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软件架构

GIT与SVN的优缺点比较

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GIT与SVN的优缺点比较

Subversion
1.SVN优缺点
优点:
1、 管理方便,逻辑明确,符合一般人思维习惯。
2、 易于管理,集中式服务器更能保证安全性。
3、 代码一致性非常高。
4、 适合开发人数不多的项目开发。
缺点:
1、 服务器压力太大,数据库容量暴增。
2、 如果不能连接到服务器上,基本上不可以工作,看上面第二步,如果服务器不能连接上,就不能提交,还原,对比等等。
3、 不适合开源开发(开发人数非常非常多,但是Google app engine就是用svn的)。但是一般集中式管理的有非常明确的权限管理机制(例如分支访问限制),可以实现分层管理,从而很好的解决开发人数众多的问题。

 

 

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2.Git优缺点
优点:
1、适合分布式开发,强调个体。
2、公共服务器压力和数据量都不会太大。
3、速度快、灵活。
4、任意两个开发者之间可以很容易的解决冲突。
5、离线工作。
缺点:
1、学习周期相对而言比较长。
2、不符合常规思维。
3、代码保密性差,一旦开发者把整个库克隆下来就可以完全公开所有代码和版本信息。

多种常见软件系统缩写

BPM(Business Process Management):业务流程管理

也称做商业流程管理。一套达成企业各种业务环节整合的全面管理模式。其中的Business并不局限于商业,它泛指各种组织中的活动:从商业企业到政府机构、非营利团体等等,因此,普遍共识是对应于更加中性的“业务”一词,例如:业务流程管理(Business Process Management, BPM)、业务流程再造(Business Process Reengineering, BPR)等。Business Process Modeling,即业务流程建模,是对业务流程进行表述的方式,它是过程分析与重组的重要基础。

 

CRM(Customer Relationship Management):客户关系管理

是一个不断加强与顾客交流,不断了解顾客需求,并不断对产品及服务进行改进和提高以满足顾客的需求的连续的过程。其内含是企业利用信息技(IT)术和互联网技术实现对客户的整合营销,是以客户为核心的企业营销的技术实现和管理实现。客户关系管理注重的是与客户的交流,企业的经营是以客户为中心,而不是传统的以产品或以市场为中心。为方便与客户的沟通,客户关系管理可以为客户提供多种交流的渠道。

 

CMS(Content Management System):内容管理系统

它具有许多基于模板的优秀设计,可以加快网站开发的速度和减少开发的成本。CMS的功能并不只限于文本处理,它也可以处理图片、Flash动画、声像流、图像甚至电子邮件档案。

 

EIP(Enterprise Information Portal): 企业信息门户

是指在Internet的环境下,把各种应用系统、数据资源和互联网资源统一集成到企业信息门户之下,根据每个用户使用特点和角色的不同,形成个性化的应用界面,并通过对事件和消息的处理、传输把用户有机地联系在一起。

 

ERP(Enterprise Resource Planning):企业资源计划系统

又译企业资源规划,简单地说,ERP是“一个大型模块化、集成性的流程导向系统,集成企业内部财务会计、制造、进销存等信息流,快速提供决策信息,提升企业的营运绩效与快速反应能力。”它是e化企业的后台心脏与骨干。任何前台的应用系统包括EC、CRM、SCM等都以它为基础。
一般ERP软件强调如下之系统集成。
ERP主要的模块有:
生产管理:工程、材料清单(Bill Of Material)、调度、产能、工作流管理、质量控制、成本管理、生产过程、生产工程、生产流程、生产配置
进销存货管理:库存、订单输入、采购、供应商调度、货物检查、付款请求处理、佣金计算
财务管理及会计项目:总帐、现金管理、应付帐款管理、应收帐款管理、票据资金管理、固定资产管理
成本管理:账单、时间和支出、活动管理
人力资源管理:人力资源、薪金名册、培训管理、员工班别和出勤管理、津贴、劳健保、绩效考核
供应链管理:和客户、供应商、员工之间的各种自服务接口

 

GIS(Geographic Information System):地理信息系统

又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

 

MIS(Management Information System):管理信息系统

是一个由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统。利用现代计算机及网络通讯技术加强企业的信息管理,通过对企业拥有的人力、物力、财力、设备、技术等资源的调查了解,建立正确的数据,加工处理并编制成各种信息资料及时提供给管理人员,以便进行正确的决策,不断提高企业的管理水平和经济效益。

 

OA(Office Automation):办公自动化

是现代利用电脑进行全自动的办公,目的是提高效率。

 

SCM(Supply Chain Management):供应链管理

把公司的制造过程、库存系统和供应商产生的数据合并在一起,从一个统一的视角展示产品建造过程的各种影响因素。对整个供应链(从供货商,制造商,分销商到消费者)的各个环节进行综合管理,例如从采购、物料管理、生产、配送、营销到消费者的整个供应链的货物流、信息流和资金流,把物流与库存成本降到最小。供应链是企业赖以生存的商业循环系统,是企业电子商务管理中最重要的课题。

 

WfMS(Workflow Management System):工作流管理系统

工作流(Workflow),是对工作流程及其各操作步骤之间业务规则的抽象、概括、描述。工作流建模,即将工作流程中的工作如何前后组织在一起的逻辑和规则在计算机中以恰当的模型进行表示并对其实施计算。工作流要解决的主要问题是:为实现某个业务目标,在多个参与者之间,利用计算机,按某种预定规则自动传递文档、信息或者任务。工作流管理系统(Workflow Management System, WfMS)的主要功能是通过计算机技术的支持去定义、执行和管理工作流,协调工作流执行过程中工作之间以及群体成员之间的信息交互。工作流需要依靠工作流管理系统来实现。

