软件体系结构_软件体系结构形式化描述
软件体系结构与软件架构
软件体系结构与软件架构作为一名软件工程师，无论是在学术界还是工业界，软件体系结构和软件架构都是我们必须要熟悉并掌握的重要知识点。
不仅如此，软件体系结构和软件架构还被视为软件开发生命周期中最关键的决策点。
本文将从什么是软件体系结构和软件架构、软件体系结构和软件架构之间的关系、软件架构对软件开发生命周期的影响以及当前流行的软件架构模式等多方面对软件体系结构和软件架构进行详细探讨。
一、什么是软件体系结构和软件架构软件体系结构和软件架构是软件开发过程中最重要的两个概念，它们建立了软件设计的基础，可以理解为软件的设计蓝图。
软件体系结构是指软件系统中组件、模块、接口和它们之间的关系，而软件架构则是指软件系统的高层结构和组成方式，即系统在结构上的解决方案。
可以看出，软件体系结构和软件架构是密不可分的概念，一个好的软件架构必须基于一个合理的软件体系结构，二者相互影响、相互依存。
二、软件体系结构和软件架构之间的关系软件体系结构和软件架构之间的关系是紧密相连的。
软件架构是由软件体系结构派生而来的，软件架构决定了软件体系结构的多个方面，例如组件、模块、接口和应用程序的架构模式等。
在软件开发过程中，软件架构起到了至关重要的作用。
它决定了软件系统的性能、可维护性、可重用性、可扩展性等方面，因此，软件架构的设计应该尽早开始，这也是我们说软件架构是软件开发过程中的决策点的原因。
三、软件架构对软件开发生命周期的影响软件架构不仅仅是为软件系统提供了一个高层次的结构，它还影响到了整个软件开发生命周期，从需求分析和设计到实现和维护都有重要的作用。
首先，软件架构有助于对需求进行分析和界定。
在软件开发过程中，软件架构定义了软件系统的范围和需求。
因此，软件架构可以帮助我们定义功能需求，以及在交付的软件系统中哪些功能将被包括。
其次，软件架构为系统设计提供了一个框架。
设计应当被视为软件架构上的一个节点，它是在软件开发的初期阶段最重要的部分。
软件架构指定了系统的大部分建设策略和规则，因此，它对系统的设计产生了深远的影响。
软件体系结构描述 (1)可编辑全文
第4章 软件体系结构描述
4.2 软件体系结构描述框架标准
IEEE P1471详细介绍了一套体系 结构描述的概念框架，并给出建立框 架的思路，但如何描述以及具体的描 述技术等方面缺乏更进一步的指导。
第4章 软件体系结构描述 ◇ Rational
4.2 软件体系结构描述框架标准
基于IEEE P1471推荐的体系结构描述的概 念框架，Rational起草了可重用的软件资产规 格说明，提出了一套易于重用的体系结构描述 规范。
第4章 软件体系结构描述
4.2 软件体系结构描述框架标准
◇ IEEE P1471 软件体系结构描述的标准
◎ 体系结构设计的标识、版本、总体信息。
◎ 系统参与者的标识、以及在体系结构中他们所关注 方面的标识。
◎ 组织体系结构表示所选择的视点的规格说明，以及 这种选择的基本原理。 ◎ 一个或多个体系结构视图。 ◎ 体系结构描述所需的成分之间不一致的记录。 ◎ 体系结构选择的基本原理。
本元素是：构件、连接件、体系结构配置。
主 要 的 体 系 结 构 描 述 语 言 有 Aesop 、 MetaH 、 C2 、 Rapide 、 SADL、Unicon和Wright等，尽管它们都描述软件体系结构，却有 不同的特点。
这些ADL强调了体系结构不同的侧面，对体系结构的研究和应 用起到了重要的作用，但也有负面的影响。每一种ADL都以独立的 形式存在，描述语法不同且互不兼容，同时又有许多共同的特征， 这使设计人员很难选择一种合适的ADL，若设计特定领域的软件体 系结构又需要从头开始描述。
4.3 软件体系结构描述语言
◎ 构造能力：ADL能够使用较小的独立体系结 构元素来建造大型软件系统；
◎ 抽象能力：ADL使得软件体系结构中的构件 和连接件描述可以只关注它们的抽象特性，而 不管其具体的实现细节；
软件体系结构_第二章软件体系结构的风格与模式
软件体系结构_第二章软件体系结构的风格与模式软件体系结构是指软件系统在运行时所表现出来的组成部分之间的关系。
在软件设计和开发过程中，选择适合的体系结构风格与模式对于实现系统的可扩展性、可维护性和可靠性等方面的要求非常重要。
本章将介绍一些常见的软件体系结构风格与模式。
1. 分层体系结构（Layered architecture）分层体系结构是一种自顶向下的体系结构风格，它将软件系统划分为多个分层，每个分层只与其相邻的分层进行通信，并且每个分层都具有一定的功能和责任。
分层体系结构能够有效地提高系统的模块化程度，降低系统的复杂性。
2. 客户/服务器体系结构（Client/Server architecture）客户/服务器体系结构是基于分布式计算的一种体系结构风格，其中客户端和服务器端是相对的角色。
客户端负责用户界面和用户交互，而服务器端负责数据存储和业务逻辑。
客户/服务器体系结构能够提高系统的可扩展性和性能。
3. 事件驱动体系结构（Event-Driven architecture）事件驱动体系结构是一种基于事件和消息的体系结构风格，其中组件之间通过事件和消息进行通信和协作。
事件驱动体系结构能够实现松耦合，提高系统的灵活性和可扩展性。
4. MVC模式（Model-View-Controller pattern）MVC模式是一种软件设计模式，用于将用户界面、数据处理和业务逻辑相分离，使每个部分可以独立变化。
模型（Model）表示应用程序的数据和业务逻辑，视图（View）表示用户界面，控制器（Controller）负责接收和处理用户的输入。
MVC模式能够提高系统的可维护性和可重用性。
5. 微服务架构（Microservices architecture）微服务架构是一种将系统划分为多个小型、自治的服务的体系结构风格。
每个服务都可以独立地开发、部署和扩展，并且通过轻量级的协议进行通信。
微服务架构能够提高系统的灵活性和可扩展性。
有哪些软件体系结描述方法和描述标准
软件体系结构描述方法和描述标准是指在软件体系结构领域中，用于描述和标准化软件体系结构的一些方法和标准。
软件体系结构描述方法和描述标准的出现和应用，对于提高软件体系结构的设计质量、规划和管理质量具有重要作用。
近年来，随着软件技术的发展，对软件体系结构描述方法和描述标准的研究也变得日益重要。
1. 软件体系结构描述方法软件体系结构描述方法是指用于描述和分析软件体系结构的方法论和技术手段。
