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软件体系结构课程性质:必修学时/学分:40/2.5关于教材◇出版社：清华大学出版社◇作者：张友生课程内容◇软件体系结构概论◇软件体系结构建模◇软件体系结构风格◇软件体系结构描述◇动态软件体系结构◇Web服务体系结构◇基于体系结构的软件开发◇软件体系结构的分析与测试◇软件体系结构评估◇软件产品线体系结构◇软件危机的表现◎软件成本日益增长◎开发进度难以控制◎软件质量差◎软件维护困难第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的表现◎软件成本日益增长20世纪50年代，软件成本在整个计算机系统成本中所占的比例为10%-20%。到20世纪60年代中期，软件成本在计算机系统中所占的比例已经增长到50%左右。而且，该数字还在不断地递增，下面是一组来自美国空军计算机系统的数据：1955年，软件费用约占总费用的18%，1970年达到60%，1975年达到72%，1980年达到80%，1985年达到85%左右。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的表现◎开发进度难以控制由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给项目计划和论证工作带来了很大的困难。盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培训和管理等方面的问题将更为严重。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的表现◎软件质量差软件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意。1965年至1970年，美国范登堡基地发射火箭多次失败，绝大部分故障是由应用程序错误造成的。在“软件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指导，程序员几乎总是习惯性地以自己的想法去代替用户对软件的需求，软件设计带有随意性，很多功能只是程序员的“一厢情愿”而已，这是造成软件不能令人满意的重要因素。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的表现◎软件维护困难由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开发标准，各种随意性很大，没有完整的真实反映系统状况的记录文档，给软件维护造成了巨大的困难。特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各种原因已经离开原来的开发组织，使得软件几乎不可维护。有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬件和软件费用的40%-75%。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的原因◎用户需求不明确◎缺乏正确的理论指导◎软件规模越来越大◎软件复杂度越来越高第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◎用户需求不明确在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需求；用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有二义性、甚至有错误；在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、界面、支撑环境等方面的要求；开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差异。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的原因◎缺乏正确的理论指导缺乏有力的方法学和工具方面的支持。由于软件不同于大多数其他工业产品，其开发过程是复杂的逻辑思维过程，其产品极大程度地依赖于开发人员高度的智力投入。由于过分地依靠程序设计人员在软件开发过程中的技巧和创造性，加剧软件产品的个性化，也是发生软件危机的一个重要原因。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的原因◎软件规模越来越大随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。大型软件项目需要组织一定的人力共同完成，而多数管理人员缺乏开发大型软件系统的经验，而多数软件开发人员又缺乏管理方面的经验。各类人员的信息交流不及时、不准确、有时还会产生误解。软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系和各个分支，因此容易产生疏漏和错误。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的原因◎软件复杂度越来越高软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题”。所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇软件危机的原因◇如何克服软件危机人们面临的不光是技术问题，更重要的是管理问题。管理不善必然导致失败。要提高软件开发效率，提高软件产品质量，必须采用工程化的开发方法与工业化的生产技术。在技术上，应该采用基于重用的软件生产技术；在管理上，应该采用多维的工程管理模式。第1章软件体系结构概论1.1从软件危机谈起◇构件模型及实现第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件的定义构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。◇构件模型及实现第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件模型的三个主要流派OMG（ObjectManagementGroup，对象管理集团）的CORBA（CommonObjectRequestBrokerArchitecture，通用对象请求代理结构）Sun的EJB（EnterpriseJavaBean）Microsoft的DCOM（DistributedComponentObjectModel，分布式构件对象模型）。◇构件模型及实现第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎青鸟构件模型◇构件获取第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的构件；通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；从市场上购买现成的商业构件，即COTS（CommercialOff-The-Shell）构件；开发新的符合要求的构件。◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件描述◎构件分类与组织◎人员及权限管理◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件描述构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提供依据；从管理角度出发，也需要对构件进行描述，例如：实现方式、实现体、注释、生产者、生产日期、大小、价格、版本和关联构件等信息，它们与构件模型共同组成了对构件的完整描述。◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件分类与组织◇关键字分类法◇刻面分类法◇超文本组织方法◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎关键字分类法◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎刻面分类法◇使用环境◇应用领域◇功能◇层次◇表示方法◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎超文本组织法◇构件管理第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎人员及权限管理一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎检索与提取构件◎理解与评价构件◎修改构件◎构件组装◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎检索与提取构件◇基于关键字的检索◇刻面检索法◇超文本检索法◇其他检索方法◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎理解与评价构件◇构件的功能与行为◇相关的领域知识◇可适应性约束条件与例外情形◇可以预见的修改部分及修改方法◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎修改构件理想的情形是对库中的构件不作修改而直接用于新的软件项目。但是，在大多数情况下，必须对构件进行或多或少的修改，以适应新的需求。为了减少构件修改的工作量，要求开发人员尽量使构件的功能、行为和接口设计更为抽象化、通用化和参数化。◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件组装◇基于功能的组装技术◇基于数据的组装技术◇面向对象的组装技术◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件组装◇基于功能的组装技术基于功能的组装技术采用子程序调用和参数传递的方式将构件组装起来。它要求库中的构件以子程序/过程/函数的形式出现，并且接口说明必须清晰。当使用这种组装技术进行软件开发时，开发人员首先应对目标软件系统进行功能分解，将系统分解为强内聚、松耦合的功能模块。然后根据各模块的功能需求提取构件，对它进行适应性修改后再挂接在上述功能分解框架中。◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件组装◇基于数据的组装技术首先根据当前软件问题的核心数据结构设计出一个框架，然后根据框架中各结点的需求提取构件并进行适应性修改，再将构件逐个分配至框架中的适当位置。此后，构件的组装方式仍然是传统的子程序调用与参数传递。这种组装技术也要求库中构件以子程序形式出现，但它所依赖的软件设计方法不再是功能分解，而是面向数据的设计方法，例如Jackson系统开发方法。◇构件重用第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用◎构件组装◇面向对象的组装技术·构造法在子类中引进基类的对象作为子类的成员变量，然后在子类中通过成员变量重用基类的属性和方法。·子类法将新子类直接说明为库中基类的子类，通过继承和修改基类的属性与行为完成新子类的定义。◇软件重用实例第1章软件体系结构概论1.2构件与软件重用自学◇背景资料第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎随着软件系统规模越来越大、越来越复杂，整个系统的结构和规格说明显得越来越重要。◎对于大规模的复杂软件系统来说，对总体的系统结构设计和规格说明比起对计算的算法和数据结构的选择已经变得明显重要得多。◎对软件体系结构的系统、深入的研究将会成为提高软件生产率和解决软件维护问题的新的最有希望的途径。◇背景资料第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎事实上，软件总是有体系结构的，不存在没有体系结构的软件。◎软件体系结构虽脱胎于软件工程，但其形成同时借鉴了计算机体系结构和网络体系结构中很多宝贵的思想和方法，最近几年软件体系结构研究已完全独立于软件工程的研究，成为计算机科学的一个最新的研究方向和独立学科分支。◇软件体系结构的定义第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎DewaynePerry和A1exanderWo1f软件体系结构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来。这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件，这一方法在其他的定义和方法中基本上得到保持。第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎MaryShaw和DavidGarlan软件体系结构是软件设计过程中的一个层次，这一层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。体系结构问题包括总体组织和全局控制、通讯协议、同步、数据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素的组织，规模和性能，在各设计方案间进行选择等。软件体系结构处理算法与数据结构之上关于整体系统结构设计和描述方面的一些问题，如全局组织和全局控制结构、关于通讯、同步与数据存取的协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设计方案的选择、评估与实现等。◇软件体系结构的定义第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎Kruchten软件体系结构有四个角度，它们从不同方面对系统进行描述：概念角度描述系统的主要构件及它们之间的关系；模块角度包含功能分解与层次结构；运行角度描述了一个系统的动态结构；代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织。◇软件体系结构的定义第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎HayesRoth软件体系结构是一个抽象的系统规范，主要包括用其行为来描述的功能构件和构件之间的相互连接、接口和关系。◇软件体系结构的定义第1章软件体系结构概论1.3体系结构的兴起和发展◎DavidGarlan和DewnePerry软件体系结构是一个程序／系统各构件的结构、它们之间的相互关系以及进行设