分布式体系结构
(软件工程理论、方法与实践)第8章分布式系统体系结构
总结词
基于代理的分布式系统通过使用智能 代理来处理分布式任务，具有自治性、 智能性和协作性等特点。
详细描述
基于代理的分布式系统案例包括：1. 分布式 计算市场案例，如网格计算和云计算平台， 通过智能代理实现资源的共享和交易；2. 智 能家居案例，通过智能代理实现家庭设备的 互联和控制，提高生活便利性。
VS
开发环境
为了更好地进行分布式系统的开发，需要 构建一个适合的开发环境。这个环境需要 包括多个节点，以便模拟分布式系统的运 行环境。此外，开发环境还需要提供一些 工具和服务，如远程调试、日志分析等， 以方便开发人员进行开发和调试。
分布式系统的测试技术与方法
测试技术
分布式系统的测试需要使用特定的技术，如 压力测试、性能测试、一致性测试等。这些 技术可以帮助开发人员检测分布式系统在不 同负载和不同环境下的性能和稳定性。
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服务具有明确定义的接口和标准化的契约，使得服务之间可以相互独立地交互。基于服务的架构设计 方法注重可重用性和灵活性，有助于构建模块化、可扩展和可维护的分布式系统。
基于事件的设计方法
总结词
基于事件的设计方法是一种以事件为中心的设计方法，通过事件驱动机制实现分布式系 统中的异步通信和协同工作。
详细描述
分布式系统的中间件技术
1 2
信息系统集成的体系结构
04 信息系统集成的实施过程
需求分析
需求调研
通过与利益相关者的沟通，了解其对 信息系统的需求和期望，为后续的系 统设计提供依据。
需求规格说明
将调研结果整理成需求规格说明书， 明确系统的功能、性能、安全等方面 的要求。
系统设计
系统架构设计
根据需求规格说明书，设计系统的整体架构 ，包括硬件和软件结构、网络拓扑等。
特点
信息系统集成具有跨学科、跨领域的特点，涉及计算机科学、管理科学、工程等多个领域；同时，信 息系统集成需要综合考虑硬件、软件、网络、数据等多个方面，实现系统的整体优化。
信息系统集成的重要性
1 2 3
提高信息共享效率
信息系统集成能够打破信息孤岛，实现信息资源 的共享，提高信息传递和利用的效率。
提升组织协同能力
和协同工作。
B
C
D
硬件集成挑战
硬件集成面临的主要挑战包括设备多样性、 接口标准和安全控制等问题，需要采取相 应的措施进行管理和保护。
硬件集成技术
硬件集成涉及的技术包括硬件描述语言、 嵌入式系统和物联网等，以确保硬件设备 的互操作性和可靠性。
03 信息系统集成的体系结构
联邦式体系结构
总结词
联邦式体系结构是一种将多个独立系统通过标准接口集成为一个整体的结构。
系统验收
根据需求规格说明书，对系统进行验收，确 保系统满足用户需求。
Jini分布式计算体系结构探讨
第 ５期
刘 夕 炎 ： ｎ 分 布 式 计 算 体 系结 构 探 讨 Ｊｉ ｉ
４９ ８
２ Ｊ ｉ 算 环 境 ｉ 计 ｎ
Ｓ Ｎ公 司推 出 了具 有革 命性 的新技 术 Ｊ ｉ是一 种 全 新 的分 布式 计 算环 境 。Ｊ ｉ 术 建 立 在 Ｊｖ Ｕ ｉ， ｎ ｉ 技 ｎ ａａ软件 框架 之上 ， 支持 网络设 备 即插 即用 ，ｉｉ 目标 是将 网络转 变成 一个 易 组织 、 管理 的柔 性 环境 ， 用户 能够 Ｊ 的 ｎ 易 使 在 网络上共 享服务 和 网络资 源 ， 供 给用 户更 容 易 地访 问 网络 资 源 的能 力 ， 将计 算 设 备 和 软件 组 件 动态 提 能 组成一 个分 布式计 算 系统 ， 户能 够动 态查找 和使 用硬 件设备 、 件组件 ， 于 Ｊ ｉ 用 软 基 ｉ 的分 布式计 算体 系结 构 ， ｎ 能更好 解决 上述分 布式 体系结 构存 在 的问题 ， 更适 用于分 布式 计算 剖。Ｊ ｉ 算环 境如 图 １ ｉ计 ｎ 所示 。
第２ ７卷 第 ４期
ＶｏＩ ７ ＮＯ． １２ ４
重庆 工 商大 学学报 （ 自然科 学版 ）
ＪＣ ｏｇ ｉ ｅｈｏ Ｂ ｓ ｅｓ ｎｖ （ ａ Ｓｉ ｄ ｈｎｑｎ Ｔ ｃｎｌ ｕｉ ｓ Ｕ ｉ． Ｎ ｔ ｅ Ｅ ） ｇ ｎ
２１ ０ ０年 ８月
Ａｕ ． ０１ ｇ ２ ０
计算机体系结构
计算机体系结构
计算机体系结构是指计算机硬件与软件之间的结构和组织方式，包
括计算机系统的层次、组件之间的连接方式、数据流以及控制流等。
它是计算机科学中的一个重要概念，对于理解计算机工作原理和优化
计算机性能具有重要意义。
一、引言
计算机体系结构是计算机科学领域中一项关键内容。它关注计算机
硬件和软件之间的交互和组织方式，是计算机系统设计的基础。本文
将介绍计算机体系结构的基本概念、组成以及它对计算机性能的影响。
二、计算机体系结构的基本概念
1. 冯·诺依曼体系结构
冯·诺依曼体系结构是计算机体系结构的基础，提出了程序存储器和数据存储器的概念，启发了后来计算机的设计思想。在冯·诺依曼体系
