Programų sistemų inžinerija

8 paskaita Programų sistemų architektūros projektavimas

Skaidrės paruoštos remiantis I.Sommerville medžiaga

Paskaitos tikslai

Supažindinti su programinės įrangos architektūriniu projektavimu ir aptarti jo svarbą

Išsiaiškinti programinės įrangos architektūrinio projektavimo sprendimus

Supažindinti su trimis vienas kitą papildančiais architektūriniais stiliais apimančiais organizavimą, skaldymą (dekomponavimą) ir kontrolę.

Aptarti rekomenduojamas programinės įrangos architektūras, naudojamas jų perdavimui ir palyginimui

Temos

Programinės įrangos architektūrinio projektavimo

sprendimai

Sistemos organizavimas

Skaldymo (dekomponavimo) būdai

Valdymo būdai

Rekomendacinės architektūros

Programinės įrangos architektūra

Architektūrinis projektavimas - tai PI projektavimo

procesas, identifikuojantis sistemą sudarančias

posistemes (modulius) ir šablonus posistemių

kontrolei bei bendravimui.

Šio projektavimo proceso rezultatas yra programinės

įrangos architektūrinis modelis, kuris aprašo sistemos

komponentus ir komunikacijas tarp jų.

Architektūrinis projektavimas

Architektūrinis projektavimas – tai ankstyvoji

sistemos projektavimo proceso stadija.

Jis atspindi ryšį tarp reikalavimų specifikacijos ir

projektavimo proceso

Dažnai vykdoma lygiagrečiai su sistemos

specifikacijos veiksmais

Apima didesnės sistemos dalies komponentų

identifikavimą ir jų bendravimą.

Aiškios architektūros privalumai

Suinteresuotų asmenų bendravimas • architektūra gali būti panaudota kaip sistema

suinteresuotų asmenų (stakeholders) komunikavimo

centras

Sistemos analizė • reiškia, kad galima atlikti sistemos nefunkcinių

reikalavimų analizę

Didelės apimties pakartotinis panaudojimas • architektūra gali būti panaudota daugeliui sistemų

Sistemos struktūros nustatymas

Architektūrinis projektas paprastai išreiškiamas kaip

blokinė diagrama vaizduojanti bendrą sistemos

struktūrą.

Kiekvienas blokas – tai programinės įrangos

komponentas

Rodyklėmis vaizduojami duomenų srautai arba

kontrolinius signalus, perduodamus iš vieno

komponento kitam.

Pakavimo roboto kontrolės sistema

Blokų diagramos

Yra labai abstrakčios – nerodo nei komponentų

sąryšių prigimties nei išoriškai matomų posistemių

savybių.

Blokų diagramos dažniausiai naudojamos:

• Bendraujant su užsakovais

• Dokumentuojant PI architektūrą.

Temos

Architektūrinio projektavimo sprendimai (klausimai priimant architektūrinius sprendimus, architektūros

pakartotinis naudojimas, architektūriniai stiliai,

architektūriniai modeliai)

Sistemos organizavimas

Skaldymo būdai

Valdymo būdai

Rekomendacinės architektūros

Architektūrinio projektavimo

sprendimai

Architektūrinis projektavimas yra kūrybinis procesas,

kurio metu kuriama PI architektūra, turėsianti

tenkinti funkcinius ir nefunkcinius reikalavimus.

Architektūrinį projektavimą atlieka PI architektas.

Projektavimo metu priimami PI būsimos struktūros

sprendimai.

PI architektui keliami klausimai

Ar yra kažkoks architektūros šablonas, kurį gali būti

pritaikyti?

Kaip sistema bus masteliuojama per CPU ir branduolius?

Kokie yra tinkami architektūros stiliai?

Kokiu principu bus vykdoma sistemos struktūrizavimas?

Kaip sistema bus sudalinta (dekomponuota) į modulius?

Kokia bus komponentų kontrolės strategija?

Kaip architektūrinis projektas bus įvertintas?

Kaip architektūra turėtų būti dokumentuota?

Architektūros pakartotinis

naudojimas

Sistemos toje pačioje taikymo srityje paprastai turi

panašią architektūrą, kuri atspindi srities suvokimą.

