软件体系结构 4+1模型案例
软件体系结构设计案例分析
ISSS系统所处的物理环境
外部系统接口 （ESI）
主计算机负责对监控数据 和飞行计划数据进行处理 4个并行令牌环 网 双LCN接口单元 与LCN相连
增强直接访问雷达 信道
测试培训子系统
本地通信网络（LCN）
BCN
监控控制台
监控控制台
通用控制台
通用控制台
通用控制台
通用控制台
空中交通管制人员的工作站；一个区 段组可以有1~4台通用控制台
各中心的信息存储结构
数据中心的分层体系结构
数据中心的分层体系结构
分层体系结构：某一层功能和实现的变化只是上下层有关 （低耦合，可扩展、组件复用） 安全管理：访问权限 日志管理：多种操作的记录 数据访问层：审查、发布数据的操作 应用服务层：多个共享服务组件 共享服务接口：访问接口、入口，重用部分应用服务组件
体系结构说明
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主数据中心作为整个系统共享服务的一个入口，它提供了 查询主数据中心上元数据信息的服务；负责向分数据中心 转发用户访问科学数据的请求。 分数据中心也可以作为共享服务的入口。每个分数据中心 都具有各自的管理信息系统，收集和管理某个研究领域内 的科学数据，用户可以直接登录某个分数据中心上访问数 据。 加入了安全中心。用户的基本信息，如密码、住址、所属 单位等，都由安全中心保存和维护。安全中心为所有数据 中心提供了用户的身份验证、维护的安全服务。 但是用户访问数据的权限则由各个数据中心独立地设置和 管理。
Suite System，ISSS）
ISSS是针对22个中途中心的软硬 件升级系统
需求与质量分析
空中交通管制系统若运行不好，可能会造成生命财产损失 极高的可用性
软件体系结构4 1模型实例
第七部分设备管理1.功能描述：设备管理功能主要包括设备信息的编辑（增加、删除、修改）。
1.1.设备信息包括设备的位置信息、名称、状态。
1.2.设备信息的编辑：支持对设备信息的编辑（增加、删除、修改）。
2.内容概述：运用4+1视图模型，从5种视图角度，进行分析设计。
2.1场景视图（Use case）使用user case图设计系统的各个场景。
2.2逻辑（功能）视图（Logical View），设计的对象模型（使用面向对象的设计方法时）。
2.3开发（模块）视图（Development View），描述了在开发环境中软件的静态组织结构。
2.4物理视图（Physical View），描述了软件到硬件的映射，反映了分布式特性。
2.5过程视图（Process View），捕捉设计的并发和同步特征。
4+1视图综述：3.设计详情：3.1场景视图(Scenarios)：参与者与用例构成场景视图，对设备的设置从修改，删除，增加三方面驱动。
如图1：图1在设计场景视图时，对包含（include）和扩展(extend)的应用需要仔细琢磨，刚开始并不知道每种的应用范围，看了网上的例子，和以前软件工程的书，大概了解包含的概念是一些必然发生的用例，然而扩展是在特殊情况的时候才可能发生的非正常情况。
我觉得一个小小的箭头也许在现在的项目作业中并不重要，但是在今后的学习工作中它会从某种程度上决定项目的成败，并体现出个人对工作和生活的认真态度，所以，大学课程的好处就是允许我们在实践和失败中汲取教训，总结经验。
在这部分，有同学提出了质疑，认为需要具体细分一下，如图2：图2在这里，也是得到其他同学的启发，场景视图必须要具体细分，它注重功能的概念，细分的过程可以放在逻辑视图中，通过函数来具体实现。
在这部分，我还需要更深入的了解，在实际应用过程中不断摸索。
3.2逻辑视图（Logic View）：逻辑试图主要是用来描述系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。
软件架构设计的模式与实践案例分析
软件架构设计的模式与实践案例分析1. 引言软件架构设计在现代软件开发中扮演着重要的角色。
恰当选择和应用合适的架构设计模式可以提高软件的可维护性、可扩展性和性能等方面的质量。
本文将通过分析几个实际案例，介绍常见的软件架构设计模式以及它们的实践应用。
2. 分层架构模式分层架构模式是最常见的软件架构设计模式之一。
它将软件系统分为多个层次，各层次之间通过接口进行通信。
每个层次负责不同的功能，使得系统的耦合度降低，易于维护和扩展。
以一个电子商务平台为例，典型的分层架构包括展示层、业务逻辑层和数据存储层。
3. MVC架构模式MVC（Model-View-Controller）是一种常见的软件架构设计模式，特别适用于Web应用程序。
它通过将应用程序划分为数据模型、用户界面和控制器三个部分，实现了数据和业务逻辑的分离。
当用户与界面交互时，控制器负责处理请求并更新数据模型和视图。
一些知名的Web框架如Spring MVC和Ruby on Rails都采用了MVC架构模式。
4. 事件驱动架构模式事件驱动架构模式是一种基于事件和消息传递的软件架构设计模式。
它将系统组织为多个异步事件处理器，各处理器通过事件和消息进行通信。
当事件发生时，相关的处理器负责处理并触发其他事件。
这种架构适用于高并发场景和松耦合系统。
例如，基于事件驱动架构设计的消息队列系统可以处理大量实时消息。
5. 微服务架构模式微服务架构模式是近年来兴起的一种架构设计模式。
它将大型软件系统拆分为多个小型、自治的服务。
每个服务都独立运行，并通过轻量级的通信机制进行交互。