在实际的软件开发和设计中，软件体系结构描述方法起着至关重要的作用。
常见的软件体系结构描述方法包括但不限于：1）模块化设计方法模块化设计方法是一种将软件系统划分为若干相对独立的模块，并通过模块间的接口和协作来实现软件功能的方法。
模块化设计方法能够帮助软件工程师快速理解和维护软件系统，提高软件系统的可维护性和可扩展性。
2）面向对象设计方法面向对象设计方法是一种以对象为基本单位，通过对象之间的交互来完成软件系统功能的方法。
面向对象设计方法常用的建模语言包括UML（统一建模语言），面向对象设计方法能够帮助软件工程师更好地理解和描述软件系统的结构和行为。
3）架构描述语言和架构描述工具架构描述语言和架构描述工具是用于描述软件体系结构的专用语言和工具。
常见的架构描述语言包括ADL（架构描述语言），架构描述工具包括Rational Rose等。
架构描述语言和工具能够帮助软件工程师更加形象和清晰地描述和分析软件体系结构。
2. 软件体系结构描述标准软件体系结构描述标准是指用于规范和标准化软件体系结构描述的标准和规范。
在软件开发过程中，采用统一的软件体系结构描述标准能够提高软件系统的质量和可维护性。
常见的软件体系结构描述标准包括但不限于：1）ISO/IEC/IEEE 42010ISO/IEC/IEEE 42010是一套国际标准，用于建模和描述系统与软件体系结构的标准。
该标准规定了软件体系结构的描述内容、描述方法和描述格式，能够帮助软件工程师更好地描述和分析软件体系结构。
软件体系结构
软件体系结构◇软件体系结构概论◇软件体系结构建模◇软件体系结构风格◇软件体系结构描述◇动态软件体系结构◇Web服务体系结构◇基于体系结构的软件开发◇软件体系结构的分析与测试◇软件体系结构评估◇软件产品线体系结构软件危机的表现◎软件成本日益增长◎开发进度难以控制◎软件质量差◎软件维护困难软件危机的原因◎用户需求不明确◎缺乏正确的理论指导◎软件规模越来越大◎软件复杂度越来越高◎构件的定义构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。
构件模型的三个主要流派OMG（Object Management Group，对象管理集团）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理结构）Sun的EJB（Enterprise Java Bean）Microsoft的DCOM（Distributed Component Object Model，分布式构件对象模型）。
构件获取1.从现有构件中获得符合要求的构件，直接使用或作适应性修改，得到可重用的构件；2. 通过遗留工程，将具有潜在重用价值的构件提取出来，得到可重用的构件；3. 从市场上购买现成的商业构件，即COTS（Commercial Off-The-Shell）构件；4. 开发新的符合要求的构件。
构件管理◎构件描述◎构件分类与组织◎人员及权限管理构件描述构件模型是对构件本质的抽象描述，主要是为构件的制作与构件的重用提供依据；构件分类与组织◇关键字分类法◇刻面分类法◇超文本组织方法人员及权限管理一般来讲，构件库系统可包括五类用户，即注册用户、公共用户、构件提交者、一般系统管理员和超级系统管理员。
构件重用◎检索与提取构件◎理解与评价构件◎修改构件◎构件组装构件重用理解与评价构件◇构件的功能与行为◇相关的领域知识◇可适应性约束条件与例外情形◇可以预见的修改部分及修改方法构件组装◇基于功能的组装技术◇基于数据的组装技术◇面向对象的组装技术软件体系结构的定义软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。
软件体系结构总结
软件体系结构总结引言软件体系结构是指对软件系统概要设计的抽象表示，它定义了系统的结构组成、各个组件之间的关系以及与外部环境的交互方式。
在软件开发过程中，合理的软件体系结构设计能够提高系统的可维护性、扩展性和复用性。
本文将从软件体系结构的概念、常见的体系结构风格以及体系结构设计原则进行总结。
软件体系结构概念软件体系结构是对软件系统进行高层次抽象的表示，能够描述系统的组成部分以及这些部分之间的关系。
它提供了一个框架，用于指导软件系统的开发和演化。
软件体系结构通常包括以下几个方面的描述：1.结构元素：指系统中的组件、连接器和配置。
组件是系统中的可替换部分，连接器是组件之间进行通信和协作的媒介，配置是组件和连接器的物理安排。
2.组件关系：描述组件之间的静态关系，比如依赖关系、聚合关系、继承关系等。
3.交互方式：描述组件和连接器之间的动态交互方式，包括数据流、控制流和事件触发等。
4.分析视图：描述软件体系结构的静态特性，通过分析视图可以发现系统中的潜在问题和风险。
5.设计视图：描述软件体系结构的具体设计方案，包括组件和连接器的具体实现细节。
常见的体系结构风格在软件体系结构设计中，常见的体系结构风格包括以下几种：1.面向对象体系结构：基于面向对象编程思想，将系统分解为一系列的对象，每个对象封装了数据和操作，通过消息传递进行通信和协作。
2.分层体系结构：将系统分为多个层次，每个层次都有特定的功能和责任，上层层次使用下层层次提供的服务。
3.客户端-服务器体系结构：将系统分为客户端和服务器，客户端发送请求，服务器进行处理并返回结果。
4.数据流体系结构：以数据流为中心，将系统划分为一系列的数据流和处理器，数据流通过处理器进行转换和处理。
5.发布-订阅体系结构：基于事件驱动的编程模式，组件之间通过发布者-订阅者模型进行通信。
不同的体系结构风格适用于不同的应用场景，根据系统的需求和特点选择合适的体系结构风格是非常重要的。
软件体系结构范文
软件体系结构范文1.分层结构：将软件系统分成多个层次，每个层次都有自己的功能和责任。
每一层都建立在下一层的基础上，并提供给上一层一种简单的接口。
这种分层结构使软件系统的各个模块之间的依赖关系变得清晰明了，易于管理和维护。
2.模块化设计：将软件系统划分为多个独立的模块，每个模块有明确的功能和职责。
每个模块可以独立开发和测试，可以通过定义清晰的接口实现模块之间的通信和协作。
3.数据流控制：确定数据在软件系统中的流向和控制方式。
通过合理地组织数据流，可以提高系统的效率和响应速度。
4.容错处理：考虑系统可能出现的各种错误和异常情况，设计相应的容错机制。
例如，通过添加冗余系统来提高系统的可靠性和可用性。