结构中，程序和数据被存储在同一块内存中，通过控制器实现程序和
数据的读写。
2. 分布式体系结构
分布式体系结构是一种多台计算机相互协作的体系结构，每台计算
机具有独立的处理能力，通过通信网络进行数据交换和协作。分布式
体系结构具有高可靠性、高性能和可扩展性等优势，广泛应用于大规
模计算和数据处理领域。
3. 多核体系结构
多核体系结构是一种将多个处理核心集成到单个芯片上的体系结构。多核体系结构有助于提高计算机的处理性能和并发能力，适用于并行
计算和多任务处理。
三、计算机体系结构的组成
1. 中央处理器（CPU）
中央处理器是计算机体系结构的核心组件，负责执行计算机指令和
控制计算机的工作流程。它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器等。
2. 存储器
存储器用于存储计算机的程序和数据，分为主存储器和辅助存储器。主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），辅助
第2章DCS的体系结构
第2章DCS的体系结构
DCS（分布式控制系统）的体系结构是一种分布式控制系统的最基本
的架构，它描述了整个系统的组成部分与其互相之间的关系以及系统的功
能特性，从而实现有效的系统集成，它们均由一系列的子系统（模块）组成，如：控制器、I/O模块、人机接口模块、报警处理模块和通信模块等，每个模块都有自己独特的功能，它们之间进行交互及交换信息，以支持整
个系统的运行。
DCS的体系结构主要分为以下几个部分：
硬件部分：DCS以单片机（SCM）为核心，连接一系列外部设备，如
I/O模块、存储模块和现场总线模块等。
软件部分：主要包含操作系统（OS）、应用软件和通信模块。操作系
统可以是嵌入式操作系统，也可以是客户端/服务器操作系统；应用软件
就是用户以不同的方法去实现不同功能的程序；通信模块则是用来实现DCS与客户端、服务器之间的信息交换的模块。
模块部分：模块是DCS的主要组成部分，它们由多个子模块（子系统）组成。
体系结构模式
体系结构模式
介绍
在软件开发中，体系结构模式是指为了实现某一特定系统或项目而构建的整体架构。它包含了系统的组织结构、模块之间的关系、数据流和控制流等关键要素。体系结构模式与设计模式不同，它强调的是系统整体的架构，而设计模式更关注单个模块或组件的设计。
体系结构模式是一种高级的设计模式，它提供了一种对系统进行划分、组织和管理的方法。通过使用体系结构模式，可以使系统具有良好的可维护性、可扩展性、可重用性和可测试性，并且能够满足系统的性能、可靠性和安全性要求。
体系结构模式的分类
体系结构模式可以分为三大类：结构型体系结构模式、行为型体系结构模式和并发型体系结构模式。
结构型体系结构模式
结构型体系结构模式关注系统中不同模块或组件的结构以及它们之间的关系。常见的结构型体系结构模式包括：
1. 分层体系结构模式
分层体系结构模式将系统分为不同的层次，每一层都负责处理特定的功能。通常，每一层只与相邻的一层进行通信，使得系统更易于维护和扩展。
2. 客户端-服务器模式
客户端-服务器模式将系统分为客户端和服务器两部分，客户端负责发送请求，服
务器负责处理请求并返回响应。这种模式常用于分布式系统和互联网应用中。
MVC模式是一种常用的软件架构模式，它将系统分为模型(Model)、视图(View)和控制器(Controller)三部分。模型负责处理数据，视图负责展示数据，控制器负责接收用户的输入并进行相应的处理。
行为型体系结构模式
行为型体系结构模式关注系统中不同模块或组件的行为以及它们之间的协作方式。常见的行为型体系结构模式包括：
分布式仿真高层体系结构(HLA)核心RTI测试与分析
摘要
分布式交互仿真指采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过局域网和广域网将分布在各地的各种仿真器互连，使人可参与交互作用的一种综合环境。经过几十年的发展，分布式仿真技术目前已成功地应用于医学、军事、航空、设计制造业、建筑、教育及娱乐等众多领域。同时对分布式仿真技术本身的研究也得到了广泛地开展，自从上世纪80年代以来逐步出现了SIMNET、ALSP、DIS、ADS等标准和技术，但是利用这些技术和标准开发的仿真应用只有有限的可重用性和互操作性，不能满足越来越复杂的作战仿真应用。因此为了提高各种仿真应用的可重用性和互操作性，美国国防部于1995年发布了建模与仿真计划，决定在国防部范围内建立一个通用的开放的仿真技术框架，而HLA（High Level Architecture，高层体系结构）是此技术框架的核心。在1996年8月美国国防部完成了HLA 标准的基础定义，并于2000年10月被IEEE接受为IEEE P1516、IEEE P1516.1、IEEE P1516.2系列标准。