这种架构设计模式具有高度的可伸缩性和灵活性，容易于进行持续集成和部署。
知名的微服务架构框架包括Spring Cloud和Netflix OSS。
6. 多层架构模式多层架构模式是一种将系统划分为多个逻辑层次的软件架构设计模式。
典型的多层架构包括表示层、业务逻辑层、数据访问层、数据持久层等。
这种架构设计模式可以使得系统的各个层次之间的依赖性降低，提高了系统的可维护性和可扩展性。
个人通讯录Kruchten“4+1”模型
个人通讯录“4+1”视图模型Kruchten“4+1”模型由5个视图构成：逻辑视图：当采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即是对象模型。
开发视图：描述软件在开发环境下的静态组织。
进程试图：描述系统的并发和同步方面的设计。
物理视图：描述软件到硬件之间的映射关系，反映系统在分布方面的设计。
场景视图：通过选择出的一些用例对体系结构加以说明，这些用例被称作场景。
1.逻辑视图：便于理解系统设计的结构与组织如图1所示：系统只有一个逻辑视图，该视图以图形方式说明关键的用例实现、子系统、包和类，它们包含了在构架方面具有重要意义的行为。
逻辑视图在每次迭代过程中都会加以改进。
逻辑视图表示了设计模型中在构架方面具有重要意义的部分。
图1 通讯录系统体系结构的逻辑视图2.开发视图：设计满足开发期质量属性的体系结构，如图2所示：图2 通讯录系统体系结构的开发视图3.进程视图：设计满足运行期质量属性的体系结构,如图3所示：●应用层中的线程代表主程序的运行，它直接利用了MFC的主窗口线程。
无论是用户交互，还是串口的数据到达，均采取异步事件的方式处理，杜绝了任何"忙等待"无谓的耗时，也缩短了系统响应时间。
●通讯层有独立的线程控制着"上上下下"的数据，并设置了数据缓冲区，使数据的接收和数据的处理相对独立，从而数据接收不会因暂时的处理忙碌而停滞，增加了系统吞吐量。
●嵌入层的设计中，分别通过时钟中断和RS232口中断来激发相应的处理逻辑，达到轮询和收发数据的目的。
图3 设备调试系统体系结构的进程视图●过程视图侧重于系统的运行特性，主要关注一些非功能性的需求。
●过程视图强调并发性、分布性、系统集成性和容错能力，以及从逻辑视图中的主要抽象如何适合进程结构。
它也定义逻辑视图中的各个类的操作具体是在哪一个线程中被执行的。
顺序图如下：显示联系人信息如图4：图4 显示联系人信息顺序图4.物理视图：和部署相关的体系结构决策，如图4所示：软件最终要驻留、安装或部署到硬件才能运行，而软件体系结构的物理视图关注"目标程序及其依赖的运行库和系统软件"最终如何安装或部署到物理机器，以及如何部署机器和网络来配合软件系统的可靠性、可伸缩性等要求, 图4所示的物理体系结构视图表达了设备调试系统软件和硬件的映射关系。
C2_软件体系结构建模解析
这是一个最直观、最普遍的建模方法。这种方法以 体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构，并 力图通过结构来反映系统的重要语义内容，包括系统 的配置、约束、隐含的假设条件、风格、性质等。 研究结构模型的核心是体系结构描述语言。
2018/10/15
4
第3章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
2018/10/15
编程人员：软件管理 开发视图
物理视图 系统工程人员：系统 拓扑、安装、通信等
10
第3章 软件体系结构建模 ◇ 软件架构视图
3.2 “4+1”视图模型
Kruchten在其著作《Rational统一过程引论》中写道： 一个架构视图是对于从某一视角或某一点上看到的系 统所做的简化描述，描述中涵盖了系统的某一特定方面， 而省略了与此方面无关的实体。 软件架构的每个视图分别关注不同的方面，针对不同 的目标和用途。
最终用户：功能需求 逻辑视图 场景
编程人员：软件管理 开发视图
进程视图 系统集成人员：性能 可扩充性、吞吐量等
物理视图 系统工程人员：系统 拓扑、安装、通信等
u逻辑视图 当采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即 是对象模型。
u进程视图 描述系统的并发和同步方面的设计。 u物理视图 描述软件到硬件之间的映射关系，反映系统 在分布方面的设计。
◎ 框架模型
3.1 软件体系结构建模概述
框架模型与结构模型类似，但它不太侧重描述结构 的细节而更侧重于整体的结构。 框架模型主要以一些特殊的问题为目标建立只针对 和适应该问题的结构。
2018/10/15
5
第3章 软件体系结构建模 ◇ 软件体系结构建模的种类
◎ 动态模型
3.1 软件体系结构建模概述
软件架构设计之“4+1”视图模型
软件架构设计之“4+1”视图模型1、软件架构设计 软件架构是具有⼀定形式的结构话元素，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。
处理构件负责对数据进⾏加⼯，数据构建是被加⼯的信息，连接构件把架构不同部分负责连接起来。
软件架构是软件设计过程中⼀个层次，这⼀层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。
2、软件架构建模 设计软件架构的⾸要问题是如何表⽰软件架构，即对软件架构建模。
根据建模的侧重点不同，可以讲软件建构的模型分为5种，分别是结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型。
