第3章 软件工程概要设计和详细设计

分布式结构的主要优势
① 资源共享：系统中每个服务节点上的资源都 可以被系统使用 ② 开放性高：系统可以方便增删不同软、硬件 结构的节点 ③ 可伸缩性好：系统可以方便的增删新的服务 资源以满足需要 ④ 容错能力强：分布式系统中的信息冗余可以 容忍一定的软、硬件故障 ⑤ 透明性高：系统中的结点一般只需知道服务 的位置而不必清楚系统的结构。
•客户端的功能单一，变得更瘦；
•每一层可以被单独改变；
•降低了部署与维护的开销，提高了灵活性、可伸缩性
•应用程序各部分之间松散耦合，从而使应用程序各部 分的更新相互独立
•业务逻辑集中放在服务器上由所有用户共享，使得系 统的维护和更新变得简单，也更安全。
现在越来越多的应用采用多层结构，以适应不断 变化的用户需求。
三 软件设计目标
软件设计的目标 就是构造一个高内聚低耦合 的软件模型。
高可靠 性 高效率 高可维 护性
软件 设计
软件设计的目标
高可理 解性
可  根据以下准则来衡量软件设计的目标：
⑴ 软件实体有明显的层次结构，利于软件元素间 控制； ⑵ 软件实体应该是模块化的，模块具有独立功能； ⑶ 软件实体与环境的界面清晰； ⑷ 设计规格说明清晰、简洁、完整和无二义性。 常用的设计方法有： SD法、 OOD法、 Jackson法、 HIPO法、 Parnas法、 Warnier法等。
子系统1 子系统2
……
子系统n
中央数据仓库(Repository) 仓库结构
各子系统共享中央数据库中的数据—共享容器模型 各子系统可以有自己的数据库，子系统之间通过消 息传递实现数据交换。
设计编辑器 设计转换器 代码生成器 程序编辑器
项目存储
设计分析器
报告生成器
集成CASE工具集的体系结构
适宜命令控制系统、CAD系统
二、分布式结构（Distributed System Architecture）
仓库模型的特点是各种功能紧紧耦合在一起，所 有计算都在一台主机系统中完成，主机系统压力很大。 解决方案： 1. 采用更强劲的处理器，或者多处理器 2. 采用分布式结构，充分发掘网络计算能力，实现 网络计算 分布式结构中，合作的多方都会利用各自的计算 能力负责一定的计算工作，从而提高整个系统的能力 和效率。
三、 客户机/服务器模型（Client/Server Architectural Model） C/S结构是一种分布式模型，采用发请求、得结 果的模式： 客户机 向服务器发出请求(数据请求、网页请求、 文件传输请求等等)， 服务器 响应请求，进行相应的操作，将结果回传给 客户机，客户机再将格式化后的结果呈现给用户。 C/S结构的应用都由三个相对独立的逻辑部分组成：
3.2 软件体系结构设计
软件体系结构提供了结构、行为和属性的高级抽 象，确定了系统的组织结构和拓扑结构，显示了系统 需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些 设计决策的基本原理。 体系结构的设计过程的主要活动： 1.系统分解—将系统分解为若干相互作用的子系统。 2.控制建模—建立系统各部分间控制关系的一般模型。
•界面设计是对系统边界的描述，用户界面是用户和 系统进行交互的工具，人机接口直接影响软件的寿命。
二 软件设计阶段
软件设计分为总体设计和详细设计两个阶段。 其工作流程可用下图表示：
修 需求 说明书 软件 总体 结构 设计 改 修 改 设计说 明书
复审
详细 可接受 设计 模块描述
配，可以实现进程迁移。
五、 中间件（Middleware) 现代应用系统的特点： •分布性：整个任务不只是在单机上运行、而是在网络 中多台计算机上的相关应用共同协作完成，这需要考虑 网络传输、数据安全、数据一致性、同步等诸多问题
•异构性：支持应用的计算机硬件、操作系统、网络协 议、数据库系统，以及开发工具种类繁多，需要考虑数 据表示、调用接口、处理方式等诸多问题 •动态协作性：参与协作的应用允许位置透明性、迁移 透明性、负载平衡性等需求。
ORB保证了系统通信的透明性，系统的各个部分无缝 的集成在一起。 流行的ORB技术标准有两种： CORBA(Common Object Request Broker Architecture) DCOM(Distributed Component Object Model) 分布式对象结构具有优良特性： 1.可在系统布署完成后，再具体考虑服务的分布和 如何提供服务的问题。 2.具有开放式结构，提供了极好的灵活性和可伸缩 性。可方便插入服务，可动态加载服务。
例：Two Tier Client/Server Architectural Model
client1
client2
client3
client4
Wide-bandwidth netwok
Catalogue server
