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详解软件体系结构的现状及发展方向

 ThinkTank_引擎 2014-06-07

目前软件体系结构的现状如何呢?软件体系结构的发展趋势又是什么呢?这就是本文要介绍的内容。

目前,软件体系结构尚处在迅速发展之中,越来越多的研究人员正在把注意力投向软件体系结构的研究。用于对软件体系进行规格描述的模型、标记法和工具仍很不正规。尽管这些不正规的模型是有用的,为使之更为精确和健壮,在很多方面的研究工作还需要继续进行。

关于软件体系结构的研究工作主要在国外展开的,国内到目前为止对于软件体系结构的研究尚处在起步阶段。软件体系结构在国内未引起人们广泛注意的原因主要有两点:

(1)软件体系结构从表面上看起来是一个老话题,似乎没有新东西。

(2)与国外相比,国内对大型和超大型复杂软件系统开发的经历相对较少,对软件危机的灾难性体会没有国外深刻,因而对软件体系结构研究的重要性和必要性的认识还不很充分。

一、应用现状

1、形成研究热点,仍处于非形式化水平

自20世纪90年代后期以来,软件体系结构的研究成为一个热点。广大软件工作者已经认识到软件体系结构研究的重大意义和它对软件系统设计开发的重要性,开展了很多研究和实践工作。

从软件体系结构研究的现状来看,当前的研究和对软件体系结构的描述,在很大程度上来说还停留在非形式化的基础上。软件构架师仍然缺乏必要的工具,这种工具应该是显式描述的、有独立性的形式化工具。

在目前通用的软件开发方法中,其描述通常是用非形式化的图和文本,不能描述系统期望的存在于构件之间的接口,不能描述不同的组成系统的组合关系的意义。难以被开发人员理解,更不能用来分析其一致性和完整性等特性。

当一个软件系统中的构件之间几乎以一种非形式化的方法描述时,系统的重用性也会受到影响,在设计一个系统结构过程中的努力很难移植到另一个系统中去。对系统构件和连接关系的结构化假设没有得到显式的、形式化的描述时,把这样的系统构件移植到另一个系统中去将是有风险的,甚至是不可能的。

2、软件体系结构的形式化方法研究

软件体系结构研究如果仅仅停留在非形式化的框图阶段,已经难以适应进一步发展的需要。为支持基于体系结构的开发,需要有形式化建模符号、体系结构说明的分析与开发工具。从软件体系结构研究的现状来看,在这一领域近来已经有不少进展,其中比较有代表性的是美国卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的Robert J.A11en于l997年提出的Wright系统。Wright是-种结构描述语言,该语言基于一种形式化的、抽象的系统模型,为描述和分析软件体系结构和结构化方法提供了一种实用的工具。Wright主要侧重于描述系统的软件构件和连接的结构、配置和方法。它使用显式的、独立的连接模型来作为交互的方式,这使得该系统可以用逻辑谓词符号系统,而不依赖特定的系统实例来描述系统的抽象行为。该系统还可以通过一组静态检查来判断系统结构规格说明的一致性和完整性。从这些特性的分析来说,Wright系统的确适用于对大型系统的描述和分析。

3、软件体系结构的建模研究

研究软件体系结构的首要问题是如何表示软件体系结构,即如何对软件体系结构建模。根据建模的侧重点的不同,可以将软件体系结构的模型分为5种:结构模型、框架模型、动态模型、过程模型和功能模型。在这5个模型中,最常用的是结构模型和动态模型。

(1)结构模型

这是一个最直观、最普遍的建模方法。这种方法以体系结构的构件、连接件和其他概念来刻画结构,并力图通过结构来反映系统的重要语义内容,包括系统的配置、约束、隐含的假设条件、风格、性质。研究结构模型的核心是体系结构描述语言。

(2)框架模型

框架模型与结构模型类似,但它不太侧重描述结构的细节而更侧重于整体的结构。框架模型主要以一些特殊的问题为目标建立只针对和适应该问题的结构。

(3)动态模型

动态模型是对结构或框架模型的补充,研究系统的"大颗粒"的行为性质。例如,描述系统的重新配置或演化。动态可能指系统总体结构的配置、建立或拆除通信通道或计算的过程。这类系统常是激励型的。

(4)过程模型

过程模型研究构造系统的步骤和过程。因而结构是遵循某些过程脚本的结果。

(5)功能模型

该模型认为体系结构是由一组功能构件按层次组成,下层向上层提供服务。它可以看作是一种特殊的框架模型。
这5种模型各有所长,也许将5种模型有机地统一在一起,形成一个完整的模型来刻画软件体系结构更合适。例如,Kruchten在1995年提出了一个“4+1”的视角模型。“4+1”模型从5个不同的视角包括逻辑视角、过程视角、物理视角、开发视角和场景视角来描述软件体系结构。每一个视角只关心系统的一个侧面,5个视角结合在一起才能够反映系统的软件体系结构的全部内容。“4+1”模型如图1所示。 

图1:“4+1”模型


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