軟件體系結(jié)構(gòu)課程設計

第一局部一.概述一般認為，一個軟件系統(tǒng)的體系構(gòu)造定義了組成該系統(tǒng)的計算構(gòu)件和構(gòu)件之間的相互作用關(guān)系?？梢杂靡粋€三元組來描述軟件系統(tǒng)構(gòu)造：SA={構(gòu)件(components)},連接件(connectors),約束(constraints)}。其中，components是組件的集合，它們供給了一個系統(tǒng)所需的根本功能和操作，構(gòu)成了一個系統(tǒng)的根本框架；connectors間的交互方式，定義了組件交互的規(guī)章并且也給出了一些實現(xiàn)機制，如協(xié)議〔連接的交互特性、數(shù)據(jù)模式〔通信過程中交換的數(shù)據(jù)類型constraints包括了組件和連接件的使用、選擇及其互連的限制等。連接件是比較抽象的，往往表達為組件與組件之間的接口標準，可能最終是由相互連接的組件各自實現(xiàn)一局部。在一個大規(guī)模軟件系統(tǒng)的開發(fā)中，必需從一個較高的層次來考慮組成系統(tǒng)的構(gòu)件、構(gòu)件之間的交互方式〔連接件，以及由構(gòu)件與構(gòu)件交互形成的拓撲構(gòu)造。這些要素應當滿足肯定的限制，遵循肯定的設計規(guī)章，能夠在肯定的環(huán)境下進展演化。而且，軟件體系構(gòu)造能反映系統(tǒng)開發(fā)中具有重要影響的設計決策，便于各種人員的溝通，反映多種關(guān)注，并據(jù)此開發(fā)的系統(tǒng)能夠完成既定的功能和性能需求。化過程。二．軟件體系構(gòu)造的構(gòu)建風格①管道-過濾器風格在管道-過濾器風格下，每個功能模塊都有一組輸入和輸出。功能模塊稱作過濾器〔filter管道pipe。能，相互之間無需進展狀態(tài)交互。過濾器是獨立運行的構(gòu)件，非接近的過濾器之間不共享狀態(tài)，過濾器自身無狀態(tài)過濾器對其處理上下連接的過濾器“無知結(jié)果的正確性不依靠于各個過濾器運行的先后次序，各過濾器在輸入具備后完成自己的計算，完整的計算包含在過濾器的拓撲構(gòu)造中。一個管道-過濾器風格的示意圖如以下圖所示：PipesFiltersPipesFiltersSystemSystemSimple:PipeFilterGrepSplitterMergeAndSortMergeAndSortMergeSort管道-過濾器風格優(yōu)點：員將整個系統(tǒng)的輸入輸出行為理解為單個過濾器行為的疊加與組合化繁為簡。將系統(tǒng)抽象成一個“黑箱系統(tǒng)中最終一個過濾器的輸出管道，而其內(nèi)部各功能模塊的具體實現(xiàn)對用戶完全透亮。的數(shù)據(jù)遵守其規(guī)約，只要用管道將它們連接就可以正常工作?；诠艿?過濾器風格的系統(tǒng)具有較強的可維護性和可擴展性的過濾器可以添加到已有的系統(tǒng)上標之一，在管道-過濾器模型中，只要遵守輸入輸出數(shù)據(jù)規(guī)約，任何一個過濾器都可以被另和可升級性得到了保證。鎖檢測方法就可以分析出系統(tǒng)目前所處的狀態(tài)，是否存在死鎖可能及如何消退死鎖等問題。管道-過濾器風格具有并發(fā)性每個過濾器作為一個單獨的執(zhí)行任務理速度管道-過濾器風格缺乏：交互式處理力量弱。管道-過濾器模型適于數(shù)據(jù)流的處理和變換，不適合為與用戶交互頻繁的系統(tǒng)建模。在這種模型中，每個過濾器都有自己的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)或者是從磁盤存儲器中讀取來，或者是由另一個過濾器的輸出導入進來，整個系統(tǒng)沒有一個共享的數(shù)據(jù)區(qū)。這樣，當用戶要操作某一項數(shù)據(jù)時，要涉及到多個過濾器對相應數(shù)據(jù)的操作，其實現(xiàn)較為簡單。由以上的缺點，可以對每個過濾器增加相應的用戶掌握接口，使得外部可以對過濾器的執(zhí)行進展掌握。管道-過濾器風格往往導致系統(tǒng)處理過程的成批操作。設計者或許不得不花費精力協(xié)調(diào)兩個相對獨立但又存在某種關(guān)系的數(shù)據(jù)流之間〔如為了防止數(shù)據(jù)泄漏而實行加密等手段導致過濾器必需對輸入、輸出管道中的數(shù)據(jù)流進展解析或反解析，增加了過濾器具體實現(xiàn)的簡單性面對對象風格特征概述應用場合

