软件体系结 构第 一章

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1、,软件体系结构 Software Architecture 教师：王凯东 副教授，硕士导师 (欢迎同学报考或报送研究生) Email： 15929959850,Core Material(教材及参考书),软件体系结构（第二版），张友生，北京：清华大学出版社，2006. 软件体系结构原理、方法与实践，张友生，北京：清华大学出版社，2009. Mary Shaw, David Garlan 著软件体系结构，北京 : 清华大学出版社，2007.,Core Material(教材及参考书),Bass L, Clements P, Kazman R, Software Architecture in P

2、ractice, 2nd Edition, Addison Wesley, 2003. (软件构架实践，第二版，清华大学出版社) Shaw M, Garlan D, Software Architecture Perspectives on an emerging discipline, Prentice Hall, 1996. （软件体系结构一门初露端倪学科的展望，清华大学出版社） Stephen T.Albin, The Art of Software Architecture Design Methods and Techniques,2003. （软件体系结构的艺术，机械工业出版社）

3、Eckel, B, Thinking in Patterns, MindView, http:/ 平时+作业 10%20% 考试 90%80% TA 辅导时间 ：每周五第5、6、7、8节课，在B603 605附近教师休息室。每周四下午5、6信远楼I-209教师休息室。,课 程 内 容, 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,产生背景 -软件的产生和发展的历史,第一台计算机诞生,机器指令编程 （0和1组成）,回到过去！,大众机械学杂志 1

4、949,将来的电脑将只有1000个电子管但是却有1.5吨重。,我想在整个世界，我们只能卖出5台电脑。,Thomas J. Watson IBM董事会主席 1943,没有必要每个人在家里都有一台电脑。,Ken Olson DEC总裁 1977,计算机语言的产生,1952年MIT开始使用 汇编语言,1954年IBM公司开发了 Fortran语言,1960年，计算机权威刊物 CACM上发表了“关于算法 语言Algol60的报告”,1971，瑞士的Njklaus Wirth 在 Algol的基 础上开始开发Pascal 语言,同年，美国的贝尔实验 室的Dennis Ritche开发出 C 语言,各种面

5、向对象的高级语言,各种高级语言的诞生 使得人们有可能编制出 越来越复杂的软件系统,软件危机,软件的规模越来越庞大 复杂度越来越高 交付时间相对短,产生软件危机,软件危机,美国IBM公司在1963年至1966年开发的IBM360机的操作系统。这一项目花了5000人一年的工作量，最多时有1000人投入开发工作，写出了近100万行源程序。据统计，这个操作系统每次发行的新版本都是从前一版本中找出1000个程序错误而修正的结果。 这个项目的负责人F. D. Brooks事后总结了他在组织开发过程中的沉痛教训时说：“正像一只逃亡的野兽落到泥潭中做垂死的挣扎，越是挣扎，陷得越深，最后无法逃脱灭顶的灾难。程序

6、设计工作正像这样一个泥潭，一批批程序员被迫在泥潭中拼命挣扎，谁也没有料到问题竟会陷入这样的困境”。IBM360操作系统的历史教训成为软件开发项目的典型事例为人们所记取。,软件危机,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,软件危机的主要表现,软件危机的主要表现,软件成本日益增长 20世纪50年代，软件成本在整个计算机系统成本中所占的比例为10%-20%。到20世纪60年代中期，软件成本在计算机系统中所占的比例已经增长到50%左右。 而且，该数字还在不断的递增，下面是一组来自美国空军计算机系统的数据：1955年，软件费用约占总费用的18%，1970年达到60

7、%，1975年达到72%，1980年达到80%，1985年达到85%左右。,软件危机的主要表现,开发进度难以控制 在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给项目计划和论证工作带来了很大的困难。 盲目增加软件开发人员并不能成比例的提高软件开发能力。相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培训和管理等方面的问题将更为严重。,软件危机的主要表现,软件质量差 由于缺乏工程化思想的指导，程序员几乎总是习惯性的以自己的想法去代替用户对软件的需求，软件设计带有随意性，很多功能只是程序员的一厢情愿而已，这是造成软件令人不满意的重要因素。 软

8、件项目即使能按预定日期完成，结果却不尽人意。1965年至1970年，美国范登堡基地发射火箭多次失败，绝大部分故障是由应用程序错误造成的。,软件危机的主要表现,软件维护困难 由于在软件设计和开发过程中，没有严格遵循软件开发标准，各种随意性很大，没有完整的真实反映系统状况的记录文档，给软件维护造成了巨大的困难。 特别是在软件使用过程中，原来的开发人员可能因各种原因已经离开原来的开发组织，使得软件几乎不可维护。 有资料表明，工业界为维护软件支付的费用占全部硬件和软件费用的40-75%,人员构成: 微软产品组实例,Windows 2000 Team 开发人员 900 测试人员 1800 程序经理 45