2.1结构模型这是⼀个最直观、最普遍的建模⽅法。
这种⽅法以架构的构件、连接件和其他概念呢来刻画架构，并⼒图通过结构来反映系统的重要寓意内容，包括系统的配置、约束、隐含的假设条件、风格和性质等。
研究结构模型的核⼼是架构描述语⾔。
2.2框架模型框架模型和结构模型类似，但他不太侧重描述结构的细节⽽更侧重与整体的结构。
框架模型主要以⼀些特殊的问题为某表建⽴⾄针对和适应该问题的结构。
2.3动态模型动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统“⼤颗粒”的⾏为性质例如，描述系统的重新配置活演化。
动态可以指系统的总体结构和配置、建⽴活拆除通信通道或计算的过程。
这类系统是激励型的。
2.4过程模型过程模型研究构造系统的步骤和过程，因⽽结构是遵循某些过程脚本的结果。
2.5功能模型该模型认为架构是⼀组功能构件按层次组成，下层向上提供服务。
它可以看作是⼀种特殊的框架模型。
在这5中模型中，最常⽤的是结构模型和动态模型。
这5中模型各有所长，将5中模型有机地统⼀在⼀起，形成⼀个完整的模型来刻画软件架构更合适。
例如，Kruchten在1995年提出了“4+1”视图模型。
3、“4+1”视图模型 “4+1”视图模型从5个不同的视⾓包括逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述软件架构。
每个视图只关⼼系统的⼀个侧⾯，5个视图结合在⼀起才能反映系统软件架构的全部内容。
软件体系结构(3)：软件体系结构模型
Terminal
Connection Services
Terminal
Connection Services
Controller
Numbering Plan
Controller
Numbering Plan
华南农业大学信息学院
第2章 软件体系结构建模 ◇ 逻辑视图
2.2 “4+1”视图模型
对于规模更大的系统来说，体系结构级中包含数十甚至数百个 类 。
华南农业大学信息学院
第2章 软件体系结构建模 ◇ “4+1”模型概述
2.2 “4+1”视图模型
Kruchten在1995年提出了“4+1”的视图模型。
“4+1”视图模型从5个不同的视角包括逻辑视图、进 程视图、物理视图、开发视图和场景视图来描述软件 体系结构。 每一个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在 一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。
场景可以看作是那些重要系统活动的抽象，它使四 个视图有机联系起来，从某种意义上说场景是最重要的 需求抽象。在开发体系结构时，它可以帮助设计者找到 体系结构的构件和它们之间的作用关系。同时，也可以 用场景来分析一个特定的视图，或描述不同视图构件间 是如何相互作用的。 场景可以用文本表示，也可以用图形表示。
华南农业大学信息学院
网 络 七 层 协 议 体 系 结 构 图
第2章 软件体系结构建模
2.1 软件体系结构建模概述
◇ 软件体系结构建模的种类
◎ 动态模型
动态模型是对结构或框架模型的补充，研究系统的 “大颗粒”的行为性质。 例如，描述系统的重新配置或演化。动态可以指系统 总体结构的配置、建立或拆除通信通道或计算的过程。
软件系统架构图-参考案例
各种软件开发系统架构图案例介绍第一章【荐】共享平台架构图与详细说明1.1.【荐】共享平台逻辑架构设计(逻辑指的是业务逻辑)注:逻辑架构图--主要突出子系统/模块间的业务关系, 这里的逻辑指的是业务逻辑如上图所示为本次共享资源平台逻辑架构图，上图整体展现说明包括以下几个方面：1 应用系统建设本次项目的一项重点就是实现原有应用系统的全面升级以及新的应用系统的开发，从而建立行业的全面的应用系统架构群。
整体应用系统通过SOA面向服务管理架构模式实现应用组件的有效整合，完成应用系统的统一化管理与维护。
2 应用资源采集整体应用系统资源统一分为两类，具体包括结构化资源和非机构化资源。
本次项目就要实现对这两类资源的有效采集和管理。
对于非结构化资源，我们将通过相应的资源采集工具完成数据的统一管理与维护。
对于结构化资源，我们将通过全面的接口管理体系进行相应资源采集模板的搭建，采集后的数据经过有效的资源审核和分析处理后进入到数据交换平台进行有效管理。
3 数据分析与展现采集完成的数据将通过有效的资源分析管理机制实现资源的有效管理与展现，具体包括了对资源的查询、分析、统计、汇总、报表、预测、决策等功能模块的搭建。
4 数据的应用最终数据将通过内外网门户对外进行发布，相关人员包括局内各个部门人员、区各委办局、用人单位以及广大公众将可以通过不同的权限登录不同门户进行相关资源的查询，从而有效提升了我局整体应用服务质量。
综上，我们对本次项目整体逻辑架构进行了有效的构建，下面我们将从技术角度对相关架构进行描述。
1.2.【荐】技术架构设计注:技术架构图--主要突出子系统/模块自身使用的技术和模块接口关联方式如上图对本次项目整体技术架构进行了设计，从上图我们可以看出，本次项目整体建设内容应当包含了相关体系架构的搭建、应用功能完善可开发、应用资源全面共享与管理。
下面我们将分别进行说明。