面相對象模式集數(shù)據(jù)抽象、抽象數(shù)據(jù)類型、類繼承為一體，使軟件工程公認的系統(tǒng)也常常應用了面對對象風格。面對對象風格的體系構(gòu)造圖面對對象風格優(yōu)點：高度模塊性，封裝功能，代碼共享，敏捷性，易維護性，可擴大性面對對象風格缺乏：面對對象風格最大的缺乏在于假設一個對象需要調(diào)用另一個對象，它就必需知道那個對象的標識〔對象名或?qū)ο笠?，這樣就無形之中增加了對象之間的依靠關(guān)系。假設一個對運行。層次系統(tǒng)風格些層實現(xiàn)了虛擬機(在另一些層次系統(tǒng)中層是局部不透亮的)。連接件通過打算層間如何交互的協(xié)議來定義，拓撲約束包括對相鄰層間交互的約束。用不同的方法實現(xiàn)，同樣為軟件重用供給了強大的支持。一個概念上的分層模型如以下圖所示：功能層功能層〕核心層〕應用層〕分層風格具有一些系統(tǒng)設計者無法抗拒的優(yōu)勢：分層風格支持系統(tǒng)設計過程中的逐級抽象，基于分層風格的系統(tǒng)具有較好的可擴展性，分層風格支持軟件復用分層風格缺乏：并不是全部的系統(tǒng)都適合用分層風格來描述的，對于抽象出來的功能具體應當放在哪個層次上也是設計者頭疼的一個問題解釋器風格基于解釋器風格的系統(tǒng)核心在于虛擬機。一個基于解釋器風格的系統(tǒng)通常包括：正在被解釋執(zhí)行的偽碼和解釋引擎；偽碼：由需要被解釋執(zhí)行的源代碼和解釋引擎分析所得的中間代碼組成；解釋引擎包括：語法解釋器和解釋器當前的運行狀態(tài)解釋器風格示意圖如以下圖所示：存儲區(qū)存儲區(qū)input待解釋的源代碼解釋后的代碼解釋工作output解釋引擎解釋引擎內(nèi)部狀態(tài)數(shù)據(jù)訪問工作解釋器風格優(yōu)點：解釋器風格使用類來表示文法規(guī)章，用戶可以使用繼承來轉(zhuǎn)變和擴展文法。已有的表達式可以承受增量的方式漸漸擴大，而的表達式可以定義為舊表達式的變體；易于實現(xiàn)文法?？梢杂枚喾N操作來“解釋”一個句子。解釋器風格缺點：無法解釋簡單的文法規(guī)章：對于比較簡潔的文法規(guī)章，解釋器風格工作的很好，而對于簡單的文法規(guī)章，則由于文法層次的浩大而難于治理；應用范圍比較狹窄；在文法規(guī)章比較簡單，則文法的層次變得無法治理，系統(tǒng)中需要包含很多表示文法規(guī)章的類。⑤反響掌握環(huán)風格掌握工程是一個格外強調(diào)方法論的專業(yè)領(lǐng)域應用領(lǐng)域的。為了將過程掌握方法從單純的掌握領(lǐng)域中抽象出來，我們引入了動態(tài)系統(tǒng)的概念。動態(tài)系統(tǒng)表示信號處理和傳輸?shù)囊粋€功能單元〔例如：信號可以是能量、材料、輸入量和輸出量來考慮。N.Wiener概念來總結(jié)。掌握論也可以應用于軟件體系構(gòu)造的創(chuàng)立。依據(jù)上述的動態(tài)系統(tǒng)的定義，在系統(tǒng)中必定存在信號的處理和傳輸。這時系統(tǒng)的箭頭方向給出。單變量系統(tǒng)如以下圖所示：輸入量輸入量動態(tài)系統(tǒng)輸出量輸入量1輸出量1輸入量1輸出量1輸入量2動態(tài)系統(tǒng)輸出量2輸入量3輸出量3除了用方框圖來表達動態(tài)系統(tǒng)以外，還可以用信號流圖，如以下圖所示：UUGYUYG節(jié)點支路節(jié)點WEGUWEU1G--G2GZZWEGUWE1G-U-G2G一般的動態(tài)系統(tǒng)描述框圖可以分為開環(huán)掌握和閉環(huán)掌握系統(tǒng)，但在實際應用中這兩種不同的動態(tài)系統(tǒng)往往很簡潔混淆在一起，對它們之間的區(qū)分強調(diào)的不夠。現(xiàn)在通過一個市內(nèi)暖氣系統(tǒng)來指出這兩者之間的不同和一樣之處。開環(huán)掌握圖如以下圖所示：干擾量干擾量1輸入量2++輸出量- +開環(huán)掌握裝置3房間閉環(huán)掌握圖如以下圖所示：房間房間干擾量11干擾量22+++輸出量輸入量+調(diào)整器3-負反響開環(huán)掌握和閉環(huán)掌握的差異：閉環(huán)掌握：表示一個閉合的作用過程〔掌握回環(huán)；依據(jù)閉環(huán)作用原理可增加抗干擾性〔負反響；可能不穩(wěn)定，也即被控量不再衰減，而是增長到無窮大〔理論上。