第2章矿大软件体系结构

1、建模解决的是软件体系结构的表示问题建模解决的是软件体系结构的表示问题第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模对于同一座建筑，住户、建筑师、内部装修人员和电气工程师对于同一座建筑，住户、建筑师、内部装修人员和电气工程师有各自的视角。这些视角反映了建筑物的不同方面，合起来形有各自的视角。这些视角反映了建筑物的不同方面，合起来形成了建筑物的总体结构。成了建筑物的总体结构。第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 软件体系结构反映了软件系统的总体结构，它和建筑物一样，软件体系结构反映了软件系统的总体结构，它和建筑物一样，存在不同的

2、角度来反映系统的体系结构。存在不同的角度来反映系统的体系结构。 软件体系结构建模的种类软件体系结构建模的种类 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 结构模型结构模型 框架模型框架模型 动态模型动态模型 过程模型过程模型 功能模型功能模型 软件体系结构建模的种类软件体系结构建模的种类 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 结构模型结构模型 以体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结以体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构，过结构反映系统的内容，包括系统的配置

3、、约束、构，过结构反映系统的内容，包括系统的配置、约束、隐含的假设条件、风格、性质等。隐含的假设条件、风格、性质等。 研究结构模型的核心是体系结构描述语言。研究结构模型的核心是体系结构描述语言。 软件体系结构建模的种类软件体系结构建模的种类 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 框架模型框架模型 框架模型与结构模型类似，但它不太侧重描述结构框架模型与结构模型类似，但它不太侧重描述结构的细节而更侧重于整体的结构。的细节而更侧重于整体的结构。 框架模型主要以一些特殊的问题为目标建立只针对框架模型主要以一些特殊的问题为目标建立只针对

4、和适应该问题的结构。和适应该问题的结构。 软件体系结构建模的种类软件体系结构建模的种类 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 动态模型动态模型研究系统的研究系统的“大颗粒大颗粒”的行为性质。例如，描述系统的行为性质。例如，描述系统的重新配置或演化。的重新配置或演化。 软件体系结构建模的种类软件体系结构建模的种类 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 过程模型过程模型 过程模型研究构造系统的步骤和过程。过程模型研究构造系统的步骤和过程。 结构是遵循某些过程脚本的

5、结果。结构是遵循某些过程脚本的结果。 软件体系结构建模的种类软件体系结构建模的种类 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.1 2.1 软件体系结构建模概述软件体系结构建模概述 功能模型功能模型 功能模型认为体系结构是由一组功能构件按层次组功能模型认为体系结构是由一组功能构件按层次组成，下层向上层提供服务。成，下层向上层提供服务。 功能模型可以看作是一种特殊的框架模型。功能模型可以看作是一种特殊的框架模型。 “4+14+1”模型概述模型概述 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 Kruchten Kruchten在在199

6、51995年提出了年提出了“4+14+1”的视图模型。的视图模型。 “4+14+1”视图模型从视图模型从5 5个不同的视角包括逻辑视图、进个不同的视角包括逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述软件程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述软件体系结构。体系结构。 每一个视图只关心系统的一个侧面，每一个视图只关心系统的一个侧面，5 5个视图结合在个视图结合在一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。 “4+14+1”模型概述模型概述 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 逻辑视图逻

7、辑视图进程视图进程视图开发视图开发视图物理视图物理视图最终用户：功能需求最终用户：功能需求场景场景编程人员：软件管理编程人员：软件管理系统集成人员：性能系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等拓扑、安装、通信等 逻辑视图逻辑视图面向对象的分解面向对象的分解第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 在面向对象技术中，用对象模型来代表逻辑视图，用类在面向对象技术中，用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图。图来描述逻辑视图。逻辑视图主要支持功能需求逻辑视图主要支持功能需

8、求系统应当向用户提供什么系统应当向用户提供什么样的服务。样的服务。从问题域出发，采用面向对象的方法，按照抽象、封装、从问题域出发，采用面向对象的方法，按照抽象、封装、继承的原则进行分解，得到代表着系统的关键抽象表示的继承的原则进行分解，得到代表着系统的关键抽象表示的对象和对象的类。对象和对象的类。 逻辑视图逻辑视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 符号表示法符号表示法: : 从从BoochBooch方法派生而来，只考虑对于体系结构有重要意方法派生而来，只考虑对于体系结构有重要意义的元素。在设计工具上，可以使用义的元素。在设计工具上

9、，可以使用Rational RoseRational Rose等等UMLUML建模工具。建模工具。构件构件实例实例继承继承使用使用包含，聚集包含，聚集关联关联类层次类层次参数化类参数化类类服务类服务类类连接件连接件 逻辑视图逻辑视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 例例: :专用自动交换分机专用自动交换分机会话终端控制器转换服务连接服务编号计划风格风格: : 面向对象的风格面向对象的风格 逻辑视图逻辑视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 对于规模更大的系统来说，体系结

