软件体系结构复习笔记--西安电子科技大学
可用性 可修改性 安全 性能 可测试性 易用性
软件体系结构
软件体系结构以组件交互的方式定义的系统，说明需求与系统之间的对应关系，描述系统级别的可伸缩性，能力，吞吐量，一致性和兼容性等属性。软件体系结构由组件，连接件，约束组成。
软件体系结构风格
1描述一类体系结构
2独立于实际问题，强调软件系统中通用的组织结构
3在实践中被多次设计，应用
4是若干设计思想的综合
5具有被熟知的特性，可以复用
体系结构描述语言ADL
ADL是在底层语言模型的支持下，为软件系统的概念体系结构建模提供了具体语法和概念框架，基于语义工具为体系结构的表示，分析，演化，设计过程等提供支持。其三个基本元素是：构件，连接件，体系结构配置。
质量属性Quality Attribute
主要是用来描述软件的非功能性需求。包括可用性，可修改性，性能，安全性，可测试性，易用性。
ATAM分析方法
通过业务驱动，质量属性，情景等方面进行软件体系结构评估方法。
ADD设计方法
逐步的方法，用来系统化地为一个系统生成第一个体系结构设计。
可用性Availability
软件质量属性的一种，关心系统故障和它所带来的后果。
易用性
关注用户完成需要工作的容易程度，为用户提供支持。
学习系统特性，当用户不熟悉系统某方面功能的操作，怎么让用户学习的更容易。高效地使用系统功能。
软件体系结构三大要素
Component组件：具有某种功能的可重用软件模块。（计算单页和存储）
connector连接件：组件之间的相互关系，可以是过程调用，管理和消息等。（管道pipe，过程调用procedure-call，事件广播event broadcast。复杂连接件有客户-服务器（client-server）通信协议，数据库和应用之间SQL连接等）
constraint约束：组件和连接件的拓扑逻辑和约束。
数据流体系结构风格 data flow system
数据到达时被激活，无数据不工作
数据的可用性决定《处理单元》是否执行
系统结构由数据在各处理之间的有序移动决定。
在纯数据流系统中，处理之间除了数据交换没有任何其他的交互。
基本构件：数据处理。
构建接口：输入端口和输出端口。
计算模型：从输入端口读数，经过计算/处理，然后写到输出端口。
连接件：数据流
单向，通常是异步，有缓冲。
接口角色：reader和writer。
计算模型：数据从一个处理的输出端口传送到另一个出入端口。
模式：
近似线性数据流 有限度内的循环数据流
批处理体系解构风格
每个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
数据必须完整，以整体进行传递
管道-过滤器体系结构风格 Pipe-and-Filter
数据源不断产生，系统对数据进行若干处理。
处理由Filter过滤器构件实现
数据传输由管道Pipe负责
特性：数据到来时就被处理而不是收集后处理，未被消耗完全时，输出就会产生。
五种类型：增加，删减，转换，分解，合并。
过滤器是独立的个体。无上下文消息，不保留状态，对其他过滤器没有影响。
优点：软件复用，维护增加性能，并行执行。
缺点：不适合处理交互应用，性能不高。时间消耗在格式转换，不存在数据共享。
调用返回风格
主程序/子程序风格 即功能分解
面向对象 信息隐藏
层次解构 只能和相邻的进行通信
步骤：模块分解，封装（信息隐藏），数据抽象，面向对象（封装，交互，多态，继承，复用和维护）。
变种：client-server 进程是对象，不对称：客户端知晓服务器，反否。
Tiered C/S模式扩展。
Components 支持动态配置的专门协议
计算机网路：层次解构
每层为上一层提供服务，只能与临近层连接。细分问题逐步解决。
层层相调。
双层客户端/服务器风格
客户端进行交互，服务器进行数据管理。缺点：客户端臃肿。
三层客户端/服务器风格
表示层，功能层，数据层。 逻辑独立。
B/S为三层特例。
客户端使用http浏览器即可。安全性低（SQL注入，CSRF,XSS）
服务器负荷大
以数据为中心的体系结构风格
例子：
注册表（Windows Registry）整理后缀为.INI的文件形成共享仓库。
剪贴板（Clipboard）短时间数据存储在文档或应用间进行数据传输交换的软件程序。Copy paste
仓库体系风格结构
仓库是存储和维护数据的中心场所
中心数据结构为当前数据状态
一组对中心数据进行操作的独立构件
连接件：仓库和独立构件之间的交互 两种模式：数据库方式：流入事务类型进行触发执行。黑板模式：触发当前状态中心数据结构选择需要执行的过程
典型应用场合：数据库
黑板体系结构风格
把一个大问题分成若干个子问题
每个求解程序具有某一特定领域的知识
应用场景：人工智能
虚拟机风格
解释器interpreters
规则系统rule-based systems
事件系统
事件驱动
隐式调用 特点：触发者不知道哪些构件会被影响，，相互独立。
不能假设构件处理顺序。事件发布和注册实现关联。
事件触发可能会形成事件链子。
事件委派 dispatcher module
全广播式：无目的的广播，接受者自行决定处理与抛弃。
选择式广播：事件只发送特定模块
选择广播的两种策略：基于事件被执行的方式
体系结构描述方法
输出构件（加工数据），数据构件（被加工的信息），连接构件（连接不同的组件）。
描述文件
读者角度写，避免重复，避免歧义，记录理由，保持文档的时效性。
4+1视图从以上五个角度来描述
可用性-----------------------------------------------------
质量属性 属于 非功能性需求不被功能所决定
功能特性必须给各个模块赋予正确的职责，正确的资源和正确的调度顺序。
质量属性之间可能相互抑制，保证优先级高的质量属性。
设计实现部署3方面全部满足。
质量属性的6个组成部分：
