路径，这样的路径称作场景。场景由一个对象集合和在对象间交换的一个有序的消息列表组成。A scenario is an instance of a use caseScenarios can be described in text, but more often than not,they are captured using sequence diagrams.用例（use case)是对系统主要、次要功能的描述。经过一个用例的特定路径，称为一个场景（scenario)时序图：第五章（三）ppt 578、 识别对象的基本方法及对象之间的关系在名词下划线（值得注意的， 不值得注意的，对象属性）识别因果代理识别内聚性服务识别现实世界的元素识别物理设备识别域的基本抽象识别事务识别持久性信息识别可视化元素 识别控制元素 执行对象模型中的场景对象之间的关系：泛化关系（类之间的一种分类关系）依赖关系关联聚合组合9、 用例图/类图的画法第一章：uml统一建模语言介绍 ppt p25 第五章（二）ppt p40 marte_10pdf 53(*)类图由若干类关联在一起，反映系统或者子系统组成结构的静态图。类图的建模贯穿工程的分析和设计阶段的始终，通常从商务伙伴能够理解的类开始建模，最终往往成为挚友开发小组才能够完全理解的类。类（Class）：是具有共同结构特征，行为特征，联系和语义的对象集合的抽象形式关联（Association）：表示类与类之间的关系类在UML中通常以实线矩形框表示，矩形框中含有若干分隔框，分别包含类的名字，属性，操作，约束以及其他成分。在类图中，根据建模的不同景象，类图标中不一定列出全部的内容。类的关系：关联、依赖、聚合和泛化如何建模类图创建类图需两个反复执行的步骤：1、确定类及其关联。2、确定属性和操作。开始创建类图的好起点就是用例图。用例图(Use Case Diagram)是由软件需求分析到最终实现的第一步，它描述人们如何使用一个系统。用例视图显示谁是相关的用户、用户希望系统提供什么样的服务，以及用户需要为系统提供的服务，以便使系统的用户更容易理解这些元素的用途，也便于软件开发人员最终实现这些元素。用例图在各种开发活动中被广泛的应用，但是它最常用来描述系统及子系统。当用例视图在外部用户出现以前出现时，它捕获到系统、子系统或类的行为。它将系统功能划分成对参与者（即系统的理想用户）有用的需求。而交互部分被称作用例。用例使用系统与一个或者多个参与者之间的一系列消息来描述系统中的交互。用例图包含六个元素，分别是：参与者(Actor)、用例(Use Case)、关联关系(Association)、包含关系(Include)、扩展关系(Extend)以及泛化关系(Generalization)。10、 用例、协作、机制的定义和作用域（marte_10 pdf39 pdf3）用例：协作：对象在一起形成有凝聚力的组件称为协作, 协作是指定特定的类产生大规模的行为和交互的功能协作工作,实现系统级的行为称为用例,通过他们的行为和操作机制：机制是一种模式,他受限在一些类的范围内,但在许多情况下适用11、 设计模式模板如何定义 marte_10 pdf3设计优化问题的解决方法在不同的具体语境中通常是广义的和可重用的。这种重用设计解决方案被称为设计模式12、 详细设计主要解决哪些问题（mate_11 ppt p5）1） 确保操作前和后条件不变) 范围检查 合理性检查 单位检查 2） 内部数据结构化 3） 内部算法构建和优化 4） 状态机的优化 5） 指定本地错误和异常处理 6） 低层次的安全性和可靠性的冗余 7） 数字舍入错误管理和修正8） 抽象服务接口9） 类功能可见性10） 实现关联-指针-参考 -对象标识-套接字详细设计成语：数据结构、实现关联、接口、指定操作、算法、异常处理、优化空间复杂度、优化时间复杂度、优化状态行为、优化可重用性详细设计优化是在类层13、 字节对齐与内存分配问题(属于优化空间复杂度)Marte_11 ppt p1014、 智能指针模式的构造方法（marte_10 patr2 ppt6） 智能指针：解决相关虚拟指针（空指针）问题，在常规甚至没有使用没有名字的变量,包括正式的参数 当使用指针的时候，为了消除人为误差的引入时 构造方法：-Constructed function（构造函数） initialize the pointer as null or force an prefix(前缀) condition初始化指针为null或强迫一个前缀条件 -Destroyed function(销毁函数) check the calls counter检查调用计数器 call the delete operator of original pointer to free memory 调用删除原始指针的操作符来释放内存 -reject the illegal calls（拒绝非法调用） check if the associated memory(相关内存) is free after deleting pointer 检查相关的内存已经是释放的，当指针删除后15、单点失效、共模失效概念，故障分析树画法(mater_12 ppt p19)单点失效：失败是由一个组件或模块造成的,损害的范围是有限的共模失效：由一个组件或模块造成的故障影响系统的其他部分16、 可靠性设计模式中冗余通道的分类及构造方法（marte_12 ppt p31）管理安全性和可靠性的关键是冗余。冗余提高可靠性,因为存在故障的时候它允许系统继续工作冗余可以分为均匀（同构）或异构（异构）模式。前创建精确的架构元素的复制品提供冗余处理。后者模式使用不同的实