 

WMS(Warehouse Management System):仓储管理系统

对物料存放空间进行管理的软件,区别于库存管理。其功能主要有两方面,一为通过在系统中设定一定的仓库仓位结构对物料具体空间位置的定位,二为通过在系统中设定一些策略对物料入库\出库\库内等作业流程进行指导。有利于仓库资源使用。

 

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Windows 驱动程序入门

驱动程序入门

从这里开始学习有关驱动程序的基本概念。

你应熟悉 C 编程语言,并且应了解函数指针、回调函数以及事件处理程序的理念。若要基于用户模式驱动程序框架 1.x 编写驱动程序,则应熟悉 C++ 和 COM。

什么是驱动程序?

 

为术语“驱动程序”给出单一的准确定义比较困难。就最基本的意义而言,驱动程序是一个软件组件,可让操作系统和设备彼此通信。例如,假设应用程序需要从设备中读取某些数据。应用程序会调用由操作系统实现的函数,操作系统会调用由驱动程序实现的函数。驱动程序(由设计和制造该设备的同一公司编写)了解如何与设备硬件通信以获取数据。当驱动程序从设备获取数据后,它会将数据返回到操作系统,操作系统将数据返回至应用程序。

图:显示应用程序、操作系统以及驱动程序

 

扩大定义

到目前为止,我们的说明采用以下几种方式进行简单化:

  • 并非所有驱动程序都必须由设计该设备的公司编写。在多种情形下,设备根据已发布的硬件标准来设计。这表示驱动程序可以由 Microsoft 编写,设备设计者无须提供驱动程序。
  • 并非所有驱动程序都直接与设备通信。对于给定的 I/O 请求(如从设备读取数据),通常有一些驱动程序(在堆栈中进行分层)参与该请求。可视化堆栈的传统方式是将第一个参与对象放在顶部,将最后一个参与对象放在底部,如此图所示。堆栈中的某些驱动程序可能通过将请求从一种格式转换至另一种格式来参与。这些驱动程序不会与设备直接通信;它们只操纵请求并将请求传递至堆栈下方的驱动程序。图:显示应用程序、操作系统、3 个驱动程序以及设备
  • 堆栈中直接与设备通信的一个驱动程序称为“函数驱动程序”;执行辅助处理的驱动程序称为“筛选器驱动程序”
  • 某些筛选器驱动程序遵守并记录有关 I/O 请求的信息,但不会主动参与这些请求。例如,某些筛选器驱动程序充当验证程序以确保堆栈中的其他驱动程序正确处理 I/O 请求。

我们可以扩大“驱动程序”的定义,方法是表示驱动程序为遵守或参与操作系统与设备之间通信的任一软件组件。

软件驱动程序

我们的扩大定义相当准确,但仍不完整,原因是某些驱动程序与任何硬件设备根本不关联。 例如,假设你需要编写可以访问核心操作系统数据结构的工具,这些结构仅可以由内核模式下运行的代码进行访问。可以通过将工具拆分成两个组件来执行该操作。第一个组件在用户模式下运行且提供用户界面。第二个组件在内核模式下运行且可以访问核心操作系统数据。在用户模式下运行的组件称为应用程序,在内核模式下运行的组件称为“软件驱动程序”。软件驱动程序与硬件设备不关联。有关处理器模式的详细信息,请参阅用户模式和内核模式

此图说明了与内核模式软件驱动程序通信的用户模式应用程序。

图:显示应用程序和软件驱动程序

其他说明

软件驱动程序始终在内核模式下运行。编写软件驱动程序的主要原因是获取对仅在内核模式下可用的受保护数据的访问权限。但是设备驱动程序不会始终需要访问内核模式数据和资源。因此某些设备驱动程序在用户模式下运行。

有一系列的驱动程序我们尚未提及,“总线驱动程序”。若要了解总线驱动程序,你需要了解设备节点和设备树。有关设备树、设备节点以及总线驱动程序的信息,请参阅设备节点和设备堆栈

到目前为止,我们的说明过度简化了“函数驱动程序”的定义。我们表示设备的函数驱动程序为堆栈中直接与设备通信的一个驱动程序。对于直接连接到外围组件互连 (PCI) 总线的设备而言,以上为真。PCI 设备的函数驱动程序获取映射到设备上端口和内存资源的地址。函数驱动程序通过写入这些地址直接与设备通信。但是在多种情形下,设备未直接连接到 PCI 总线。相反设备连接到的主机总线适配器连接到 PCI 总线。例如,USB toaster 连接到主机总线适配器(称为 USB 主控制器),该适配器连接到 PCI 总线。USB toaster 具有函数驱动程序,USB 主控制器也具有函数驱动程序。toaster 的函数驱动程序与 toaster 间接通信,方法是将请求发送至 USB 主控制器的函数驱动程序。然后,USB 主控制器的函数驱动程序与 USB 主控制器硬件直接通信,该硬件与 toaster 通信。

图:显示 USB toaster 驱动程序和 USB 主控制器驱动程序

 

选择驱动程序模型

Microsoft Windows 提供了多种驱动程序模型,你可以使用这些模型编写驱动程序。最佳驱动程序模型的选择策略取决于你计划编写的驱动程序类型。下文介绍了这些选项:

  • 设备函数驱动程序
  • 设备筛选器驱动程序
  • 软件驱动程序
  • 文件系统筛选器驱动程序
  • 文件系统驱动程序

有关各种类型驱动程序之间差异的介绍,请参阅什么是驱动程序?设备节点和设备堆栈。以下部分说明了如何为每种类型的驱动程序选择模型。

为设备函数驱动程序选择驱动程序模型

当你设计一个硬件设备时,首先要考虑的事项之一就是你是否需要编写函数驱动程序。提出下列问题:

是否可以完全避免编写驱动程序?
如果必须编写函数驱动程序,则最好使用哪个驱动程序模型?

