1、1以提高软件系统开放性为中心的结构模型研究摘要：当前由于软件规模和复杂程度不断地扩大和增加，软件开发的成功已不再完全取决于数据结构和软件算法的选择，而是在很大程度上取决于软件体系结构，良好的软件体系结构可以提高软件系统的开放性、集成性和复用性。本文分析了几种常用软件体系结构模型，提出了一种开放性系统的结构模型。该模型综合了几种主要的软件体系结构模型的技术与工程特性，在软件项目的工程化方面具有指导性作用。 关键词：软件体系结构；层次；开放性 1.引言 计算机科学技术在飞速发展，软件复杂程度也不断加大，现所有软件设计基于软件体系结构。软件工程是指导软件开发过程、提供认知和表达软件系统思想和方法的一
2、门学科。在软件工程技术的发展中，软件系统的体系结构一直是管理者、开发者和用户十分关注的问题。究其原因主要有三：一是软件系统的规模越来越大，无论是开发还是运行、维护，软件系统都已变得非常困难。二是软件系统中实现的功能块之间的耦合度、冗余度太高，难于单独升级和重复使用。三是软件系统的兼容性、集成性太差，不同应用平台上运行的软件难于相互融合。开放性、集成性和复用性是评价软件系统体系结构性能优良的三个重要指标。开放性主要是指软件系统中数据的开放性、功能的开放性和系统的可扩充性。一个系统的开放性是否良好主要取决于该系统的体系结构模型。一2个开放性好的应用系统，应该容易实现集成，而集成性的高低又取决于系统
3、部件的复用性；集成性和复用性的改进、提高又能促进系统的开放性。 2.软件体系的结构模型 2.1 体系主要组成部分 一个软件系统是由若干个组成部分，按照一定的组织结构形式构成的。这个组织结构形式从概念上就是一个总体性框架。部件是软件系统中具有独立功能的部分，也是软件体系结构中重要的组成要素，它在功能和数据上构成了一个软件系统的基础。从技术上说，软件部件是一种定义良好、功能独立、可以重复应用的二进制代码集，它可以是一个功能服务块、一个经过封装的对象组、甚至可以是一个系统框架或软件应用模型。近年来，计算机应用逐渐步入以网络为应用平台的阶段。基于网络而建立的各类应用系统不仅实现了数据共享，并能支持各类
4、计算资源的共享。 中间件是一种独立于应用系统的特殊部件。在功能上它是介于体系结构中应用层和操作系统之间的一个通用服务层次，而在技术上中间件的作用是隔离应用系统与运行环境的关联关系，即：屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与网络通信协议的异构性，而使传统的客户/服务器应用模式扩展为客户/中间件/服务器的三层或多层模式。 2.2 软件体系结构的建模 软件体系结构研究的是如何表达软件系统的结构连接关系，定义构成该系统的所有计算部件和部件之间交互的连接件，以及如何将部件和3连接件结合在一起的规程。软件系统建模技术的提出，主要目的是为了解决随着技术的发展，软件应用系统的规模日益扩大，结构模型变得日益复杂而
5、导致的系统设计方面的问题。从早期提出的以数据为中心的体系结构模型、以功能执行为中心的体系结构模型，逐步发展到今天以系统内核为中心的面向对象的体系结构模型和基于总线结构的体系结构模型。这些体系结构模型的演变进化是为了不断适应计算机应用领域的扩大而引出的新的问题需求。软件系统建模技术的共同目标就是要提高实际应用系统的开放性、集成性、适应需求变化的扩展性以及开发与执行的高效性。一个软件应用系统的设计过程中，计算部件及其中间件的规格定义以及这些部件的结构体系是决定系统开发质量的重要因素。研究软件体系结构方面的问题，对于提高应用系统的集成性、复用性以及质量和效率有着重要的指导意义。 3.以系统开放性为中
6、心的结构模型 3.1 常用软件体系结构模型的分析 在管道/过滤器模型里每一个组件有一组输入和输出，组件读输入的数据流并产生输出的数据流。管道/过滤器模型有若干个过滤器和管道组成。每个都有输入端口，从输入端口读入数据流，进行局部的数据变换以后，在输出端口输出新生成的数据，管道则负责数据的传输，把数据从一个过滤器的输出端口传送到另一个过滤器的输入端口，这个过程是顺序渐增的过程。过滤器是独立的实体，它不能和其它的过滤器共享数据。任何两个过滤器只要在相互的输入，输出管道上格式一致，那么这两个过滤器就连接一起使用。管道/过滤器也有一些缺点，比如容易导致4系统处理过程成为批处理方式。因为具有很强的独立性，
