6 体系结构设计

• 6 体系结构设计

  • 6.1 体系结构设计决策
  • 6.2 体系结构视图
  • 6.3 体系结构模式
  • 6.4 应用体系结构

• 必要性：开发过程的早期应当涉及建立整体的系统体系结构

  • 体系结构的增量式开发并不总是成功的
  • 重构一个系统体系结构可能是非常昂贵的

• 方块图：系统体系结构经常用方块图建模

  • 方块：代表一个组件
  • 方块中的方块：表示所代表的组件又被分解成一些子组件
  • 箭头：表示所示方向有数据和控制信号从一个组件流到另一个组件

6.1 体系结构设计决策

非功能性系统需求主要有

1. 性能：定位组件的关键操作，部署到同一个平台，减少通信次数
2. 信息安全性：采用分层结构，重要资源放在内层，每层采用严格的信息安全有效性验证
3. 安全性：安全相关的操作集中在一个或少数几个组件，降低成本和减少安全有效性验证
4. 可用性：采用冗余组件以便更新替换和更新组件
5. 可维护性：使用小粒度的自包含组件以便于更换。分离数据的生产者和消费者，避免数据共享

6.2 体系结构视图

• 4+1 视图：
  • 逻辑视图：显示系统中对象和对象类的抽象，将系统需求和实体关联
  • 进程视图：显示运行时系统如何组织为一组交互的进程。对非功能系统特征的判断很有效
  • 开发视图：显示软件如何为了开发而被分解，即将软件分解成可由单独的开发人员或开发团队实现的组件。对软件管理者和程序员有用
  • 物理视图：显示了系统硬件和软件组件如何分布在处理器上。对系统工程师规划系统部署有用
  • 概念视图：系统的抽象视图，可作为把高层次需求分解为详细描述的基础
• UML：在详细地文档化一个体系结构或使用模型驱动开发时使用
• ADL：基本要素是组件和连接器，为特定领域涉及，或许可作为模型驱动开发的基础

6.3 体系结构模式

• 模式的思想：作为一种表示、共享和复用软件系统知识的方法

名称 | 描述 | 实例 | 使用时机 | 优点 | 缺点 — | — | — | — | — | — | — 分层体系结构 | 将系统组织成分层结构，每层包含一组相关功能。每层提供服务给紧邻的上一层，因此最底层有可能是整个系统核心服务 | 存在于不同图书馆的共享版权文档的系统分层模型 | 在已有系统的基础上构建新设施使用；开发团队是分散的小团队，每个小团队负责一层功能；系统存在多层信息安全性需求 | 允许在接口不变时更换整层；每层可提供冗余服务以增加系统可靠性 | 很难分离各层，高层可能必须与低层交互；服务在每层被处理会降低性能 容器体系结构 | 系统所有数据在一个中央容器中管理，可被所有系统组件访问；组件不能直接交互，只通过容器交互 | 指挥和控制系统、CAD 系统和软件的交互开发环境 | 系统生成的大量数据需要持久保存；数据驱动系统中，每当容器中收入数据时触发一个工作或工具 | 组件是独立的，无需知道其他组件的存在；一个组件的变更可传播到所有的组件；所有数据得到一致的管理，因为数据存在同一个地方 | 容器是单点故障，容器会影响整个系统；所有通过容器进行通信会低效；容器分布到多个计算机会困难 客户机-服务器体系结构 | 系统功能以服务的形态存在，每个服务来自某个单独的服务器。客户机是使用服务和访问服务器的用户 | 电影和视频资料库 | 需要从很多地方访问共享数据；服务器可以复制，适用于系统负载经常变化 | 服务器可分布到网络上。一般性的功能可被所有客户机使用，但不需要被所有服务实现 | 每个服务是单点故障，不能阻止拒绝服务供给或服务器失败；依赖于网络和系统导致性能无法预知；服务器属于不同的机构时不易管理 管道和过滤器体系结构 | 每个处理组件(过滤器)是分类的，执行某个类型的数据转换。数据流从一个组件流向另一个组件 | 票据处理系统 | 数据处理应用(批处理和事务处理)，一些不同的阶段处理输入数据，并产生响应的输出 | 易于理解并支持变换的复用；工作流风格与很多业务处理体系结构很匹配；通过变换的方式进行进化；可实现为顺序或并发系统 | 通信变换期间所传输的数据格式必须协调好；每个变换必须解析它的输入并写成约定的格式输出；增加了系统负荷，因为不能复用使用不兼容数据结构的函数变换

6.4 应用体系结构

常见的应用类型的体系结构