软件体系结构(3)：软件体系结构模型

华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院软件体系结构梁早清华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇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◎框架模型◎动态模型◎过程模型◎功能模型华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇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。华南农业大学信息学院SystemABCComponentA-type=PortX[portprotocol]Computation[computationspecification]ComponentB-type=PortY[portprotocol]Computation[computationspecification]ConnectorC-type=RoleR1[roleprotocol]RoleR2[roleprotocol]Glue[glueprotocol]InstancesA:A-typeB:B-typeC:C-typeAttachmentsA.XasC.R1B.YasC.R2EndABC一个简单的系统ABC华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇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。华南农业大学信息学院MVC框架结构华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇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。华南农业大学信息学院Windows2000的体系结构华南农业大学信息学院网络七层协议体系结构图华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇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。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇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。华南农业大学信息学院构件是具有某种功能的软件单元，有计算元素和存储两种。它可分为原子构件与复合构件。连接器用于构件的连接单元。如管道，过程调用，事件广播，SQL连接等构件与连接器是一个封装的实体，只能通过接口与外界进行交互。构件的接口由一组端口组成，每个端口是具体的一个交互点。而连接器则称为角色第2章软件体系结构建模2.3体系结构的核心模型华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院第2章软件体系结构建模2.3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华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇“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Kruchten在1995年提出了“4+1”的视图模型。“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反映系统的软件体系结构的全部内容。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇“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、通信等华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇逻辑视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型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。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇逻辑视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型可以从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。构件实例继承使用包含，聚集关联类层次参数化类类服务类连接件华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇逻辑视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型逻辑视图中使用的风格为面向对象的风格，逻辑视图设计中要注意的主要问题是要保持一个单一的、内聚的对象模型贯穿整个系统。TranslationServicesConnectionServicesNumberingPlanConversationTerminalControllerTranslationServicesConnectionServicesNumberingPlanConversationTerminalController华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇逻辑视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型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。显示及用户接口仿真和培训外部接口网关飞行管理空中交通管理航空信息机械服力基本元素华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇开发视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”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性。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。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇开发视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型与逻辑视图一样，可以使用Booch标记法中某些符号来表示开发视图。构件参照相关性模块连接件子系统层华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇开发视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型在开发视图中，最好采用4-6层子系统，而且每个子系统仅仅能与同层或更低层的子系统通讯，这样可以使每个层次的接口既完备又精练，避免了各个模块之间很复杂的依赖关系。设计时要充分考虑，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。开发视图所用的风格通常是层次结构风格。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇开发视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型公用构件1低层服务支撑机制：通信、时间、储存、资源管理等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华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇进程视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型进程视图侧重于系统的运行特性，主要关注一些非功能性的需求。进程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错能力，以及从逻辑视图中的主要抽象如何适合进程结构。它也定义逻辑视图中的各个类的操作具体是在哪一个线程中被执行的。进程视图可以描述成多层抽象，每个级别分别关注不同的方面。在最高层抽象中，进程结构可以看作是构成一个执行单元的一组任务。它可看成一系列独立的，通过逻辑网络相互通信的程序。它们是分布的，通过总线或局域网、广域网等硬件资源连接起来。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇进程视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型通过扩展Booch对Ada任务的表示法，来表示进程视图。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华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇进程视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型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华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇物理视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上，它通常要考虑到系统性能、规模、可靠性等。解决系统拓扑结构、系统安装、通讯等问题。当软件运行于不同的节点上时，各视图中的构件都直接或间接地对应于系统的不同节点上。因此，从软件到节点的映射要有较高的灵活性，当环境改变时，对系统其他视图的影响最小。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇物理视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型大型系统的物理视图可能会变得十分混乱，因此可以与进程视图的映射一道，以多种形式出现，也可单独出现。构件宽带或总线双向通信单向通信临时通信通信其他设备处理器连接件华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇物理视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型ACS系统的物理视图C主KKKKKKKKF备份F主F备份F主C备份华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇物理视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型具有进程分配的小型ACS系统的物理视图K会话进程F终端进程控制器进程华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇物理视图第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型具有进程分配的大型ACS系统的物理视图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华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇场景第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模型场景可以看作是那些重要系统活动的抽象，它使四个视图有机联系起来，从某种意义上说场景是最重要的需求抽象。在开发体系结构时，它可以帮助设计者找到体系结构的构件和它们之间的作用关系。同时，也可以用场景来分析一个特定的视图，或描述不同视图构件间是如何相互作用的。场景可以用文本表示，也可以用图形表示。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇场景第2章软件体系结构建模2.2“4+1”视图模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）打开会话华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇小结第2章软件体系结构建模2.2“4+1”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。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，则比较注重于从进程视图和物理视图来描述系统。建模工具和符号的选择：没有统一规定。华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇软件过程第2章软件体系结构建模2.4体系结构的生命周期模型需求分析体系结构测试实现设计需求分析体系结构测试构件组装华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院◇生命周期模型第2章软件体系结构建模2.4体系结构的生命周期模型体系结构的非形式化描述体系结构的形式化基础（数学模型）体系结构的规范描述体系结构演化体系结构提供、评价和度量体系结构的终结体系结构实施体系结构求精的验证体系结构求精体系结构的性质分析需要演化或扩展否否是需要求精否是否华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院第2章软件体系结构建模本章作业与思考题1、参照本校的管理系统，分析其体系结构，为其建立“4+1”模型（进程视图与场景选取一个适当的