若要回答这些问题,请确定设备的何处可以容纳设备和驱动程序技术中介绍的技术列表。参阅该特定技术的文档,以确定是否需要编写函数驱动程序以及了解哪些驱动程序模型可供设备使用。

某些个别技术具有微型驱动程序模型。在微型驱动程序模型中,设备驱动程序由两个部分组成:一个部分处理常规任务,另一部分处理设备特定的任务。通常,Microsoft 编写通用部分,设备制造商编写设备特定的部分。设备特定的部分具有多种名称,其中大部分名称都共享前缀“微型”。以下是微型驱动程序模型中使用的一些名称:

  • 显示器微型端口驱动程序
  • 音频微型端口驱动程序
  • 电池微型类驱动程序
  • 蓝牙协议驱动程序
  • HID 微型驱动程序
  • WIA 微型驱动程序
  • NDIS 微型端口驱动程序
  • 存储器微型端口驱动程序
  • 流微型驱动程序

有关微型驱动程序模型的概述,请参阅微型驱动程序和驱动程序对

并非设备和驱动程序技术中列出的每项技术都有专用的微型驱动程序模型。特定技术的文档可能会建议你使用内核模式驱动程序框架 (KMDF);其他技术的文档可能会建议你使用用户模式驱动程序框架 (UMDF)。关键点是你应从研究特定设备技术的文档开始。如果你的设备技术具有微型驱动程序模型,则必须使用微型驱动程序模型。否则就遵循技术特定的文档中有关是使用 UMDF、KMDF 还是 Windows 驱动程序模型 (WDM) 的建议。

为设备筛选器驱动程序选择驱动程序模型

一些驱动程序频繁参与单个 I/O 请求(如从设备读取数据)。驱动程序在堆栈中进行分层,并且可视化堆栈的常规方法是将第一个驱动程序放在顶部,将最后一个驱动程序放在底部。堆栈具有一个函数驱动程序并且还可以具有筛选器驱动程序。有关函数驱动程序和筛选器驱动程序的介绍,请参阅什么是驱动程序?设备节点和设备堆栈

如果你准备为设备编写筛选器驱动程序,则确定设备的何处可以容纳设备和驱动程序技术中介绍的技术列表。查看特定设备技术的文档是否有关于选择筛选器驱动程序模型的任何指南。如果设备技术的文档未提供此指南,则首先考虑使用 UMDF 作为驱动程序模型。如果筛选器驱动程序需要访问的数据结构无法通过 UMDF 获取,则考虑使用 KMDF 作为驱动程序模型。在极端少见的情形中,驱动程序需要访问的数据结构无法通过 KMDF 获取,则使用 WDM 作为驱动程序模型。

为软件驱动程序选择驱动程序模型

未与设备关联的驱动程序称为“软件驱动程序”。有关软件驱动程序的介绍,请参阅什么是驱动程序?主题。软件驱动程序很有用,原因是这些驱动程序可以在内核模式下运行,这样为其提供了受保护操作系统数据的访问权限。有关处理器模式的信息,请参阅用户模式和内核模式

有关软件驱动程序,你的两个选项为 KMDF 和旧的 Windows NT 驱动程序模型。使用 KMDF 和旧的 Windows NT 模型,你可以在编写驱动程序时无须考虑即插即用 (PnP) 和电源管理。你可以改为专心于驱动程序的首要任务上。使用 KMDF,你不必考虑 PnP 和电源,因为框架会为你处理 PnP 和电源。使用旧的 Windows NT 模型,你不必考虑 PnP 和电源,原因是旧的驱动程序在与 PnP 和电源管理完全无关的环境中运行。

我们的建议是使用 KMDF,尤其是当你已熟悉 KMDF 时。如果你希望驱动程序与 PnP 和电源管理完全无关,则使用旧的 Windows NT 模型。如果你需要编写注意到电源转换或 PnP 事件的软件,则不能使用旧的 Windows NT 模型;必须使用 KMDF。

Note  在极少情形中,你需要编写注意到 PnP 或电源事件的软件驱动程序,并且驱动程序需要访问无法通过 KMDF 获取的数据,则必须使用 WDM。

为文件系统筛选器驱动程序选择驱动程序模型

有关为文件系统筛选器驱动程序选择模型的帮助,请参阅“文件系统微过滤驱动程序”和文件系统筛选器驱动程序

为文件系统驱动程序选择驱动程序模型

有关为文件系统驱动程序选择模型的帮助,请参阅文件系统微过滤驱动程序。+

 

编写第一个驱动程序

提供了三个练习,指导你完成编写和构建小型驱动程序的整个过程。第一个练习基于用户模式驱动程序框架 (UMDF),其他两个练习基于内核模式驱动程序框架 (KMDF)。