9、0 文档人员 100 本地化人员 110 内部IT 50 市场人员 100 培训人员 115 技术支持人员 600 技术传播人员 1120 合计 5345,软件危机,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,软件危机的原因, 用户需求不明确 在软件开发完成之前，用户不清楚软件的具体需求； 用户对软件需求的描述不精确，可能有遗漏、有二义性、甚至有错误； 在软件开发过程中，用户还提出修改软件功能、界面、支撑环境等方面的要求； 开发人员对用户需求的理解与用户本来愿望有差异。,软件危机的原因, 缺乏正确的理论指导 缺乏有力的方法学和工具方面的支持。

10、由于软件不同于大多数其他工业产品，其开发过程是复杂的逻辑思维过程，其产品极大程度地依赖于开发人员高度的智力投入。由于过分地依靠程序设计人员在软件开发过程中的技巧和创造性，加剧软件产品的个性化，也是发生软件危机的一个重要原因。,软件危机的原因, 软件规模越来越大 随着软件应用范围的增广，软件规模愈来愈大。大型软件项目需要组织一定的人力共同完成，而多数管理人员缺乏开发大型软件系统的经验，而多数软件开发人员又缺乏管理方面的经验。各类人员的信息交流不及时、不准确、有时还会产生误解。 软件项目开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系和各个分支，因此容易产生疏漏和错误。,软件危机的原因, 软件

11、复杂度越来越高 软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题”。 所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆在人们的面前。,软件危机,如何克服软件危机？,What is Software Engineering?,Software engineering is the activities and tasks that creates a software product. There are five main areas,

12、these are: Analysis Design Development (To most engineers, this is the most important) Testing Maintenance,软件工程（教材定义）,软件工程是用工程、科学和数学的原则与方法来研制、维护计算机软件的有关技术和管理方法。 软件工程包括三个要素： 软件工程方法 软件工程工具 软件工程的过程,软件工程,软件开发模型： 瀑布模型 演化模型 螺旋模型 增量模型 喷泉模型 智能模型,软件体系结构的产生和发展,软件体系结构的产生和发展,起初，人们把软件设计重点放在数据结构和算法上。 随着软件系统规模越来越大

13、、越来越复杂，整个系统的结构和规格说明显得越来越重要。 对于大规模的复杂软件系统来说，对总体的系统结构设计和规格说明比起对计算的算法和数据结构的选择已经变得明显重要的多。 对软件体系结构的系统地、深入地研究将会成为提高软件生产率和解决软件维护问题的新的最有希望的途径。,软件体系结构的产生、兴起和发展,事实上，软件总是有体系结构的，不存在没有体系结构的软件。 软件体系结构虽脱胎于软件工程，但其形成同时借鉴了计算机体系结构和网络体系结构中很多宝贵的思想和方法，最近几年软件体系结构研究已完全独立于软件工程的研究，成为计算机科学的一个最新的研究方向和独立学科分支。,What is Software A

14、rchitecture,对房子进行建模,What is Software Architecture,目前关于软件体系结构的定义有六十多种，有的定义从构造的角度来审视软件体系结构，有的侧重于从体系结构风格、模式和规则角度来考虑。,软件体系结构的定义, 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。 处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来。 这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件，这一方法在其他的定义和方法中基本上得到保持。,软件体系结构的

15、定义, Mary Shaw和David Garlan 软件体系结构是软件设计过程中的一个层次，这一层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。 体系结构问题包括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，设计元素的组织，规模和性能，在各设计方案间进行选择等。 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。,软件体系结构的定义, 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

16、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。 Hayes Roth 软件体系结构是一个抽象的系统规范，主要包括用其行为来描述的功能构件和构件之间的相互连接、接口和关系。,软件体系结构的定义, David Garlan 和 Dewne Perry 软件体系结构是一个程序系统各构件的结构、它们之间的相互关系以及进行设计的原则和随时间演化的指导方针。 Barry Boehm 软件体系结构包括一个软件和系统构件，互联及约束的集合；一个系统需求说明的集合；一个基本原理用以说明这一构件，互联和约束能够满足系统需求。 ？,软件体系结构的定义, Bass，Ctements 和 Kazman 软件体系结构包括一个或