10、构级中包含数十甚至数百个对于规模更大的系统来说，体系结构级中包含数十甚至数百个类。例类。例: :航空交通管制系统的最顶层的类图航空交通管制系统的最顶层的类图显示及用户接口机械服务基本元素航空信息空中交通管理飞行管理外部接口网关仿真和培训 开发视图开发视图子系统分解子系统分解 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 开发视图也称模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理。开发视图也称模块视图，主要侧重于软件模块的组织和管理。 软件被打包成小的程序库或子系统。子系统被组织成层次化软件被打包成小的程序库或子系统。子系统被组织成层次化的体系，每层

11、为上一层提供一个严密的、明确定义的接口。的体系，每层为上一层提供一个严密的、明确定义的接口。 开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述。开发视图通过系统输入输出关系的模型图和子系统图来描述。 开发视图开发视图 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 符号表示符号表示: : 采用采用BoochBooch表示法的变体，并且只考虑对于体系表示法的变体，并且只考虑对于体系结构有重要意义的元素。结构有重要意义的元素。构件参照相关性模块连接件子系统层 开发视图开发视图 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4

12、+14+1”视图模型视图模型 定义定义4 46 6层的子系统。每一层都有明确定义的责任。层的子系统。每一层都有明确定义的责任。某一层的子系统只能依赖于本层或其下层的子系统。某一层的子系统只能依赖于本层或其下层的子系统。对于各个层次，层次越低，通用性越强，这样，可以对于各个层次，层次越低，通用性越强，这样，可以保证应用程序的需求发生改变时，所做的改动最小。保证应用程序的需求发生改变时，所做的改动最小。风格风格: : 分层风格分层风格 开发视图开发视图 第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 公用构件1低层服务支撑机制：通信、时间、储存、资

13、源管理等2航空类、空中交通管制类3空中交通管制功能区：飞行管理、雷达管理等4人机接口外部系统5离线工具测试工具各种各样的空中交通管制系统特定的空中交通管制系统构件空中交通管制系统框架分布式虚拟机基本元素硬件、操作系统、数据库领域特定领域无关通用空中交通管制代码客户定制例例: : 用用5 5个层次表示的航空交通管制系统的开发视图个层次表示的航空交通管制系统的开发视图 进程视图进程视图( (过程视图过程视图)过程分解过程分解第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 进程视图侧重于系统的运行特性。进程视图侧重于系统的运行特性。 要把进程视图与逻

14、辑视图的要点相适应要把进程视图与逻辑视图的要点相适应对某个对某个对象的某个操作实际上是在哪个控制线程上发生的。对象的某个操作实际上是在哪个控制线程上发生的。 进程视图进程视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 符号表示符号表示: : 通过扩展通过扩展BoochBooch对对AdaAda任务的表示法，来表任务的表示法，来表示进程视图。示进程视图。构件事件广播双向消息远程过程调用消息未指定连接件循环进程简化进程进程 进程视图进程视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 控制器进

15、程慢周期控制器任务快周期控制器任务主控制器任务终端进程风格风格: : 有多种风格。例如管道有多种风格。例如管道- -过滤器、客户过滤器、客户/ /服务器及其变服务器及其变体体( (多客户多客户/ /单服务器、多客户单服务器、多客户/ /多服务器等多服务器等) )。 物理视图物理视图从软件到硬件的映射从软件到硬件的映射第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常要考物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常要考虑到系统性能、规模、可靠性等。解决系统拓扑结构、系统虑到系统性能、规模、可靠性等。解

16、决系统拓扑结构、系统安装、通讯等问题。安装、通讯等问题。 软件系统在计算机网络的各个处理节点上运行。各种被确软件系统在计算机网络的各个处理节点上运行。各种被确定出的元素定出的元素网络、过程、任务和对象网络、过程、任务和对象需要映射到各需要映射到各种节点上去。种节点上去。 从软件到处理节点的映射需要高度灵活，并且最小限度地从软件到处理节点的映射需要高度灵活，并且最小限度地影响其本身的源代码。影响其本身的源代码。 物理视图物理视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 符号表示法符号表示法: :构件宽带或总线双向通信单向通信临时通信通信其他

17、设备处理器连接件 物理视图物理视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 大型专用自动交换分机的物理视图大型专用自动交换分机的物理视图 C主KKKKKKKKF备份F主F备份F主C备份 物理视图物理视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 具有进程分配具有进程分配的小型通信系的小型通信系统的物理视图统的物理视图 K会话进程F终端进程控制器进程 物理视图物理视图第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 具有进程分具有进程分配的

18、大型通配的大型通信系统的物信系统的物理视图理视图 C中心进程备份节点伪中心进程F会话进程终端进程伪中心进程F会话进程终端进程K控制器进程K控制器进程K控制器进程更多的K类处理器线路接口卡线路接口卡线路接口卡 场景场景汇总汇总第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 从某种意义上讲，场景是最重要的需求的抽象从某种意义上讲，场景是最重要的需求的抽象通过使用一些重要场景，通过使用一些重要场景，4 4个视图中的元素可以协调地共同工作。个视图中的元素可以协调地共同工作。 场景场景汇总汇总第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2

