软件体系结构第5章

第五章总体设计经过需求分析阶段的工作，系统必须“做什么”已经清楚了，现在是决定“怎样做”的时候了。

总体设计的基本目的就是回答“概括地说，系统应该如何实现?”这个问题，因此，总体设计又称为概要设计或初步设计。

通过这个阶段的工作将划分出组成系统的物理元素——程序、文件、数据库、人工过程和文档等等，但是每个物理元隶仍然处于黑盒子级，这些黑盒子里的具体内容将在以后仔细设计。

总体设计阶段的另一项重要任务是设计软件的结构，也就是要确定系统中每个程序是由哪些模块组成的，以及这些模块相互间的关系。

总体设计过程首先寻找实现目标系统的各种不同的方案，需求分析阶段得到的数据流图是设想各种可能方案的基础。

然后分析员从这些供选择的方案中选取若干个合理的方案，为每个合理的方案都准备一份系统流程图，列出组成系统的所有物理元素，进行成本／效益分析，并且制定实现这个方案的进度计划。

分析员应该综合分析比较这些合理的方案，从中选出一个最佳方案向用户和使用部门负责人推荐。

如果用户和使用部门的负责人接受了推荐的方案，分析员应该进一步为这个最佳方案设计软件结构，通常，设计出初步的软件结构后还要多方改进，从而得到更合理的结构，进行必要的数据库设汁，确定测试要求并且制定测试计划。

从上面的叙述中不难看出，在详细设计之前先进行总体设计的必要性：可以站在全局高度上，花较少成本，从较抽象的层次上分析对比多种可能的系统实现方案和软件结构，从中选出最佳方案和最合理的软件结构，从而用较低成本开发出较高质量的软件系统。

5.1 设计过程总体设计过程通常由两个主要阶段组成：系统设计阶段，确定系统的具体实现方案；结构没计阶段，确定软件结构。

典型的总体设计过程包括下述9个步骤：1.设想代选择的方案如何实现要求的系统呢，在总体设计阶段分析员应该考虑各种可能的实现方案，并且力求从中选出最佳方案。

在总体设计阶段开始时只有系统的逻辑模型，分析员有充分的自由分析比较不同的物理实现方案，一旦选出了最佳的方案，将能大大提高系统的性能／价格比。

5.1.1 软件架构设计与生命周期1、需求分析阶段需求和 SA设计面临的是不同的对象：一个是问题空间;另一个是解空间。

保持二者的可跟踪性和转换。

2、设计阶段1.传统的设计概念只包括构件，随着研究的深入，构件间的互联机制逐渐独立出来，成为与构件同等级别的实体，称为连接子。

2.体系结构描述语言(Architecture Description Language ADL)对连接子的重视成为区分 ADL和其他建模语言的重要特征之一。

3.不同的视角得到多个视图，组织起来以描述整体的SA模型;不同侧面的视图反映所关注的系统的特定方面，体现了关注点分离的思想。

3、实现阶段团队的结构应该和体系结构模型有一定的对应关系，提高软件开发效率和质量。

分析和记录不同版本构件和连接子之间的演化。

填补高层 SA模型和底层实现之间的鸿沟，典型的方法如下：1.引入实现阶段的概念。

2.SA模型逐步精化。

3.封装底层称为较大粒度构件。

4、构件组装阶段可复用构件组装可以在较高层次上实现系统，研究内容包括：1.如何互联。

2.如何检测并消除体系结构失配问题。

中间件跨平台交互。

产品化的中间件更好地保证最终系统的质量，中间件导向的体系结构风格。

失配是指复用过程中，待复用构件对最终系统的体系结构和环境的架设(Assumption)与实际状况下不同而导致的冲突。

5、部署阶段软件构件的互联性、硬件的拓扑结构、硬件资源占用。

6、后开发阶段实现中的软件往往具有动态性，一类是软件内部执行所导致的体系结构改变，另一类变化是软件系统外部的请求对软件进行的重配置。

升级或进行其他修改时不能停机。

SA重建是指从已实现的系统中获取体系结构的过程。

5.2 基于架构的软件开发方法5.2.1 体系结构的设计方法概述基于体系结构的软件设计(Architecture-Based Software Design ABSD)方法。