5.并发控制：考虑软件系统中可能存在的并发操作，设计相应的并发控制机制。
例如，通过加锁和事务处理来保证数据的一致性和正确性。
6.性能优化：通过合理地组织软件系统的组件和模块，优化系统的性能和资源利用率。
例如，通过缓存、异步处理和并行计算来提高系统的运行速度和吞吐量。
7.可扩展性设计：考虑软件系统在未来可能的扩展需求，设计具有良好的扩展性。
例如，通过使用插件式架构和松耦合设计来支持系统的功能扩展和组件替换。
8.可重用性设计：将软件系统的一些组件设计成可重用的模块，方便在其他系统中进行复用。
例如，通过使用设计模式和软件工程方法来提高组件的可重用性。
软件体系结构设计的目标是提供一个模块化、可维护、可扩展、高性能和可重用的软件系统。
它在软件系统的开发过程中起着重要的作用，决定了软件系统的质量和成功与否。
一个好的软件体系结构可以使软件系统更加容易理解、开发、测试和维护，提高软件开发的效率和质量。
软件体系结构
一. 软件体系结构（架构）软件体系结构的定义通常，软件体系结构通常被称为架构，指可以预制和可重构的软件框架结构。
架构尚处在发展期，对于其定义，学术界尚未形成一个统一的意见，而不同角度的视点也会造成软件体系结构的不同理解。
比如，ANSI/IEEE 610.12-1990软件工程标准词汇对于体系结构定义是“体系架构是以构件、构件之间的关系、构件与环境之间的关系为内容的某一系统的基本组织结构以及知道上述内容设计与演化的原理(principle)”；而Garlan & Shaw模型的基本思想是：软件体系结构={构件(component),连接件(connector)，约束(constrain)}。
对于软件项目的开发来说，一个清晰的软件体系结构是首要的。
传统的软件开发过程可以划分为从概念到实现的若干个阶段，包括问题定义、需求分析、软件设计、软件实现及软件测试等。
软件体系结构的建立就位于需求分析之后，软件设计之前。
在建立软件体系结构时系统设计师主要从结构的角度对整个系统进行分析，选择恰当的构件（Component）、构件间的相互作用以及它们的约束，最后形成一个系统框架（Framework）以满足用户的需求，为软件设计奠定基础。
软件体系结构风格软件体系结构设计的一个核心问题是能否使用重复的体系结构模式，即能否达到结构级的软件重用。
也就是说，能否在不同的软件体系中，使用同一体系结构。
基于这个目的，学者们开始研究和实践软件体系结构的风格问题。
软件体系结构风格（Software Architecture Style）是描述某一特定应用领域系统组织方式的惯用模式。
它反映了领域中众多系统所有的结构和语义特性，并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。
对软件体系结构风格的研究和实践促进了对设计的复用，一些经过实践证明的解决方案也可以可靠地用于解决新的问题。
体系结构风格的不变部分使不同的系统可以共享一个实现代码。
软件架构设计中的五层体系结构
软件架构设计中的五层体系结构随着计算机技术的不断发展，软件系统的规模越来越大，复杂度也越来越高，因此在软件系统的开发过程中，软件架构的设计显得尤为重要。
软件架构定义了软件系统的组织结构，包括软件系统的组件、模块、接口、数据流等等，是指导软件系统设计和开发的基石。
软件架构设计中的五层体系结构是一种基于分层思想的软件架构设计模式，被广泛应用于大型软件系统。
该体系结构分为五个层次，每个层次负责处理不同的任务和功能，各层之间协同工作，形成一个完整的软件系统。
下面将详细解释五个层次及其功能。
第一层：用户界面层用户界面层是软件系统与用户之间的接口，负责接收用户的输入请求，并向用户展示软件系统的输出信息。
用户界面层通常包括下面两个部分：1.1 用户界面管理器用户界面管理器是负责响应用户界面的请求，生成和显示用户界面的用户界面组件，如按钮、文本框等。
用户界面管理器还可以帮助用户进行数据输入验证，保证数据的完整性和正确性。
1.2 应用程序编程接口应用程序编程接口（API）是用户界面层与下一层——业务逻辑层之间的桥梁，将用户界面的请求传递给业务逻辑层。
API还可以将业务逻辑层返回的数据展示给用户界面层。
第二层：业务逻辑层业务逻辑层是软件系统的核心，负责处理软件系统的业务逻辑，即实现软件系统的功能。
业务逻辑层通常包括下面两个部分：2.1 业务逻辑模型业务逻辑模型是软件系统中实现业务逻辑的代码和算法集合，是业务逻辑层的核心。
业务逻辑模型需要和其他模块进行交互，因此需要和数据库模型进行配合。
2.2 数据访问模型数据访问模型负责与数据库进行通信，将业务逻辑层操作的数据存储到数据库中，并从数据库中读取数据。
数据访问模型还需要对数据库进行管理和维护，保证数据库的稳定性和安全性。
第三层：数据访问层数据访问层是负责管理和维护数据库的模块，其功能是通过数据访问接口向上层提供一定的数据访问功能，同时向下层提供对数据库的操作。
数据访问层通常包括下面两个部分：3.1 数据库访问接口数据库访问接口提供对外的数据访问API，向上层提供数据库的访问功能。
软件体系结构的描述方法
从软件体系结构研究和应⽤的现状来看，当前对软件体系结构的描述，在很⼤程度上来说还停留在⾮形式化的基础上，很⼤程度上依赖于软件设计师个⼈的经验和技巧。
在⽬前通⽤的软件开发⽅法中，其对软件体系结构的描述通常是采⽤⾮形式化的图和⽂本，不能描述系统期望的存在于构件之间的接⼝，更不能描述不同的组成系统的组合关系的意义。
这种描述⽅法难以被开发⼈员理解，难以适于进⾏形式化分析和模拟，缺乏相应的⽀持⼯具帮助设计师完成设计⼯作，更不能⽤来分析其⼀致性和完整性等特性。
因此，形式化的、规范化的体系结构描述对于体系结构的设计和理解都是⾮常重要的。
然⽽，要实现体系结构设计、描述等的形式化并不是⼀蹴⽽就的，我们必须先经历⼀个⾮形式化的过程，在⾮形式化的发展过程中逐步提取⼀些形式化的标记和符号，然后将它们标准化，从⽽完成体系结构设计、描述等的形式化。
本⽂⾸先简单地介绍传统的软件体系结构描述⽅法，然后再⽐较详细地讨论软件体系结构描述语⾔。
⼀、传统软件体系结构描述⽅法 1、图形表达⼯具 对于软件体系结构的描述和表达，⼀种简洁易懂且使⽤⼴泛的⽅法是采⽤由矩形框和有向线段组合⽽成的图形表达⼯具。
在这种⽅法中，矩形框代表抽象构件，框内标注的⽂字为抽象构件的名称，有向线段代表辅助各构件进⾏通讯、控制或关联的连接件。
例如：图1表⽰某软件辅助理解和测试⼯具的部分体系结构描述。
