问题 问答题


软件体系结构设计的一个核心问题是如何有效地使用重复的体系结构模式,即达到软件体系结构级的软件重用。软件体系结构风格(Software Architecture Style)是描述软件系统组织方式的常用模式,在实践中已经被多次应用。按照Shaw和Garlan的说法,“一种体系结构风格定义了构件类型和连接件类型的词汇表,以及它们如何组合的约束条件”。体系结构风格通常分为数据流(Data Flow)风格、调用/返回(Call/Return)风格、独立构件(Independent Components)风格、虚拟机(Virtual Machines)风格和仓库(Repositories)风格五大类。在实际应用中,随着软件系统规模的扩大和复杂,一个系统往往会同时使用多类体系结构风格,这些风格可以交叉组合、彼此重叠。
请围绕“软件体系结构风格及其应用”论题,依次从以下三个方面进行论述。

请说明以上软件体系结构风格分类中每一类有哪些经典的软件体系结构设计风格,并就其中至少三类论述其具体的软件体系结构风格的构件、连接件类型和组合约束要求等结构特征及其应用特点。

答案

参考答案:

解析:开发过程模型 1.Garlan和Shaw将软件体系结构风格分为5大类,其中: (1)数据流风格包括批处理序列体系结构风格(Batch Sequential)和管道/过滤器体系结构风格(Pipes/Filters); (2)调用/返回风格包括主程序/子程序体系结构风格(Main program and subroutine)、数据抽象和面向对象体系结构风格(Data Abstraction and Object-Oriented)和层次结构体系结构风格(Hierarchical layers); (3)独立构件风格包括进程通信体系结构风格(Communicating processes)和事件驱动的体系结构风格(Event systems); (4)虚拟机风格包括解释器体系结构风格(Interpreters)和基于规则的系统(Rule-based systems): (5)仓库风格包括数据库体系结构风格(Databases)和黑板体系结构风格(Blackboards)。 其他:特定领域软件体系结构(Domain-specific software architectures)、状态转移(State transition system)等及分布式处理(Distributed processes)等。其中分布式架构风格中有客户机/服务器风格、浏览器/服务器风格、CORBA、DCOM和EJB。 论文中5类软件体系结构风格每一类给出两个具体的体系结构风格即可,给出的体系结构风格属于“其他”一类者也可。 2.每一种具体的软件结构风格的模型如下。 (1)数据流风格包括批处理序列和管道/过滤器体系结构风格。 ①批处理序列体系结构风格。 组件为一系列固定顺序的计算单元,组件间只通过数据传递交互。 每个处理步骤是一个独立的程序,每一步必须在前一步结束后才能开始,数据必须是完整的,以整体的方式传递。 ②管道/过滤器体系结构风格。 每个构件都有一组输入和输出,构件读输入的数据流,经过内部处理,然后产生输出数据流,经过处理,产生输出数据流。这个过程通常通过对输入流的变换及增量计算来完成,包括通过计算和增加信息丰富数据,通过浓缩和删除精炼数据,通过改变记录方式转化数据,递增地转化数据等。在输入被完全消费之前,输出便产生了。这里构件被称为过滤器,连接件就是数据流传输的管道,将一个过滤器的输出传到另一个过滤器的输入。 (2)调用/返回风格包括主程序/子程序体系结构风格、数据抽象和面向对象体系结构风格及层次结构体系结构风格。 ①主程序/子程序体系结构风格。 单线程控制,把问题划分为若干处理步骤,构件即为主程序和子程序。子程序通常可合成为模块。过程调用作为交互机制,即充当连接件。调用关系具有层次性,其语义逻辑表现为子程序的正确性取决于它调用的子程序的正确性。 ②数据抽象和面向对象体系结构风格。 这种风格的构件是对象。对象是抽象数据类型的实例。在抽象数据类型中,数据的表示和它们的相应操作被封装起来。对象的行为体现在其接受和请求的动作。连接件即是对象间交互的方式,对象是通过函数和过程的调用来交互的。对象具有封装性,一个对象的改变不会影响其他对象。对象拥有状态和操作,也有责任维护状态。这种结构风格中包含有封装、交互、多态、集成和重用等特征。 ③层次结构体系结构风格。 层次系统组织成一个层次结构。构件在一些层实现了虚拟机。连接件通过决定层间如何交互的协议来定义,拓扑约束包括对相邻层间交互的约束。这个风格的特点是每层为上一层提供服务,使用下一层的服务,只能见到与自己邻接的层。大的问题分解为若干个渐进的小问题,逐步解决,隐藏了很多复杂度。修改一层,最多影响两层,而通常只能影响上层。上层必须知道下层的身份,不能调整层次之间的顺序。 (3)独立构件风格包括进程通信体系结构风格和事件驱动的体系结构风格。 ①进程通信体系结构风格。 构件是独立的过程,连接件是消息传递。这种风格的特点是构件通常是命名过程,消息传递的方式可以是点对点、异步和同步方式及远过程调用等。 ②事件驱动的体系结构风格。 构件不直接调用一个过程,而是触发或广播一个或多个事件。系统中其他构件中的过程在一个或多个事件中注册,当一个事件被触发,系统自动调用在这个事件中注册的所有过程。一个事件的触发就导致了另一个模块中过程的调用。 这种风格中的构件是非命名的过程,它们之间交互的连接件往往是以过程之间的隐式调用(Implicit Invocation)来实现的。基于事件的隐式调用风格的主要优点是为软件重用提供了强大的支持,为构件的维护和演化带来了方便;其缺点是构件放弃了对系统计算的控制。 (4)虚拟机风格包括解释器体系结构风格和基于规则的系统。 ①解释器体系结构风格 一个解释器通常包括完成解释工作的解释引擎,一个包含将被解释的代码的存储区,一个记录解释引擎当前工作状态的数据结构,以及一个记录源代码被解释执行的进度的数据结构。具有解释器风格的软件中含有一个虚拟机,可以仿真硬件的执行过程和一些关键应用;其缺点是执行效率较低。 ②基于规则的系统。 基于规则的系统包括规则集、规则解释器、规则/数据选择器及工作内存。 (5)仓库风格包括数据库体系结构风格和黑板体系结构风格。 ①数据库体系结构风格。 数据库体系结构是库风格最常见的形式。构件主要有两大类,一个是中央共享数据源,保存当前系统的数据状态;另一个是多个独立处理元素,处理元素对数据元素进行操作。 ②黑板体系结构风格。 黑板体系结构包括知识源、黑板和控制三部分。知识源包括若干独立计算的不同单元,提供解决问题的知识,知识源响应黑板上的变化,也只修改黑板。黑板是一个全局数据库,包含解域的全部状态,是知识源互相作用的唯一媒介。知识源响应是通过黑板状态的变化来控制。黑板通常应用在对于解决问题没有确定性算法的系统中,例如信号处理、问题规划及编译器优化等软件系统的设计中。 论文中给出每一类软件体系结构风格中一个具体的体系结构风格即可。

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