Textbook

第一章 软件体系结构概论

软件危机

• 表现
  1、软件成本日益增长。
  2、开发进度难以控制。
  （用户需求变化等意想不到的原因）
  3、软件质量差。
  （程序员习惯以自己的想法替代用户需求）
  4、软件维护困难。
  （缺标准，开发人员的流失，软件修改十分“危险”很容易出bug）

• 原因
  1、用户需求不明确。
  （用户不清楚具体需求，用户需求有遗漏、二义甚至错误，用户需求变化，开发者与用户之间理解的差异）
  2、缺乏正确、全面的理论指导。
  （软件开发过分依赖开发者的高度智力投入，以及技巧与创造性。使得软件开发个性化强）
  3、软件规模越来越大。
  （大型项目需要团队共同完成，而团队之间不一定能有效协作）
  4、软件复杂度越来越高。

• 克服方法
  探索用工程的方法进行软件生成的可能性，即用现代工程概念、原理、技术和方法进行计算机软件开发、维护和管理。
  软件工程：用工程、科学和数学的原则与方法，研制和维护计算机软件的有关技术以及管理方法。

软件重用

• 概念：在两次货多次不同的软件开发过程之中，重复使用相同或相近的软件元素的过程。

构件

概念

• 可重用的软件元素：
  程序代码，测试用例，设计文档，设计过程，需求分析，领域知识。

• 可重用构件：语义完整、语法正确和有重用价值的单位软件。

• 粒度：可重用软件元素的大小。

• 构件的3C模型
  1、概念（Concept）-构件做什么的描述
  2、内容（Content）-构件如何实现概念
  3、语境（Context）-描述构件的应用场景以及修改指导。

构件获取

• 领域：一组相似或相近软件需求的应用系统所覆盖的功能区域。
• 领域工程：领域分析，领域设计，领域实现等。

构件管理

• 种类
  1、构件描述：方便搜寻
  2、构件分类：方便管理
  3、构件库组织：方便管理与搜寻
  4、人员及权限管理：安全性
  5、用户意见反馈：方便迭代开发

• 构件描述
  对构件的制作和重用提供依据以及方便管理。
  如：实现方式，编程语言，注释，生产日期，价格等。

• 构件分类方法
  1、关键字分类法：每个概念用一个描述性关键字表示。
  2、刻面分类法：定义一些刻画构件特征的“面”（3C模型中的概念），通常不超过七八个刻面。
  eg. 青鸟构件库的刻面分类：使用环境，应用领域，功能，层次，表示方法。
  3、超文本组织方法。

• 构件种类
  1、独立而成熟的构件。
  2、有限制的构件。
  3、适应性构件。
  4、装配构件。
  （要使用胶水代码进行连接使用）
  5、可修改的构件。
  （开发中使用得多）

基于构件的软件开发

• 优势：降低开成本，缩短开发时间。

• 劣势：兼容性，独创性缺失从而竞争力下降。对构件提供者的依赖性。

• 获取构件的途径：
  1、在现有构件中搜寻，直接使用或修改后使用。
  2、通过遗留工程，将有重用价值的构件重组后使用。
  3、从市场上购买现成的商业构件COTS（Commercial Off-The-Shell）
  4、开发新构件。

• 构件重用

• 可重用构件的特殊要求
  1、功能上独立与完整。
  2、通用性高，灵活。
  3、稳定性高，质量保证。
  4、标准化程度高。

• 应用广泛的构件技术规范
  CORBA（Common Object Request Broker Architecture）通用对象请求代理结构；
  OMG（Object Management Group）对象管理组织；
  EJB（Enterprise Java Bean）Sun公司；
  DCOM（Distributed Component Object Model）分布式构件对象模型 Microsoft；
  它们都实现了接口对象的分离，提供了构件交互能力。

软件体系结构

• 概念：是在处理算法与数据结构之上的，关于整体系统结构设计和描述方面的问题。是软件系统的一个结构、行为和熟悉的高级抽象。（除了概念的组织结构与系统的拓扑结构外，还有系统需求与元素的对应关系。）
  重设计重用。

• 软件体系结构组成部分：
  1、构件（Component）：一组代码，或程序块或一个独立的程序。（如SQL服务器）
  2、连接件（Connector）：关系的抽象，用以表示构件之间的相互作用。（如过程调用、管道等）
  3、配置（Configuration）：用于对构件与连接件的语义说明。
  4、端口：表示构件与外部环境的交互点。
  5、角色：连接件的接口。
  

