高级软件工程SA概述、SA风格及实例

例如：
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4、目前软件体系结构的研究热点 （1）软件体系结构描述 ADL （2）软件体系结构分类 原理、模式 （3）特定领域的框架 框架 （4）体系结构形式化的基础 过程代数、化学抽象机等
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二、体系结构风格
大量地采用设计模式、风格 在许多工程中是十分普遍的 成功工程领域的一个重要特征之一 是对设计形式具有公共的理解 软件也有组织结构风格 需要对这些风格进行研究 以在开发人员之间建立 “公共认识”
（4）状态转换系统 许多被动系统的公共组织是状态转换系统 这种系统根据一组状态和命名的转换来定义 这些转换可以使系统从一种状态过渡到另一种状态
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11、Heterogeneous Architecture
（1）异构是不可避免的 不同风格的结构适合于不同的应用场合 新系统需要和老系统协调工作
（2）异构体系结构的复合 层次式 以某种体系结构实现的系统，其组成部分 内部可以是另一种体系结构，其连接部分 内部也可以具有体系结构。 对等式 系统以一种体系结构实现一个子系统， 以另外一种体系结构实现另一个子系统
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4、Data Abstraction and Object-Oriented Organization
（1）基本结构
：对象
：调用
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（2）特征 对象负责维持本身的完整性：维护内部变量 对象具有信息隐藏特性：对象的内部结构对其它 对象不可见。 （3）优点 封装： 继承： 多态： （4）缺点 过程调用依赖于对象标识的确定 不同对象的操作关联性弱
构件： 软件系统由哪些部分构成 例如：数据库、服务器等 构件间的关系： 这些部分之间的交互关系是什么 例如：RPC、共享内存等 关系的约束： 这些关系有什么约束 例如：互斥、
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3、软件体系结构的发展 （1）高级编程语言 （2）数据结构与算法 （3）软件结构 （4）抽象数据类型 （5）程序族 （6）软件体系结构 是研究热点，尚未进入成熟阶段
输入介质
输出介质
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优点：
允许数据有效地表达 计算问题被划分到不同的模块中
缺点：
处理变化的能力不足 例如：数据存储格式的变化将影响 到几乎所有的模块 不易进行处理算法的改进与系统功能增强 对复用的支持不明显
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（2）抽象数据类型
主控制程序
输入
输出
字符集
循环移位
排序
输入介质
输出介质
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优点：
算法与数据表示可以在独立的模块中改变 对复用的支持好 对功能增强支持不足
缺点：
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（3）隐式调用（事件）
主控制程序
输入
循环移位
排序
输出
输入介质
行
行
输出介质
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与主程序/子程序模式的不同： 数据接口更加抽象 不直接将存储格式暴露给计算模块 当数据被修改时，计算体被隐式调用 交互是基于“主动数据”进行的 优点： 对功能增强的支持好 对复用的支持好
缺点： 难以控制隐式调用模块的处理顺序 占用空间资源较多
一、概述
1、为什么需要研究软件体系结构
规模增加 复杂性增加 需要演化 “算法+数据结构”对于软件的描述不全面
需要提高对软件总体结构的认识 构成成分、成分之间的关系 提供交流基础 反映高层设计 便于系统演化
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2、什么是软件体系结构
对系统结构的总体设计与说明 是一种高层设计 关注三方面问题：构件、构件间关系、关系约束
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6、Layered systems
(1)基本结构
过程调用 有用的系统 基本工具
内核层
不同元素组合
用户
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（2）应用 分层通信协议 操作系统 数据库系统 （3）优点 支持基于抽象程度递增的系统设计，使得设计者 可以把一个复杂系统按递增的步骤分解开。 支持功能扩展，每一层至多和相邻的层次交互。 支持复用，只要服务接口定义不变，不同的实现 可以交换使用。 （4）缺点 适应面不宽
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3、Pipes and Filters
（1）基本结构
（2）特征 过滤器是独立实体，相互之间不共享状态 过滤器不了解其它过滤器的信息
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（3）例子 利用 Unix Shell 编写的程序 ls | find ... 编译器 词法分析 语法分析 语义分析 代码生成
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（4）优点
允许设计者将一个系统的整体输入/输出行为理解 为各个独立过滤器行为的简单合成。 对复用的支持好：任何两个过滤器之间，如果交流 的数据格式匹配，即可以连接在一起。 系统的维护与扩展方便：新的过滤器可以添加到现 有系统中，或者利用改进的过滤器替换老的过滤器。 方便系统分析：例如，吞吐量、死锁等 并发性好：每一个过滤器可以作为一个单独的任务 实现，可以与其它过滤器并行执行。
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1、什么是体系结构风格
（1）风格是一种语言 词汇（管道、过滤器） 语法 语义 （2）风格是一种类型系统 Component（管道） Connector（过滤器） （3）风格是一种理论 由公理和推论组成的集合 管道=》两个端点（读、写） 过滤器=》输入断口、输出断口
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2、常见的体系结构风格
数据流系统 批处理系统 管道/过滤器系统 调用/返回系统 主程序/子程序系统 面向对象系统 独立构件 通信进程系统 事件系统 虚拟机 解释器 基于规则的系统 数据为中心的系统 数据库 超文本系统