尽管因为稳定性和可靠性的缘故 UMDF 为首选模型,但 KMDF 提供了一个有吸引力的机会,可以编写非常小的 Hello World 驱动程序。使用 KMDF,你可以编写非常简短的驱动程序,仅实现两个函数。

这些练习之间彼此独立,因此你可以采用任何顺序选择仅做其中一个练习或所有练习。 要点是获取一些有关驱动程序代码编写和构建的早期实例体验。

 

架构蓝图–软件架构 “4+1” 视图模型

架构蓝图–软件架构 “4+1” 视图模型

 

Philippe Kruchten, 高级技术专员

 

简介: 本文基于多个并发视图的使用情况来说明描述软件密集型系统架构的模型。使用多重视图允许独立地处理各”风险承担人”:最终用户、开发人员、系统工程师、项目经理等所关注的问题,并且能够独立地处理功能性和非功能性需求。本文分别对五种视图进行了描述,并同时给出了捕获每种视图的表示方法。这些视图使用以架构为中心的、场景驱动以及迭代开发过程来进行设计。

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。


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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。
  • 开发视图(Development View),描述了在开发环境中软件的静态组织结构。

架构的描述,即所做的各种决定,可以围绕着这四个视图来组织,然后由一些用例 (use cases)或场景(scenarios)来说明,从而形成了第五个视图。正如将看到的,实际上软件架构部分从这些场景演进而来,将在下文中讨论。

图 1 - “4+1″视图模型 图 1 - "4+1"视图模型

我们在每个视图上均独立地应用 Perry & Wolf 的公式,即定义一个所使用的元素集合(组件、容器、连接符),捕获工作形式和模式,并且捕获关系及约束,将架构与某些需求连接起来。每种视图使用自身所特有的表示法-蓝图(blueprint)来描述,并且架构师可以对每种视图选用特定的架构风格(architectural style),从而允许系统中多种风格并存。

我们将轮流的观察这五种视图,展现各个视图的目标:即视图的所关注的问题,相应的架构蓝图的标记方式,描述和管理蓝图的工具。并以非常简单的形式从 PABX 的设计中,从我们在Alcatel 商业系统(Alcatel Business System)上所做的工作中,以及从航空运输控制系统(Air Traffic Control system)中引出一些例子―旨在描述一下视图的特定及其标记的方式,而不是定义这些系统的架构。

“4+1″视图模型具有相当的”普遍性”,因此可以使用其他的标注方法和工具,也可以采用其他的设计方法,特别是对于逻辑和过程的分解。但文中指出的这些方法都已经成功的在实践中运用过。

逻辑结构

面向对象的分解

逻辑架构主要支持功能性需求――即在为用户提供服务方面系统所应该提供的功能。系统分解为一系列的关键抽象,(大多数)来自于问题域,表现为对象或对象类的形式。它们采用抽象、封装和继承的原理。分解并不仅仅是为了功能分析,而且用来识别遍布系统各个部分的通用机制和设计元素。我们使用 Rational/Booch 方法来表示逻辑架构,借助于类图和类模板的手段        4。类图用来显示一个类的集合和它们的逻辑关系:关联、使用、组合、继承等等。相似的类可以划分成类集合。类模板关注于单个类,它们强调主要的类操作,并且识别关键的对象特征。如果需要定义对象的内部行为,则使用状态转换图或状态图来完成。公共机制或服务可以在类功能 (class utilities)中定义。对于数据驱动程度高的应用程序,可以使用其他形式的逻辑视图,例如 E-R 图,来代替面向对象的方法(OO approach)。

逻辑视图的表示法

逻辑视图的标记方法来自 Booch 标记法4。当仅考虑具有架构意义的条目时,这种表示法相当简单。特别是在这种设计级别上,大量的修饰作用不大。我们使用 Rational Rose? 来支持逻辑架构的设计。

图 2 - 逻辑蓝图的表示法 图 2 - 逻辑蓝图的表示法

逻辑视图的风格

逻辑视图的风格采用面向对象的风格,其主要的设计准则是试图在整个系统中保持单一的、一致的对象模型,避免就每个场合或过程产生草率的类和机制的技术说明。

逻辑结构蓝图的样例

图 3  显示了 Télic PABX 架构中主要的类。

图 3 - a. Télic PABX 的逻辑蓝图 b.空中交通系统的蓝图 图 3 - a. Télic PABX 的逻辑蓝图 b.空中交通系统的蓝图

PABX 建立终端间的通信连接。终端可以是电话设备、中继线(例如,连接到中央办公室)、连接线(PABX 专线到 PABX 线)、电话专线、数据线、ISDN 等等。不同的线路由不同的接口卡提供支持。线路 controller 对象的职责是在接口卡上对所有的信号进行解码和注入,在特定于接口卡的信号与一致性的小型事件集合之间进行相互转换:开始、停止、数字化等。controller 对象同时承载所有的实时约束。该类派生出许多子类以满足不同的接口类型。terminal 对象的责任是维持终端的状态,代表线路协调各项服务。例如,它使用 numbering plan 服务来解释拨号。conversation 代表了会话中的一系列终端 。conversation 使用了Translation Service(目录、逻辑物理映射、路由),以及建立终端之间语音路径的Connection Service 。

对于一个包含了大量的具有架构重要意义的类的、更大的系统来说,图 3 b 描述了空中交通管理系统的顶层类图,包含 8 个类的种类(例如,类的分组)。

进程架构

过程分解

进程架构考虑一些非功能性的需求,如性能和可用性。它解决并发性、分布性、系统完整性、容错性的问题,以及逻辑视图的主要抽象如何与进程结构相配合在一起-即在哪个控制线程上,对象的操作被实际执行。

