Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2016 Arkkitehtuurityylit vol 2ohar/materiaali2016/luento07_tyylit2.pdf · 2016-02-09 · sisäinen esitys kutsuu Alusta DSL = Domain-Specific Language

Ohjelmistoarkkitehtuurit

Kevät 2016

Arkkitehtuurityylit vol 2

Samuel Lahtinen

http://www.cs.tut.fi/~ohar/

9.2.2016 1Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

Aikaisempaa & tänään

• Arkkitehtuurityylit

– Tuttua kamaa pipes & filters jne.

• Tänään viestinvälitys, asiakas-palvelin, tulkki…

9.2.2016Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016 2

Viestinvälitysarkkitehtuurit

3

Lähtökohta:

• Järjestelmä koostuu keskenään kommunikoivista

komponenteista, mahdollisesti hajautettuja

• Komponenttien palveluja ei tiedetä tarkasti etukäteen

• Komponentteja ja niiden lukumäärää ei tiedetä tarkasti

etukäteen

• Järjestelmässä liikkuvan tiedon laatua ei tunneta tarkasti

etukäteen

9.2.2016Ohjelmistoarkkitehtuurit 2016

Viestinvälitysarkkitehtuuri: perusidea

4

Viesti

3) päätä vastaanottaja(t)

ja välitä viesti sille/niille

1) luo viesti

4) vastaanota

rekisteröidyt

komponentitKomponenttien

yhteinen rajapinta:

receive(Message)

Viestinvälittäjä

rekisteröidyt

komponentit

2) lähetä välittäjälle

5) tulkitse/

prosessoi

viesti


Rajapinnat vs. viestit

5

Palvelun

pyytäjä

Rajapinta

Viesti

Palvelun

tarjoaja

toteuttaa

Palvelun

tarjoaja

lukee

Palvelun

tarjoaja

Rajapinta kertoo mitä tehdään ja millä tiedolla, viesti voi kertoa mitä tahansa (mitä

tehdään, kuka tekee, millä tiedolla).

Viestin

välittäjä

Viestinvälitysarkkitehtuurit,

palveluväylät (ESB)

Komponentit,

Asiakas-palvelin,

Web palvelut (SOA),

C++, Java

func A(X…)

ACTION = A

PAR1 = X


Esimerkkejä

• Koneiden ohjausjärjestelmät

• Iot-himmelit

• Multimodaalisia järjestelmiä, komentokeskeiset

arkkitehtuurit

• (WPF, Qt:n osat)

• Yrityksen liiketoimintojen hallintajärjestelmä

• Yleisesti: hajautetut järjestelmät,

löyhää integrointia vaativat järjestelmät


Palveluperustainen

viestinvälitysarkkitehtuuri

7

Asiakas Viestinvälittäjä Palvelija

Palvelupyyntö Palvelupyyntö

Palvelun tulosPalvelun tulos

Viestinvälittäjä huolehtii siitä, että

tulos menee oikealle komponentille


Esimerkki: Auton viestiväylä

8

moottorinohjausajotietokone

vaihdelaatikko

jarrut

CAN väylä (Controller Area Network)


Auto ja johdotukset ennen

väylää


Väylän kera


Auton huoltotarkkailujärjestelmä:

komponenttikaavio

11

MessageDispatcher

send(Msg)

register(MsgType,Component)

ServiceComponentreceive(Msg)

BrakeAdapter

CANBusExaminer

Messenger

EngineMonitor

recordUsage()

getState()

Sovitin muuntaa viestin

palvelukutsuksi

EngineAdapter

returnState


Viestinvälitys ja viestit


• Viestisisältö/muoto olennaisessa asemassa

• Suoritusohjeita, dataa, paluupyyntö

• Kenelle tarkoitettu

• Komponenteilla ID, id:n perusteella tehtävä

priorisointi

• Mahdollisuus useampiin eri väyliin,

viihdelaitteet, ajoneuvon hallinta,

mukavuuslaitteet


https://eewiki.net/download/attachments/27295747/CAN_Network.jpg?version=2&modificationDate=1382572042097&api=v2

https://eewiki.net/download/attachments/27295747/CAN_Network.jpg?version=2&modificationDate=1382572042097&api=v2

