1、 软件成本日益增长 开发进度难以控制 软件质量差 软件维护困难从软件危机谈起 软件危机的表现第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论 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第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论从软件危机谈起 软件危机的原因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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论从软件危机谈起 如何克服软件危
2、机构件是指语义完整、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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件模型及实现OMG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COM/COM+/DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重
3、用 构件模型及实现第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件模型及实现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（Commercial Off-The-Shell）构件。开发新的符合要求的构件。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件获取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
4、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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件管理 构件描述 关键字分类法 刻面分类法 超文本组织方法 第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件管理 构件分类与组织第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件管理 构件分类与组织 关键字分类法 使用环境 应用领域 功能 层次 表示方法第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件管理 构件分类与组织 刻面分类法第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件管理 构件分
5、类与组织 超文本组织法 注册用户 公共用户 构件提交者 一般系统管理员 超级系统管理员第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件管理 人员及权限管理 检索与提取构件 理解与评价构件 修改构件 构件组装第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 基于关键字的检索 刻面检索法 超文本检索法 其他检索方法第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 检索与提取构件 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第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用
6、构件重用 理解与评价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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 修改构件 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第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 构件组装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
7、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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 构件组装 基于功能的组装首先，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，
8、例如Jackson系统开发方法。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 构件组装 基于数据的组装构造法：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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论构件与软件重用 构件重用 构件组装 面向对象的组装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
9、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。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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展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。处理构件负责对数据进行加
10、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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义Mary Shaw和David Garlan 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
11、，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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义Hayes Roth 软件体系结构是一个抽象的系统规范，主要
12、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。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义David Garlan 和 Dewne Perry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计的原则和随时间演化的指导方针。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义Barry Boehm 软件体系结构包括一个软件和系统构件，互联及约束的集合；一个系统需求说明的集合；一个基本原理用以说明这一构件，互联和约束能够满足系统需求。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结
13、构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义Bass，Ctements 和 Kazman 软件体系结构包括一个或一组软件构件、软件构件的外部的可见特性及其相互关系。其中，“软件外部的可见特性”是指软件构件提供的服务、性能、特性、错误处理、共享资源使用等。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义张友生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。软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系