⽬前，这种图形表达⼯具在软件设计中占据着主导地位。
尽管由于在术语和表达语义上存在着⼀些不规范和不精确，⽽使得以矩形框与线段为基础的传统图形表达⽅法在不同系统和不同⽂档之间有着许多不⼀致甚⾄⽭盾，但该⽅法仍然以其简洁易⽤的特点在实际的设计和开发⼯作中被⼴泛使⽤，并为⼯作⼈员传递了⼤量重要的体系结构思想。
为了克服传统图形表达⽅法中所缺乏的语义特征，有关研究⼈员试图通过增加含有语义的图元素的⽅式来开发图⽂法理论。
2、模块内连接语⾔ 软件体系结构的第⼆种描述和表达⽅法是采⽤将⼀种或⼏种传统程序设计语⾔的模块连接起来的模块内连接语⾔MIL（Module Interconnection Language）。
软件体系结构描述
◎ Mary Shaw和David Garlan （1993年）
软件体系构造是软件设计过程中旳一种层次，这一层次超越 计算过程中旳算法设计和数据构造设计。
体系构造问题涉及总体组织和全局控制，通讯协议，同步，数 据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素旳组织、规模和性能， 在各设计方案间进行选择等。
构件之间不能发送消息，必须经过连接件。构件之间 旳通信只能经过消息传递来实现，不允许使用共享内存方 式通信。
◇ C2风格旳中心原则
C2风格旳中心原则是有限可视原则，或者说是下层独 立旳原则：
在C2风格旳体系构造中，某一构件只能感知层次高于 自己旳构件所提供旳服务，而不能感知到层次比自己更低 旳构件旳服务。
◎ ADL与建模语言旳区别：后者对整体行为旳关注要不 小于对部分旳关注，而ADL集中在构件旳表达上。
◎ ADL与老式旳程序设计语言旳构成元素既有许多相同 和相同之处，又各自有着很大旳不同。
第四章 软件体系构造描述
◇ 经典元素含义比较
4.3 软件体系构造描述语言
第四章 软件体系构造描述
◇ 常见旳软件体系构造元素
4.3 软件体系构造描述语言
3. 体系构造配置或拓扑： 描述体系构造旳构件与连接件旳连接图。
同步检验语法、阐明语义。 多视图、多场景旳体系构造阐明措施。
在不同层次上描述软件系统；异构情况下旳配置。
第四章 软件体系构造描述 ◇ ADL旳构成要素
4.3 软件体系构造描述语言
软件体系构造旳设计在需求分析之后，软件设计之前。 描述好体系构造，做好承上启下旳工作很主要。
软件体系构造处理算法与数据构造之上有关整体系统构造设计 和描述方面旳某些问题，如全局组织和全局控制构造、有关通讯、 同步与数据存取旳协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设
软考 论软件体系结构的演化
论软件体系结构的演化软件体系结构的演化是指软件系统在不同阶段中，由简单到复杂、由单一到分层、由非结构化到结构化的演变过程。
这种演化是为了满足用户需求的不断增长，以及新技术的出现和发展所必然发生的。
软件体系结构的演化可以分为以下几个关键步骤：1.单一应用架构：最早期的软件系统通常是由单一应用程序构成，所有功能都内置在同一个程序中。
这种架构简单、易于理解和管理，但随着需求的增长和系统规模的扩大，单一应用架构很快变得难以维护和扩展。
2.分层体系结构：为了解决单一应用架构的问题，人们提出了分层体系结构。
这种架构将软件系统分为不同层级，每个层级负责特定的功能或任务。
每个层级之间通过接口进行通信，实现了功能的解耦和模块化的开发。
分层体系结构可以提高系统的可维护性和扩展性，也更易于并行开发。
3.客户端-服务器体系结构：随着网络技术的发展，人们开始将软件系统分为客户端和服务器，通过网络进行通信和协作。
客户端负责用户界面和交互，服务器负责业务逻辑和数据处理。
这种架构增加了系统的分布式能力，并提高了系统的效率和可扩展性。
4.面向服务体系结构：随着互联网的普及和软件系统的复杂性增加，面向服务的体系结构逐渐流行起来。
这种架构将软件系统分为一组相互独立的服务，每个服务专注于特定的功能，并通过标准化的接口进行通信和协作。
面向服务的体系结构提高了系统的灵活性和可组合性，使系统更易于维护和扩展。
5.微服务体系结构：微服务是一种以服务为中心的架构风格，将软件系统划分为一组小型、独立部署的服务。
每个服务都可以独立开发、部署和扩展，通过轻量级的通信机制进行交互。
微服务架构提高了系统的可伸缩性和容错性，使系统更易于部署和运维。
总体而言，软件体系结构的演化是为了解决软件系统规模、复杂性和用户需求的增长所带来的挑战。
不同阶段的演化都在不同程度上提高了系统的可维护性、可扩展性、可伸缩性和可组合性，使软件系统能够适应不断变化的需求和技术环境。
软件体系结构(整理)
一：名词解释1.体系结构描述语言体系结构描述语言（ADL）是在底层语义模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架。
基于底层语义的工具为体系结构的表示、分析、演化、细化、设计过程等提供支持。
其三个基本元素是：构件、连接件、体系结构配置。
2.软件体系结构Dewayne Perry和A1exander Wo1f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。
Mary Shaw和David Garlan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，如全局组织和全局控制结构、关于通讯、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。
Kruchten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3.体系结构演化4.软件风格软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。
体系结构风格定义了一个系统家族，即定义一个词汇表和一组约束。
词汇表中包含一些构件和连接件类型，而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。
5.软件重用体系结构重用属于设计重用，比代码重用更抽象。
由于软件体系结构是系统的高层抽象，反映了系统的主要组成元素及其交互关系，因而较算法更稳定，更适合于重用。
软件重用是指软件在环境和功能发生变化后，可通过局部修改和重组，保持整体稳定性，以适应新要求。