  软件体系结构核心模型

• 软件体系结构的意义
  1、是系统开发中不同参与者进行交流和信息传播的媒介。
  2、是早期设计决策的体现。
  3、可以反映软件的的质量以及瓶颈。
  4、本身也是一种可传递可重用的模型。

• 软件体系结构应用现状
  1、ADL（Architecture Description Language）软件体系结构描述语言：描述体系结构的概念框架。（C2，Wright，Aesop，Unicon等）
  优秀的ADL的特性：组装性，抽象性，重用性，可配置性，异构性，可分析性等。
  2、软件体系结构描述构造与表示：用一定描述方法，对体系结构进行描述。
  eg. “4+1”模型：由逻辑视图，开发视图，过程视图，和物理视图组成。用应用场景将这4个有机结合起来。比较细致地描述了需求和体系结构之间的关系。
  3、体系结构的设计、分析与验证：如何将系统分解成相应的组成成分（构件，连接件）
  eg. 风格设计。结构分析，功能分析，非功能分析。
  4、体系结构的发现、演化与重用：对已有的系统，提取体系结构等。
  5、基于体系结构等软件开发；
  6、特定领域的体积结构；
  7、软件体系结构的支持工具：软件体系结构的支持工具。
  8、软件产品线体系结构：提高重用性。
  9、建立软件体系结构的方法；

• 软件体系结构的研究与应用之中的不足之处：
  1、缺乏统一的软件体系结构概念，导致软件体系结构的研究范围模糊。
  2、ADL繁多，缺乏统一的ADL标准。
  3、软件体系结构研究缺乏统一的理论模型支持。
  4、市面上的多种标准规范或建议标准不易于操作。
  5、软件体系结构性质的研究尚不充分，不能明确给出一个良好的体系极高的属性或评断标准，也没有给出良好体系就高的设计指导原则，因此对于软件开发实践缺乏有力的促进作用。
  6、缺乏有效的支持环境，以及软件体系结构理论研究与环境支持不同步，缺乏有效的体系结构分析、设计、方针和验证工具支持，导致体系结构应用困难。
  7、缺乏有效的体系结构复用方案。
  8、体系结构发现方法研究相对欠缺。

第二章 软件体系结构建模

软件体系结构模型：

1、结构模型：最直观最普遍的建模方法，通过体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构；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。
2、框架模型：与结构模型类似，但不侧重结构的细节，而侧重整体的结构。主要以一些特殊的问题作为目标，建立只针对和适应这类问题的结构。
3、动态模型：对结构或框架模型的补充，研究系统的“大粒度”的行为及其性质。如系统总体结构的配置或演化、通信通道或计算过程的建立或拆除等方面的行为。
4、过程模型：研究构造系统的步骤与过程，因而其机构是遵循某些脚本的结果。
5、功能模型：体系机构的一组功能构件，按照层次组成，下层向上层提供服务，可以看作为一种特殊的框架模型。

“4 + 1”视图模型

5个角度：逻辑视图，开发视图，进程视图，物理视图，场景视图。

“4 + 1”视图模型

• 逻辑视图：系统提供给最终用户的服务。
  
  逻辑视图中使用的标记符号

某通信系统体系结构的逻辑视图

eg 会话使用转换服务与连接服务。

• 开发视图：侧重于软件模块的组织管理。
  

  开发视图的标记符号

• 进程视图：侧重系统的运行特性，并关注一些非功能性需求，如系统性能与可用性。
  强调：并发性，分布性，系统集成性，容错性等。
  

  进程视图使用的标记符号

ACS系统的进程视图（部分）

• 物理视图：重视目标程序的静态位置问题，决定拓扑结构，系统安装，通讯方面的问题。
  
  物理视图使用的标记符号

ACS系统的物理视图

• 场景：重要系统获得的抽象，将其他4个视图联系起来。
  
  本地呼叫的一个原型

软件开发的主要阶段

1、需求分析阶段。
2、建立软件体系结构。
3、详细设计阶段。
4、实现阶段。

软件体系结构的抽象化描述

定义1:
构件描述：C = （A，O，X，P）
A：构件属性集合
O：组成构件的所有对象的集合
X：构件动作的集合
P：构件端口的集合

定义2：
先执行构件C1，后执行C2

构件顺序结构关系图

……

• 问题： 引入软件体系结构以后，传统软件过程发生了哪些变化？这种变化有什么好处？

• 问题： 软件体系结构的神明周期模型与软件生命周期模型有什么关系？