体系结构驱动，指构成体系结构的商业、质量、功能需求的组合驱动。

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。

第一章1. 体系结构发现、演化、重用体系结构发现解决如何从已经存在的系统中提取软件的体系结构，属于逆向工程范畴。

由于系统需求、技术、环境、分布等因素的变化而最终导致软件体系结构的变动，称之为软件体系结构演化。

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。

2.基于软件体系结构的软件开发方法：问题定义—>软件需求—>软件体系结构—>软件设计—>软件实现3.评价软件体系结构的方法权衡分析方法（ATAM方法），软件体系结构分析方法（SAAM方法）,中间设计的积极评审（ARID方法）第二章1. 建模结构模型：研究结构模型的核心是体系结构描述语言。

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。

框架模型：与结构模型类似，但不太侧重细节，而侧重于整体结构。

动态模型：是对结构和框架模型的补充，研究系统大颗粒的行为性质。

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。

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。

4+1视图模型：逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图和场景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。

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。

物理视图主要考虑如何把软件映射到硬件上。

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。

《软件体系结构》各章思考题第1章软件体系结构概论1、根据自己的经验，谈谈对软件危机的看法。

2、就项目管理方面而言，软件重用项目与非重用项目有哪些不同之处。

3、实际参与/组织一个软件重用项目的开发，然后总结你是如何组织该项目的开发的。

4、为什么要研究软件体系结构？5、根据软件体系结构的定义，你认为软件体系结构的模型应该由哪些部分组成？6、在软件体系结构的研究和应用中，你认为还有哪些不足之处？第2章软件体系结构建模1、选择一个规模合适的系统，为其建立“4+1”模型。

2、引入了软件体系结构以后，传统软件过程发生了哪些变化？这种变化有什么好处？3、软件体系结构的生命周期模型与软件生命周期模型有什么关系？第3章软件体系结构风格1、层次系统结构和基于消息的层次系统结构有什么区别？2、试分析和比较B/S，二层C/S和三层C/S，指出各自的优点和缺点。

3、组织或参与一个采用B/S和C/S混合体系结构的软件项目的开发，总结开发经验。

4、组织或参与一个采用三层体系结构的软件项目的开发，总结开发经验。

5、SIS和DSSA分别用在哪些场合？6、在软件开发中，采用异构结构有什么好处，其负面影响有哪些？第4章软件体系结构描述1、体系结构描述有哪些方法？有哪些标准和规范？2、体系结构描述语言与程序设计语言有什么区别？3、选择一个规模适中的系统，使用UML为其建模。

第5章动态软件体系结构1、什么是动态软件体系结构？动态软件体系结构与静态软件体系结构有什么区别？2、基于构件的动态软件体系结构模型的层次结构是什么？3、试比较Dynamic Wright和Darwin的特点。

4、试用Dynamic Wright描述B/S结构第6章Web服务体系结构1、什么是Web服务体系结构？与传统的结构相比，使用Web服务有哪些好处？2、在Web服务中，如何实现其松散耦合的特点？3、试分析服务提供者、服务请求者和服务代理三者的作用，以及它们之间的工作流程。

一、判断题1、The results of decomposition form composite parts called modules or components.（T）2、Cohesion refers to the internal “glue” with which a component is constructed.（T）3、We say that two components are loosely coupled when there is a great deal of dependence between them.（F）4、Design is the creative process of transforming the problem intoa solution.（T）二、解释概念1、 what is design?Design is the creative process to transform the problem into a solution. 设计是将问题转化成解决方案的创造性的活动Design is the description of a solution. 是对解决方案的描述。

2、What is Coupling? States Coupling levels from low to high.Coupling耦合性是指模块间联系，即程序结构中不同模块之间互连程度。