HLA标准由规则、接口规范、对象模型模板三部分组成，而RTI（Run-Time Infrastructure，运行时底层结构）是实现HLA标准中接口规范的软件，它以类似于分布式操作系统为应用程序提供服务的方式给仿真应用提供了联邦管理、声明管理、对象管理、时间管理、数据分发管理、所有权管理和支持的服务等七组服务，但是RTI本身并不属于HLA标准。目前有很多研究团体和个人致力于开发RTI软件，现有较为典型的RTI软件包括DMSO RTI，pitch 公司pRTI1.3、pRTI1516，MÄK RTI，以及北京航空航天大学的DVE_RTI等，但是这些RTI 软件往往不是共享或开放源代码的。为了满足扩展性的需求，我们根据HLA 1.3接口规范标准自行开发了具有高度可扩展性的RTI软件CADRTI。
集中式结构与分布式结构的比较
集中式结构与分布式结构的比较
目前，在IT系统架构设计中，对于服务器的配置方案主要有两种。
●分散式，即根据业务功能、模块设计或行政部门及机构的不同，采用相对分散的
中小型服务器；
●集中式，即将所需的主机资源集中到少数的几台大型服务器中。
这两种方式，在投资成本、业务支撑及扩展能力、维护管理、方案拓展等方面，存在着比较显著的差异。
（1）业务支撑及扩展能力
采用三层结构设计的系统中，数据库层和应用层一般支持横向和纵向两种扩展方式。其中，横向指通过增加服务器台数来扩展某一层次的处理能力，纵向指通过对单台主机的CPU、内存等配件扩充来提高某一层次的处理能力。
分散式结构下，由于单台主机的处理能力比较有限，所以数据库层和应用层将主要依赖于横向扩充方式来支撑业务的扩展。横向扩充方式的实现，并不等同于简单地增加机器，有两个前提必须要满足。一是多台数据库服务器必须能够并行运行，这就要求使用并行版数据库软件。二是应用系统必须基于并行数据访问方式进行开发。在实际地使用中，由于并行版数据库软件使用较难、维护费用高、应用软件大多没有基于并行方式开发等原因，横向扩充方式实现起来相对较难。当业务处理需求发展到一定程度时，单台主机的处理能力，尤其是数据库服务的地处理能力，往往成为制约整体业务扩充能力的薄弱环节。
集中式结构下，除了可以采用横向方式进行扩充外，由于单台主机具备较好的扩充能力，因此可以采用纵向方式进行处理能力的扩充。纵向扩充方式，仅涉及硬件配件的增加，数据库软件和应用软件不需调整，实现起来相对容易。
（2）投资成本
常用的分布式体系结构
常用的分布式体系结构
分布式结构是相对于集中式结构而言的，整个应用系统的执行是分成多个不同的部分并且执行在不同的机器之中。常用的分布式体系结构有两层C/S
(Client/Server)体系结构和三层C/S体系结构。
(1)两层C/S体系结构
两层C/S体系结构将数据存取和应用程序分离开来，由数据服务器执行数据操作，客户机来执行应用程序。用户在客户端通过网络同服务器打交道，客户端包括用户界面和业务逻辑，网络上传送的数据主要是客户端向服务器发出的请求以及服务器发送给客户端的响应结果和出错息。
两层C/S体系结构能较好的实现分布式机制，它优化了网络利用率，减少网络流量，客户机只把请求的内容传给服务器，服务器也只是返回最终结果，系统中不必传输整个数据文件的内容。两层C/S体系结构响应时间较短，其原因之一是网络的流量减少了，特别是如果允许在本地留下远端数据库的副本时，数据查询的性能会得到很大的提高。另外，通过把应用程序同它们处理的数据隔离，可以使数据具有独立性，这样，服务器就能对数据的存取进行充分而且有效的控制，未通过鉴别和授
权的用户将无法对数据进行非法访问，系统数据的完整性可以得到充分的保证。
然而随着息系统结构的复杂和规模的日益扩展，两层C/S 系统结构成功的背后却逐渐暴暴露其构架上的缺点。具体表现在以下几方面：对客户端处理能力要求高，数据显示和数据处理都由客户端完成的工作方式增加了客户端的处理负担，对客户端的软硬件性能要求高，增大了系统投资规模。代码的可重用性差，客户端的处理逻辑和代码只能为其单独使用，导致重复开辟，延长了开辟周期，提高了开辟成本。系统可维护性差，系统数据处理逻辑或业务逻辑的改动需要修改每个客户端的数据处理步伐，为维护工作带来极大的不便。可扩展性差，由于受到客户端与数据库服务器有效连接数目的限制，两层式应用步伐的规模受到很大限制，扩展困难，不利于用户应用系统的逐步完善和扩充，也不能很好地保护用户已有投资。
分布式数据库的系统结构
3
❖上图只画了I结点。
❖每个结点均有一个DDBMS复本和自己 的局部DBMS软件。除LDBMS外其他功 能均属于分布式数据库管理范畴。
❖以结点I为例讨论其工作过程：
1、应用程序经用户接口的预处理 程序，提取出有关数据访问部分， 每一次数据库访问，作为一个全局 事务，交由DDBMS执行。
?distributedrecoverproblems?本章将讨论上述问题1421distributionandmanagementofdatalogdirectory15?分布式数据库的数据目录内容与集中式数据库数据目录基本相同但除集中式数据库数据目录内容之外还要增加数据分布信息