19、 “4+14+1”视图模型视图模型 符号表示法：符号表示法：构件的表示与逻辑视图非常相似，但是连接件的构件的表示与逻辑视图非常相似，但是连接件的表示使用过程视图中的方法。表示使用过程视图中的方法。 场景场景第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 本地呼叫场景的一个原型本地呼叫场景的一个原型 （1）摘机小王:控制器编号计划小王:终端小王:会话（2）拨号音（3）号码（4）号码（5）打开会话 小结小结第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 逻辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程逻

20、辑视图和开发视图描述系统的静态结构，而进程视图和物理视图描述系统的动态结构。视图和物理视图描述系统的动态结构。 对于不同的软件系统来说，侧重的角度也有所不同。对于不同的软件系统来说，侧重的角度也有所不同。例如，对于管理信息系统来说，比较侧重于从逻辑视图例如，对于管理信息系统来说，比较侧重于从逻辑视图和开发视图来描述系统，而对于实时控制系统来说，则和开发视图来描述系统，而对于实时控制系统来说，则比较注重于从进程视图和物理视图来描述系统。比较注重于从进程视图和物理视图来描述系统。 小结小结第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.2 2.2 “4+14+1”视图模型视图模型 系统工程师先

21、从物理视图，然后从进程视图靠近体系统工程师先从物理视图，然后从进程视图靠近体系结构；最终使用者、客户、数据专家从逻辑视图看体系结构；最终使用者、客户、数据专家从逻辑视图看体系结构；项目经理、软件配置人员从开发视图看体系结系结构；项目经理、软件配置人员从开发视图看体系结构。构。 不是所有的软件体系结构都需要完整的不是所有的软件体系结构都需要完整的“4+1”4+1”视图。视图。例如对于非常小的系统，逻辑视图和进程视图有可能非例如对于非常小的系统，逻辑视图和进程视图有可能非常相似，以至于没有必要把它们分开描述。常相似，以至于没有必要把它们分开描述。第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.

22、3 2.3 体系结构的核心模型体系结构的核心模型 软件体系结构配置连接件构件端口角色1:N1:N1:N核心模型由核心模型由5个元素组成：个元素组成：构件构件、连接件连接件、配置配置、端口端口和和角色角色。前三个是最基本的模型。前三个是最基本的模型。第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.3 2.3 体系结构的核心模型体系结构的核心模型 构件构件:具有某种功能的可重用的软件模板单元。表示系具有某种功能的可重用的软件模板单元。表示系统中主要的计算元素和数据存储。统中主要的计算元素和数据存储。复合构件复合构件原子构件原子构件第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.3 2.3

23、体系结构的核心模型体系结构的核心模型 连接件连接件：表示构件之间的交互。：表示构件之间的交互。管道（管道（pipe）过程调用（过程调用（procedure call）客户客户/服务器（服务器（client/server）通信协议）通信协议数据库和应用之间的数据库和应用之间的SQL连接等连接等第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.3 2.3 体系结构的核心模型体系结构的核心模型 配置配置：表示构件和连接件的拓扑逻辑和约束：表示构件和连接件的拓扑逻辑和约束构件为封装实体，只能通过接口与外部环境交互。接口由一组构件为封装实体，只能通过接口与外部环境交互。接口由一组端口端口组成。每个端口

24、表示构件和外部环境的交互点。组成。每个端口表示构件和外部环境的交互点。连接件也有接口，接口由一组连接件也有接口，接口由一组角色角色组成。每个角色定义了交互组成。每个角色定义了交互的参与者。的参与者。RPC：caller, calleePipe：reading, writing消息传递：消息传递：sender, receiver 软件过程软件过程第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.4 2.4 体系结构的生命周期模型体系结构的生命周期模型 需求分析需求分析 建立体系结构建立体系结构 测试测试 实现实现 设计设计 软件过程软件过程第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.4

25、 2.4 体系结构的生命周期模型体系结构的生命周期模型 1.需求分析阶段需求分析阶段 需求分析的任务是根据需求，决定系统的功能。需求分析的任务是根据需求，决定系统的功能。 体系结构需求包括需求获取、生成类图、对类分组、把类打体系结构需求包括需求获取、生成类图、对类分组、把类打包成构件和需求评审等过程。包成构件和需求评审等过程。 软件过程软件过程第第2 2章章 软件体系结构建模软件体系结构建模2.4 2.4 体系结构的生命周期模型体系结构的生命周期模型 2.建立软件体系结构阶段建立软件体系结构阶段 从结构的角度对整个系统进行分析，选择恰当的构件、构件从结构的角度对整个系统进行分析，选择恰当的构件、构件间的相互作用以及对它们的约束，最后形成一个系统框架以满间的相互作用以及对它们的约束，最后形成一个系统框架以满足用户需求