刺激源 source 谁造成的刺激
刺激 stimulus 一个影响系统的因素
制品 artifact 被影响的部分
环境 environment 刺激发生时系统所处的状态
响应 response 刺激产生的结果
响应衡量指标 response measure 如何评估响应
可用性的含义-----------------------------------------------
1当用户使用系统时，系统可用的概率。
2提前确定的停机维护不计入。
关注点：
是否发生了故障 和 故障的后果
衡量指标：
可用百分比 修复故障所需时间 平均无故障时间
刺激源
故障的迹象
刺激
系统出错/崩溃 结果不准时 错误结果
制品
计算 or 存储 or 网络传输
环境
正常状态 or 亚健康状态
响应
记录日志，关闭系统，通知管理员或其他系统
响应衡量指标
故障时间百分比 修复故障所需时间，平均无故障时间
提高可用性策略
Tactics 刺激 à 控制响应的策略 à 响应
方向1 故障检测 方向2 故障修复 方向3 故障避免
故障检测
Ping/echo Heartbeat Exceptions
故障修复
投票 主动冗余类似于NPM和CNPM
被动冗余 A完成运算把结果发送给B ，再把B的状态更新为新的A的状态。A故障时，首先需要确认B状态最新。
重新上线前，都需要进行状态同步。
可修改性---------------------------------------------------
Modifiability
关注点：修改成本 哪部分被修改 修改发生的时间 修改由谁执行
衡量指标：修改完成的时间 修改所花的人力/经济成本
刺激源： 谁进行修改
刺激：具体修改
制品：修改系统的功能or UI or 交互的其他系统。
环境：何时进行修改？ 设计期还是开发期 还是运行期
修改的时间越迟，越不利。
响应：操作人员要理解如何修改，进行修改操作，测试，部署。
响应衡量指标：时间，成本。
提升可修改性的策略
方向1限制修改范围 方向2 延迟绑定时间
限制修改范围：
模块高内聚，低耦合
考虑到可能发生的修改
让模块通用
延迟绑定时间：
配置文件
发布-订阅模式
多态
性能-------------------------------------------------------Performance
关注点：系统响应时间的速度，和事件数量和到达模式有关。
事件的来源：用户的请求，本系统内部，系统外部。
刺激源：可能来自系统内部或外部
刺激：事件到来 à 响应
制品：系统提供的服务
环境：系统所处不同模式（正常/紧急/超载）
响应：系统到来的事件，可能会导致状态改变
响应衡量指标：处理事件所花的时间，单位时间内处理事件数目，处理错误率。
提升性能的策略-----
目标：在限定时间内响应事件，获取资源 + 使用资源
方向1 资源需求 方向2资源管理 方向3资源仲裁
提高计算效率：
使用更算法
减少处理事件时对资源的占用
减少要处理数据总量：
控制事件速率
抽取一部分请求处理
限制执行时间：
限制待处理事件队列长度：
利用并发机制：
增加可用资源
先来先服务；固定优先级调度；动态优先级
安全性-----------------------------------------------------
Security
关注点：保证合法用户使用的前提，抵抗对系统的攻击。
攻击（威胁）：试图突破安全性防护的尝试。
安全性的不同方面：
不可否认性 私密性 完整性 保证性 可用性 审计
刺激源：攻击可能由人或其他系统发起
刺激：系统攻击 常用形式：窃取/修改信息，获取超权限的服务，降低系统可用性
制品：系统所提供的服务或系统中的数据
环境：系统处于不同的情况下（联网是否，上下线，防火墙内外）
响应：合法用户正常使用，拒绝非法用户 对攻击有威慑
响应衡量指标：发起攻击难度，从攻击中恢复的难度。
提高安全性的策略-----
方向1 抵抗攻击 方向2 检测攻击 方向3 从攻击中恢复
抵抗攻击：用户证实，用户授权，维持数据保密性/完整性，减少暴露
，限制访问，软件和人结合，恢复状态，攻击者的识别。
可测试性---------------------------------------------------Testability
关注点：让软件BUG容易检测，验证软件产品与其需求匹配，
最小成本和工作量来验证软件质量。
重要性：40%的成本用来测试 大型软件项目出故障 à 严重后果。
刺激源：测试人员。
刺激：系统开发到达里程碑，分析/设计/编码/集成阶段的结束，或者完成开发。
制品：设计，代码，系统
环境：系统设计/开发/部署/正常运行时候。
响应：进行测试可以观察到测试结果。无法被观察时，测试难度大。
响应衡量指标：白盒测试覆盖率
提升可测试性的策略：方向1黑盒测试 方向2 白盒测试
总体思路：提供输入 + 捕获输出
记录/回放 把接口和实现分离开
APP/WEB UI测试 接口测试 性能测试
易用性-----------------------------------------------------Usability
关注点：让用户使用软件的难度降低。
不同方面：方便入门，提高用户使用软件效率，降低用户出错影响，
适应用户需求，提高用户自信和舒适度
刺激源：终端用户
刺激：终端用户希望学习系统的使用，提高系统使用效率，减少出错
制品：整个系统
环境：系统处于运行或者配置
响应：系统响应用户的要求
响应衡量指标：用户完成时间，用户出错次数，用户满意度，用户操作成功率
提高易用性的策略：
目标：让用户轻松 方向1 运行时策略 方向2 设计时策略
系统猜测用户要完成的任务---输入法联想，搜索引擎联想
系统给用户适当的反馈---给予用户任务完成进度
提供一致的体验---适应不同的用户—提供不同的鼠标DPI
支持撤销操作
把用户界面和其他操作分离
体系解构评估
开发成本 满足需求 潜在危机