軟件體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

第一局部一.概述一般認(rèn)為，一個(gè)軟件系統(tǒng)的體系構(gòu)造定義了組成該系統(tǒng)的計(jì)算構(gòu)件和構(gòu)件之間的相互作用關(guān)系?？梢杂靡粋€(gè)三元組來(lái)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(gè)系統(tǒng)所需的根本功能和操作，構(gòu)成了一個(gè)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(shí)現(xiàn)機(jī)制，如協(xié)議〔連接的交互特性、數(shù)據(jù)模式〔通信過(guò)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(dá)為組件與組件之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，可能最終是由相互連接的組件各自實(shí)現(xiàn)一局部。在一個(gè)大規(guī)模軟件系統(tǒng)的開發(fā)中，必需從一個(gè)較高的層次來(lái)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?fù)錁?gòu)造。這些要素應(yīng)當(dāng)滿足肯定的限制，遵循肯定的設(shè)計(jì)規(guī)章，能夠在肯定的環(huán)境下進(jìn)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(shè)計(jì)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?；^(guò)程。二．軟件體系構(gòu)造的構(gòu)建風(fēng)格①管道-過(guò)濾器風(fēng)格在管道-過(guò)濾器風(fēng)格下，每個(gè)功能模塊都有一組輸入和輸出。功能模塊稱作過(guò)濾器〔filter管道pipe。能，相互之間無(wú)需進(jìn)展?fàn)顟B(tài)交互。過(guò)濾器是獨(dú)立運(yùn)行的構(gòu)件，非接近的過(guò)濾器之間不共享狀態(tài)，過(guò)濾器自身無(wú)狀態(tài)過(guò)濾器對(duì)其處理上下連接的過(guò)濾器“無(wú)知結(jié)果的正確性不依靠于各個(gè)過(guò)濾器運(yùn)行的先后次序，各過(guò)濾器在輸入具備后完成自己的計(jì)算，完整的計(jì)算包含在過(guò)濾器的拓?fù)錁?gòu)造中。一個(gè)管道-過(guò)濾器風(fēng)格的示意圖如以下圖所示：PipesFiltersPipesFiltersSystemSystemSimple:PipeFilterGrepSplitterMergeAndSortMergeAndSortMergeSort管道-過(guò)濾器風(fēng)格優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)T將整個(gè)系統(tǒng)的輸入輸出行為理解為單個(gè)過(guò)濾器行為的疊加與組合化繁為簡(jiǎn)。將系統(tǒng)抽象成一個(gè)“黑箱系統(tǒng)中最終一個(gè)過(guò)濾器的輸出管道，而其內(nèi)部各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)濾器風(fēng)格的系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性的過(guò)濾器可以添加到已有的系統(tǒng)上標(biāo)之一，在管道-過(guò)濾器模型中，只要遵守輸入輸出數(shù)據(jù)規(guī)約，任何一個(gè)過(guò)濾器都可以被另和可升級(jí)性得到了保證。鎖檢測(cè)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(guò)濾器風(fēng)格具有并發(fā)性每個(gè)過(guò)濾器作為一個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行任務(wù)理速度管道-過(guò)濾器風(fēng)格缺乏：交互式處理力量弱。管道-過(guò)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(gè)過(guò)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(chǔ)器中讀取來(lái)，或者是由另一個(gè)過(guò)濾器的輸出導(dǎo)入進(jìn)來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)沒有一個(gè)共享的數(shù)據(jù)區(qū)。這樣，當(dāng)用戶要操作某一項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，要涉及到多個(gè)過(guò)濾器對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)的操作，其實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。由以上的缺點(diǎn)，可以對(duì)每個(gè)過(guò)濾器增加相應(yīng)的用戶掌握接口，使得外部可以對(duì)過(guò)濾器的執(zhí)行進(jìn)展掌握。管道-過(guò)濾器風(fēng)格往往導(dǎo)致系統(tǒng)處理過(guò)程的成批操作。設(shè)計(jì)者或許不得不花費(fèi)精力協(xié)調(diào)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)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(shí)行加密等手段導(dǎo)致過(guò)濾器必需對(duì)輸入、輸出管道中的數(shù)據(jù)流進(jìn)展解析或反解析，增加了過(guò)濾器具體實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單性面對(duì)對(duì)象風(fēng)格特征概述應(yīng)用場(chǎng)合