分布式数据库的系统结构，可分 为两类：
❖因为一个事务虽然被分解成一组子事 务，由各自相应结点执行，但仍须保 证全局事务在并发和故障情况下，遵 守ACID准则。
❖因为一般还会有另外的并发分布执行 的事务，为此DDBMS的分布式事务管 理程序，必须对它们进行管理与控制。
9
由上述可以看出，DDBMS中要 解决的主要问题有： ❖1． 分布式数据目录 ❖2． 查询的分解和优化 ❖3． 分布式并发控制 ❖4． 分布式恢复问题
❖2）各个独立开发数据库系统进行集 成时，必须要做大量的名字唯一性检 查，并且为保持唯一性对名字进行修 改，引起大量程序和数据库模型修改。
分布式信任管理体系结构研究与实现
ｉｔ ｇａｅ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｕ ｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｏｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｕ ｅ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｓ ｓｅ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｘ ｓｉｇ ａｃ ｉ ｃｕ ｅｏ ｉｔ ｂ ｔｄ ｔｕ ｔ ｎ ｅ ｒ ｔ ｈ ｄ ｌ ｆｔ ｓ ｍａ ａ ｅ ｎ ｈ ｉｔ ｂ ｔｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｙ ｔｍ． ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｉｔ ｒｈ ｔ ｔ ｒ ｆｄ ｓ ｉ ｕ ｅ ｒ ｓ ｒ ｔ ｒ ｃ ｏ ｅ ｎ ｅ ｒ １ａ ａ ｅ ｎ ｎ ｎ ｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ｗｉ ｈ ｅ ｖ ｃ — ｒ ｎｅ ｒｈ ｔｃｕ ｅ ａ ｄ ｔｅ ｉｈ ｒ ｎ ｅ ｏ ｒ ｓ ｍａ ａ ｅ ｎ ｄ １ ｔ ｅ ａｃ ｉ ｃ ｕ ｅ ｆｒ １ ｎ ｇ ｍｅ ｔａ ｄ ｉ ｏ ｉａ ｉ ｔ ｔ ｅ ｓ ｒ ｉｅ ｏ ｉ ｔｄ ａｃ ｉ ｔ ｒ ｎ ｈ ｎ ｅｅ ｃ ｆ ｔ ｔ １ ｏ ｈ ｅ ｅ ｕ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｍｏ ｅ ． ｈ ｒｈ ｔ ｔ ｒ ｏ ｅ
第２ ８卷 第 ４期 ２ １ 年 ４月 ０１
计 算机 应 用与软 件
Ｃｏ ｕ ｅ ｍｐ ｔｒ Ａｐｐｉ ａｉ ｎ ｎ ｏｔ ｒ ｌ ｔｏ ｓａ ｄ Ｓ ｆｗａｅ ｃ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ４ １２ ．
Ａｐ ． ０１ ｒ２ １
分 布 式 信 任 管 理体 系结构 研 究 与 实现
wk.baidu.com于信 任管理模 型的研究 ， 如何把信 任管理模 型集成 到分布式应
网络体系结构
网络体系结构
网络体系结构是指互联网的整体架构和组织结构，它是支撑网络通信的基础框架。网络体系结构的设计直接关系到网络通信的效率、稳定性以及安全性。在当今数字化时代，网络体系结构的重要性愈发凸显。
传统网络体系结构
在早期的网络发展中，传统的网络体系结构主要采用客户-服务器模式。这种模式下，多个客户端通过服务器来进行通信和数据交换。这种设计简单直接，容易实现和维护，但也存在单点故障风险和性能瓶颈问题。
现代网络体系结构
随着云计算、物联网等新兴技术的发展，现代网络体系结构逐渐向分布式体系结构演进。分布式体系结构通过将网络功能分解为多个独立的模块或节点来提高系统的灵活性和可扩展性。常见的现代网络体系结构包括分层结构、点对点结构和混合结构。
分层结构
分层结构将网络按照功能划分为多个独立的层次，每个层次完成特定的功能。通常分为应用层、传输层、网络层和数据链路层等。分层结构便于协议的设计和管理，提高了网络的可维护性和安全性。
点对点结构
点对点结构是一种去中心化的网络结构，各个节点之间平等对等，可以直接进行通信和数据交换。点对点结构适用于对等网络、文件共享等场景，具有高度的灵活性和扩展性。
混合结构
混合结构将多种不同的网络体系结构相结合，以满足不同应用场景的需求。比如企业内部网络通常采用分层结构，而与外部网络的通信可能采用点对点结构。混合结构能够综合各种网络体系结构的优点，实现更高效的网络通信。
未来网络体系结构的发展趋势
随着5G、物联网、边缘计算等新技术的快速发展，未来网络体系结构将呈现出以下几个发展趋势：
分布式数据库系统.