耦合等级从低到高：Uncoupled 非直接耦合：通过上级模块进行联系，无直接关联。

Data coupling 数据耦合：参数传递的是一般类型的数据。

Stamp coupling 标记耦合：参数传递的是诸如结构类型的数据。

Control coupling 控制耦合：模块间传递的是诸如标记量的控制信息。

Common coupling 公共耦合：全局结构类型的数据。

Content coupling 内容耦合：病态连接，一个模块可以直接操作另一个模块的数据（如go to 语句的使用）。

《软件体系结构》教学大纲课程英文名称: Software Architecture课程编号：050302一、课程说明1．课程性质《软件体系结构》课程，是软件工程专业硕士研究生的主干课程。

2．课程的目的和任务软件体系结构主要介绍软件体系结构和中间件的基本概念，使学生对软件体系结构有比较深入的了解。

通过学习，使得学生在软件工程思想的基础上，更进一步掌握软件分析和软件开发的方法和思想，并能在实际中应用。

培养学生成为一名合格的软件分析师或软件工程师，并为其在该领域进一步深造打下坚实的基础。

3．适用专业软件工程，计算机科学与技术专业4．学时与学分学分：3 学时：45 讲授学时：45 实践学时：05．先修课程软件工程，数据结构与算法，操作系统，程序设计6．推荐教材或参考书目教材名称：《软件体系结构》张友生编著清华大学出版社ISBN：7302078106 2004版主要参考书目：《软件体系结构理论与实践》冯冲，江贺，冯静芳编著人民邮电出版社2004版7．主要教学方法与多媒体要求主要教学方法：理论和技术教学，案例驱动教学多媒体要求：多媒体教学占80%8．考核方式1、平时成绩（书面作业＋上机实验＋考勤）2、课程大作业3、期末闭卷笔试4、总成绩 = 笔试成绩（60/100）+ 平时成绩（20/100）+ 大作业成绩（20/100）9．课外自学要求书本上没讲过的内容，让学生自学。

推荐的教材，学有余力的学生可以自学。

二、教学基本要求和能力培养要求1．通过本课程的教学环节，达到以下基本要求1）、应使学生全面了解软件体系结构的概念。

2）、使学生对软件体系结构有比较深入的了解，掌握软件体系结构的思想，了解软件体系结构的设计过程。

3）、使学生在了解软件体系结构的基础上，能用之于软件开发的实践过动中去。

2．通过学习本课程应具备以下能力培养学生成为一名合格的软件分析师或软件工程师，并为其在该领域进一步深造打下坚实的基础。

三、课程教学内容第一章软件体系结构概论重点：了解软件危机的概念、产生以及表现。

《软件设计与体系结构》教学大纲一、课程基本信息二、课程目的和任务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。

专门和广泛地研究软件体系结构是从20世纪90年代才开始的，1993-1995年之间，卡耐基梅隆大学的Mary Shaw与David Garlan，贝尔实验室的Perry,南加州大学的Barry Boehm，斯坦福大学的David Luckham等人开始将注意力投向软件体系结构的研究和学科建设。

三、本课程与其它课程的关系。

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，并作为系统设计的抽象，为实现框架和构件的共享和重用、基于体系结构的软件开发提供了有力的支持。