进程架构可以在几种层次的抽象上进行描述,每个层次针对不同的问题。在最高的层次上,进程架构可以视为一组独立执行的通信程序(叫作”processes”)的逻辑网络,它们分布在整个一组硬件资源上,这些资源通过 LAN 或者 WAN 连接起来。多个逻辑网络可能同时并存,共享相同的物理资源。例如,独立的逻辑网络可能用于支持离线系统与在线系统的分离,或者支持软件的模拟版本和测试版本的共存。

进程是构成可执行单元任务的分组。进程代表了可以进行策略控制过程架构的层次(即:开始、恢复、重新配置及关闭)。另外,进程可以就处理负载的分布式增强或可用性的提高而不断地被重复。

软件被划分为一系列单独的任务。任务是独立的控制线程,可以在处理节点上单独地被调度。

接着,我们可以区别主要任务、次要任务。主要任务是可以唯一处理的架构元素;次要任务是由于实施原因而引入的局部附加任务(周期性活动、缓冲、暂停等等)。它们可以作为 Ada Task 或轻量线程来实施。 主要任务的通讯途径是良好定义的交互任务通信机制:基于消息的同步或异步通信服务、远程过程调用、事件广播等。次要任务则以会见或共享内存来通信。在同一过程或处理节点上,主要任务不应对它们的分配做出任何假定。

消息流、过程负载可以基于过程蓝图来进行评估,同样可以使用哑负载来实现”中空”的进程架构,并测量在目标系统上的性能。正如 Filarey et al. 在他的 Eurocontrol 实验中描述的那样。

进程视图的表示法

我们所使用的进程视图的表示方法是从Booch最初为 Ada 任务推荐的表示方法扩展而来。同样,用来所使用的表示法关注在架构上具有重要意义的元素。(图 4)

图 4 - 过程蓝图表示法 图 4 - 过程蓝图表示法

我们曾使用来自 TRW 的 Universal Network Architechure Services(UNAS0) 产品来构建并实施过程和任务集合(包扩它们的冗余),使它们融入过程的网络中。UNAS 包含 Software Architect Lifecycle Environment(SALE)工具,它支持上述表示方法。SALE 允许以图形的形式来描述进程架构,包括对可能的交互任务通信路径的规格说明,正是从这些路径中自动生成对应的 Ada 或 C++ 源代码。使用该方法来指定和实施进程架构的优点是易于进行修改而不会对应用软件造成太多的影响。

进程视图的风格

许多风格可以适用于进程视图。例如采用 Garlan 和 Shaw 的分类法1,我们可以得到管道和过滤器(Pipes and filters),或客户端/服务器,以及各种多个客户端/单个服务器和多个客户端/多个服务器的变体。对于更加复杂的系统,可以采用类似于 K.Birman 所描述的ISIS系统中进程组方法以及其它的标注方法和工具。

进程蓝图的例子

图 5 - Télic PABX 的过程蓝图(部分) 图 5 - Télic PABX 的过程蓝图(部分)

所有的终端由单个的 Termal process 处理,其中 Termal process 由输入队列中的消息进行驱动。Controller 对象在组成控制过程三个任务之中的一项任务上执行:Low cycle rate task 扫描所有的非活动终端(200 ms),将 High cycle rate task(10 ms)扫描清单中的终端激活,其中 High cycle rate task 检测任何重要的状态变化,将它们传递给 Main controller task,由它来对状态的变更进行解释,并通过向对应的终端发送消息来通信。这里 Controller 过程中的通信通过共享内存来实现。

开发架构

子系统分解

开发架构关注软件开发环境下实际模块的组织。软件打包成小的程序块(程序库或子系统),它们可以由一位或几位开发人员来开发。子系统可以组织成分层结构,每个层为上一层提供良好定义的接口。

系统的开发架构用模块和子系统图来表达,显示了”输出”和”输入”关系。完整的开发架构只有当所有软件元素被识别后才能加以描述。但是,可以列出控制开发架构的规则:分块、分组和可见性。

大部分情况下,开发架构考虑的内部需求与以下几项因素有关:开发难度、软件管理、重用性和通用性及由工具集、编程语言所带来的限制。开发架构视图是各种活动的基础,如:需求分配、团队工作的分配(或团队机构)、成本评估和计划、项目进度的监控、软件重用性、移植性和安全性。它是建立产品线的基础。

开发蓝图的表示方法

同样,使用 Booch 方法的变形,仅考虑具有架构意义的项。

图 5 - 开发蓝图表示方法 图 5 - 开发蓝图表示方法

来自 Rational 的 Apex 开发环境支持开发架构的定义和实现、和前文描述的分层策略,以及设计规则的实施。Rational Rose 可以在模块和子系统层次上绘制开发蓝图,并支持开发源代码(Ada、C++)进程的正向和反向工程。

开发视图的风格

我们推荐使用分层(layered)的风格,定义 4 到 6 个子系统层。每层均具有良好定义的职责。设计规则是某层子系统依赖同一层或低一层的子系统,从而最大程度地减少了具有复杂模块依赖关系的网络的开发量,得到层次式的简单策略。