二：简答题：1. 什么是体系结构描述语言？它与程序语言以及UML有哪些区别与联系？ADL是在底层语义模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架。
基于底层语义的工具为体系结构的表示、分析、演化、细化、设计过程等提供支持。
软件体系结构
《软件体系结构》课程试卷一、名词解释（ 10*2 分）1、ADLs体系结构描述语言（Architecture Description Language）ADL是这样一种语言，系统构架师可以利用它所提供的特性进行软件系统概念体系结构建模。
ADL提供了具体的语法与刻画体系结构的概念框架。
ADLs使得系统开发者能够很好地描述他们设计的体系结构，以便与人交流，能够用提供的工具对许多实例进行分析。
这种描述语言的目的就是提供一种规范化的体系结构描述，从而使得体系结构的自动化分析变得可能。
2、DSSA3、OCP开放封闭原则OCP：Open－Close Principle一个模块在扩展性方面应该是开放的而在更改性方面应该是封闭的。
在进行面向对象设计时要尽量考虑接口封装机制、抽象机制和多态技术。
4、Architecture Styles5、Design Pattern设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。
使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。
6、FrameWork7、SOA8、MDA9、CSP10、MVCMVC是一个设计模式，它强制性的使应用程序的输入、处理和输出分开。
使用MVC应用程序被分成三个核心部件：模型、视图、控制器。
它们各自处理自己的任务。
二、简答（10*6 分）1、什么是软件体系结构的形式化描述？常用的有哪些？采用形式化方法就是使用形如数学符号的形式化语法和语义来刻画系统的功能行为和描述系统规约及设计。
2、请画图描述软件体系结构的层次有哪些？软件体系结构的层次模型3、什么是松弛的层次结构？请举例说明。
●松弛的层次系统●是分层模型的一种变种●每层可以使用其下面所有层的服务而不仅仅是相邻层的服务●有些服务提供给相邻的上一层，而其余的服务则提供给高于它的所有层●灵活性和性能的提高以牺牲可维护性为代价●经常用于系统软件，而不常用于应用软件的设计●系统软件比起应用软件来很少修改●系统软件对性能的要求高于可维护性的要求举例:Windows NT●根据Microkernel模式构建的，执行部件对应于Microkernel的部件，是一个松弛的层析系统，包括以下几个层次●系统服务层：子系统和NT执行部件之间的接口层●资源管理层：对象、安全、进程、I/O、虚拟存储、LPC●内核：负责基本功能，Int、E、Thread、多处理器同步●HAL（硬件抽象层）：隐藏了不同处理器间硬件的差异●硬件层：NT松弛层模型的规则，处于效率的考虑，内核和IO管理需要直接访问硬件4、什么是软件的功能特性、非功能特性？非功能特性的重要性是什么？功能特性主要是直接针对客户的功能需求，多数是容易感知和判断的。
软件体系结构汇总
软件体系结构汇总软件体系结构是指在软件开发过程中，通过分析和设计将软件系统拆分成不同的模块，确定各个模块之间的关系和通信方式的过程。
软件体系结构的设计对于软件系统的可维护性、可扩展性等方面有着至关重要的影响。
本文将对几种常见的软件体系结构进行汇总介绍。
1. 分层体系结构（Layered Architecture）分层体系结构是将软件系统划分为若干层，每一层都具有特定的功能和对上下层的依赖关系。
常见的分层包括用户界面层、业务逻辑层、数据访问层等。
分层体系结构的优点是模块化、可维护性和可重用性较好，不同层之间的耦合度较低，但也存在性能问题和复杂度较高的缺点。
2. 客户端-服务器体系结构（Client-Server Architecture）客户端-服务器体系结构将软件系统划分为客户端和服务器两部分，客户端负责与用户交互，服务器负责处理和存储数据。
客户端-服务器体系结构的优点是系统的可伸缩性和灵活性较好，但也存在服务器压力过大、网络延迟等问题。
3. MVC体系结构（Model-View-Controller Architecture）MVC体系结构将软件系统划分为模型、视图和控制器三个部分，模型负责业务逻辑和数据存储，视图负责用户界面显示，控制器负责协调模型和视图之间的交互。
MVC体系结构的优点是模块化和分工明确，可以提高系统的可维护性和可扩展性。
4. Pipe and Filter体系结构Pipe and Filter体系结构将软件系统划分为一系列的处理器（Filter）和数据通道（Pipe），每个处理器负责执行一些特定的功能，通过数据通道进行输入和输出。
Pipe and Filter体系结构的优点是模块化和可重用性较好，但也存在处理器之间的依赖性和性能问题。
5. Blackboard体系结构Blackboard体系结构将软件系统划分为一个共享数据结构（Blackboard）和一组独立的处理器（Knowledge Sources），数据结构用于共享问题描述和部分解决方案，处理器根据问题描述和解决方案进行并行计算和协作。
几种软件体系结构风格阐述
几种软件体系结构风格阐述软件体系结构是一种抽象的概念，它描述了计算机系统中元素、组件以及它们在系统中的交互方式。
软件体系结构是应用程序的基础，它决定了系统的性能、可靠性和可维护性。
不同的应用场景需要不同的软件体系结构，所以研究和选择适合的软件体系结构对于软件开发至关重要。
本文将介绍几种常见的软件体系结构风格。
1. 分层体系结构分层体系结构是一种将系统分解为逻辑层的体系结构风格。
每个层对系统的某个方面进行抽象和处理，并通过简单的界面与其它层交互。
分层体系结构使得整个系统能够更好地组织和管理，每个层都担负着不同的任务，有助于降低系统的复杂度。
不过，分层体系结构也存在着一些缺点，比如单个层出现问题时会影响整个系统，层与层之间的接口设计也需要考虑，这些都需要额外的编程。
2. 客户端-服务器体系结构客户端-服务器体系结构是一种将系统分为客户端和服务器两部分的体系结构风格。
客户端与用户交互，并向服务器发起请求，服务器在响应请求后返回数据给客户端。
这种风格的优点是可以平衡客户端和服务器的负载，并且客户端和服务器可以独立地发展和维护。
缺点是增加了通信和协调的开销，需要处理并发和同步问题。