video server
catalogue
Film clip files
picture server digitised photographs
在多层模型中，中间层会用到应用服务，包括事务服 务 、 消 息 服 务 等 等 。 常 见 的 事 务 服 务 器 有 Microsoft Transaction Server ， 消 息 服 务 器 有 Microsoft Message Queue。
客户端 用户界面
应用服务器1
应用逻辑
…
应用服务器n
O1 S(O1)
O2
On
…
S(O2) 软件总线(ORB) S(On)
分布式对象结构
分布式对象结构中对象可能分布在网络的各个 节点而不是集中在某一台硬件服务器上。软件总线 可以将分散的对象提供的服务串起来。 “软件总线(Software Bus)”的中间件(Middleware) 即对象请求代理(Object Request Broker，简称ORB) 分布式对象结构具有很好的开放性和透明性， 用户可以非常方便地在总线上添加、更新或删除组 件对象。
用户界面：数据表示层，实现与用户交互
应用逻辑：业务逻辑层，进行具体运算和数据处理 数据访问：数据访问层，完成数据查询、修改、更新等任务
三种逻辑之间的关系
1. 两层客户机/服务器模型 Two Tier Client/Server Architectural Model
客户1 客户2 客户N 请求 网络 请求 服务器1 服务器2 两层Client/Server结构 服务器M
1、设计阶段结束要交付的文档是设计说明书，根据 设计方法的不同，有不同的设计文档。
2、每个设计步骤完成后，都应进行复审。
•从工程管理的角度来看，软件设计分两步完成；分 为总体设计（概要设计）和详细设计两个阶段。 •首先作总体设计，将软件需求转化为数据结构和软 件的系统结构，划分出系统的物理元素：程序、数据 库、过程、文件、类等；然后是详细设计，即过程设 计，通过对结构表示进行细化，得到软件详细的数据 结构和算法。
C/S应用1 客户端 C/S应用2 C/S应用3
用户界面 逻辑应用
用户界面 客户端逻 辑应用 网 络
用户界面
服务器
数据访问
服务端逻辑 应用
逻辑应用 数据访问
数据访问
应用逻辑层的映射情况
两层C/S架构将数据表示和处理逻辑分开 ，功能相对单一， 维护和升级比集中式结构简单。但应用逻辑和两端之一是紧耦 合的 ，不适宜多用户、多数据库，非安全的网络环境。
3.模块分解 — 将子系统进一步划分为模块。
完整的系统都是由若干功能相对独立的子系统聚合 而成的，每个子系统又都通过某种方式来共享数据。
注意: 往往子系统与模块之间没有明显界限.
体系结构设计是软件设计的第一个阶段，该阶段侧 重于系统宏观结构的设计，而不关心模块的内部算法。
体系结构的分类：
一、仓库模型（The repository model） 也称“容器模型 ”，是一种集中式的模型。各子 系统可以直接访问中央数据仓库存储的共享数据。子 系统之间紧密耦合。
hypertext server
hypertext web
电影图片库系统的体系结构
2.三级/多级应用模型(Three/Multi Tier Model)
第一级是数据库管理结点(database management node)。 第二级或中间级是“商业逻辑结点” (business logic node)， 是指具体应用中实施的程序逻辑和法则。 第三级是用户界面级，强调高效、方便易用的用户界面。
•数据设计侧重于软件数据结构的定义。确定数据的 类型，组织、存取方式，相关程度。
•系统结构设计定义软件系统的整体结构，是软件开 发的核心步骤，在设计步骤中，建立软件主要成份之 间的关系。合理的模块划分可以降低软件开发的复杂 度，同时也能提高软件的可重用性。 •过程设计则是把结构成份转换成软件的过程性描述。
分布式结构主要不足
① 复杂性：分布式系统比集中式系统要复杂得多， 集中式系统的性能主要依赖于主机的处理能力， 而分布式系统的性能还依赖于网络带宽
② 安全性：网络环境面临着各种威胁，如病毒、 木马、非法访问，安全问题十分突出
③ 可管理性：开放性造成异构性，造成管理困难 ④ 不可预知性：系统响应时间受网络负载等网络 环境的影响。
ClientA ClientB ClientC ClientD
第三级
客 户 机
business logic node（商业逻辑结点）

服 务 器
Security
（安全）

Event
（事件）

Search
（搜索）
第二级
Database management node
（数据库管理结点）
第一级
结果
C/S的工作模式是一种远程过程调用(RPC，Remote Procedure Call)模式，允许客户端和服务器端有不同的软 硬平台，客户与服务器不是一对一的，体现系统开放性。