開環(huán)掌握表示一個開放的作用過程〔掌握序列；只能對抗指定由其處理的干擾，對于其他一些干擾因素無法消退；只要被掌握對象自己保持穩(wěn)定，整個開環(huán)掌握系統(tǒng)也就保持穩(wěn)定。反響掌握環(huán)風格根本構(gòu)造以閉環(huán)掌握系統(tǒng)為例分析過程掌握環(huán)的根本構(gòu)造；一個自動掌握系統(tǒng)包括如下4個主要組成局部：被控對象、測量環(huán)節(jié)、調(diào)整器和執(zhí)行環(huán)節(jié)，如以下圖所示：干擾量干擾量干擾特性給定值＋掌握誤差-調(diào)整器執(zhí)行環(huán)節(jié)掌握量調(diào)整特性測量環(huán)節(jié)被控量被控對象負反響參考模型+參考模型+輸入量-調(diào)整器被控系統(tǒng)-+自適應模塊間接法模型如以下圖所示：輸入量輸入量-調(diào)整器被控系統(tǒng)++可調(diào)模型-自適應模塊⑥倉庫風格數(shù)據(jù)構(gòu)造據(jù)存貯上執(zhí)行，倉庫與外構(gòu)件間的相互作用在系統(tǒng)中會有大的變化。倉庫是一傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)庫;另一方面，假設中心數(shù)據(jù)構(gòu)造的當前狀態(tài)觸發(fā)進程執(zhí)行的選擇，則倉庫是一黑板系統(tǒng)。黑板系統(tǒng)的組成：學問源。學問源中包含獨立的、與應用程序相關(guān)的學問，學問源之間不直接進展通訊，它們之間的交互只通過黑板來完成。黑板數(shù)據(jù)構(gòu)造。黑板數(shù)據(jù)是依據(jù)與應用程序相關(guān)的層次來組織的解決問題的數(shù)據(jù)，學問源通過不斷地轉(zhuǎn)變黑板數(shù)據(jù)來解決問題。掌握。掌握完全由黑板的狀態(tài)驅(qū)動，黑板狀態(tài)的轉(zhuǎn)變打算使用的特定學問。三．總結(jié)軟件體系構(gòu)造風格為大粒度的軟件重用供給了可能。然而,對于應用體系構(gòu)造風格來說,由于視點的不同,系統(tǒng)設計師有很大的選擇空間。要為系統(tǒng)選擇或設計某一個體系構(gòu)造風格,必需依據(jù)特定工程的具體特點,進展分析比較后再確定,體系構(gòu)造風格的使用幾乎完全是特化的。在本文中,我們只表達了“純”的體系構(gòu)造。但是,從上面的介紹中,我們知道,不同的構(gòu)造有不同的處理力量的強項和弱點,一個系統(tǒng)的體系構(gòu)造應當依據(jù)實際需要進展選擇,以解決實際問題。其次局部分層風格實例：計算機網(wǎng)絡的設計網(wǎng)絡協(xié)議設計者將計算機網(wǎng)絡中的各個局部按其功能劃分為假設干個層次Laye，的外部特性，只需要定義每一層的輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出等外部特性。ISO/OSIISO/OSI承受了7層體系構(gòu)造，從高到低分別是：應用層、表示層、會話層、傳輸層、7層應用層，用于同應用效勞之間1對等層的協(xié)議來進展虛擬通信。應用層應用層應用層應用掌握項〔資源子網(wǎng)〕表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層通訊掌握項〔通訊子網(wǎng)〕鏈路層鏈路層物理層物理層物理傳輸介質(zhì)第1層是物理層PhysicalLaye，它負責在物理信道上傳輸原始的數(shù)據(jù)bit流。它應當供給為建立、維護和撤除物理鏈路連接所需的機械的、電氣的、功能和規(guī)程的特性，第2層是數(shù)據(jù)鏈路層DataLinkLaye，它的主要功能是糾錯和流量掌握，負責結(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過過失掌握供給數(shù)據(jù)幀〔Frame〕的無過失傳輸，并進展數(shù)據(jù)流量掌握。第3層是網(wǎng)絡層NetworkLaye，它的主要功能是路由掌握〔找路、擁塞掌握和〔Packet，也叫報文分組在結(jié)點之間進展交換傳送，并且負責路由掌握和擁塞掌握。第4層是傳輸層TransportLaye，它的主要功能是在上層和下層之間起到一種接口的功能。它應當為上層供給端到端〔最終用戶到最終用戶、的透亮的、牢靠的數(shù)據(jù)傳傳輸層對上層屏蔽了傳輸系統(tǒng)的具體細節(jié)。第5層是會話層SessionLaye務。第6層是表示層Pre