(Pvz. finansų valdymas, buhalterinė apskaita,

logistikos vadyba)

Naudojami architektūros šablonai leidžia pagreitinti

architektūros kūrimo procesą (šiuo metu populiarus

modelis).

Architektūriniai modeliai

Statinis struktūrinis modelis rodo pagrindinius sistemos

komponentus.

Dinaminis procesų modelis rodo sistemos procesų struktūrą.

Sąsajų modelis apibrėžia posistemių sąsajas.

Sąryšių modelis, kaip duomenų srauto diagramos rodo

posistemių sąryšius.

Paskirstymo modelis rodo kaip posistemės paskirstytos tarp

kompiuterių, procesorių, branduolių

Architektūrų tipai

Verslo logikos architektūra. Dažniausiai apibrėžiama

per objektų klases.

Procesų architektūra. Parodo kaip sistemos procesai

saveikauja tarpusavyje. Tinka siekiant projektuoti

didelio našumo ir patikimumo sistemas.

Kūrimo (development) architektūra – parodo PI

komponentus, naudinga programuotojams.

Fizinė architektūra – parodo kompiuterinės ir

programinės įrangos pasiskirstymą tarp procesorių.

Temos

Architektūrinio projektavimo sprendimai

Sistemos organizavimas (organizaciniai būdai : bendros

saugyklos, bendrų paslaugų, sluoksniavimo, juos atitinkantys

modeliai, jų privalumai ir trūkumai)

Skaldymo būdai

Valdymo būdai

Rekomendacinės architektūros

Sistemos organizavimas

Atspindi bazines strategijas, kurios naudojamos

struktūrizuojant sistemą.

Plačiai naudojami trys organizaciniai būdai:

• Bendros duomenų saugyklos naudojimo būdas;

• Bendrų paslaugų ir serverių naudojimo būdas;

• Abstraktaus automato (sluoksniavimo) būdas;

Saugyklos modelis

Posistemės turi keistis duomenimis. Tai gali būti daroma dviem būdais:

• Bendri duomenys yra saugomi centinėje duomenų bazėje arba saugykloje ir gali būti pasiekiami visoms posistemėms;

• Kiekviena posistemė prižiūri savo duomenų bazę ir persiunčia duomenys tiesiai kitai posistemei;

Kai bendrai naudojami didelės apimties duomenys dažniausiai naudojamas bendros saugyklos modelis.

CASE įrankių architektūra

Saugyklos modelio charakteristikos

Privalumai

• Efektyvus kelias bendrai naudoti didelės apimties duomenis;

• Posistemėms nereikia rūpintis kaip duomenys gaunami, centralizuotas valdymas, kopijavimas, apsauga ir pan.

• Bendras modelis traktuojamas kaip saugyklos schema.

Trūkumai

• Posistemės turi susiderinti saugyklos duomenų modelį. Neišvengiamai tenka ieškoti kompromisų;

• Duomenų vystymas sudėtingas ir brangus;

• Nėra galimybių specifiniai valdymo politikai;

• Sunku efektyviai paskirstyti.

Bendrų paslaugų modelis

Paskirstytas sistemos modelis, kuris rodo kaip duomenys ir apdorojimas paskirstytas tarp komponentų.

Savarankiškų serverių aibė, kuri teikia specifines paslaugas kaip spausdinimas, duomenų valdymas ir pan.

Aibė klientų, kurie užsako paslaugas.

Kompiuterių tinklas kuris klientams užtikrina serverių pasiekiamumą.

Filmų ir paveikslų biblioteka

Modelio charakteristikos

Privalumai

• Duomenų paskirstymas yra tiesioginis;

• Efektyviai išnaudoja tinklines sistemas. Gali užtekti pigesnės

aparatūros.

• Lengva įtraukti papildomus serverius arba atnaujinti egzistuojančius

serverius.

Trūkumai

• Nėra bendro duomenų modelio ir posistemės naudoja skirtingą

duomenų organizavimą. Apsikeitimas duomenimis gali būti

neefektyvus.

• Perteklinis valdymas kiekvienam serveryje;

• Nėra centrinio vardų ir paslaugų registro- gali būti sunku surasti

kokie serveriai ir kokios paslaugos yra prieinamos.

Abstraktaus automato (sluoksninis)

modelis Naudojamas modeliuoti posistemių sąveikavimą.