CAN-viestit, esimerkki


• SOF-start of frame

• Message id – viestin tunniste, mitä pienempi, sen korkeampi prioriteetti

• Control – protokollaan ja viestin sisällön pituuteen liittyvää tietoa

• Data (field) – viestisisältö, esim. 0-8 tavua

• CRC – (cyclic redundance check) tarkistearvo(15 bittinen)

• ACK – joku node on käsitellyt viestin (ei välttämättä tarkoitettu kohde)

• EOF (end of frame)

Esihistoriaa, sulautettujen

ohjelmistojen

simulointiympäristö


kattilakattila

Pohja-

venttiili

Pohja-

venttiili

Prosessin

ohjaus

Prosessin

ohjaus

Kattilan

ctrl

Kattilan

ctrl

lämmityslämmitys

lämmitinlämmitinanturianturi

Simulaation

ohjaus

Simulaation

ohjaus

Liitin (output)

Liitin (inpout)

laitelaite

prosessiprosessi

pumppupumppu

poltinpoltin

Esihistoriaa…

• Sisäinen toteutus, viestinvälittäjä jokaisessa

prosessissa, laitteet rekisteröityvät sille

(viestilähteet & vastaanottajat), nämä kertovat

olemassaolostaan ohjaukselle

• Simulaation ohjaus luo simulaatiomaailman,

hallitsee sitä (esim. Ajanhallinta), tekee yhteydet

(simulation kuvauksen perusteella)

• Viestinvälitys kaikessa kommunikaatiossa, viestit


Viestityyppien & sisällön

määritys

• Viestinvälitysarkkitehtuurit viestejä

• Tärkeä määritellä viestien rakenne, sisältö,

mahdollinen virheiden hallinta jne.

• Erilaisia viestejä:

– Tapahtumaviestit, pyyntö-vastaus-viestit,

komentoviestit (remote procedure), dataviestit

(tiedon siirtoa)


Viestinvälitysarkkitehtuurin

etuja

• Helppo muuttaa, lisätä ja poistaa komponentteja tai sovelluksia

• Vikasietoinen (esim. jos viestillä ei vastaanottajaa), voidaan esim. toistaa viestin lähettämistä

• Joustava järjestelmäkonfiguraatio

• Sallii heterogeeniset järjestelmät, sovellusintegraation

• Sallii sekä synkronisen että asynkronisen kommunikoinnin


Viestinvälitysarkkitehtuurin

haittoja

• Tehokkuus: viestien kirjoittaminen ja lukeminen

• Vaikeampi toteuttaa, testata ja ymmärtää kuin

perinteinen

• Jotkut ”tavalliset” asiat vaativat erityistukea (esim.

tuloksen palautus, synkronisuus)

• Syntyy helposti implisiittisiä riippuvuuksia yksiköiden

välille, näennäisesti toisistaan riippumattomat

komponentit vaikeita ylläpitää, muuttaa (erityisesti

jos riippuvuuksia ei dokumentoitu)


Harjoitus

20

Topologia

Rajapinnat

Lineaarinen Keskitetty

Riippuu

palvelusta

1 2

Ei riipu

palvelusta

3 4

Täytä arkkitehtuurityylien nimillä


Kysyttävää?

Malli-näkymä-ohjain arkkitehtuurit

(Model-View-Controller, MVC)

Interaktiivisten järjestelmien

arkkitehtuuriratkaisu, jolla käyttöliittymä

erotetaan sovelluslogiikasta.


Malli-näkymä-ohjain arkkitehtuurit

(Model-View-Controller, MVC)

• Lähtökohdat:

– Sovelluksen tilasta pitäisi pystyä antamaan erilaisia

näkymiä

– Käyttöliittymän pitäisi välittömästi heijastaa

sovelluksen tilan muutoksia

– Käyttöliittymää pitäisi olla helppo muuttaa

– Sovellus pitäisi voida kohtuullisella työllä siirtää

toiselle graafiselle alustalle


Vastuut

Malli• Tarjoaa sovellukseen liittyvät loogiset toiminnot ja tiedot

• Rekisteröi sovelluksen tilasta kiinnostuneet näkymäkomponentit

• Ilmoittaa rekisteröityneille komponenteille tilan muutoksista

Näkymä• Huolehtii sovelluksen tilan näyttämisestä näytöllä

Ohjain• Ottaa vastaan käyttäjän komentoja

• Muuntaa komennot sovelluksen toiminnoiksi


MVC vuorovaikutus

26

Controller Model View

handle-

Event

service

notify

updatedisplay

getData

suorita toiminto


MVC:n edut ja ongelmat

Etuja• Helppo toteuttaa useita näkymiä samaan tietoon

• Kaikki näkymät ovat automaattisesti synkronoituja

• Uusia näkymiä voidaan ajoaikana liittää järjestelmään

• Käyttöliittymän ulkoasu suhteellisen helposti vaihdettavissa

Ongelmia• Mahdollisesti turhia näkymien päivityskutsuja

• Mallidatan kyselyt voivat lisätä suoritusaikaa

• (yksinkertaiset sovellukset, paljon ylimääräistä työtä)


Kysyttävää?

Tulkkiarkkitehtuurit

Tarve antaa toiminnallisia kuvauksia syötteenä

järjestelmälle, esimerkiksi:

• tarve yhdistellä primitiivisiä toimintoja eri tavoin,

jotka eivät ole tiedossa etukäteen

• tarve erottaa looginen, abstrakti suoritusalusta

konkreettisesta (esim. jälkimmäisen vaihtamisen

helpottamiseksi)


Tulkkiarkkitehtuurin perusidea

30

Jokin toiminnallinen

kuvaus

(teksti, XML, graafinen,

ym.)

Tulkki

Syöte

Tuloste

Konkreettinen

suoritusalusta

Kielen määritys

noudattaa

toimintakuvauksen

sisäinen esitys

kutsuu

toteutus


Esimerkki 1: Java

31

Java-ohjelma JVM

Ohjelman

syöte

Ohjelman

tulokset

Javan määritys

noudattaa

toimintakuvauksen

sisäinen esitys

kutsuu

Tavukoodi

Suoritusalusta

(C ympäristö)

toteutus

käännös

(C-ohj)


Esimerkki 2: Taulukkolaskenta

32

Taulukkoskripti Skripti-

tulkki

Taulukon

alkion arvo

Laskettu

taulukko

Taulukko-

laskenta

Skriptikielen

määritys

noudattaatoteutus

sis.esitys


Esimerkki 3: SQL kyselyt

33

SQL-kyselySQL-

tulkki

Kyselyn

tulos

Tietokanta

Sovellus

DBMS


Esimerkki 4: Tulkitseva DSL

34

Sovelluksen kuvaus

DSL-kielellä Tulkki

Syöte

Tuloste

API

DSL-kielen

määritys

noudattaa

toimintakuvauksen

sisäinen esitys

kutsuuAlusta

DSL = Domain-Specific Language

toteutus


Esimerkki 4: modattavissa

olevat pelit

35

Pelin data,

toimintaskriptitSkripti-

tulkki

Pelimoottori

Skriptikielen

Määritys

datatyypit

Häk-häk toteutus

sis.esitys


Pelien modaus ja laajennokset

• Skyrim: http://www.creationkit.com/Main_Page

– työkalut karttojen, henkilöiden, tarinoiden, jne. luomiseen, Papyrus-

skriptit

– (myös Fallout 3/New Vegas, Oblivion)

• Medieval Total War 2:

http://medieval2.heavengames.com/m2tw/mod_portal/tutorials/inde

x.shtml

– Joukkojen, rakennusten määrittely tekstiasetustiedostojen avulla

• Civilization 5: http://modiki.civfanatics.com/index.php/Main_Page

– XML, Lua-skriptit


http://www.creationkit.com/Main_Page

http://medieval2.heavengames.com/m2tw/mod_portal/tutorials/index.shtml

http://modiki.civfanatics.com/index.php/Main_Page

Qt ja QtScript (Javascript)

• http://doc.qt.io/qt-5/qtscript-index.html

• QML-puoli c++:n ja QML-maailman, jossa myös

JavaScript-tuki, yhdisteleminen


http://doc.qt.io/qt-5/qtscript-index.html

Kysyttävää?

Huom.