图 6 - Hughes 空中交通系统(HATS)的 5 个层 图 6 - Hughes 空中交通系统(HATS)的 5 个层

开发架构的例子

图 6 代表了加拿大的 Hughes Aircraft 开发的空中交通控制系统(Air Traffic Control system)产品线的 5 个分层开发组织结构。这是和图 3 b 描述的逻辑架构相对应的开发架构。

第一层 和第二层组成了独立于域的覆盖整个产品线的分布式基础设施,并保护其免受不同硬件平台、操作系统或市售产品(如数据库管理系统)的影响。第三层为该基础设施增加了 ATC 框架,形成一个特定领域的软件架构(domain-specific software architecture)。使用该框架,可以在第四层上构建一个功能选择板。层次 5 则非常依赖于客户和产品,包含了大多数用户接口和外部系统接口。72 个子系统分布于 5 个层次上,每层包含了 10 至 50 个模块,并可以在其他蓝图上表示。

物理架构

软件至硬件的映射

物理架构主要关注系统非功能性的需求,如可用性、可靠性(容错性),性能(吞吐量)和可伸缩性。软件在计算机网络或处理节点上运行,被识别的各种元素(网络、过程、任务和对象),需要被映射至不同的节点;我们希望使用不同的物理配置:一些用于开发和测试,另外一些则用于不同地点和不同客户的部署。因此软件至节点的映射需要高度的灵活性及对源代码产生最小的影响。

物理蓝图的表示法

大型系统中的物理蓝图会变得非常混乱,所以它们可以采用多种形式,有或者没有来自进程视图的映射均可。

图 7 - 物理蓝图的表示法 图 7 - 物理蓝图的表示法

TRW 的 UNAS 提供了数据驱动方法将过程架构映射至物理架构,该方法允许大量的映射 的变更而无需修改源代码。

物理蓝图的示例

图 8 - PABX 的物理蓝图 图 8 - PABX 的物理蓝图

图 8 显示了大型 PABX 可能的硬件配置,而图 9 和图 10 显示了两种不同物理架构上的进程映射,分别对应一个小型和一个大型 PABX。C、F 和 K 是三种不同容量的计算机,支持三种不同的运行要求。

图 9 - 带有过程分配的小型 PABX 物理架构 图 9 - 带有过程分配的小型 PABX 物理架构
图10-显示了过程分配的大型PABX物理蓝图 图10-显示了过程分配的大型PABX物理蓝图

场景

综合所有的视图

四种视图的元素通过数量比较少的一组重要场景(更常见的是用例)进行无缝协同工作,我们为场景描述相应的脚本(对象之间和过程之间的交互序列)。正如 Rubin 和 Goldberg 所描述的那样6。

在某种意义上场景是最重要的需求抽象,它们的设计使用对象场景图和对象交互图来表示4。

该视图是其他视图的冗余(因此”+1″),但它起到了两个作用:

  • 作为一项驱动因素来发现架构设计过程中的架构元素,这一点将在下文中讨论。
  • 作为架构设计结束后的一项验证和说明功能,既以视图的角度来说明又作为架构原型测试的出发点。

场景的表示法

场景表示法与组件逻辑视图非常相似(请对照图 2),但它使用过程视图的连接符来表示对象之间的交互(请对照图 4),注意对象实例使用实线来表达。至于逻辑蓝图,我们使用 Rational Rose 来捕获并管理对象场景。

场景的例子

图 11 显示了小型 PABX 的场景片段。相应的脚本是:

1. Joe的电话控制器检测和校验摘机状态的变换,并发送消息唤醒相应的终端对象。

2. 终端分配一些资源,并要求控制器发出拨号音。

3. 控制器接受拨号并传递给终端。

4. 终端使用拨号方案来分析数字流。

5. 有效的数字序列被键入,终端开始会话。

图 11 - 本地呼叫的初期场景――阶段选择 图 11 - 本地呼叫的初期场景――阶段选择

视图之间的对应性

各种视图并不是完全是正交的或独立的。视图的元素根据某种设计规则和启发式方法与其他视图中的元素相关联。

从逻辑视图到过程视图

我们发现逻辑视架构有几项重要特性:

  • 自主性:对象是主动的、被动的还是被保护的?
    • 主动对象享有调用其他对象或其自身操作的主动权,并且当其他对象对其进行调用时,具有对其自身操作的完全控制权。
    • 被动对象不能主动调用任何操作,对其他对象调用自身的操作没有控制。
    • 被保护对象不能主动调用任何操作。但对自身的操作有一定的控制功能。
  • 持久化:对象是暂时的还是持久化的?它们是否会导致过程或处理器的终止?
  • 依赖性:对象的存在或持久化是否依赖于另一个对象?
  • 分布性:对象的状态或操作是否能被物理架构中的许多节点所访问?或是被进程架构中的几个进程所访问?

