软件体系结构——刘兴1

1.软件体系结构建模的种类◎结构模型◎框架模型◎动态模型◎过程模型◎功能模型2.4+1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。

逻辑视图：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。

要保持单一内聚的对象模型开发视图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。

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。

进程视图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。

软件体系结构综述计算机应用专业赵诚 070321169随着计算机应用的日益普及，人们对软件的需求量急剧增加。

起初，人们把软件设计的重点放在数据结构和算法的选择上。

随着软件系统规模越来越大，越来越复杂，新的问题也随之而来, 大量实践统计表明:系统软件开发中，70%的错误是由软件设计阶段引入的; 而且错误在系统中存在的时间越长则越难发现, 解决这些错误的代价也越高，于是整个系统的结构和规格说明逐渐占有了重要的位置，软件体系结构这一概念也应运而生。

它成为了沟通软件需求和软件设计的一座桥梁。

1、软件体系结构的定义对于软件体系结构的定义，至今还没有一个统一的、得到广泛认可的解释，很多软件体系结构学者都提出了各自对体系结构的概念与定义。

软件体系结构的最核心概念有构件、连接件、配置、端口和角色。

构件是具有某种功能可重用的软件基本单元，表示软件系统中主要的计算元素和数据存储单元。

连接件表示了构件之间的交互，是构件与构件之间建立和维持行为关联和消息传递的途径。

包括实现构件之间的交互机制和管理这些交互的原则（协议）。

配置表示了构件和连接件之间的拓扑结构和逻辑约束，它是构件和连接件的集合。

总之，软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。

软件体系结构不仅定义了系统的组织结构和拓扑结构，而且表示了系统的需求和构成系统的元素之间的对应关系提供了设计决策的基本原理和约束条件。

2、软件体系结构的风格软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。

它反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统，按这种方式理解，软件体系结构风格定义了用于描述系统的术语表和一组指导构件系统的规则。

2.1数据流系统数据流是一种将数据从输入端显式的输送到输出端的体系结构风格。

数据流风格的构件是数据的处理单元，连接件是连接处理单元的通道。

《软件体系结构》课程标准一、课程概述《软件体系结构》是根植于软件工程发展起来的一门新兴学科，目前已经成为软件工程研究和实践的主要领域。

体系结构在软件开发中为不同的人员提供了共同交流的语言，体现并尝试了系统早期的设计决策，并作为相同设计的抽象，为实现框架和构件的重用、基于体系结构的软件开发提供了有力的支持。

作为计算机科学与技术专业软件工程方向的重要专业课程，本课程主要系统地介绍软件体系结构的基本原理、方法和实践，全面反映软件体系结构研究和应用的最新进展。

既讨论软件体系结构的基本理论知识，又介绍软件体系结构的设计和工业界应用实例，强调理论与实践相结合。

本课程的先修课程为“软件工程”。

二、课程目标1．知道《软件体系结构》这门学科的性质、地位、研究范围、学科进展和未来方向等。

2．理解该门学科的主要概念、基本原理和策略等。

3．掌握软件体系结构的建模方法、描述方法，通过对不同软件体系结构风格的掌握，能够采用正确的基于体系结构的软件开发。

4．能够把所学的原理应用到具体的实践中去，培养学生发现、分析和解决问题的能力等。

三、课程内容和教学要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。

这四个层次的一般涵义表述如下：知道———是指对这门学科和教学现象的认知。

理解———是指对这门学科涉及到的概念、原理、策略与技术的说明和解释，能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。

掌握———是指运用已理解的教学概念和原理说明、解释、类推同类教学事件和现象。

学会———是指能模仿或在教师指导下独立地完成某些教学知识和技能的操作任务，或能识别操作中的一般差错。

教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。

本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。

（一）软件体系结构概论（二）软件体系结构建模（四）软件体系结构描述（五）动态软件体系结构（六）Web服务体系结构（七）基于体系结构的软件开发四、课程实施（一）课时安排与教学建议《软件体系结构》是计算机软件专业类必选课。

一：名词解释1.体系结构描述语言体系结构描述语言（ADL）是在底层语义模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架。

基于底层语义的工具为体系结构的表示、分析、演化、细化、设计过程等提供支持。

其三个基本元素是：构件、连接件、体系结构配置。

2.软件体系结构Dewayne Perry和A1exander Wo1f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。

Mary Shaw和David Garlan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。

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3.体系结构演化4.软件风格软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。

体系结构风格定义了一个系统家族，即定义一个词汇表和一组约束。

词汇表中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。

5.软件重用体系结构重用属于设计重用，比代码重用更抽象。

由于软件体系结构是系统的高层抽象，反映了系统的主要组成元素及其交互关系，因而较算法更稳定，更适合于重用。

软件重用是指软件在环境和功能发生变化后，可通过局部修改和重组，保持整体稳定性，以适应新要求。

二：简答题：1. 什么是体系结构描述语言？它与程序语言以及UML有哪些区别与联系？ADL是在底层语义模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架。

基于底层语义的工具为体系结构的表示、分析、演化、细化、设计过程等提供支持。

软件工程体系结构软件工程体系结构（Software Engineering Architecture）是一种将软件系统划分为不同组件并描述其关系以及如何实现各个组件的方法。

体系结构是软件中运行时、开发和维护的基础，它定义了系统的组成和规模。

软件体系结构通常包括架构风格、设计模式、编码约定和组件的通信协议等方面。

软件体系结构设计是一项复杂的任务，需要考虑多个方面的需求，如性能、安全性、可维护性、可扩展性、可重用性以及可移植性。

软件体系结构需要满足现有或未来的需求，而这些需求可能会随着时间和技术的变化而发生变化。

因此，软件体系结构的设计需要能够适应变化并具有可扩展性。

架构风格是软件体系结构设计的核心概念之一。

不同的架构风格可以提供不同的组件关系和通信协议。

常见的架构风格包括分层架构、客户端-服务器架构、发布-订阅架构、事件驱动架构、面向服务架构（SOA）等等。

这些架构风格有不同的优缺点，应根据具体的应用场景进行选择。

设计模式是另一种常用的软件工程体系结构。

设计模式是解决常见问题的可重用解决方案。

例如，MVC模式可以将模型、视图和控制器分离，使代码更易于维护和扩展。

设计模式提供了一种可以重复使用的解决方案，在不同的应用程序中可用于多种情况。

编码约定是一种定义软件组件访问规则的方法。

编码约定可以提高软件的可读性和可维护性。

例如，使用命名约定和代码格式可以使代码更易于理解和修改。

编码约定还可以帮助保持代码的标准化，使不同团队中的开发人员之间的代码更加一致。

组件通信协议规定了软件中组件之间如何交换信息。

组件之间的通信可以通过各种方式进行，包括进程间通信、消息传递或使用共享内存。

通信协议还可以定义如何处理错误、如何处理并发访问等其他相关方面。

软件工程体系结构设计是一项重要的任务，需要综合考虑多个因素。

好的软件体系结构设计可以使软件更易于维护和扩展，并提高系统可靠性、性能和安全性。

还需要深入了解业务需求，以确保软件体系结构与业务需求相符合。