软件体系结构设计

（3）每个层次都可替换，即，一个层次可以被能实 现同样对外服务接口的层次所替代。
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➢ 体系结构与软件需求的关系：
体系结构是以软件需求的实现为目标的软件设 计蓝图，软件需求是体系结构设计的基础和驱 动因素。
软件需求，尤其是非功能需求，对软件体系结 构具有关键性的塑形作用。
➢ 体系结构设计与详细设计的关系：
➢ 开发视图：软件源代码的程序分包及目录 结构，采用的类库、中间件或框架 (framework)，它们与逻辑视图中各模块 之间的映射关系。开发视图的示例见图 7.19。
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体系结构视图
➢ 物理视图：安装部署的物理机器及其网络连接， 逻辑视图及开发视图中模块或程序包的物理部 署位置。物理视图的示例见图7.20。
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7.1 软件体系结构的概念
本节介绍： ➢ 什么是软件体系结构 ➢ 体系结构与需求 ➢ 体系结构设计与详细设计的关系 ➢ 从多种视角探讨软件体系结构的不同表现形式
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7.1.1 何谓体系结构
➢ 软件体系结构包括三大要素： 组件(component) 连接件(connector) 约束(constraints) ➢ 连接件表示组件之间的连接和交互关系 ➢ 约束表示组件中的元素应满足的条件，以及组件经由连接
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何谓体系结构
➢ 图7.12所示的软件体系结构涉及的约束：
（1）位于较高层次的软件元素可以向低层元素发出 服务请求，低层元素完成计算后向高层元素发送 服务应答，反之不行；
（2）每个软件元素根据其职责位于最恰当的一个层 次当中，不可错置（如，核心层不能包含界面呈 现和界面输入接收职责，也不能直接与物理设备 交互）；
件组装成更大模块时应满足的条件。
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图7.12 家庭保安系统的体系结构雏形
用户界面层 输入键盘接口
显示面板接口(输入)
业务逻辑层 用户命令处理
命令
配置管理
日志管理
传感器监测
设备接口层 传感器接口
警报器接口
设备接口调用 报警电话接口
显示面板接口(输出)
传感数据上报
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先思考几个问题？
软件设计的基本原则？（回顾） 内聚与耦合的区别？（回顾） 软件设计的过程模型？（回顾）
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阅读书的第七章回答下列问题？
➢什么是体系结构？ ➢体系结构视图分为？ ➢体系结构常用哪几种UML图形机制表示
？
10分钟
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第七章 软件体系结构设计
7.1 软件体系结构的概念
一旦启动基于体系结构的详细设计，对体系结 构进行调优的代价将远大于算法调优的代价。
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软件体系结构设计
本章试图回答的问题 ➢ 对系统进行模块划分时，怎样划分才合理？ ➢ 在大型软件项目中，需求如此之多，如何基于需
求推导体系结构，如何确保体系结构满足软件需 求，尤其是非功能需求？ ➢ 是否存在指导软件体系结构设计的过程及方法学？
➢ 运行视图：软件运行时进程、线程的划分，它 们之间的并发与同步，瞬时快照——软件运行 过程中某个特定时刻活跃的对象及其协作关系， 以及它们与逻辑视图和开发视图之间的映射关 系。
➢ 数据视图：持久数据的存储方案，数据传递、 备份、恢复、同步方案，与物理视图之间的映 射关系。
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7.2 体系结构的表示
7.2 体系结构的表示
包图、构件图、部署图、对象图
7.3 体系结构设计的过程
7.4 体系结构设计模式
7.5 概念设计
7.6 体系结构精化
7.7 基于构件的体系结构
7.8 体系结构验证
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第七章 软件体系结构设计
➢ 软件体系结构的定义：
软件体系结构（architecture，也称“架构”） 从高层抽象的角度刻画组成目标软件系统的设计 元素（包括子系统、构件及类）以及它们之间的 逻辑关联。
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软件体系结构设计
➢ 体系结构设计的任务：建立满足软件需求 的软件体系结构。
体系结构既要明确定义软件各子系统、构件、 关键类的职责划分及协作关系，也要描绘它们 在物理运行环境下的部署模型；
体系结构还必须针对软件系统全局性、基础性 的技术问题给出技术解决方案，这种方案构成 目标软件系统的技术基础设施。
详细设计是针对软件体系结构中某个未展开模块的 局部设计，必须遵循体系结构中规定的原则、接口 及约束
详细设计只能实现、不能更改体系结构中规定的模 块的对外接口和外部行为；
软件体系结构必须为详细设计提供可操作的指 导和充分的约束。
7.1.2 体系结构视图
完整的软件体系结构应该包含以下视图：
➢ 逻辑视图：体系结构中各软件模块的逻辑 功能划分（或曰职责分派），以及基于这 种划分的协作行为。逻辑视图的示例见图 7.12。
7.2.1 包图
➢ 包图刻画包之间的构成和依赖关系。
包是UML模型的一种组织单元，它可以包含一组具有 逻辑关联的UML模型元素（例如用例、类等）、模型 图（例如用例图、类图、交互图、状态图、活动图 等），以及其他的包。
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可信计算终端系统平台安全体系结构
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软件体系结构设计
体系结构的重要性：
今天软件日益庞大复杂、交付时间日益紧迫、 详细设计和软件实现技术日益成熟，体系结构 设计已经成为软件质量的瓶颈。
与详细设计相比，体系结构设计对性能、灵活 性、可修改性、可扩充性等质量需求的影响是 全局性的、决定性的。
➢ 用于表示体系结构的逻辑视图的UML图形 机制主要是包图和构件图，有时还辅以类 图；
开发视图的表示可能会用到包图； 物理视图显然应表示为部署图； 因为运行视图涉及到并发、同步以及软件运行
过程中的瞬时快照，所以它应表示为活动图与 对象图； 数据视图一般表示为类图或者实体-关系图，
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举例：家庭保安系统软件
➢ 组件：
如，图7.12所示的体系结构将家庭保安系统软件 划分为界面、核心和物理设备接口三个层次
核心层负责存储所有业务数据并提供业务逻辑处理 功能
界面层负责向用户呈现家庭保安系统的操作界面， 接收用户的界面输入并将其转换为内部事件传递给 核心层。
物理设备接口层应核心层的要求向传感器、报警器、 报警电话等物理设备发送必要的控制指令，也负责 接收来自传感器的监测数据。