9.2 分布式数据库系统的体系结构
9.2.1分布式数据存储 （1）数据分配 数据分配是指数据在计算机网络各场地上的分配策略。 集中式：所有数据均安排在同一个场地上。 分割式：所有数据只有一份，分布被安置在若干个场地。 全复制式：数据在每个场地重复存储。 混合式：数据库分成若干可相交的子集，每一子集安置
9.1.2 分布式数据库系统的定义
分布式数据库包含两个重要组成部分： 分布式数据库和分布式数据库管理系统。
分布式数据库是计算机网络环境中各场地 上数据库的逻辑集合。
分布式数据库管理系统是分布式数据库系 统中的一组软件，它复杂管理分布环境下 逻辑集成数据的存取、一致性、有效性和 完备性。
where DNO=DNUMBER
分布式查询处理
传送时间T=总传输延迟+总数据量/传输速度
⒈把关系EMPLOYEE和DEPARTMENT分布从场地1和场地2传 到场地3，然后在场地3站进行查询 传送时间T=(104 100 +100 35 )/104=100s
1
3
2
分布式查询处理
⒉把关系EMPLOYEE传送到场地2，在场地2作联接， 再把操作结构从场地2传到场地3：
分散式系统：将数据库分成多个，建立在多台 计算机上，数据库的管理、应用程序的研制都 是分开并相互独立的，之间不存在数据通行联 系。
分布式控制系统的体系结构
不直接完成控制功能，是与过程控制站的主要区别。
3. 监控级
主要设备：运行员操作站、工程师工作站和计算 站。
运行员操作站安装在中央控制室 工程师工作站和计算站一般安装在电子设备室
(1)运行员操作站
功能： * 运行员与分散型控制系统交换信息的人机接口。 * 监视和控制整个生产过程。 运行员操作站组成：一台具有较强图形处理功
合理地进行功能分配，使每个控制器的工作负 荷均匀，降低对硬件指标的要求。
系统结构中的信息是多层次的，直接与控制有 关的信息在低层总线上高速传输，监视和管理信 息通过高层通信网络传输，通信系统信息流分配 合理，不会造成通信网络的信息拥堵。
水平型分散系统的特点
硬件结构清晰，控制器的统一，便于维护和 备份。
2. 控制级：过程控制站和数据采集站
（1）过程控制站
接收由现场设备（如传感器、变送器）来的信号， 按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回 到现场的执行器中去。
可同时完成连续控制、顺序控制或逻辑控制功能。
（2）数据采集站
接收由现场设备送来的信号，并进行一些必要的转 换和处理之后送到分散型控制系统中的其他部分， 如监控级设备。
分布控制系统典型结构
分布控制系统典型结构
1.现场级
现场级设备：传感器、变送器和执行器 现场级的信息传递方式：
分布式系统的体系结构
Mainframe(大型机)
大型机大多数时候它是指system/360开始的一 系列的IBM计算机。 IBM Mainframe是二十世纪六十年代发展起来 的计算机系统，是IBM公司的一张王牌。经过 三十多年的不断更新，其稳定性和安全性在所 有计算机系统中是首屈一指的。正是因为这方 面的优点和强大的数据处理能力，到现在为止 还没有其他的系统可以替代。 由于成本巨大，使用大型机系统的一般是以政 府、银行、保险公司和大型制造企业为主，这 些公司和企业对信息的安全性和稳定性要求很 高。
分布式系统的体系结构
Distributed Information Systems: Architecture
多层分布式系统的结构模
型
• 多层分布式系统具有客户端的表示层、中间的业 务逻辑层和数据库服务器的三层或多层体系结构 . 如图所示:
多层分布式体统的结构模
型
• 模型与基于客户/服务器的机制不同，将业务 的表现与实现逻辑分开，这样更与现实世界的 业务处理相同。因为前台的操作人员不需要对 业务逻辑进行控制，而业务逻辑是由管理人员 确定的，操作人员仅面向人机交互。其中包括 三个层次：①表示层。该层为用户提供人机交 互界面，所有的数据录入/显示操作都在此完 成。当用户需要进行数据交换时，是不允许直 接访问数据库服务器，而是通过业务逻辑层提 供的Service Interface接口进行访问，这样 保证了后台数据的安全性。
概要设计中的软件体系结构
概要设计中的软件体系结构
全文共四篇示例，供读者参考
第一篇示例：
软件体系结构是指将软件系统的各个部分组织起来，并确定其之间的关系，以实现系统的功能和性能需求。在软件开发过程中，概要设计中的软件体系结构起着关键的作用。本文将从软件体系结构的定义、重要性、设计原则和常见类型等方面进行介绍。
一、软件体系结构的定义
软件体系结构是指软件系统中各个组件之间的结构和联系。它描述了软件系统的整体结构以及各个组件之间的相互关系。软件体系结构包括系统的组成部分、部分之间的连接方式以及数据流向等内容，它是软件开发过程中的重要指导思想。
