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第2章软件体系结构建模2内容概要2.1软件体系结构建模概述2.2“4+1”视图模型2.3“4+1”视图模型案例分析2.4“4+1”视图模型补充知识2.5软件体系结构核心模型2.6软件体系结构生命周期模型研究软件体系结构的首要问题是如何表示软件体系结构，即如何对软件体系结构建模。根据建模的侧重点不同，可以将软件体系结构的模型分为5种：第2章软件体系结构建模2.1软件体系结构建模概述◎结构模型◎框架模型◎动态模型◎过程模型◎功能模型32020/4/14◇软件体系结构建模的种类第2章软件体系结构建模2.1软件体系结构建模概述◎结构模型这是一个最直观、最普遍的建模方法。这种方法以体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构，并力图通过结构来反映系统的重要语义内容，包括系统的配置、约束、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。42020/4/14◇软件体系结构建模的种类第2章软件体系结构建模2.1软件体系结构建模概述◎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和适应该问题的结构。52020/4/14◇软件体系结构建模的种类第2章软件体系结构建模2.1软件体系结构建模概述◎动态模型动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的“大颗粒”的行为性质。例如，描述系统的重新配置或演化。动态可以指系统总体结构的配置、建立或拆除通信通道或计算的过程。62020/4/14◇软件体系结构建模的种类第2章软件体系结构建模2.1软件体系结构建模概述◎过程模型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结果。72020/4/14◇软件体系结构建模的种类第2章软件体系结构建模2.1软件体系结构建模概述◎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。82020/4/14◇“4+1”模型概述第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型以上五种模型各有所长，将五种模型有机的统一在一起，形成一个完整的模型来刻画软件体系结构更加合适。9WHY：1、每个视图模型可看成对系统不同方面一个投影，一个构架的不同视图其实反映的是同一个系统。2、各个不同的视图是可以融合在一起的，而且也只有将不同的视图融合在一起才能获得关于一个系统构架的全面信息。◇“4+1”视图模型概述第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型Rational公司的PhilippeKruchten在1995年提出了用于体系结构描述的“4十l”视图模型。该模型建立在体系结构的Perry＆Wolf定义和BerryBoehm定义的基础上。102020/4/14逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等112020年4月14日10时26分◇软件架构视图Kruchten在其著作《Rational统一过程引论》中写道：一个架构视图是对于从某一视角或某一点上看到的系统所做的简化描述，描述中涵盖了系统的某一特定方面，而省略了与此方面无关的实体。软件架构的每个视图分别关注不同的方面，针对不同的目标和用途。第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型122020年4月14日10时26分◇关于视图气候学家关心的社会学家关心的引入视图的作用：世界地图的绘制者很难将不同的信息都绘制到同一幅图中；而看地图的人也希望有一幅地图是专门针对他的需要的。同一事物的不同视图之间是有联系的。对比上面两幅图，除了南美洲之外基本都是降水量足的地方人口较密集。“4+1”视图模型从5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体系结构。每一个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在一起才能够处理富于挑战性的、大规模的软件系统。“4+1”视图模型的不同视图之间也存在相互影响。132020/4/14逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等142020/4/14u逻辑视图当采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即是对象模型。u进程视图描述系统的并发和同步方面的设计。u物理视图描述软件到硬件之间的映射关系，反映系统在分布方面的设计。逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等15u开发视图描述软件在开发环境下的静态组织。u场景视图通过选择出一些用例对体系结构加以说明。这些用例称作场景。“4+1”的由来：四个视图反映的是同一个系统，之所以用了第五个视图，“+1”视图，因为它是由一系列重要的案例组成。用这些重要的案例将前面的四个视图联系到一起，从而组成第五个视图。逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等162020/4/14对体系结构进行的描述是围绕着以上4个视图展开的。然后，通过选择出的一些用例对体系结构加以说明。这些用例被称作场景(scenarios)，它们构成了第5个视图。实际上，体系结构在某种程度上是由场景演化而来的。逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等17“４+１”视图模型的特征一：体系结构的概念在每个视图里面都可以独立应用，即可以在每个视图里面定义体系结构的各种组成元素，如构件、连接件等。对于不同的视图，还可以选择不同的体系结构风格，因此在同一个系统结构中可以使用多种风格。在每一种视图里，我们使用该视图特定的符号。