面相對(duì)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(rèn)的系統(tǒng)也常常應(yīng)用了面對(duì)對(duì)象風(fēng)格。面對(duì)對(duì)象風(fēng)格的體系構(gòu)造圖面對(duì)對(duì)象風(fēng)格優(yōu)點(diǎn)：高度模塊性，封裝功能，代碼共享，敏捷性，易維護(hù)性，可擴(kuò)大性面對(duì)對(duì)象風(fēng)格缺乏：面對(duì)對(duì)象風(fēng)格最大的缺乏在于假設(shè)一個(gè)對(duì)象需要調(diào)用另一個(gè)對(duì)象，它就必需知道那個(gè)對(duì)象的標(biāo)識(shí)〔對(duì)象名或?qū)ο笠?，這樣就無(wú)形之中增加了對(duì)象之間的依靠關(guān)系。假設(shè)一個(gè)對(duì)運(yùn)行。層次系統(tǒng)風(fēng)格些層實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)(在另一些層次系統(tǒng)中層是局部不透亮的)。連接件通過(guò)打算層間如何交互的協(xié)議來(lái)定義，拓?fù)浼s束包括對(duì)相鄰層間交互的約束。用不同的方法實(shí)現(xiàn)，同樣為軟件重用供給了強(qiáng)大的支持。一個(gè)概念上的分層模型如以下圖所示：功能層功能層〕核心層〕應(yīng)用層〕分層風(fēng)格具有一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)者無(wú)法抗拒的優(yōu)勢(shì)：分層風(fēng)格支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的逐級(jí)抽象，基于分層風(fēng)格的系統(tǒng)具有較好的可擴(kuò)展性，分層風(fēng)格支持軟件復(fù)用分層風(fēng)格缺乏：并不是全部的系統(tǒng)都適合用分層風(fēng)格來(lái)描述的，對(duì)于抽象出來(lái)的功能具體應(yīng)當(dāng)放在哪個(gè)層次上也是設(shè)計(jì)者頭疼的一個(gè)問題解釋器風(fēng)格基于解釋器風(fēng)格的系統(tǒng)核心在于虛擬機(jī)。一個(gè)基于解釋器風(fēng)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(yǔ)法解釋器和解釋器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)解釋器風(fēng)格示意圖如以下圖所示：存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)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(fēng)格優(yōu)點(diǎn)：解釋器風(fēng)格使用類來(lái)表示文法規(guī)章，用戶可以使用繼承來(lái)轉(zhuǎn)變和擴(kuò)展文法。已有的表達(dá)式可以承受增量的方式漸漸擴(kuò)大，而的表達(dá)式可以定義為舊表達(dá)式的變體；易于實(shí)現(xiàn)文法?？梢杂枚喾N操作來(lái)“解釋”一個(gè)句子。解釋器風(fēng)格缺點(diǎn)：無(wú)法解釋簡(jiǎn)單的文法規(guī)章：對(duì)于比較簡(jiǎn)潔的文法規(guī)章，解釋器風(fēng)格工作的很好，而對(duì)于簡(jiǎn)單的文法規(guī)章，則由于文法層次的浩大而難于治理；應(yīng)用范圍比較狹窄；在文法規(guī)章比較簡(jiǎn)單，則文法的層次變得無(wú)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(fēng)格掌握工程是一個(gè)格外強(qiáng)調(diào)方法論的專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域的。為了將過(guò)程掌握方法從單純的掌握領(lǐng)域中抽象出來(lái)，我們引入了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的概念。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)表示信號(hào)處理和傳輸?shù)囊粋€(gè)功能單元〔例如：信號(hào)可以是能量、材料、輸入量和輸出量來(lái)考慮。N.Wiener概念來(lái)總結(jié)。掌握論也可以應(yīng)用于軟件體系構(gòu)造的創(chuàng)立。依據(jù)上述的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的定義，在系統(tǒng)中必定存在信號(hào)的處理和傳輸。這時(shí)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(dòng)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)輸出量2輸入量3輸出量3除了用方框圖來(lái)表達(dá)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)以外，還可以用信號(hào)流圖，如以下圖所示：UUGYUYG節(jié)點(diǎn)支路節(jié)點(diǎn)WEGUWEU1G--G2GZZWEGUWE1G-U-G2G一般的動(dòng)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(shí)際應(yīng)用中這兩種不同的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)往往很簡(jiǎn)潔混淆在一起，對(duì)它們之間的區(qū)分強(qiáng)調(diào)的不夠?，F(xiàn)在通過(guò)一個(gè)市內(nèi)暖氣系統(tǒng)來(lái)指出這兩者之間的不同和一樣之處。