Organizuoja sistemą kaip sluoksnių (abstrakčių automatų) aibę, kurių kiekvienas teikia aibę paslaugų.

Palaiko palaipsninį posistemės skirtingų sluoksnių kūrimą. Keičiantis sluoksnio sąsajai įtakojami tik gretimi sluoksniai.

Tačiau, dažnai tokia sistemos struktūra būna dirbtinė.

Versijų valdymo sistema

Configuration management system layer

Database system layer

Operating system layer

Object management system layer

Temos

Architektūrinio projektavimo sprendimai

Sistemos organizavimas

Skaldymo būdai (posistemės ir moduliai, modulinio

skaldymo modeliai, objektinis ir duomenų srautų, jų

privalumai ir trūkumai)

Valdymo būdai

Rekomendacinės architektūros

Posistemės ir moduliai

Posistemė – tai savarankiška sistema, kurios

operacijos yra nepriklausomos nuo kitų posistemių ar

sistemų teikiamų paslaugų.

Modulis - posistemės komponentas, kuris teikia

paslaugas kitiems komponentams, bet paprastai

nelaikomas kaip atskira sistema.

Modulinis skaldymas

Posistemės skaldomos į modulius kitam struktūriniam lygyje.

Yra du modulinio skaldymo modeliai

• Objektinis modelis, kur sistema įkomponuojama į

sąveikaujančius objektus;

• Duomenų srautų modelis, kur sistema skaldoma į funkcinius

modulius, kurie transformuoja įėjimus į išėjimus.

Jeigu galima, sprendimas apie lygiagretų vykdymą turėtų būti

atidėtas kol bus realizuoti moduliai.

Objektiniai modeliai

Sistemos struktūra iš laisvai susietų objektų su gerai

apibrėžtom sąsajom.

Objektinis dekomponavimas numato objektų klasių

identifikavimą su jų atributais ir operacijomis.

Realizavimo metu objektai sukuriami iš šių klasių ir

valdymo modelis naudojamas koordinuoti objektų

operacijas.

Sąskaitų apdorojimo sistema

Objektinių modelių privalumai

Objektai yra laisvai susieti ir jų realizavimas gali būti lengvai modifikuotas be įtakos kitiems objektams.

Objektai gali atspindėti realaus pasaulio esybes.

Plačiai naudojamos objektinės programavimo kalbos.

Tačiau objektų sąsajų keitimas gali sukelti problemų ir sudėtingus vienetus sunku atvaizduoti kaip objektus.

Duomenų srautų modelis

Duomenų srautų modeliai apdoroja įėjimus ir

išduoda išėjimus.

Gali būti vadinamas kaip transformavimo arba filtrų

modelis.

Netinkamas interaktyvioms sistemoms.

Sąskaitų apdorojimo sistema (DFD)

Duomenų srautų modelio privalumai

Leidžia transformacijas panaudoti pakartotinai.

Patogus bendravimui su užsakovu.

Lengva pridėti naujas transformacijas.

Santykinai paprasta realizuoti kaip nuoseklias ar

lygiagrečias sistemas.

Tačiau reikalauja transformavimui bendro duomenų

formato ir sudėtinga palaikyti įvykiais paremtą

bendravimą.

Temos

Architektūrinio projektavimo sprendimai

Sistemos organizavimas

Skaldymo būdai

Valdymo būdai (centralizuotas, įvykiais paremtas,

kvietimo-grįžimo, realaus laiko, transliavimo , pertraukimais

paremtas modeliai)

Rekomendacinės architektūros

Valdymo būdai

Skirtingai nuo skaldymo modelių, valdymo būdai siejasi su posistemių kontrolė.

Centralizuotas valdymas

• Viena posistemė atsakinga už kontrolę ir startuoja bei stabdo kitas posistemes.

Įvykiais paremtas valdymas

• Kiekviena posistemė savarankiškai atsako į įvykius iš kitų posistemių arba sistemos aplinkos.

Centralizuotas valdymas

Kvietimo-grįžimo modelis: Call-return model

• Paprogramių iš viršaus žemyn kvietimo modelis, kur kontrolė

prasideda viršutinėje paprogramėje ir juda žemyn. Tinkamas

nuoseklioms sistemoms.