7、设计师必须考虑每个过滤器完成输入到输出的转换，这种方式带来限制。由于该模型限制了输入形式和输出形式，所以不适合于交互式应用系统的设计和运行。因为在数据传输上没有通用的标准，这就需要每个过滤器都解析输入数据和合成数据，因此增加了实现的复杂性。 面向对象系统，该系统把系统中的所有资源如数据、模块等看作为对象。数据的表示方法和他们的相应操作封装在一个对象中，各对象之间通过信息传递发生联系，它是实现对象之间相互联系和作用的惟一手段。对象是构件，连接器通过过程调用来实现。此模型有两个重要方面：对象负责保持数据表示的完整性对象的表示是对其它对象是隐藏的。面向对象模型为信息隐藏提供具体的实现手段，用户不必知
8、道对象的内部状态，只需了解其功能描述就可使用可减轻开发一个软件系统的难度和周期。对象的继承性既信息隐藏和局部化，提供了代码共享的手段。避免编程人员重复编写代码，编程人员可以方便地共享已有的软件资源和程序代码，从而大幅度提高软件的开发效率和减少今后的软件维护工作量。某对象出现错误，就可限制在本对象之内，不向外传播。就对本对象进行修改，容易找到错误处理。如果一旦改变了某一对象的标识符，就必须修改所有其它对象，并清除由此带来的一些副作用。 3.2 具有较强开放性的体系结构框架模型 以上分析并论证了几种软件体系结构模型的技术特性。从目前软件应用技术的发展方向看，软件系统的设计目标是：开发开放性更好，集
9、成性更灵活的应用体系结构。这种结构模型在软件的工程化方面具有指5导意义。 第一层为用户应用程序层，主要由面向用户实际问题的需求而构造的各类应用程序组成。该层是一个按照统一的标准规范编制的、实现用户所需功能的面向对象应用程序的集合。第二层为面向不同的问题领域，适用于各类应用需求而构造的接口部件集合。这类部件的主要作用是代理实现应用程序的对象之间的通信过程，即：将应用系统的接口功能从应用程序中分离出来，以软件代理智能体的形式提供公共通信接口，Agent 具有较高的自主性，能够对周围环境有一定的感知性，并且可以根据需要在网络节点间移动。设置该层的目的是使应用程序更关注于用户功能实现。第三层为面向不同
10、网络环境的应用部件的集合，其作用主要是为上一层面向不同应用领域的接口部件提供一个网络环境下通用的公共接口的标准规范，用于屏蔽网络中本地对象和远程对象的位置属性，使得与之进行通信的其它对象来说，它们都是等价的。第四层由面向异构宿主平台的核心应用部件构成。核心应用部件的作用主要是实现网络运行在不同宿主平台之间的数据交换和功能的互用，它屏蔽了异构宿主平台之间的差异，将适用于不同应用需求的部件内部的异构数据转换为同构数据，并向上一层的应用总线提供统一的面向平台的服务。 基于可复用部件的分层体系结构模型的概念框架，综合了以上介绍的几种软件体系结构模型的优点，使得开放性更好，集成性更高。更重要的是在这个概
11、念框架中，面向用户需求的应用程序的结构更简单，功能更单一，代码更容易编制实现。而涉及到通信、接口、环境、平台的那一部分功能已被充分地对象化，并以符合标准规范的软件部件的形式6提供，最大限度地支持了系统功能的复用。这不仅提高了应用系统的开发效率和执行效率，还在技术上保证了应用系统的质量。 4.总结 软件体系结构是一门新兴学科，近年来，人们逐渐认识到软件体系结构在软件开发中的重要地位，软件体系结构决定软件的重要因素，用这些公用的体系结构范型，便于对软件进行分析、设计。以提高软件系统开放性为中心的结构模型综合了几种主要的软件体系结构模型的技术与工程特性，在软件项目的工程化方面具有指导性作用。 参考文
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