软件体系结构在软件开发过程中具有重要的意义。软件体系结构可以帮助开发团队明确系统的整体架构，为后续的详细设计和实现提供指导。软件体系结构可以提高软件系统的可维护性和可扩展性，使系统更易于维护和升级。良好的软件体系结构还可以降低系统后期的修改成本，提高系统的稳定性和性能。
在进行软件体系结构设计时，需要遵循一些设计原则，以确保系统的稳定性、可维护性和可扩展性。常见的设计原则包括：
1.模块化原则：将系统划分为若干个独立的模块，每个模块具有明确的功能，并且模块之间尽可能减少依赖关系，以提高系统的可维护
性和可扩展性。
2.分层原则：将系统划分为若干个层次，每个层次负责不同的功能，层与层之间通过接口进行通信，以提高系统的稳定性和性能。
3.信息隐藏原则：模块之间减少直接依赖关系，通过接口进行通信，并对模块内部的实现细节进行隐藏，以减少模块之间的耦合性。
4.数据流控制原则：规定数据流向和控制规则，确保数据在系统中的正确流动，并控制系统中的数据访问。
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分布式信息系统
事务处理系统（Transaction procession system, TPS）
➢ 事务：组织中日常发生的、具有重复性的基本业务活动 ➢ 事务的ACID性质：原子性、一致性、隔离性和持久性 ➢ TPS的作用是将各种业务活动处理过程计算机化
请求
服务器
DB
答复
客户应用程序
TP监控器
• 硬件方面：每台计算机都是独立、自主的计算机 • 软件方面：用户感觉在独占系统
分布式系统概念
从集中式系统到分布式系统
– 高性能微型计算机(PC)的普及 – 高速计算机网络（LAN、WAN）的普及
分布式系统概念
应用举例 ➢ 银行网银系统 ➢ 连锁店“供应链”系统 ➢ 传感器网络（Sensor Network）系统 ➢ 企业“工作流”系统 ➢ WWW系统 ➢…
集中式系统
集中式系统
IBM BlueGene/L (207 TFLOPS = 2.07x1014 FLOPS)
7
网格计算
Internet
P2P计算
• 对等的、自主的实 体构成的自组织系 统，以共享分布资 源的使用
• CPU 共享: SETI@Home
• 存储空间（文件） 共享: Napster, Gnutella, Freenet等
Client3
客户端－服务器体系结构
多客户端 / 多服务器体系结构模式
Server1
Server2
《local area network》
Client1
Client2
Client3
客户端－服务器体系结构
多层客户端 / 服务器体系结构模式
➢ 存在既扮演客户端又扮演服务器的中间层 ➢ Server1既是Client1的服务器，又是Server2的客户端
企业应用集成(EAI)
➢ 应用程序之间的互操作 ➢ 通信中间件：RPC、RMI、MOM（Message Oriented Middleware）
等
客户
通
服务器端
应用程序
DB
应用程序
Fra Baidu bibliotek
信
客户 应用程序
中 间 件
服务器端
应用程序
DB
服务器端
应用程序
DB
26
物联网
智能家庭系统
➢ 家庭网络，连 接所有家用电 器等设备
服务器
DB
事务处理
服务器
DB
24
分布式信息系统
事务处理系统 三种处理方式
➢ 联机实时处理：事务活动发生时，对输入数据立即处理 ➢ 联机延时处理：到一定时间，才将事务输入的数据处理 ➢ 批处理：事务数据积累到一定数量一起处理
请求
服务器
DB
答复
客户应用程序
TP监控器
服务器
DB
事务处理
服务器
DB
25
分布式信息系统
➢ 嵌入式系统：运行于单处理器或一组处理器上; ➢ 分布式系统：系统软件运行在通过网络相连的一组松散的集成在一
起的处理器上。
分布式体系结构简介
分布式体系结构特征
① 资源共享 (Resource sharing) ② 开放性 (Openness) ③ 并发性 (Concurrency) ④ 可伸缩性 ( Scalability) ⑤ 容错性 (Fault tolerance ) ⑥ 透明性 (Transparency) ⑦ 复杂性 (Complexity ) ⑧ 保密性 (Security) ⑨ 不易管理 (Unmanageability) ⑩ 不可预见性 (Unpredictability )
客户端－服务器体系结构
瘦客户与胖客户模式
胖客户(Fat-client model )
• 服务器仅仅负责数据管理.客户 端上的软件实现应用逻辑和与系 统用户的交互（甚至有数据备份）；
• 更多的处理委派给客户端，应用 处理在本地执行；
• 比容易管理的瘦客户端模型更加 复杂。新版本不得不在所有的客 户端上安装（维护复杂）。
客户端－服务器体系结构
客户端－服务器体系结构的种类：
➢ 多客户端 / 单服务器体系结构模式 ➢ 多客户端 /多服务器体系结构模式 ➢ 多层客户端 /服务器体系结构模式
客户端－服务器体系结构
多客户端 / 单服务器体系结构模式
Server