1.3.【荐】系统整体架构设计(也称为系统总体架构)上述两节，我们对共享平台整体逻辑架构以及项目搭建整体技术架构进行了分别的设计说明，通过上述设计，我们对整体项目的架构图进行了归纳如下：注:系统整体/总体架构图--主要突出从物理硬件（物理层/基础层）、数据库（数据层）、后台底层（支撑层）、业务逻辑（业务层/应用层）、UI描述（展示层）、系统用户分类（用户层），项目实施与运维管理，标准与规范体系和安全保障体系（贯穿各层的保障系统）一般我们只画大虚框内的部分就行了，外面的是说明与其他系统的对接描述，可以省略综上，我们对整体应用系统架构图进行了设计，下面我们将分别进行说明。
体系结构结构模型
仓库管理系统的软件体系结构模型XXX（XX大学 XXX学院，XX XXX）摘要：本文使用统一建模语言UML对仓库管理软件的软件体系架构进行建模。
使仓库管理软件架构在开发初期能够很好地被开发人员和客户理解。
本文采用“4+1”视图模型对系统进行建模。
关键词：仓库管理 UML 软件体系架构1.软件系统体系结构模型本章采用“4+1”视图模型对软件系统进行建模。
该视图模型从5个不同的视角，包括逻辑视图、进程视图、物理视图、开发视图、和场景视图来描述软件体系机构。
每个视图只关心系统的一个侧面，5个视图结合在一起才能反映系统的软件体系结构的全部内容。
“4+1”视图模型如图1所示，其中图中的实施视图就是开发视图。
图1 “4+1”视图模型1.1逻辑视图逻辑视图（Logical view），主要是整个系统的抽象结构表述，关注系统提供最终用户的功能需求，不涉及具体的编译，即输出和部署。
在逻辑视图中，系统分解成一系列的功能抽象。
这些分解不但可以用来进行功能分析，而且可用作标识在整个系统的各个不同部分的通用机制和设计元素。
通常在UML中用类图来描述逻辑视图。
类图(Class diagram)显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等，从系统构成角度来描述正在开发的系统。
类图不显示暂时性信息。
如图2所示为系统逻辑视图。
在逻辑视图中，采购入库员、出库员、商场管理员、仓库管理员类是通过系统用户类泛化来的，系统用户有的一般操作和属性他们也都拥有。
其中按照系统的权限范围来说，采购入库员、出库员、仓库管理员依赖于商场管理员，因为只有商场管理图2 逻辑视图员有注册用户的功能。
除了他们共有的属性和操作，采购入库员、出库员、商场管理员、仓库管理员还有各自的特殊操作。
采购入库员类自己还包含了商品入库、创建商品信息、维护商品信息、信息查询这些操作。
出库员类包含的操作有商品出库、信息查询。
仓库管理员类包含的操作有仓库盘点、货位管理。
实验二 用“4+1”视图描述体系结构
实验2用“4+1”视图描述体系结构
一、实验目的：
理解“4+1视图”建模思想，熟悉体系结构生命周期模型，掌握基于软件体系结构建模方法。
二、实验学时：2
三、实验内容及操作步骤：
（一）实验内容
根据“4+1”视图对KWIC（关键词索引系统）系统建模，完成KWIC系统的逻辑视图、过程视图、物理视图、开发视图和场景视图。
（二）操作步骤
基于“4+1”视图，对KWIC（关键词索引系统）系统进行视图建模：
1．建立KWIC的逻辑视图
采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即是对象模型。
2．建立KWIC的过程视图
描述系统的并发和同步方面的设计。
3．建立KWIC的物理视图
描述软件到硬件之间的映射关系，反映系统在分布方面的设计。
4．建立KWIC的开发视图
描述软件在开发环境下的静态组织。
5．建立KWIC的场景视图描述软件体系结构的用例。
四、实验要求：
实验课前完成实验报告的实验目的、实验环境、实验内容、实验操作过程等内容；
实验课中独立/团队操作完成实验报告的实验操作、实验结果及结论等内容；每人一台PC机，所需软件Win2003/XP、UML工具（EclipseUML/ Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、JDK6.0等。
实验课后完成实验报告的心得体会内容，并及时提交实验报告。
五、实验报告要求：
1．独立完成。
2．按时保质保量提交电子版和纸质版作业。
3．纸质版以班为单位上交，由班长负责收发；电子版作业文档以班为单位打包交给班长。
Kruchten的4+1模型描述软件体系结构
过程视图的体系结构：过程分解
软件被分为独立的任务的集合。每个任务是一个独立的控制线程，可 以在一个处理节点上独立单独调度。因此可以将任务分为主任务和辅 任务。主任务是需要单独解决的体系结构元素。辅任务是由于实现原 因而在本地加入的附加任务(缓冲，超时，等等)，例如可以将它们实 现为轻量级的线程。主任务通过一套完善定义的任务间通信机制进行 通信：同步的或异步的基于消息的通信服务、远程过程调用、时间广 播等。不应当假设通信中的主任务处于同一个过程中或处在同一个处 理节点上。辅任务的通信可以采用共享内存的方式或其他双方约定的 方式。
该模型采用多视图模型的方法描述软件体系结构。为了最终能够处理 富于挑战性的、大规模的软件系统，该模型由5个视图构成。
u逻辑视图 当采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即是对象模型。 u进程视图 描述系统的并发和同步方面的设计。 u物理视图 描述软件到硬件之间的映射关系，反映系统在分布方面 的设计。 u 开发视图 描述软件在开发环境下的静态组织。
2024/5/22
假定你是Consultant(顾问)