3. MVC体系结构MVC体系结构是一种将系统分为模型、视图和控制器三部分的体系结构风格。
模型负责处理数据，视图负责显示信息并与用户交互，控制器则负责协调视图和模型之间的交互。
MVC体系结构的优点是可以提高代码的可维护性和可重用性，提升系统的交互性和可扩展性。
缺点是增加了系统的复杂性。
4. 事件驱动体系结构事件驱动体系结构是一种基于事件响应的体系结构风格。
它通过对事件的监听和相应来处理系统中发生的各种动作。
这种风格的优点是可以降低流程控制复杂度，提升系统的响应速度和实时性。
缺点是事件处理的规则较为复杂，需要考虑事件的顺序和关系。
5. 领域驱动体系结构领域驱动体系结构是一种将系统分为领域层、应用层和基础层三部分的体系结构风格。
每个层都在前一层的基础上进行业务逻辑的处理，基础层提供基础的组件和服务支持，应用层则是系统的业务逻辑实现，领域层则将业务对象进行抽象。
软件体系结构总结【强烈推荐】
第一章：1、软件体系结构的定义国内普遍看法：体系结构=构件+连接件+约束2、软件体系结构涉及哪几种结构：1、模块结构（Module）系统如何被构造为一组代码或数据单元的决策2、构件和连接件结构（Component-And-Connector，C&C）系统如何被设计为一组具有运行时行为（构件）和交互（连接件）的元素3、分配结构（Allocation）展示如何将来自于模块结构或C&C结构的单元映射到非软件结构（硬件、开发组和文件系统）3、视图视点模型视点（View point）ISO/IEC 42010:2007 (IEEE-Std-1471-2000)中规定：视点是一个有关单个视图的规格说明。
视图是基于某一视点对整个系统的一种表达。
一个视图可由一个或多个架构模型组成架构模型架构意义上的图及其文字描述（如软件架构结构图）视图模型一个视图是关于整个系统某一方面的表达，一个视图模型则是指一组用来构建4、软件体系结构核心原模型1、构件是具有某种功能的可复用的软件结构单元，表示了系统中主要的计算元素和数据存储。
2.连接件(Connector)：表示构件之间的交互并实现构件之间的连接特性：1)方向性2)角色3)激发性4)响应特征第二章1、软件功能需求、质量属性需求、约束分别对软件架构产生的影响功能性需求：系统必须实现的功能，以及系统在运行时接收外部激励时所做出的行为或响应。
质量属性需求：这些需求对功能或整个产品的质量描述。
约束：一种零度自由的设计决策，如使用特定的编程语言。
质量原意是指好的程度，与目标吻合的程度，在软件工程领域，目标自然就是需求。
对任何系统而言，能按照功能需求正确执行应是对其最基本的要求。
正确性是指软件按照需求正确执行任务的能力，这无疑是第一重要的软件质量属性。
质量属性的优劣程度反映了设计是否成功以及软件系统的整体质量。
系统或软件架构的相关视图的集合，这样一组从不同视角表达系统的视图组合在一起构成对系统比较完整的表达2、质量属性3、系统非功能性需求？包括哪些质量属性非功能性需求：用户对软件质量属性、运行环境、资源约束、外部接口等方面的要求或期望，包括：(1) 性能需求：用户在软件响应速度、结果精度、运行时资源消耗量等方面的要求。
软件体系结构_软件体系结构形式化描述
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模块接口语言MIL MIL的优点：
具有严格的语义基础，能够支持对较大的软件单元进 行诸如：定义/使用（Definition/Use）、接口定义 （Interface Definition）和导入/导出 （Import/Export）等操作。 一般来讲，MIL与实际的实现语言无关，只关注构件 的对外表现协议以及构件之间的通讯关系
形式化方法过程
关注结构和约束
体系结构 形式化模型1
集合论、谓词逻辑
软件系统
关注行为
体系结构 形式化模型2 进程代数
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软件体系结构形式化基础
一阶谓词逻辑（First Order Predicate Logic） 集合论 属性文法（Attribute Grammar） 进程代数 （Process Algebra） 通讯顺序进程（CSP，Communicating Sequential Processes） π-演算（π-Calculus） Petri网 状态机（State Machine） „„
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项目管理
静态分析器
时间分析器
测试配置
测试结果库
缓冲
最优/最劣时间 计算
布图算法
复杂度计算
带时间特性的 流程图
函数调用关系 图
程序复杂度
测试结果打印
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UML 基于UML技术的软件体系结构描述方法
1996年，Rational、Catapulse公司发起workshop， 倡议用UML进行体系结构描述和建模、特定领域体 系结构建模；对UML中的stereotypes、profiles等 进行扩充，支持体系结构的表示 2004年，UML2.0发布，增强了通用软件体系结构的 描述能力。 本质上UML是侧重于面向对象（OO, Object Oriented)软件系统设计的语言
软件体系结构描述方法
前端语言：通过选择与模型匹配的语言描述，它可以转化为概念 模型的标准语言，使用时要考虑转换机制产生的中间制品。
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软件体系结构描述框架标准
IEEE P1471 Rational
系统的扩展非常容易。
它的程序也能在客户端电脑上进行部分处理，从而大大
的减轻了服务器的负担；并增加了交互性，能进行局部实时刷
新。
精选课件
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网上商城网站系统设计
B/S架构特点
维护和升级方式简单。 成本降低，选择更多。 应用服务器运行数据负荷较重。
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网上商城网站系统设计
系统简介：