《local area network》
Client1
Client2
➢ 通用即插即用 （UPnP）标准
➢ 个人数据空间 （data space ）管理
27
分布式普适系统
电子保健系统
➢ 人体局域网 ➢ 可穿戴设备
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物联网
人体局域网
➢ 网络内数据处理
29
物联网
无线传感器网络
➢ 计算能力有限 ➢ 通信能力有限
电能有限
30
本章内容
分布式系统概述 分布式系统体系结构 客户端－服务器体系结构
本地 操作系统
本地 操作系统
子节点
并行应用 程序
并行组件库
本地 操作系统
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分布式计算系统
计算机集群系统
➢ 管理程序：系统管理和配置、作业管理 ➢ 并行组件库：基于消息的通信工具 ➢ 本地操作系统：标准的通用OS ➢ 并行应用程序：并行执行的应用程序
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分布式计算系统
计算机网格系统
➢ 虚拟组织：逻辑上统 一的一组人或机构
•只有相邻的层次可以通信；
•请求消息自上而下，响应自 下而上；
第N层 第N-1层
第2层 第1层
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面向对象的体系结构
• 基于对象模型 • 每个组件对应一个对象； • 组件之间通信通过远程方法调用（RMI）实现；
对象
对象
对象
对象 对象
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以数据为中心的体系结构
• 组件间的通信，通过基于一个公用的存储（如共享的分布式文件系
云计算
云计算是一种基础架构管理的方法。大量计算资源组成IT资源池， 用于动态创建高度虚拟化的资源提供用户使用。
在云计算模式下，应用、数据和IT资源以服务的方式通过网络提供 给用户使用。
物联网
• 无线传感器网络：传感器节点组 成的自组织（Ad hoc）网络
• 感知、通信、计算
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分布式系统存在的问题
• 尺寸可伸缩性 • 地理位置可伸缩性 • 管理可伸缩性
•限制尺寸可伸缩性的问题：
• 集中式服务 • 集中式数据 • 集中式算法
分布式系统的设计目标
可靠性 • 可用性（availability） • “或“相关性、”与”相关性
• 安全性
• 身份认证、入侵监测
• 容错性
• 硬软件冗余
• 恢复和接管
统）实现 • 例如，基于Web的分布式系统，组件使用共享的基于Web的数据服务
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以事件为中心的体系结构
• 组件间的通信，通过事件（可带有数据）的传播实现；
• 例如，发布/订阅(publish/subscribe)系统
• RabbitMQ（MQ:消息队列） • Apache Kafka
组件
组件
组件
➢ 资源：服务器、存储 、数据库等
应用层
汇集层
连接层
资源层
光纤层
资源
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分布式计算系统
计算机网格系统
➢ 光纤层：资源的接口 ➢ 连接层：通信协议 ➢ 资源层：管理单个资源 ➢ 汇集层：对多个资源的访问 ➢ 应用层：虚拟组织的应用程
序 ➢ 面向服务的体系结构（SOA） ➢ 开放式网格服务体系结构（
OGSA）
分布式系统的设计目标
开放性 开放式系统
–符合标准协议（语法和语义规则） –例：IDL(接口定义语言)
特点：
–互操作性：不同系统可共同工作 –可移植性：应用程序可在不同系统上运行 –灵活性：可配置不同开发者的组件 –可扩展性：可增减组件
分布式系统的设计目标
可伸缩性（scalability） •指标：
✓典型服务器包括文件服务器、数据库服务器、Web服务器
客户端
请求 1
服务器
OS内核
2
OS内核
响应
6.3 客户端－服务器体系结构
➢ 服务器与服务的区别
✓服务器是一个为多个客户端提供一个或多个服务的硬件/软件系统 ✓服务在客户端/服务器系统中是指一个满足多个客户端需要的应用
软件组件
6.3 客户端－服务器体系结构
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多处理器体系结构
最简单的分布式系统模型 系统有多个进程组成，这些进程可以但不是必须在不同的处理器上运行 用于许多大型实时系统中 对进程在处理器上的分布可以预先排序也可以由分配器动态分配
Sensor processor
Sensor control process
