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软件详细设计第2章软件体系结构.ppt

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第2章 软件体系结构  2.1 软件体系结构的产生与发展   20世纪60年代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,整个系统的结构和规格说明显得越来越重要。软件危机的程度日益加剧,现有的软件工程方法对此显得力不从心。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的选择比起对计算的算法和数据结构的选择已经变得明显重要很多。在此背景下,人们认识到软件体系结构的重要性,并认为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。   自从软件系统首次被分成许多模块,模块之间有相互作用,组合起来有整体的属性,软件系统就具有了体系结构。好的开发者常常会使用一些体系结构模式作为软件系统结构的设计策略,但他们并没有规范地、明确地表达出来,这样就无法将他们的知识与别人交流。软件体系结构是设计抽象的进一步发展,满足了更好地理解软件系统,更方便地开发更大、更复杂的软件系统的需要。   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。体系结构(Architecture)一词在英文里就是“建筑”的意思。把软件比作一座楼房,从整体上讲,是因为它有基础、主体和装饰,即操作系统之上的基础设施软件、实现计算逻辑的主体应用程序、方便使用的用户界面程序。从细节上来 看每一个程序也是有结构的,早期的结构化程序就是以语句组成模块,模块的聚集和嵌套形成层层调用的程序结构,也就是它的体系结构。结构化程序的程序(表达)结构和(计算的)逻辑结构的一致性及自顶向下的开发方法自然而然地形成了体系结构。由于在结构化程序设计时代程序的规模不大,通过强调结构化程序设计方法学,自顶向下、逐步求精,并注意模块的耦合性就可以得到相对良好的结构,所以并未去特别研究软件体系结构。   我们可以作个简单的比喻,结构化程序设计时代是以砖、瓦、灰、沙、石、预制梁、柱、屋面板盖平房和小楼,而面向对象时代以整面墙、整间房、一层楼梯的预制件盖高楼大厦。构件怎样搭配才合理?体系结构怎样构造容易?重要构件有了更改后,如何保证整栋高楼不倒?每种应用领域需要什么构件(医院、工厂、旅馆)?有哪些实用、美观、强度高、造价合理的构件骨架使建造出来的建筑(即体系结构)更能满足用户的需求?如同土木工程进入到现代建筑学一样,软件也从传统的软件工程进入到现代面向对象的软件工程,研究整个软件系统的体系结构,寻求建构最快、成本最低、质量最好的构造过程。   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必威体育精装版的研究方向和独立的学科分支。软件体系结构研究的主要内容涉及软件体系结构描述、软件体系结构风格、软件体系结构评价和软件体系结构的形式化方法等。解决好软件的重用、质量和维护问题,是研究软件体系结构的根本目的。 2.1.1 软件体系结构的定义   虽然软件体系结构已经在软件工程领域中有着广泛的应用,但迄今为止还没有一个被大家所公认的定义。许多专家学者从不同角度和不同侧面对软件体系结构进行了刻画,较为典型的定义有:   (1)? Dewayne Perry和Alex Wolf曾这样定义: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,该特点在其他的定义和方法中基本上得到了保持。   (2)? Mary Shaw和David Garlan认为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,通信协议,同步与数据存取,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,包括全局组织和全局控制结构,关于通信、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。   (3)? Kruchten指出,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。   (4)? Hayes Roth则认为软件体系结构是一个抽象的系统规范,主要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。   (5)? Davi

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