開環(huán)掌握?qǐng)D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?qǐng)D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(fù)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(gè)閉合的作用過(guò)程〔掌握回環(huán)；依據(jù)閉環(huán)作用原理可增加抗干擾性〔負(fù)反響；可能不穩(wěn)定，也即被控量不再衰減，而是增長(zhǎng)到無(wú)窮大〔理論上。開環(huán)掌握表示一個(gè)開放的作用過(guò)程〔掌握序列；只能對(duì)抗指定由其處理的干擾，對(duì)于其他一些干擾因素?zé)o法消退；只要被掌握對(duì)象自己保持穩(wěn)定，整個(gè)開環(huán)掌握系統(tǒng)也就保持穩(wěn)定。反響掌握環(huán)風(fēng)格根本構(gòu)造以閉環(huán)掌握系統(tǒng)為例分析過(guò)程掌握環(huán)的根本構(gòu)造；一個(gè)自動(dòng)掌握系統(tǒng)包括如下4個(gè)主要組成局部：被控對(duì)象、測(cè)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(cè)量環(huán)節(jié)被控量被控對(duì)象負(fù)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(yīng)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(yīng)模塊⑥倉(cāng)庫(kù)風(fēng)格數(shù)據(jù)構(gòu)造據(jù)存貯上執(zhí)行，倉(cāng)庫(kù)與外構(gòu)件間的相互作用在系統(tǒng)中會(huì)有大的變化。倉(cāng)庫(kù)是一傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)庫(kù);另一方面，假設(shè)中心數(shù)據(jù)構(gòu)造的當(dāng)前狀態(tài)觸發(fā)進(jìn)程執(zhí)行的選擇，則倉(cāng)庫(kù)是一黑板系統(tǒng)。黑板系統(tǒng)的組成：學(xué)問源。學(xué)問源中包含獨(dú)立的、與應(yīng)用程序相關(guān)的學(xué)問，學(xué)問源之間不直接進(jìn)展通訊，它們之間的交互只通過(guò)黑板來(lái)完成。黑板數(shù)據(jù)構(gòu)造。黑板數(shù)據(jù)是依據(jù)與應(yīng)用程序相關(guān)的層次來(lái)組織的解決問題的數(shù)據(jù)，學(xué)問源通過(guò)不斷地轉(zhuǎn)變黑板數(shù)據(jù)來(lái)解決問題。掌握。掌握完全由黑板的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)，黑板狀態(tài)的轉(zhuǎn)變打算使用的特定學(xué)問。三．總結(jié)軟件體系構(gòu)造風(fēng)格為大粒度的軟件重用供給了可能。然而,對(duì)于應(yīng)用體系構(gòu)造風(fēng)格來(lái)說(shuō),由于視點(diǎn)的不同,系統(tǒng)設(shè)計(jì)師有很大的選擇空間。要為系統(tǒng)選擇或設(shè)計(jì)某一個(gè)體系構(gòu)造風(fēng)格,必需依據(jù)特定工程的具體特點(diǎn),進(jìn)展分析比較后再確定,體系構(gòu)造風(fēng)格的使用幾乎完全是特化的。在本文中,我們只表達(dá)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(qiáng)項(xiàng)和弱點(diǎn),一個(gè)系統(tǒng)的體系構(gòu)造應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)展選擇,以解決實(shí)際問題。其次局部分層風(fēng)格實(shí)例：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)者將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)局部按其功能劃分為假設(shè)干個(gè)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(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、7層應(yīng)用層，用于同應(yīng)用效勞之間1對(duì)等層的協(xié)議來(lái)進(jìn)展虛擬通信。應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用掌握項(xiàng)〔資源子網(wǎng)〕表示層表示層會(huì)話層會(huì)話層傳輸層傳輸層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層通訊掌握項(xiàng)〔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(fù)責(zé)在物理信道上傳輸原始的數(shù)據(jù)bit流。它應(yīng)當(dāng)供給為建立、維護(hù)和撤除物理鏈路連接所需的機(jī)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(cuò)和流量掌握，負(fù)責(zé)結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過(guò)過(guò)失掌握供給數(shù)據(jù)幀〔Frame〕的無(wú)過(guò)失傳輸，并進(jìn)展數(shù)據(jù)流量掌握。第3層是網(wǎng)絡(luò)層NetworkLaye，它的主要功能是路由掌握〔找路、擁塞掌握和〔Packet，也叫報(bào)文分組在結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)展交換傳送，并且負(fù)責(zé)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(yīng)當(dāng)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(duì)上層屏蔽了傳輸系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)。第5層是會(huì)話層SessionLaye務(wù)。第6層是表示層Pre