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（3）处理异构复合匹配问题的方法 不同构件之间不能协调工作的原因可能是它们 事先作了对数据表示、通信、包装、同步、语法等方 面的假设（统称形式）。 解决方法（以构件A与B为例）： 形式A改变为B的形式 在数据传输过程中从A的形式转变为B的形式 为B提供进口/出口转换器 A与B协商以一种中间形式交流 IDL RTF
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10、Other Familiar Architecture
（1）分布式处理 特定拓扑结构： 星型、环型、令牌环、层次等 客户/服务器模型： 松散耦合的计算模式
（2）主程序/子程序组织 主程序调用各个子程序 通常需要提供一个控制循环
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（3）特定于领域的体系结构 DSSA：Domain Specific Software Architecture 缩小考虑范围 增加描述能力 提高代码复用率 提高开发效率
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12、不同体系结构风格的比较
结合例子：KWIC（Parnas） Key Word In Context 系统接受 一个有序的行集合 每行是一个有序的单词集合 每个单词是一个有序的字符集合 任意行可以被“循环移位” （将第一个单词移至最后） 按字母表排序的 所有行的所有“循环移位”行
系统输出
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8、Interpreters
（1）基本结构
存储器
输入
数据
解释执行中 的程序
计算状态机
输出
模拟 解释 引擎 数据存取
内部 解释器 状态
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（2）作用 解释器通常被用来建立一种虚拟机 以祢合程序语义与硬件语义之间的差异
典型的例子是专家系统
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9、Process Control（Loop）
（1）背景 当软件被用来操作一个物理系统时，软件与硬件 之间可以粗略地表示为一个反馈循环，这个反馈循环通 过接受一定的输入，确定一系列的输出，最终使环境
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（4）管道流水线
输入介质
输入
循环移位
序列化
输出
输出介质
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优点： 维护处理的直接性 支持复用 易于修改 缺点： 不便于进行引入交互机制 对空间的利用不足
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（5）比较
共享 数据 隐式 调用
ADT
管道/ 过滤器
算法改变 数据表示改变
功能改变 性能 复用
— —
—
+
—
+
—
+
—
+ +
—
+
— —
+
—
+ +
+
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所考虑的问题： （1）处理算法的变化 例如，何时进行移位 （2）数据表示的变化 例如，行、单词、字符的不同存放方式 （3）系统功能的增强 例如，部分单词的过滤 （4）性能 空间、时间 （5）复用 构件的复用程度
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（1）主程序/子程序加共享数据
主控制程序
输入
循环移位
排序
输出
字符集
索引
排序过的索引
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（5）缺点
经常导致批处理方式。过滤器易被认为是一个 将输入数据转换成输出数据的模块，不利于交互。 在维护或响应两个分离但相关的数据流时，利用 管道/过滤器方式不易。 由于依赖于实现，这样的系统可能强迫一种最 一般的数据传输标准，从而导致了为每一个过滤器进 行数据语法分析的工作，增加了复杂性，降低了性能。
达到一个新的状态。
适合于嵌入式系统，涉及连续的动作与状态。
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（2）控制系统的定义
输入变量 控制器 过程 操作变量差 受控变量
设置点
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（3）控制系统模型的构成 计算型模型 过程定义：包括操作某些过程变量的机制 控制算法：用来决定如何操纵过程变量 数据元素 过程变量：指定的输入、操纵变量等 设置点：受控变量的参考值 传感器：用于获得控制所需的过程变量值 控制环模型 建立控制算法之间的关系，它收集关于过程 实际的和欲达到的状态，并调节过程变量， 以使实际状态向目标状态发展
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5、Event-Based Implicit Invocation
（1）基本结构
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（2）特征 一个部件可以广播一个或多个事件，或者向系统 注册，希望接受一个或多个事件。 一个事件的激发隐含地导致了对其它模块的过程 的调用。 （3）优点 事件广播者不必知道哪些部件会被事件影响，部 件之间关系弱。 对软件复用提供有力的支持。 易于系统升级。 （4）缺点 部件放弃了对计算的控制。 不易准确测试系统性能。
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7、Repositories
(1)基本结构
直接存取 知识源
计算
知识源
知识源
知识源
黑板 （共享数据）储器
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（2）特点 知识源之间的交互只通过黑板完成 问题的解决是通过知识源不断地改变黑板完成的 （3）应用 （数据库） 信号处理 松耦合代理数据共享存取 其它例子： 带有全局数据库的批处理系统 编程开发环境 编译器等
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内 容
1、什么是体系结构风格 2、常见的体系结构风格 3、Pipes and Filters 4、Data Abstraction and Object-Oriented Organization 5、Event-Based Implicit Invocation 6、Layered systems 7、Repositories 8、Interpreters 9、Process Control 10、Other Familiar Architecture 11、Heterogeneous Architecture 12、不同体系结构风格的比较