C2_软件体系结构建模

软件体系结构设计及其实现随着信息技术的高速发展，软件已经成为现代社会不可或缺的一个组成部分。

在软件的开发过程中，软件的体系结构设计非常关键。

软件体系结构设计是软件开发过程中的第一步，也是最重要的一步。

好的软件体系结构设计可以为整个软件开发过程奠定良好的基础，也可以为软件的后期维护和升级提供更多的便利。

但是，软件体系结构设计并不是一件简单的事情，需要考虑多方面的因素，并且需要综合各种专业知识。

一、软件体系结构设计的定义和特点软件体系结构是指在系统设计中，对软件系统整体组织结构和各个组成部分之间的关系，进行的系统性设计和描述。

软件体系结构不仅是设计软件系统的框架，也是实现软件系统的基础，同时也是对软件系统进行管理、维护和升级的重要基础。

软件体系结构设计的特点包括以下几点。

（一）高度抽象软件体系结构设计是对软件系统的整体组织结构和各个组成部分之间的关系进行的设计和描述。

因此，软件体系结构设计需要具有高度抽象的特点。

软件体系结构设计不涉及具体的编程实现细节，而是从整体的角度考虑问题，对系统进行宏观把握。

因此，软件体系结构设计需要考虑到更多的概念和模型，需要进行更为有意义的抽象。

（二）多样性在软件体系结构设计中，考虑到软件的应用范围和需求，软件体系结构的模型和模式也有很多种不同的选择。

不同的软件体系结构设计模式都有各自的优缺点，因此，软件开发过程中需要进行充分的需求分析和规划，才能够选择合适的设计模式。

（三）可分析性软件体系结构设计是软件开发的基础，需要保证软件系统的稳定和可靠。

因此，在进行软件体系结构设计时，需要考虑到各种约束条件和因素。

设计出来的体系结构需要具有可分析性，这样才能够进行系统化的测试和验证，确保软件的质量。

二、软件体系结构设计的要素软件体系结构设计需要考虑到很多不同的要素，下面我们来看一下主要的几个要素。

（一）模块化设计模块化设计是软件体系结构设计中最基础的一点，也是最重要的一点。

将复杂的软件分为若干个模块，使得各个模块之间相互独立，可以方便地进行设计、开发、测试和维护。

软件体系结构风格研究[摘要] 本文对几种经典的软件体系结构风格进行了具体的阐述，分析了各种风格的特点、优缺点，最后重点介绍了三层C/S软件体系结构。

[关键词] 软件体系结构软件体系结构风格三层C/S软件体系结构20世纪60年代中期的软件危机使得人们开始重视软件工程的研究。

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，整个系统的结构显得越来越重要。

一、软件体系结构风格分析最初的软件体系结构是Mainframe结构客户、数据和程序都被集中在主机上，通常只有少量的GUI界面，对远程数据库的访问比较困难。

随着PC的广泛应用，该结构逐渐被淘汰。

在20世纪80年代中期出现了Client/Server分布式计算结构，应用程序的处理在客户机和服务器之间分担。

随着大型软件系统的开发，这种结构在系统的部署和扩展性方面暴漏出不足。

随着Internet的发展，一个更灵活的体系结构“三层/多层计算”体系结构应运而生。

Garlan和Shaw将通用软件体系结构风格总结为以下几类：1.数据流风格：批处理序列；管道/过滤器。

2.调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构。

3.独立构件风格：进程通讯；事件系统。

4.虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。

5.仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。

下面将介绍几种主要和经典的体系结构风格和它们的优缺点。

1.C2风格。

C2体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行构件网络。

图1中构件与连接件之间的连接体现了C2风格中构建系统的规则。

C2风格是最常用的一种软件体系结构风格。

从C2风格的组织规则和结构图中，我们可以得出，C2风格具有以下特点：(1)系统中的构件可实现应用需求，并能将任意复杂度的功能封装在一起;(2)所有构件之间的通讯是通过以连接件为中介的异步消息交换机制来实现的;(3)构件相对独立，构件之间依赖性较少。

软件体系结构◇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◎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。

构件模型的三个主要流派OMG（Object Management Group，对象管理集团）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构）Sun的EJB（Enterprise Java Bean）Microsoft的DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。

构件获取1.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；2. 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；3. 从市场上购买现成的商业构件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）构件；4. 开发新的符合要求的构件。

构件管理◎构件描述◎构件分类与组织◎人员及权限管理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；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◎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软件体系结构的定义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。

软件体系结构试题库（软件工程）一、判断题4、软件体系结构充当一个理解系统构件和它们之间关系的框架，特别是那些始终跨越时间和实现的属性。

答案：√6、体系的核心模型由5种元素组成：构建、连接体、配置、端口和角色（）答案：√7、软件体系结构的核心由5种元素组成：构件、连接件、配置端口和角色。

其中，构件、连接件和配置是最基本的元素（）答案：√8、开发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（）答案：某9、构件、连接件以及配置是体系结构的核心模型最基本的元素（）答案：√10、HMB风格不支持系统系统自顶向下的层次化分解，因为它的构件比较简单。