面对这样的图，你会有什么反应？
2024/5/22
假定你是Consultant(顾问)
面对这样的图，你会有什么反应？
2024/5/22
体系结构描述方法
软件开发过程中各种角色之间交流设计思 想的媒介
进行上层分析的基础。此基础上可以验证 体系结构设计方案，精炼或改变必要的方 案
2024/5/22
构件 类
类服务
参数化类 类层次
连接件 关联
包含，聚集 使用 继承 实例
逻辑视图的风格
逻辑视图也可以采用面向对象的风格。 逻辑视图设计的主要准则是，要设法在整个系统中保持一个单一的、连贯的
【DOC】-外文翻译--基于ST语言(结构化文本语言)可编程控制器(中文)-其他专业
【DOC】-外文翻译--基于ST语言（结构化文本语言）可编程控制器（中文）-其他专业中文2670字基于ST语言(结构化文本语言)可编程控制器组态控制和编程经验作者:G. Karmakar, Ashutosh Kabra, Jose Joseph, B. B. Biswas, R. K. Patil反应器控制部分巴哈马原子能研究中心摘要:本文的主要内容为在可编程控制器的配置过程中，根据运行过程中的配置情况进行程序代码编写，并且将实时操作系统抽象的嵌入PLC硬件之中，从而实现一个典型的控制逻辑应用，在此过程中我们使用的是IEC 61131-3标准ST语言。
关键词:PLC，ST语言，POU(程序组织单元)，配置，资源，程序，功能 1.引言可编程控制器是大多数控制项目的骨干，例如发电，钢铁生产，化工，石油化工，PLC)是一种工业计算机控制系统，它能连续监核电站等各行业。
一个可编程控制器(测设备的输入状态，并且根据某种程序来控制输出设备的状态。
针对生产过程中的输入条件是一段时间，要求可编程控制器的输出结果应该为一个实时的系统。
在过去，许多PLC生产厂商使用自己的编程语言，这些语言与他人是不兼容的。
为了提高不同产品之间重用组件的兼容性和互操作性，国际电工委员会61131标准针对主要不同引入统一的做法。
IEC 61131标准的第三部分规定了统一的基于可编程控制器的编程语言套件的语法和语义。
在本文中，我们描述了一个运用PLC的典型控制逻辑应用，包括实时的程序写入，实时的代码生成配置，和PLC硬件部分的实时操作系统嵌入，在此过程中我们运用的是ST编程语言。
2.研究范例2.1 案例定义一个简单的应用案例,控制一个水泵P1和排放阀V1并且根据要求向指定设备(例如一个SCADA站)发送信息。
使用要求:使用要求1:读取以下内容的输入情况。
a) P1的启动按钮的状态(离散输入)b) P1的停止按钮的状态(离散输入)c) V1的启动按钮的状态(离散输入)d) V1的关闭按钮的状态(离散输入)e) P1的开/关状态(离散输入)f) 读取P1排水压力(模拟输入)时间扫描为每10ms读取一次。
基于SA的UML4+1模型分析
基于SA基本特性与核心属性的UML4+1模型分析报告摘要：由于软件体系结构的描述方法多种多样．各种工具不仅涉及不同领域，而且描进方法不尽相同。
给系统选择一种合适工具描述体系站构带来了难度。
统一建模语言UML是一种被广泛采纳的可视化建模语言。
它将系统结构的共同特征用相关语义、符号、图形加以描述。
Kruchten 提出了一个"4+1"视图模型，从5个不同的视角包括包括逻辑试图、进程视图、部署视图、开发视图、用例视图来描述软件体系结构。
每一个视图只关心系统的一个侧面，5个试图结合在一起反映系统的软件体系结构的全部内容。
关键字：软件架构，UML，4+1模型，建模1、引言软件体系结构建模是工业化生产软件开发的基本工作。
复杂的系统难以被人们完全理解，通过建立良好的模型，帮助我们掌握复杂的体系结构也为开发成功的软件系统打下基础。
随着复杂系统的日益增加，好的建模技术也日益其重要性。
在UML统一建模语言出现以前．没有一种占统治地位的建模语言。
各种语言各有特色，用户必须选择几种类似的建模语言，以完成复杂的体系结构描述。
大部分建模语言都有一些主要的、共同的概念，而在描述和表达方面却又有所不同．缺乏一种强大的具有扩展能力的建模语言，给使用者带来许多麻烦，不利于软件的推广和重用。
”4+1’模型采用UML作为各视图的表达和解释环境，统一各部分的建模描述语言，有利于合作开发以及各层次、各环节开发人员之间的沟通，建立切合实际的模型，平衡软件质量与开发周期间的矛盾，加速软件开发和推广。
2、UML 4+1模型概述UML的“4+1视图”是指从某个角度观察系统构成的4+1个视图，每个视图都是系统描述的一个投影，说明了系统某个侧面的特征。
其包含如下的几个视图：（1）用例视图（场景视图）（2）逻辑视图（3）开发视图（4）进程视图（5）部署视图（物理视图）对体系结构进行的描述是围绕着以上4个视图展开的。
然后，通过选择出的一些用例对体系结构加以说明。
软件架构与设计模式实验(ATM系统的“4+1”视图建模)
重庆大学
学生实验报告
实验课程名称软件架构与设计模式
开课实验室DS1501
学院年级专业班
学生姓名学号
2、完成ATM自动存取款机操作系统的逻辑视图。
3、完成ATM自动存取款机操作系统的开发视图。
4、完成ATM自动存取款机操作系统的进程视图。
5、完成ATM自动存取款机操作系统的物理视图。
二、实验条件
计算机上安装StartUML软件。
三、实验内容
完成ATM自动存取款机操作系统的“4+1”视图建模。要求：
1、使用StartUML完成“4+1视图”建模；
2、视图建模后到导出图片格式插入实验报告中（注意导出图片清楚）；