鉴于体系结构的重要性，Dewayne Perry将软件体系结构视为软件开发中第一类重要的设计对象，Barry Boehm也明确指出：“在没有设计出体系结构及其规则时，整个项目不能继续下去，而且体系结构应该看做是软件开发中可交付的中间产品”。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配第一章软件体系结构概论1．1 从软件危机谈起1．1．1 软件危机的表现1．1．2 软件危机的原因1．1．3 如何克服软件危机1．2 构件与软件重用1．2．1 构件模型及实现1．2．2构件获取1．2．3 构件管理1．2．4构件重用1．2．5 软件重用实例1．3 软件体系结构的兴起和发展1．3．1 软件体系结构的定义1．3．2 软件体系结构的意义1．3．3 软件体系结构的发展史1．4 软件体系结构的应用现状第二章软件体系结构建模2．1 软件体系结构建模概述2．2 "4+1"视图模型2．2．1 逻辑视图2．2．2 开发视图2．2．3 进程视图2．2．4 物理视图2．2．5 场景2．3 软件体系结构的核心模型2．4 软件体系结构的生命周期模型2．5 软件体系结构抽象模型2．5．1 构件2．5．2 连接件2．5．3 软件体系结构2．5．4 软件体系结构关系2．5．5 软件体系结构范式第三章软件体系结构风格3．1 软件体系结构风格概述3．2 经典软件体系结构风格3．2．1 管道和过滤器3．2．2 数据抽象和面向对象组织3．2．3 基于事件的隐式调用3．2．4 分层系统3．2．5 仓库系统及知识库3．2．6 C2风格3．3 客户朋艮务器风格3．4 三层C／S结构风格3．4．1 三层C／S结构的概念3．4．2 三层C／S结构应用实例3．4．3 三层C／S结构的优点3．5 浏览器朋艮务器风格3．6 公共对象请求代理体系结构3．7 正交软件体系结构3．7．1 正交软件体系结构的概念3．7．2 正交软件体系结构的实例3．7．3 正交软件体系结构的优点3．8 基于层次消息总线的体系结构风格3．8．1 构件模型3．8．2 构件接口3．8．3 消息总线3．8．4 构件静态结构3．8．5 构件动态行为3．8．6 运行时刻的系统演化3．9 异构结构风格3．9．1 为什么要使用异构结构3．9．2 异构结构的实例3．9．3 异构组合匹配问题3．10 连系统构成的系统及其体系结构3．10．1 连系统构成的系统3．10．2 基于SASIS的软件过程3．10．3 应用范围3．11 特定领域软件体系结构。

软件系统架构设计第5章 软件系统架构设计【学习目标】•系统设计内容•系统平台设计•系统拓扑设计•软件体系结构模式•软件应用结构5.1系统设计概述系统设计是从创建新系统角度来描述、组织、构造系统的过程。

它是对系统分析的深化和细化，需要考虑系统的实现环境和系统的效率、可靠性、安全性、适应性等非功能需求，得出软件系统的设计方案。

一、软件系统设计的过程1.系统总体设计任务总体设计也称为概要设计，其主要的任务是根据用户需求分析阶段得到的目标系统的物理模型，确定一个合理的软件系统的体系结构。

它包括：•合理地划分组成系统的部件•确定部件间的控制关系•部件间的接口关系•系统数据结构2.系统总体设计过程•确定系统划分•功能分解•设计软件结构•数据库的设计3.系统设计基本方法1)抽象化•抽象是在软件设计的规模逐渐增大的情况下，控制复杂性的基本策略。

•抽象的过程是从特殊到一般的过程，上层概念是下层概念的抽象，下层概念是上层概念的精化和细化。

•软件工程过程的每一步都是对较高一级抽象的解作一次具体化的描述。

2）逐步求精•逐步求精，把问题的求解过程分解成若干步骤或阶段，每步都比上步更精化，更接近问题的解法。

•抽象使得设计者能够描述过程和数据而忽略低层的细节，而求精有助于设计者在设计过程中揭示低层的细节。

3）模块化•模块化，即把软件按照规定原则，划分为一个个较小的，相互独立的但又相互关联的部件，实际上是系统分解和抽象的过程。

•模块是数据说明、可执行语句等程序对象的集合，它是单独命名的，并且可以通过名字来访问。

例如，过程。

函数、子程序、宏等。

4）信息隐藏•每个模块的实现细节对于其它模块来说应该是隐蔽的。

•块中所包含的信息（包括数据和过程）不允许其它不需要这些信息的模块使用。

•通过信息隐蔽，则可定义和实施对模块的过程细节和局部数据结构的存取限制。

5）模块独立•模块独立：模块完成独立的功能，并且与其他模块的接口简单，符合信息隐蔽和信息局部化原则，模块间关联和依赖程度尽可能小。