这避免了符号用法和意义的混乱。逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等18“４+１”视图模型的特征二：“4十1”模型实际上使得有不同需求的人员能够得到他们对于软件体系结构想要了解的东西。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；项目经理、软件配置人员从开发视图看体系结构。逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等19“４+１”视图模型的特征三：不是所有的软件体系结构都需要完整的“4十1”视图。没有用的视图在体系结构描述中可以被省略。例如对于非常小的系统，逻辑视图和开发视图有可能非常相似以至于没有必要把它们分开描述。场景视图在各种环境下都是有用的。逻辑视图进程视图开发视图物理视图最终用户：功能需求场景编程人员：软件管理系统集成人员：性能可扩充性、吞吐量等系统工程人员：系统拓扑、安装、通信等2020/4/142.2.1逻辑视图：面向对象的分解逻辑视图主要支持系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象，这些抽象主要来自问题领域。这种分解不但可以用来进行功能分析，而且可用作标识在整个系统的各个不同部分的通用机制和设计元素。在面向对象技术中，通过抽象、封装和继承，可以用对象模型来代表逻辑视图，用类图来描述逻辑视图。202020/4/142.2.1逻辑视图的符号表示法可以从Booch标记法中导出逻辑视图的标记法，只是从体系结构级的范畴来考虑这些符号，用RationalRose进行体系结构设计。212020/4/14关联：表示两个类之间存在某种语义上的联系，真正含义由附加在横线上的短语说明。包含：实心圆一端表示整体，另一端表示部分。使用：空心圆一端连接在请求服务的类，另一端连接在提供服务的类。继承：箭头由子类指向基类。2.2.1逻辑视图的风格逻辑视图可以采用面向对象的风格。逻辑视图设计的主要准则是，要设法在整个系统中保持一个单一的、连贯的对象模型。222020/4/14会话终端控制器转换服务连接服务编号计划232020/4/142.2.1逻辑视图的例子左图显示了一个专用自动交换分机(ACS)的例子。专用自动交换分机用于在通信终端之间建立连接。通信终端可能是电话机、中继线(连接到中心室的线路)、专用线(专用自动交换分机和一般的交换分机之间的线路)、数据线、ISDN线等。不同的线路需要不同的线路接口卡的支持。终端对象负责维护终端的状态，并代表所在的线路提供通信服务。线路控制器对象负责译码：从线路接口卡接受信号，以及向它发送信号，并完成信号和一系列的事件(如开始、结束、计数等)之间的转换。控制器还必须受到严格的实时要求的约束。为了适应不同的接口，这个类有许多的子类。会话对象代表在一个对话中涉及的终端的集合。会话对象使用转换服务(逻辑地址和物理地址之间的映射、路由等)和连接服务建立两个终端之间的语音连接。242020/4/14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。左图是空中交通管制系统的顶级类图，该图包含了8个类种属（即类的分组）。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2.2.1逻辑视图的例子2.2.2进程视图：过程分解进程视图（processview,也称过程视图）侧重于系统的运行特性，主要考虑的是一些非功能性的需求，诸如性能、可用性等。它所要面对的问题有并发，分布，系统的完整性，容错能力等。它还要考虑怎样把进程体系结构与逻辑视图体系结构的要点相适应——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。252020/4/142.2.2进程视图：过程分解可以把进程体系结构分为几个抽象层次来描述，每个层次关注不同的方面。在最高层次上，进程体系结构可以看做是构成一个执行单元的一组任务通过进程视图可以估计出消息流和过程负荷，也可以从过程测量一个目标系统最终执行情况。262020/4/142.2.2进程视图的符号表示法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通过扩展Booch对Ada任务的表示法，来表示进程视图。2.2.2进程视图的风格有多种风格适合进程视图。例如管道和过滤器、客户／服务器及其变体(多客户／单服务器，多客户／多服务器)等。2.2.2进程视图的例子（ACS系统局部进程视图）282020/4/14控制器进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（1）在图中，所有终端均由同一个终端进程进行处理，由其输入队列中的消息驱动。（2）控制器对象在组成控制器进程的3个任务之一中执行。292020/4/14控制器进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（3）慢循环周期(200ms)任务扫描所有挂起的终端，把任何一个活动的终端置入快循环周期(10ms)任务的扫描列表。（4）快循环周期任务检测任何显著的状态改变，并把改变的状态传递给主控制器任务。302020/4/14控制器进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（5）主控制器任务解释改变，通过消息与相应的终端进行通信。（6）通过共享内存来实现在控制器进程中传递的消息。312020/4/14控制器进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2.2.3开发视图：子系统分解(1)开发视图也称为模块视图，侧重的是在软件开发环境中软件模块的实际组织和管理。软件被打包成可以由单个或少量程序员开发的各种小的部分：程序库或子系统。子系统被组织成层次化的体系结构，每一层为上一层提供一个严密的、明确定义的接口。322020/4/142.2.3开发视图：子系统分解（2）描述开发视图的原则是：分割、编组、可视。（3）开发视图要考虑软件内部的需求，如软件开发的容易性、软件的重用和软件的通用性，要充分考虑由于具体开发工具的不同而带来的局限