答案：某11、正交软件体系结构由组织层和线索的构件构成。

答案：√12、基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事件。

答案：√13、线索是子系统的特例，它由完成不同层次功能的构建组成，每一条线索完成整个系统中相对独立的一部分功能。

（）答案：√15、相交关系R是一个等价关系。

答案：√16、在软件设计中占据着主导地位的软件体系结构描述方法是图形表达工具。

答案：√17、Rapide是一种可执行的ADL，其目的在于通过定义并模拟基于事件的行为对分布式同步系统建模。

答案：某18、体系结构设计是整个软件生命周期中关键的一环，一般在需求分析之后，软件设计之前进行。

答案：√19、基于软构件的系统描述语言是较好的一种以构件为单位的软件系统描述语言。

答案：√20、需求语言与ADL的区别在于后者描述的是问题空间，而前者则扎根于解空间中。

答案：某21、基于构件的动态系统结构模型分为三层，风别是应用层、中间层、和体系结构层。

答案：√22、ADL提供了一种形式化机制来描述软件体系结构，大多数ADL不进描述系统的静态结构，也支持对体系结构动态性的描述（）答案：某23、基于构件的动态系统结构模型分为应用层，中间层和体系结构层。

答案：√24、2000年世界计算机大会提出，软件体系结构中最为重要的三个研究方向是：体系结构风格，静态体系结构和动态体系结构。

C2架构风格是一种常见的层次体系架构风格，它的特点是由连接件绑定的按一定规则运行的并行构件网络。

在这种架构风格中，各个构件之间并不能直接相连，而是只能通过连接件的异步通信机制进行交互。

这样的设计方式使得构件的替换或更新不会影响整体架构，体现了高内聚、松耦合的设计思想。

具体来说，C2架构风格具有以下特性：首先，构件与连接件都有顶部和底部；其次，构件顶部或底部只能与连接件底部或顶部相连；再次，连接件相互之间可以通过顶部及底部进行连接；此外，构件并不感知下一层构件的存在，但可以感知上一层构件；最后，构件之间的交互是通过连接件的异步消息机制完成的。

总的来说，C2架构风格是一种基于构件和消息的软件体系结构风格，可用于创建灵活的、可伸缩的软件系统。

《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"4+1"视图模型：1.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。

2.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。

3.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。

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。

4.物理视图：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。

5.场景：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。

体系结构核心模型由5中元素组成：构件、连接件、配置、端口和角色。

经典的体系结构风格数据流风格：批处理序列；管道/过滤器。

◎调用/返回风格：主程序/子程序；面向对象风格；层次结构。

◎独立构件风格：进程通讯；事件系统。

◎虚拟机风格：解释器；基于规则的系统。

◎仓库风格：数据库系统；超文本系统；黑板系统。

◎其他（如适应性软件系统的体系结构风格、面向Agent的研究、网格计算、Web服务等）过滤器的活动可通过以下三种方式激活：后续构件从过滤器中取出数据；前序构件向过滤器推入数据；过滤器处于活跃状态，不断从前序构件取出、并向后续部件推入数据。

软件体系结构描述方法：图形表达工具、模块内连接语言、基于软构件的系统描述语言、软件体系结构描述语言软件体系结构描述语言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。

主要的体系结构描述语言有Aesop、MetaH、C2、Rapide、SADL、Unicon和Wright等，尽管它们都描述软件体系结构，却有不同的特点。

2022-2023年高级软考《系统架构设计师》历年真题高频考点汇总（附带答案）（图片大小可自由调整）一.全考点综合测验(共35题)1.【单选题】某公司承接了一个开发家用空调自动调温器的任务，调温器测量外部空气温度，根据设定的期望温度控制空调的开关。

根据该需求，公司应采用_______架构风格最为合适。

A.解释器B.过程控制C.分层D.管道-过滤器正确答案：B2.【单选题】M 软件公司的软件产品注册商标为N，为确保公司在市场竞争中占据优势，对员工进行了保密约束。

此情形下，( )的说法是错误的。

A.公司享有商业秘密权B.公司享有软件著作权C.公司享有专利权D.公司享有商标权正确答案：C本题解析：【解析】在题目的描述中，未体现出有申请专利的行为，所以不享有专利权3.【单选题】()架构风格可以概括为通过连接件绑定在一起按照一组规则运作的并行构件。

A.C2B.黑板系统C.规则系统D.虚拟机正确答案：A本题解析：【解析】C2 体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行构件网络。

C2 风格中的系统组织规则如下：(1)系统中的构件和连接件都有一个顶部和一个底部; (2)构件的顶部应连接到某连接件的底部，构件的底部则应连接到某连接件的顶部，而构件与构件之间的直接连接是不允许的; (3)一个连接件可以和任意数目的其它构件和连接件连接; (4)当两个连接件进行直接连接时，必须由其中一个的底部到另一个的顶部。

4.【单选题】某公司拟为某种新型可编程机器人开发相应的编译器。

该编译过程包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成四个阶段，每个阶段产生的结果作为下一个阶段的输入，且需独立存储。

针对上述描述，该集成开发环境应采用( )架构风格最为合适。

A.管道-过滤器B.数据仓储C.主程序-子程序D.解释器正确答案：A本题解析：【解析】“每个阶段产生的结果作为下一个阶段的输入”是典型的数据流架构风格的特点，选项中仅有管道-过滤器属于这种风格。