在逻辑视图中,我们认为每个对象均是主动的,具有潜在的”并发性”,即与其他对象具有”平行的”行为,我们并不考虑所要达到的确切并发程度。因此,逻辑结构所考虑的仅是需求的功能性方面。

然而,当我们定义进程架构时,由于巨大的开销,为每个对象实施各自的控制线程(例如,Unix 进程或 Ada 任务),在目前的技术状况下是不现实的。此外,如果对象是并发的,那么必须以某种抽象形式来调用它们的操作。

另一方面,由于以下几种原因需要多个控制线程。

  • 为了快速响应某类外部触发,包括与时间相关的事件。
  • 为了在一个节点中利用多个 CPU,或者在一个分布式系统中利用多个节点。
  • 为了提高 CPU 的利用率,在某些控制线程被挂起,等待其他活动结束的时候(例如,访问外部对象其他活动对象时),为其他的活动分配 CPU。
  • 为了划分活动的优先级(提高潜在的响应能力)。
  • 为了支持系统的可伸缩性(借助于共享负载的其他过程)。
  • 为了在软件的不同领域分离关注点。
  • 为了提高系统的可用性(通过 Backup 过程)。

我们同时使用两种策略来决定并发的程度和定义所需的过程集合。考虑一系列潜在的物理目标架构。以下两种形式我们可以任选其一:

  • 从内至外:
    由逻辑架构开始:定义代理任务,该任务将控制一个类的多个活动对象的单个线程进行多元化处理;同一代理任务还执行持久化处理那些依赖于一个主动对象的对象;需要相互进行操作的几个类或仅需要少量处理的类共享单个代理。这种聚合会一直进行,直到我们将过程减少到合理的较少数量,而仍允许分布性和对物理资源的使用。
  • 由外至内:
    从物理结构开始:识别系统的外部触发;定义处理触发的客户过程和仅提供服务(而非初始化它们)的服务器进程;使用数据完整性和问题的串行化(serialization)约束来定义正确的服务器设置,并且为客户机与服务器代理分配对象;识别出必须分布哪些对象。

其结果是将类(和它们的对象)映射至一个任务集合和进程架构中的进程。通常,活动类具有代理任务,也存在一些变形:对于给定的类,使用多个代理以提高吞吐量,或者多个类映射至单个代理,因为它们的操作并不是频繁地被调用,或者是为了保证执行序列。

注意这并不是产生最佳过程架构的线性的、决定性的进程;它需要若干个迭代来得到可接受的折衷。还存在许多其他方法,例如 Birman 等人5 或 Witt 等人7提出的方法。 确切的实施映射的方法不在本文的讨论范围,但我们以一个小的例子来说明一下。

图 12 显示了一个小的类集合如何从假想的空中交通控制系统映射至进程。

flight 类映射至一个 flight 代理集合:有许多航班等待处理,外部触发的频率很高,响应时间很关键,负载必须分布于多个 CPU。并且,航班处理的持久化和分布性方面都取决于 flight server,为了满足可用性,还是使用 flight server 的一台备份服务器。

航班的 profile 和 clearance 总是从属于某个航班,尽管它们是复杂的类,但它们共享 flight 类的进程。航班分布于若干其他进程,特别是对于显示和外部接口。

sectorization 类,为 controller 的权限分配建立了空域划分。由于完整性约束,仅能被一个代理处理,但可以与 flight 类共享服务器过程:更新得并不频繁。

location 和 arispace 及其他的静态航空信息是受到保护的对象,在几个类中共享,很少被更新;它们被映射至各自的服务器,分布于其他过程。

图 12 - 从逻辑视图到过程视图的映射 图 12 - 从逻辑视图到过程视图的映射

从逻辑视图到开发视图

类通常作为一个模块来实现,例如 Ada 包中可视部分的一个类型。密切相关的类(类的种类)的集合组合到子系统中。子系统的定义必须考虑额外的约束,如团队组织、期望的代码规模(通常每个子系统为 5 K 或 20 K SLOC)、可重用性和通用性的程度以及严格的分层依据(可视性问题),发布策略和配置管理。所以,通常最后得到的不是与逻辑视图逐一对应的视图。

逻辑视图和开发视图非常接近,但具有不同的关注点。我们发现项目规模越大,视图间的差距也越大。例如,如果比较图 3 b 和图 6,则会发现并不存在逐一对应的类的不同种类到层的映射。而如果我们考虑类的种类的”外部接口”-网关种类时,它的实现遍布若干层:通讯协议在第 1 层或以下的层,通用网关机制在第 2 层,而特定的网关在第 5 层子系统。

从进程视图到物理视图

进程和进程组以不同的测试和部署配置映射至可用的物理硬件。Birman 在 ISIS 项目中描述了详细的映射模式5。

场景主要以所使用类的形式与逻辑视图相关联;而与进程视图的关联则是考虑了一个或多个控制线程的、对象间的交互形式。

模型的剪裁

并不是所有的软件架构都需要”4+1″视图。无用的视图可以从架构描述中省略,比如: 只有一个处理器,则可以省略物理视图;而如果仅有一个进程或程序,则可以省略过程视图。  对于非常小型的系统,甚至可能逻辑视图与开发视图非常相似,而不需要分开的描述。场景对于所有的情况均适用。

迭代过程

Witt 等人为设计和架构指出了 4 个阶段:勾画草图、组织、具体化和优化,分成了 12 个 步骤7。他们还指出需要某种程度的反向工程。而我们认为对于大型的项目,该方法太”线性 化”了。在 4 个阶段的末尾,可用于验证架构的内容太少。我们提倡一种更具有迭代性质的方法,即架构先被原形化、测试、估量、分析,然后在一系列的迭代过程中被细化。该方法除了减少与架构相关的风险之外,对于项目而言还有其他优点:团队合作、培训,加深对架构的理解,深入程序和工具等等(此处提及的是演进的原形,逐渐发展成为系统,而不是一次性的试验性的原形)。这种迭代方法还能够使需求被细化、成熟化并能够被更好地理解。

场景驱动(scenario-driven)的方法

系统大多数关键的功能以场景(或 use cases)的形式被捕获。关键意味着:最重要的功能,系统存在的理由,或使用频率最高的功能,或体现了必须减轻的一些重要的技术风险。