• Oman kielen ja tulkkijärjestelmän teko ei

välttämättä järkevin vaihtoehto, tarkasta aina

kelpaako joku olemassa oleva


Tulkin suunnittelu: Tulkki-

suunnittelumalli (Interpreter)

40

InterpreterInterpreter

AbstractStruct

TerminalStruct CompositeStruct

interpret(rep) interpret(rep)

interpret(rep)

*

Ongelma: miten esittää tulkittava ohjelma olioina?

Mikä suunnittelumalli on samanlainen?

Ratkaisu:


Tulkki-suunnittelumallin

johtaminen: Kielen rakenteiden

esitys luokkina

41

Ongelma: Miten esittää kielen rakenteet luokkina?

Esimerkiksi:

Script ::= "SCRIPT" Action {";" Action} "END"

Action ::= "IF" Expr "THEN" Action "END" | identifier "(" Expr ")”

Expr ::= ...

Luokkamalli?


Välisymbolit ja rakenteiset

loppusymbolit esitetään luokkina

42

Esimerkiksi:

Script, Action, Expr, identifier => luokkia

Ei-rakenteiset loppusymbolit (avainsanat, erikoismerkit ym.):

SCRIPT

END

IF

THEN

;

(

)

Näitä tarvitaan vain jäsennyksen (ja lukemisen) tueksi,

eivät olennaisia (nk. konkreettinen syntaksi)


Mitä tuotossääntö merkitsee

luokkien kannalta?

43

Ehdotus: Tuotossääntö merkitsee sitä, että oikean puolen luokat ovat

osa-suhteessa vasemman puolen luokkiin.

A

A ::= B C tarkoittaa:

C

B

1

1


Mitä tuotossääntö merkitsee

luokkien kannalta?

44

Ehdotus: Tuotossääntö merkitsee sitä, että oikean puolen luokat ovat

osa-suhteessa vasemman puolen luokkiin.

entä A ::= B C | D E ?

A

C

B

ED

0..1

0..1

0..10..1


Vaihtoehtoiset rakenteet

aliluokiksi

45

A ::= B C | D E => A ::= A1 | A2 A1 ::= B C A2 ::= D E

A

B C

A2A1

D E


Rekursiiviset rakenteet

46

Statement ::= CompoundStatement | AssignmentStatement

CompoundStatement ::= ”{” StatementList ”}”

StatementList ::= {Statement ”;”}

Statement

AssignmentStatement CompoundStatement

*

Rekursiokooste


Esim.

47

Script

Action

1..*

CondAction PrimAction Expr

Identifier

val(): floatinterpret()interpret()

interpret()

interpret()

name(): String

1

1

1

1

Script ::= "SCRIPT" Action {";" Action} "END"

Action ::= CondAction | PrimAction

CondAction ::= "IF" Expr "THEN" Action "END"

PrimAction ::= identifier "(" Expr ")"

Expr ::= ...


Tulkkiarkkitehtuurin edut ja

ongelmat

Edut:

• Ajoaikainen looginen suoritusympäristö omassa hallinnassa

• Tulkittavaa kieltä suhteellisen helppo muuttaa

• Kielen merkitystä suhteellisen helppo muuttaa

• Alla oleva ympäristö voidaan helposti vaihtaa

Ongelmat:

• Suorituskyky (epäsuora, ei-natiivi suoritus; sisäisen esityksen muodostaminen)

• Tilankäyttö (ohjelman sisäinen esitys esim. Tulkki-mallilla voi vaatia paljon tilaa)

• Tulkkiosuuden toteutus ja suunnittelu, työläys, vaativuus (tulevaisuuden ennustaminen)


Ääripäästä toiseen

• Hard-coding vs. soft-coding


Yhteenvetoa

50

Arkkitehtuuri ~ Domain-tietämys + Tekninen tietämys

Domain-tietämys ~ domain-malli

Tekninen tietämys ~ arkkitehtuurityylit, suunnittelumallit, yleiset hyvät

käytännöt


Kysyttävää?

Documents

Ohjelmistoarkkitehtuurit Kevät 2016 Arkkitehtuurityylit vol 2ohar/materiaali2016/luento07_tyylit2.pdf · 2016-02-09 · sisäinen esitys kutsuu Alusta DSL = Domain-Specific Language