Traffic flow processor
客户端－服务器体系结构
➢ 提供服务的服务器和使用服务的客户端被区别对待——非对称 ➢ 一个应用程序建模成一组服务（含义及形式？），由服务器提供，
并由客户端来使用 ➢ 客户端要知道服务器的存在,但不需要知道其他客户端的存在 ➢ 客户端和服务器是逻辑过程 ➢ 进程和处理器之间没有
必要非得1：1映射
客户端－服务器体系结构
➢ 瘦客户与胖客户模式 分层架构
6.2 分布式系统体系结构
体系结构的样式
• 软件体系结构（Software Architecture） • 软件的组件，以及组件之间的相互关系
•软件体系结构的要素
• 组件(component)：模块单元，能提供良好的接口 • 连接器（connector）：实现组件间通信的机制
分布式系统的类型
根据分布式系统的应用类型，可划分出3种分布式系统
➢ 分布式计算系统：高性能科学计算 ➢ 分布式信息系统：信息管理和事务处理 ➢ 分布式普式系统：嵌入式应用
分布式计算系统
计算机集群系统
➢ 主节点：管理节点
➢ 从节点：计算节点
主节点
子节点
管理 程序
并行组件库
并行应用 程序
...
并行组件库
瘦客户/胖服务器：用户接口简单，但后端负载重 胖客户/瘦服务器：能提高性能，但管理困难
客户端
服务器
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客户端－服务器体系结构
瘦客户与胖客户模式
瘦客户（Thin-client model ） • 所有的应用处理和数据管理都在 服务器上执行。客户端只负责表 示部分（包括简单的交互逻辑）; • 遗留系统可以发展成这种客户端 /服务器体系结构; • 主要缺点是它把繁重的处理负荷 都放在了服务器和网络上。
组件
传送 发布
事件总线
组件
传送 发布 共享（持久）的
数据空间
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分布式体系结构
分布式体系结构
➢ 事实上所有大型计算机系统都是分布式系统; ➢ 信息处理分布在很多机器上而不局限于单一机器; ➢ 分布式软件工程现在变得非常重要。
分布式体系结构
系统类型
➢ 个人计算机系统：不是分布式的，运行在个人计算机系统或者工作 站上；
硬件 松耦合
紧耦合
分布式OS 多机OS
中间件系统 网络OS
多处理机OS
紧耦合
松耦合
软件
分布式系统的设计目标
透明性（Transparency）
① 访问透明性：用户不必知道数据表示和访问方法 ② 位置透明性：用户不必知道资源位于何处 ③ 迁移透明性：资源可以不改名，而随意移动 ④ 重定位透明性：资源可在使用中移动 ⑤ 复制透明性：用户不必知道有多少个备份存在 ⑥ 并发透明性：多个用户可以自动地共享资源 ⑦ 故障透明性：用户不必了解故障恢复处理
第6章 分布式体系结构
软件工程系
软件复用与组件开发
本章内容
分布式系统概述 分布式系统体系结构 客户端－服务器体系结构
➢ 瘦客户与胖客户模式 分层架构 Memcached Redis
6.1 分布式系统概述
“一个分布式系统是若干个独立的计算机的集合，但是对该系统的用 户来说，感觉该系统就像一台计算机一样。”
Display process
Traffic light control processor
Light control process
Traffic flow sensors and cameras
Operator consoles
Traffic lights
层次型体系结构
•系统由自上而下的不同层次 的组件组成；
层次型体系结构
用户接口层、处理层、数据层 例：搜索引擎
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三层体系结构举例
用户 接口
应用 服务器
数据库 服务器
时间
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本章内容
分布式系统概述 分布式系统体系结构 客户端－服务器体系结构
➢ 瘦客户与胖客户模式 分层架构
6.3 客户端－服务器体系结构
➢ 客户端(Client)：服务的请求者 ➢ 服务器(Server)：服务的提供者
1、系统和需求越来越复杂，软件和应用不断面临新的挑战 • 操作系统、中间件、编程语言、工具
2、网络性能的限制 • QoS(带宽、速度)
3、安全性 • 黑客、泄密、盗用、破坏
分布式系统软件相关概念
系统分类：关联的紧密程度、自治性（autonomy)
1. 紧耦合式（tight-coupled) 2. 松耦合式（loosely-coupled）
Client1
Server1
Server2
客户端－服务器体系结构
客户端与服务器之间的通信模式
① 带回复的同步消息通信 ② 异步消息通信 ③ 带回调的异步消息通信 ④ 不带回复的同步通信 ⑤ 代理者模式 ⑥ 群组通信模式