3、运用分层体系结构风格完成架构优化。
四、实验步骤
1、完成ATM自动存取款机操作系统的场景视图。
开课时间2015至2016学年第2学期
总成绩
教师签名
软件学院制
《软件架构与设计模式》实验报告
开课实验室：软件学院年月日
学院
软件学院
年级、专业、班
姓名
成绩
课程
名称
软件架构与设计模式
实验项目
名称
软件体系结构分析
指导教师
教师评语
教师签名：
年月日
一、实验目的
基于“4+1”视图，对“ATM”自动存取款机软件系统架构进行分析与设计。掌握“4+1”视图的建模方法，熟悉StarUML建模工具使用。
软件系统架构图-参考案例
软件系统架构图-参考案例本文介绍了共享平台的逻辑架构设计、技术架构设计和系统整体架构设计。
逻辑架构图突出了子系统/模块间的业务关系，重点包括应用系统建设、应用资源采集、数据分析与展现以及数据的应用。
技术架构图主要突出子系统/模块自身使用的技术和模块接口关联方式，包括相关体系架构的搭建、应用功能完善可开发、应用资源全面共享与管理。
系统整体架构设计则对整个项目的架构图进行了归纳。
通过这些设计，共享平台能够实现资源的有效管理与展现，提升整体应用服务质量。
应用管理层是整体应用系统的管理保障，包括系统的运维管理、安全保障、标准与规范体系等方面。
在本次项目中，我们将建立完善的运维管理体系，包括系统监控、故障排除、性能优化等方面，确保系统的稳定运行。
同时，我们将建立完善的安全保障体系，包括数据安全、网络安全、应用安全等方面，保障系统的安全性。
此外，我们还将建立完善的标准与规范体系，确保系统的开发、维护、升级等方面符合相关规范和标准，提高系统的可维护性和可扩展性。
应用展示层应用展示层是整体应用系统的用户界面，包括PC端、移动端等多种形式。
在本次项目中，我们将采用响应式设计的方式，确保系统在不同设备上的良好展示效果。
同时，我们将注重用户体验的设计，提高系统的易用性和用户满意度。
综上所述，整体应用系统架构图主要包括物理硬件、数据库、后台底层、业务逻辑、UI描述、系统用户分类、项目实施与运维管理、标准与规范体系和安全保障体系等方面。
通过有效的层级结构划分和详细的设计规划，我们将为本次项目的顺利实施和今后区劳动局信息化的发展提供有力支撑。
在设计3.3.3图时，应用管理层有效地继承了我局原有的应用系统分类标准，将实际应用系统分成了八个应用体系。
在实际应用系统的建设中，我们将在全面传承原有应用分类标准规范的基础上，实现有效的多维应用资源分类方法。
整体应用系统也可以通过多维的管理模式进行相关操作管理。
例如，可以按照业务将应用系统进行划分，包括劳动管理和保险管理等。
软件体系结构 4+1模型案例
案例教学1：4+1视图方法进行软件体系结构设计要开发出用户满意的软件并不是件容易的事，软件体系结构师必须全面把握各种各样的需求、权衡需求之间有可能的矛盾之处，分门别类地将不同需求一一满足。
本文从理解需求种类的复杂性谈起，通过具体案例的分析，展示了如何通过RUP的4+1视图方法，针对不同需求进行体系结构设计，从而确保重要的需求一一被满足。
1、呼唤体系结构设计的多重视图方法灵感一闪，就想出了把大象放进冰箱的办法，这自然好。
但希望每个体系结构设计策略都依靠灵感是不现实的--我们需要系统方法的指导。
需要体系结构设计的多重视图方法，从根本上来说是因为需求种类的复杂性所致。
以工程领域的例子开道吧。
比如设计一座跨江大桥：我们会考虑"连接南北的公路交通"这个"功能需求"，从而初步设计出理想化的桥墩支撑的公路桥方案；然后还要考虑造桥要面临的"约束条件"，这个约束条件可能是"不能影响万吨轮从桥下通过"，于是细化设计方案，规定桥墩的高度和桥墩之间的间距；另外还要顾及"大桥的使用期质量属性"，比如为了"能在湍急的江流中保持稳固"，可以把大桥桥墩深深地建在岩石层之上，和大地浑然一体；其实，"建造期间的质量属性"也很值得考虑，比如在大桥的设计过程中考虑"施工方便性"的一些措施。
和工程领域的功能需求、约束条件、使用期质量属性、建造期间的质量属性等类似，软件系统的需求种类也相当复杂，具体分类如图1所示。
图1 软件需求分类的复杂性2、超市系统案例：理解需求种类的复杂性例子是最好的老师。
为了更好地理解软件需求种类的复杂性，我们来分析一个实际的例子。
在表1中，我们列举了一个典型的超市系统的需求子集，从这个例子中可以清晰地看到需求可以分为两大类：功能需求和非功能需求。
表1 超市系统案例：理解需求种类的复杂性简单而言，功能需求就是"软件有什么用，软件需要做什么"。
架构蓝图--软件架构 4+1 视图模型(Philippe Kruchten)
架构蓝图--软件架构"4+1" 视图模型---Philippe Kruchten引言我们已经看到在许多文章和书籍中，作者欲使用单张视图来捕捉所有的系统架构要点。
通过仔细地观察这些图例中的方框和箭头，不难发现作者努力地在单一视图中表达超过其表达限度的蓝图。
方框是代表运行的程序吗？或者是代表源代码的程序块吗？或是物理计算机吗？或仅仅是逻辑功能的分组吗？箭头是表示编译时的依赖关系吗？或者是控制流吗？或是数据流吗？通常它代表了许多事物。
是否架构只需要单个的架构样式？有时软件架构的缺陷源于过早地划分软件或过分的强调软件开发的单个方面：数据工程、运行效率、开发策略和团队组织等。
有时架构并不能解决所有"客户"（或者说"风险承担人"，USC 的命名）所关注的问题。
许多作者都提及了这个问题：Garlan & Shaw 1、CMU 的Abowd & Allen、SEI 的Clements。