运用spring MVC框架，利用MyBatis进行定制化 SQL、存储过程 以及高级映射，使用Redis Key-Value存储系统进行数据缓存处理，利 用Security进行密码加密以及用户安全访问控制，运用maven进行依 赖管理。使用MQ进行站内通信。service处理模型有关操作， controller负责视图的填充，而jsp页面负责页面的展示。前端使用 bootstrap框架进行jsp页面的编写。使用github进行版本控制。
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ADL分类
根据描述属性分类：
结构ADL：针对处理器及其互联的硬件单元。 行为ADL：主要关注处理器指令集语义功能。 混合ADL：兼有上述两者属性，提供他们之间的交互描述。
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ADL分类
根据ADL和编程语言的关系分类：
标准语言：其优点是可扩展已有的工具以适应新框架的特性，并 且易于掌握；缺点是，不能很好地支持建模语言结构，损失了语言 描一建模语言UML
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System
软件体系结构
Model 1 View 1
Model 2 View 2
Model 3 View 3
软件体系结构描述
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体系结构描述方式 使用不同的策略和方法可对同一软件体系结构 作不同的理解和描述
如：描述一块石头的重量
• • • • • • • 比较轻 比另一块重一些 大约2公斤 四斤六两 2.32Kg 5.114751207磅 „„
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软件体系结构的描述 软件体系结构和软件体系结构描述不同的两个 概念
软件体系结构是附属于系统之中。只要存在系统，体 系结构就存在
• 如：每个石头都会有重量
软件体系结构描述是将体系结构可视化的手段和产物
• 如：表示一个石头的重量
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如何理解体系结构描述
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形式化方法的进化——ADL
纯形式化方法的不足 形式化方法不能直接支持软件的各种概念，因此难以 在实践中应用 体系结构描述语言ADL (Architecture Description Language) 应用通用的形式化方法对体系结构和风格进行建模和 分析，在体系结构的抽象级上提供一个精确的语义。 提供了强有力的分析能力、抽象和与实现的细节无关 性。 为体系结构元素定义了一系列符号，可以应用于实际 的复杂系统的描述。
• 如WRIGHT、Aesop
根据与实现细节的关系的描述语言 实现无关语言（Implementation Independent Languages） 实现相关语言（Implementation Constraining Languages）
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几种ADL简介
Darwin 系统
基于OO的软件体系结构描述方法
OO描述方法的优点：
1. 采用面向对象方法，更能反映软件体系结构的本质特 征。 2. 提供了多个视图直观形象地反映体系结构元素所具有 的功能、特征。 3. 通过类图、包图等反映体系结构的静态特征，并通过 协作图、序列图、部署图等反映体系结构的动态特征。
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OOADL 形式化ADL
Ｗright 系统
DSADL
XYZ/ADL
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几种ADL简介（续） Darwin
采用π演算来分析、描述带有演化通信结构的并发系 统。在π演算中，一个系统被表述成一组具有独立功 能的进程集，集合中的每个进程可以与其它进程建立 连接，每个连接都有一个连接名。Darwin采用π演算 对系统行为进行建模，利用其强类型系统进行静态检 查。
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软件体系结构的形式化描述 软件体系机构形式化描述风格
风格的多样性问题 风格的通用性问题 风格的专用性问题
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何谓形式化方法 形式化方法：
借助抽象的方法将软件系统转化为数学模型 如何抽象取决于关注点
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UML特性 特点
语义极其丰富 语义相对精确 有少量的形式化基础
用途
需求分析 OO类设计 行为设计和分析 代码自动生成
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UML图实例 类图（Class Diagram）
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UML图实例 用例图（Use Case Diagram）
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非标准图形符号描述
非标准图形符号描述 用由矩形框和有向线段组合而成的图形表达工具。其 中，矩形框代表抽象构件，有向线段代表辅助各构件 进行通讯、控制或关联的连接件。 特点 语义丰富 语义极不精确 没有形式化基础 用途 商业展示 设计草图
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ADL应当有什么功能
定义和描述结构概念（Capture） 描述一个系统是如何被构件建立起来的（Construction） 描述如何通过现有的构件生成新的系统（Composition） 指导从多个不同的设计和实现中挑选最优方案（Selection） 检验一个设计是否能够满足需求（Verification） 检测一个需求对系统的隐含影响（Analysis） 根据需求自动化构建系统（Automation）