开始阶段:

  • 基于风险和重要性为某次迭代选择一些场景。场景可能被归纳为对若干用户需求的抽象。
  • 形成”稻草人式的架构”。然后对场景进行”描述”,以识别主要的抽象(类、机制、过程、子系统),如 Rubin 与 Goldberg6 所指出的 ―― 分解成为序列对(对象、操作)。
  • 所发现的架构元素被分布到 4 个蓝图中:逻辑蓝图、进程蓝图、开发蓝图和物理蓝图。
  • 然后实施、测试、度量该架构,这项分析可能检测到一些缺点或潜在的增强要求。
  • 捕获经验教训。

循环阶段:

下一个迭代过程开始进行:

  • 重新评估风险,
  • 扩展考虑的场景选择板。
  • 选择能减轻风险或提高结构覆盖的额外的少量场景,

然后:

  • 试着在原先的架构中描述这些场景。
  • 发现额外的架构元素,或有时还需要找出适应这些场景所需的重要架构变更。
  • 更新4个主要视图:逻辑视图、进程视图、开发视图和物理视图。
  • 根据变更修订现有的场景。
  • 升级实现工具(架构原型)来支持新的、扩展了的场景集合。
  • 测试。如果可能的话,在实际的目标环境和负载下进行测试。
  • 然后评审这五个视图来检测简洁性、可重用性和通用性的潜在问题。
  • 更新设计准则和基本原理。
  • 捕获经验教训。

终止循环

为了实际的系统,初始的架构原型需要进行演进 。较好的情况是在经过 2 次或 3 次迭代之后,结构变得稳定:主要的抽象都已被找到。子系统和过程都已经完成,以及所有的接口都已经实现。接下来则是软件设计的范畴,这个阶段可能也会用到相似的方法和过程。

这些迭代过程的持续时间参差不齐,原因在于:所实施项目的规模,参与项目人员的数量、他们对本领域和方法的熟悉程度,以及该系统和开发组织的熟悉程度等等。因而较小的项目迭代过程可能持续 2-3 周(例如,10 K SLOC),而大型的项目可能为 6-9 个月(例如,700 K SLOC)。

架构的文档化

架构设计中产生的文档可以归结为两种:

  • 软件架构文档,其结构遵循”4+1″视图(请对照图 13,一个典型的提纲)
  • 软件设计准则,捕获了最重要的设计决策。这些决策必须被遵守,以保持系统架构的完整性。                                      图 13 - 软件架构文档提纲 图 13 - 软件架构文档提纲

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结束语

无论是否经过一次本地定制的和技术上的调整,”4+1″视图都能在许多大型项目中成功运用。事实上,它允许不同的”风险承担人”找出他们就软件架构所关心的问题。系统工程师首先接触物理视图,然后转向进程视图;最终用户、顾客、数据分析专家从逻辑视图入手;项目经理、软件配置人员则从开发视图来看待”4+1″视图。 在 Rational 和其他地方,提出并讨论了其他系列视图,例如 Meszaros(BNR)、Hofmeister。Nord 和 Soni(Siemenms)、Emery 和 Hilliard(Mitre),但我们发现其他视图通常可以归入我们所描述的 4 个视图中的一个。例如 Cost&Schedule 视图可以归入开发视图,将一个数据视图归入一个逻辑视图,以及将一个执行视图归入进程视图和物理视图的组合。

表 1 - “4+1″视图模型一览表 表 1 - "4+1"视图模型一览表


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致谢

“4+1” 视图的诞生要归功于在Rational、加拿大的 Hughes Aircraft、Alcatel 以及其他地方工作的同事。笔者特别感谢下面这些人的贡献: Ch. Thompson、A. Bell、M.Devlin、G. Booch、W. Royce、J. Marasco、R. Reitman、V. Ohnjec、E. Schonberg。

参考资料

  1. D. Garlan & M. Shaw, “An Introduction to Software Architecture,” Advances in Software Engineering and Knowledge Engineering, Vol. 1, World Scientific Publishing Co. (1993).
  2. D. E. Perry & A. L. Wolf, “Foundations for the Study of Software Architecture,” ACM Software Engineering Notes, 17, 4, October 1992, 40-52.
  3. Ph. Kruchten & Ch. Thompson, “An Object-Oriented, Distributed Architecture for Large Scale Ada Systems,” Proceedings of the TRI-Ada ’94 Conference, Baltimore, November 6-11, 1994, ACM,p.262-271.
  4. G. Booch: Object-Oriented Analysis and Design with Applications, 2nd. edition, Benjamin-Cummings Pub. Co., Redwood City, California, 1993, 589p.
  5. K. P. Birman, and R. Van Renesse, Reliable Distributed Computing with the Isis Toolkit, IEEE Computer Society Press, Los Alamitos CA, 1994.
  6. K. Rubin & A. Goldberg, “Object Behavior Analysis,” CACM, 35, 9 (Sept. 1992) 48-62
  7. B. I. Witt, F. T. Baker and E. W. Merritt, Software Architecture and Design-Principles, Models, and Methods, Van Nostrand Reinhold, New-York (1994) 324p.
  8. D. Garlan (ed.), Proceedings of the First Internal Workshop on Architectures for Software Systems, CMU-CS-TR-95-151, CMU, Pittsburgh, 1995.

 

原文出处 :

架构蓝图–软件架构 “4+1” 视图模型 : http://www.ibm.com/developerworks/cn/rational/r-4p1-view/