Valdytojo (centrinis) modelis

• Tinkamas lygiagrečioms sistemoms. Viena sistemos

komponentas kontroliuoja sustojimą, startavimą ir

koordinavimą su kitais sistemos procesais. Daliniu atveju

galima realizuoti nuoseklias sistemas.

Kvietimo-grįžimo modelis

Realaus laiko sistemos valdymas

Įvykiais paremtos sistemos

Posistemė, kuri apdoroja įvykį, nekontroliuoja jo įvykdimo laiko ir gauna informaciją iš išorės.

Du principiniai įvykiais paremti modeliai:

• Transliavimo modelis. Įvykis transliuojamas visoms posistemėms ir kiekviena posistemė gali jį apdoroti.

• Pertraukimais paremtas modelis. Naudojamas realaus laiko sistemose, kur pertraukimų prižiūrėtojas pastebi pertraukimą ir perduoda kažkuriam komponentui apdorojimui.

Transliavimo modelis

Efektyvus integruojant skirtingų tinklo kompiuterių posistemes.

Kiekviena posistemė reaguoja į specifinius įvykius. Įvykus įvykiui kontrolę perima posistemė, kuri apdoroja įvykį.

Valdymo taisyklės nėra įterptos į įvykio ar pranešimo apdorojimą. Posistemė nusprendžia ar įvykis ją domina.

Tačiau posistemės nežino ar ir kada įvyks įvykis.

Atrankinis transliavimas

Pertraukimais paremtos sistemos

Naudojamos realaus laiko sistemose, kur greitas atsakas į įvykį yra esminis.

Pertraukimų tipai žinomi iš anksto ir kiekvienas iš jų apdorojamas atskirai.

Kiekvienas pertraukimų tipas asocijuoiamas su vieta atmintyje ir aparatūra perduoda valdymą atitinkamam apdorojimui.

Leidžia greit gauti atsaką bet sudėtinga programuoti ir sunku atestuoti.

Pertraukimais paremtas valdymas

Temos

Architektūrinio projektavimo sprendimai

Sistemos organizavimas

Skaldymo būdai

Valdymo būdai

Rekomendacinės architektūros (Bendriniai,

rekomenduotini modeliai, atviros sistemos modelis-

paveikslas, rekomendacinis modelis- paveikslas)

Rekomendacinės architektūros

Architektūriniai modeliai gali būti skirti tam tikroms taikymo

sritims.

Du sričiai specifinių modelių tipai:

• Bendriniai modeliai, kurie turi principines realių sistemų

apibendrintas charakteristikas.

• Rekomenduotini modeliai, kurie yra labiau abstraktūs

idealizuoti modeliai. Pateikia informaciją apie tos klasės

sistemas ir apie skirtingų architektūrų palyginimą.

Bendriniai modeliai paprastai gaunami apibendrinant iš apačios

aukštyn principu, o rekomenduotini modeliai naudojami iš

viršaus į apačią principu.

Standartiniai architektūros modeliai

Standartiniai modeliai gaunami labiau analizuojant

taikymo sritį negu egzistuojančias sistemas.

Gali būti naudojami kaip bazė sistemos realizacijai

arba skirtingų sistemų palyginimui.

Atviros sistemos (OSI) modelis yra komunikavimo

sistemos sluoksniuotas modelis.

Atvirų sistemos sujungimų (OSI)

standartinis modelis

Presenta tion

Session

Transpor t

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Comm unica tions medium

Networ k

Data link

Physical

Applica tion

Presenta tion

Session

Transpor t

Networ k

Data link

Physical

Applica tion

Standartinis modelis

Paskaitos santrauka

Programinės įrangos architektūra yra programų sistemos struktūros fundamentali sandara.

Naudojami skirtingi architektūriniai modeliai kaip struktūrinis modelis, valdymo modelis ir skaldymo (dekomponavimo) modelis.

Sistemų organizaciniai modeliai apima saugyklos modelius, bendrų paslaugų modelius, ir abstraktaus automato modelius.

Paskaitos santrauka

Skaldymo modeliai apima objektinius ir duomenų

srautų modelius.

Valdymo modeliai apima centralizuoto valdymo ir

įvykiais paremto valdymo modelius.

Rekomendacinės architektūros gali būti naudojamos

specifinėse srityse ir architektūrinių projektų

palyginimui.