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几种ADL简介（续） XYZ/ADL
针对国内唐稚松院士提出基于时序逻辑的XYZ语言进 行扩充，用来描述验证具有实时性、可靠性要求的软 件体系结构。
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几种ADL简介（续）
DSADL 采用属性文法(AG)来形式化描述软件体系结构。传 统的属性文法是在一上下文无关文法(Context Free Grammar，CFG)-G=(VN,VT,P,Z)上附加上下文有关 的属性和规则。其中， VN是非终结符号集；VT是 终结符号集；P是产生式集；Z是开始符号。假设G是 规范CFG。P中的产生式为 p: Xp,,0→Xp,1…Xp,np，np≥1，表示的右部所含符号 的长度；Xp,0∈VN，Xp,i∈V;V= VN∪VT; 1≤i≤np。 DSADL针对分布式软件的特征引入了并行描述机制 、 特殊的终结符号、条件产生式 。
a m F
dm v F dt s v0t at2 / 2
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形式化的抽象
实际事物
形式化方法
形式化描述
• 计 算 和 预 测
• 分 析 与 评 估
• 精 确 描 述
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内容概要 形式化描述简介 软件体系结构的描述 软件体系结构形式化描述 实例：WRIGHT WRIGHT应用范例
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UML图实例 序列图（Sequence Diagram）
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UML图实例 协作图（Collaboration Diagram）
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UML图实例 构件图（Component Diagram）
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THU SAGroup
模块接口语言MIL MIL的优点：
具有严格的语义基础，能够支持对较大的软件单元进 行诸如：定义/使用（Definition/Use）、接口定义 （Interface Definition）和导入/导出 （Import/Export）等操作。 一般来讲，MIL与实际的实现语言无关，只关注构件 的对外表现协议以及构件之间的通讯关系
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项目管理
静态分析器
时间分析器
测试配置
测试结果库
缓冲
最优/最劣时间 计算
布图算法
复杂度计算
带时间特性的 流程图
函数调用关系 图
程序复杂度
测试结果打印
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UML 基于UML技术的软件体系结构描述方法
1996年，Rational、Catapulse公司发起workshop， 倡议用UML进行体系结构描述和建模、特定领域体 系结构建模；对UML中的stereotypes、profiles等 进行扩充，支持体系结构的表示 2004年，UML2.0发布，增强了通用软件体系结构的 描述能力。 本质上UML是侧重于面向对象（OO, Object Oriented)软件系统设计的语言
•精确程度不同 •单位不同 •测量基准不同
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体系结构描述方式
体系结构描述方式标准 语义丰富性 语义精确性 形式化程度 主要描述方式 非标准的图形符号 UML 模块接口语言MIL Preciseness ADL
Richness
O
Formalization
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我们在哪里
抽象描述 体系结构描述 非形式化描述
非标准图形符号描述： 用于粗略描述和展示
UML： 用于系统设计和理解
MIL： 用于实现体系结构的设计
形式化描述
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软件体系结构的形式化描述 为什么需要形式化描述
需要严格、精确无歧异的描述，以便在系统众多的涉 众中进行交流 需要演算的能力，使得在判断系统质量的时候可以由 计算得出，而不是仅仅凭借经验推测 需要进行体系结构分析自动化
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模块接口语言MIL MIL的缺点
这些语言处理和描述的软件设计开发层次过于依赖程 序设计语言，限制了它们处理和描述比程序设计语言 元素更为抽象的高层次软件构架元素的能力。
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内容概要 形式化描述简介 软件体系结构的描述 软件体系结构形式化描述 实例：WRIGHT WRIGHT应用范例
前两者不能被认为是真正意义上的ADL
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ADL分类（续）
根据研究范围分类 研究体系结构配置结构的描述语言
• 如Darwin、CHAM（Chemical Abstract Machine）
研究体系结构实例的描述语言
• 如Rapide、UniCon
研究体系结构风格的描述语言
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ADL分类 根据结构分类
隐式配置语言(Implicit Configuration Languages) 嵌入式配置语言(Inline Configuration Languages) 显式配置语言(Explicit Configuration Languages)