14、，提供了一些设计决策的基本原理。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的定义体系结构是风险承担者进行交流的手段 软件体系结构代表了系统的公共的高层次的抽象。这样，系统的大部分有关人员（即使不是全部）能把它作为建立一个互相理解的基础，形成统一认识，互相交流。体系结构提供了一种共同语言来表达各种关注和协商，进而对大型复杂系统能进行理智的管理。这对项目最终的质量和使用有极大的影响。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的意义体系结构是早期设计决策的体现 软件体系结构明确了对系统实现的约束条件 软件体系结构
15、决定了开发和维护组织的组织结构 软件体系结构制约着系统的质量属性 通过研究软件体系结构可能预测软件的质量 软件体系结构使推理和控制更改更简单 软件体系结构有助于循序渐进的原型设计 软件体系结构可以作为培训的基础第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的意义软件体系结构是可传递和可重用的模型软件体系结构级的重用意味着体系结构的决策能在具有相似需求的多个系统中发生影响，这比代码级的重用要有更大的好处。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的意义无体系结构设计阶段萌芽阶段以汇编语言进行小规模应用程序开发为特
16、征以描述系统的高层抽象结构为中心，不关心具体的建模细节，划分了体系结构模型与传统软件结构的界限，该阶段以Kruchten提出的“4+1”模型为标志出现了从不同侧面描述系统的结构模型，以UML为典型代表。出现了程序结构设计主题，以控制流图和数据流图构成软件结构为特征高级阶段初期阶段第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的发展史 软件体系结构描述语言 体系结构描述构造与表示 体系结构分析、设计与验证 体系结构发现、演化与重用 基于体系结构的软件开发方法 特定领域的体系结构框架 软件体系结构支持工具 软件产品线体系结构 建立评价软件体系结构的方法第第1
17、 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状软件体系结构描述语言软件体系结构描述语言ADLADL提供了具体的语法与刻画体系结构的概念框架。提供了具体的语法与刻画体系结构的概念框架。ADLADL使得系统开使得系统开发者能够很好地描述他们设计的体系结构，以便与他人交流，能够发者能够很好地描述他们设计的体系结构，以便与他人交流，能够用提供的工具对许多实例进行分析。用提供的工具对许多实例进行分析。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状体系结构描述构造与表示 按照一定的描述方法，用体系结构描述语言对体
18、系结构进行说明的结果则称为体系结构的表示，而将描述体系结构的过程称为体系结构构造。（1）Kruchten提出的“4+1”模型。（2）Booch从UML的角度给出了一种由设计视图、过程视图、实现视图和部署视图，再加上一个用例视图构成的体系结构描述模型。（3）IEEE于1995年成立了体系结构工作组，起草了体系结构描述框架标准IEEE P1471。（4）Rational从资产重用的角度提出了体系结构描述的规格说明框架。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状体系结构分析、设计与验证体系结构分析的内容可分为结构分析、功能分析和非功能分析。生成一
19、个满足软件需求的体系结构的过程即为体系结构设计。体系结构设计过程的本质在于将系统分解成相应的组成成分，并将这些成分重新组装成一个系统。体系结构设计有两大类方法：过程驱动方法和问题列表驱动方法。体系结构测试着重于仿真系统模型，解决体系结构层的主要问题。由于测试的抽象层次不同，体系结构测试策略可以分为单元/子系统/集成/验收测试等阶段的测试策略。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状体系结构发现、演化与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。Waters等人提出了一种迭代式体系结构发现过程，即由不同的
20、人员对系统进行描述，然后对这些描述进行分类并融合，发现并解除冲突，将体系结构新属性加入到已有的体系结构模型中，并重复该过程直至体系结构描述充分。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。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。软件系统在运行时刻的体系结构变化称为体系结构的动态性，而将体系结构的静态修改称为体系结构扩展。体系结构扩展与体系结构动态性都是体系结构适应性和演化性的研究范畴。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件
21、体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状基于体系结构的软件开发方法在引入了体系结构的软件开发之后，应用系统的构造过程变为“问题定义软件需求软件体系结构软件设计软件实现”，可以认为软件体系结构架起了软件需求与软件设计之间的一座桥梁。软件开发模型是跨越整个软件生存周期的系统开发、运行、维护所实施的全部工作和任务的结构框架，给出了软件开发活动各阶段之间的关系。所有开发方法都是要解决需求与实现之间的差距。但是，传统的软件开发模型都存在这样或那样的缺陷，不能很好地支持基于软件体系结构的开发过程。在基于构件和基于体系结构的软件开发逐渐成为主流情况下，已经出现了基于构件的软件工程。第第1 1章章 软件体
22、系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状特定领域的体系结构框架 特定领域的体系结构是将体系结构理论应用到具体领域的过程。常见的DSSA：CASE体系结构、CAD软件的参考模型、信息系统的参考体系结构、网络体系结构DSSA、机场信息系统的体系结构和信息处理DSSA等。国内学者提出的DSSA：北京邮电大学周莹新博士提出的电信软件的体系结构，北京航空航天大学金茂忠教授等人提出的测试环境的体系结构等。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状软件体系结构支持工具 几乎每种体系结构都有相应的支持工具，如Unicon，
23、Aesop等体系结构支持环境，C2的支持环境ArchStudio，支持主动连接件的Tracer工具等。支持体系结构分析的工具，如支持静态分析的工具、支持类型检查的工具、支持体系结构层次依赖分析的工具、支持体系结构动态特性仿真工具、体系结构性能仿真工具等。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状软件产品线体系结构 产品线代表着一组具有公共的系统需求集的软件系统，它们都是根据基本的用户需求对标准的产品线构架进行定制，将可重用构件与系统独有的部分集成而得到的。软件产品线是一个十分适合专业的软件开发组织的软件开发方法，能有效地提高软件生产率和质量、缩短开发时间、降低总开发成本。软件体系结构有利于形成完整的软件产品线。体系结构在软件产品线的开发中具有至关重要的作用，在这种开发生产中，基于同一个软件体系结构，可以创建具有不同功能的多个系统。第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状建立评价软件体系结构的方法 体系结构权衡分析方法（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）第第1 1章章 软件体系结构概论软件体系结构概论软件体系结构的兴起与发展 软件体系结构的应用现状
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