作为补充，我们建议使用多个并发的视图来组织软件架构的描述，每个视图仅用来描述一个特定的所关注的方面的集合。
架构模型软件架构用来处理软件高层次结构的设计和实施。
它以精心选择的形式将若干结构元素进行装配，从而满足系统主要功能和性能需求，并满足其他非功能性需求，如可靠性、可伸缩性、可移植性和可用性。
Perry 和Wolfe 使用一个精确的公式来表达，该公式由Boehm 做了进一步修改：软件架构＝{元素，形式，关系/约束}软件架构涉及到抽象、分解和组合、风格和美学。
我们用由多个视图或视角组成的模型来描述它。
为了最终处理大型的、富有挑战性的架构，该模型包含五个主要的视图（请对照图1）：∙逻辑视图（Logical View），设计的对象模型（使用面向对象的设计方法时）。
∙过程视图（Process View），捕捉设计的并发和同步特征。
∙物理视图（Physical View），描述了软件到硬件的映射，反映了分布式特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
案例教学1：4+1视图方法进行软件体系结构设计要开发出用户满意的软件并不是件容易的事，软件体系结构师必须全面把握各种各样的需求、权衡需求之间有可能的矛盾之处，分门别类地将不同需求一一满足。
本文从理解需求种类的复杂性谈起，通过具体案例的分析，展示了如何通过RUP的4+1视图方法，针对不同需求进行体系结构设计，从而确保重要的需求一一被满足。
1、呼唤体系结构设计的多重视图方法灵感一闪，就想出了把大象放进冰箱的办法，这自然好。
但希望每个体系结构设计策略都依靠灵感是不现实的--我们需要系统方法的指导。
需要体系结构设计的多重视图方法，从根本上来说是因为需求种类的复杂性所致。
以工程领域的例子开道吧。
比如设计一座跨江大桥：我们会考虑"连接南北的公路交通"这个"功能需求"，从而初步设计出理想化的桥墩支撑的公路桥方案；然后还要考虑造桥要面临的"约束条件"，这个约束条件可能是"不能影响万吨轮从桥下通过"，于是细化设计方案，规定桥墩的高度和桥墩之间的间距；另外还要顾及"大桥的使用期质量属性"，比如为了"能在湍急的江流中保持稳固"，可以把大桥桥墩深深地建在岩石层之上，和大地浑然一体；其实，"建造期间的质量属性"也很值得考虑，比如在大桥的设计过程中考虑"施工方便性"的一些措施。
和工程领域的功能需求、约束条件、使用期质量属性、建造期间的质量属性等类似，软件系统的需求种类也相当复杂，具体分类如图1所示。
图1 软件需求分类的复杂性2、超市系统案例：理解需求种类的复杂性例子是最好的老师。
为了更好地理解软件需求种类的复杂性，我们来分析一个实际的例子。
在表1中，我们列举了一个典型的超市系统的需求子集，从这个例子中可以清晰地看到需求可以分为两大类：功能需求和非功能需求。
表1 超市系统案例：理解需求种类的复杂性简单而言，功能需求就是"软件有什么用，软件需要做什么"。
同时，注意把握功能需求的层次性是软件需求的最佳实践。
以该超市系统为例：* 超市老板希望通过软件来"提高收银效率"。
* 那么，你可能需要为收银员提供一系列功能来促成这个目的，比如供收银员使用的"任意商品项可单独取消"功能有利于提供收银效率。
* 而具体到这个超市系统，系统分析员可能会决定要提供的具体功能为：通过收银终端的按键组合，可以使收银过程从"逐项录入状态"进入"选择取消状态"，从而取消某项商品。
从上面的例子中我们还惊讶地发现，非功能需求--人们最经常忽视的一大类需求--包括的内容非常宽、并且极其重要。
非功能需求又可以分为如下三类：* 约束。
要开发出用户满意的软件并不是件容易的事，而全面理解要设计的软件系统所面临的约束可以使你向成功迈进一步。
约束性需求既包括企业级的商业考虑（例如"项目预算有限"），也包括最终用户级的实际情况（例如"用户的平均电脑操作水平偏低"）；既可能包括具体技术的明确要求（例如"要求能在Linux上运行"），又可能需要考虑开发团队的真实状况（例如"开发人员分散在不同地点"）。
这些约束性需求当然对体系结构设计影响很大，比如受到"项目预算有限"的限制，体系结构师就不应选择昂贵的技术或中间件等，而考虑到开发人员分散在不同地点"，就更应注重软件模块职责划分的合理性、松耦合性等等。
* 运行期质量属性。
这类需求主要指软件系统在运行期间表现出的质量水平。
运行期质量属性非常关键，因为它们直接影响着客户对软件系统的满意度，大多数客户也不会接受运行期质量属性拙劣的软件系统。
常见的运行期质量属性包括软件系统的易用性、性能、可伸缩性、持续可用性、鲁棒性、安全性等。
在我们的超市系统的案例中，用户对高性能提出了具体要求（真正的性能需求应该量化，我们的表1没体现），他们不能容忍金额合计超过 2秒的延时。
* 开发期质量属性。
这类非功能需求中的某些项人们倒是念念不忘，可惜很多人并没有意识到"开发期质量属性"和" 运行期质量属性"对体系结构设计的影响到底有何不同。
开发期质量属性是开发人员最为关心的，要达到怎样的目标应根据项目的具体情况而定，而过度设计（overengineering）会花费额外的代价。
3、什么是软件体系结构视图那么，什么是软件体系结构视图呢？Philippe Kruchten在其著作《Rational统一过程引论》中写道：一个体系结构视图是对于从某一视角或某一点上看到的系统所做的简化描述，描述中涵盖了系统的某一特定方面，而省略了于此方面无关的实体。
也就是说，体系结构要涵盖的内容和决策太多了，超过了人脑"一蹴而就"的能力范围，因此采用"分而治之"的办法从不同视角分别设计；同时，也为软件体系结构的理解、交流和归档提供了方便。
值得特别说明的，大多数书籍中都强调多视图方法是软件体系结构归档的方法，其实不然。
多视图方法不仅仅是体系结构归档技术，更是指导我们进行体系结构设计的思维方法。
4、Philippe Kruchten提出的4+1视图方法1995年，Philippe Kruchten在《IEEE Software》上发表了题为《The 4+1 View Model of Architecture》的论文，引起了业界的极大关注，并最终被RUP采纳。
如图2所示。
图2 Philippe Kruchten提出的4+1视图方法该方法的不同体系结构视图承载不同的体系结构设计决策，支持不同的目标和用途：* 逻辑视图：当采用面向对象的设计方法时，逻辑视图即对象模型。
* 开发视图：描述软件在开发环境下的静态组织。
* 处理视图/进程视图，processing/：描述系统的并发和同步方面的设计。
* 物理视图：描述软件如何映射到硬件，反映系统在分布方面的设计。
运用4+1视图方法：针对不同需求进行体系结构设计如前文所述，要开发出用户满意的软件并不是件容易的事，软件体系结构师必须全面把握各种各样的需求、权衡需求之间有可能的矛盾之处，分门别类地将不同需求一一满足。
Philippe Kruchten提出的4+1视图方法为软件体系结构师"一一征服需求"提供了良好基础，如图3所示。
图3 运用4+1视图方法针对不同需求进行体系结构设计逻辑视图。
逻辑视图关注功能，不仅包括用户可见的功能，还包括为实现用户功能而必须提供的"辅助功能模块"；它们可能是逻辑层、功能模块等。
开发视图。
开发视图关注程序包，不仅包括要编写的源程序，还包括可以直接使用的第三方SDK和现成框架、类库，以及开发的系统将运行于其上的系统软件或中间件。
开发视图和逻辑视图之间可能存在一定的映射关系：比如逻辑层一般会映射到多个程序包等。
处理视图。
处理视图关注进程、线程、对象等运行时概念，以及相关的并发、同步、通信等问题。
处理视图和开发视图的关系：开发视图一般偏重程序包在编译时期的静态依赖关系，而这些程序运行起来之后会表现为对象、线程、进程，处理视图比较关注的正是这些运行时单元的交互问题。
物理视图。
物理视图关注"目标程序及其依赖的运行库和系统软件"最终如何安装或部署到物理机器，以及如何部署机器和网络来配合软件系统的可靠性、可伸缩性等要求。
物理视图和处理视图的关系：处理视图特别关注目标程序的动态执行情况，而物理视图重视目标程序的静态位置问题；物理视图是综合考虑软件系统和整个IT系统相互影响的体系结构视图。
5、设备调试系统案例概述本文的以下部分，将研究一个案例：某型号设备调试系统。
设备调试员通过使用该系统，可以察看设备状态（设备的状态信息由专用的数据采集器实时采集）、发送调试命令。
该系统的用例图如图4所示。
图4 设备调试系统的用例图经过研制方和委托方的紧密配合，最终确定的需求可以总括地用表2来表示。
表2 设备调试系统的需求下面运用RUP推荐的4+1视图方法，从不同视图进行体系结构设计，来分门别类地将不同需求一一满足。
A.逻辑视图：设计满足功能需求的体系结构首先根据功能需求进行初步设计，进行大粒度的职责划分。
如图5所示。
* 应用层负责设备状态的显示，并提供模拟控制台供用户发送调试命令。
* 应用层使用通讯层和嵌入层进行交互，但应用层不知道通讯的细节。
* 通讯层负责在RS232协议之上实现一套专用的"应用协议"。
* 当应用层发送来包含调试指令的协议包，由通讯层负责按RS232协议将之传递给嵌入层。
* 当嵌入层发送来原始数据，由通讯层将之解释成应用协议包发送给应用层。
* 嵌入层负责对调试设备的具体控制，以及高频度地从数据采集器读取设备状态数据。
* 设备控制指令的物理规格被封装在嵌入层内部，读取数采器的具体细节也被封装在嵌入层内部。
图5 设备调试系统体系结构的逻辑视图B. 开发视图：设计满足开发期质量属性的体系结构软件体系结构的开发视图应当为开发人员提供切实的指导。
任何影响全局的设计决策都应由体系结构设计来完成，这些决策如果"漏"到了后边，最终到了大规模并行开发阶段才发现，可能造成"程序员碰头儿临时决定"的情况大量出现，软件质量必然将下降甚至导致项目失败。
其中，采用哪些现成框架、哪些第三方SDK、乃至哪些中间件平台，都应该考虑是否由软件体系结构的开发视图确定下来。
图6展示了设备调试系统的（一部分）软件体系结构开发视图：应用层将基于MFC设计实现，而通讯层采用了某串口通讯的第三方SDK。
图6 设备调试系统体系结构的开发视图约束性需求:约束应该是每个体系结构视图都应该关注和遵守的一些设计限制。
例如，考虑到"一部分开发人员没有嵌入式开发经验"这条约束情况，体系结构师有必要明确说明系统的目标程序是如何编译而来的：图7展示了整个系统的桌面部分的目标程序pc-moduel.exe、以及嵌入式模块rom- module.hex是如何编译而来的。
这个全局性的描述无疑对没有经验的开发人员提供了实感，利于更全面地理解系统的软件体系结构。
图7 设备调试系统体系结构的开发视图C. 处理视图：设计满足运行期质量属性的体系结构性能是软件系统运行期间所表现出的一种质量水平，一般用系统响应时间和系统吞吐量来衡量。
为了达到高性能的要求，软件体系结构师应当针对软件的运行时情况进行分析与设计，这就是我们所谓的软件体系结构的处理视图的目标。