طراحی معماری نرم افزار

چکیده

با گسترش روز افزون استفاده از مدل­های فرایند مبتنی بر معماری، طراحی معماری نرم افزار اهمیت ویژه­ای یافته است. یک طراحی معماری خوب، طراحی است که نیاز­های کیفی مورد انتظار مشتری را برآورده نماید. در این گزارش روش ­های گوناگون طراحی معماری نرم افزار مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس ویژگی کیفی قابلیت تغییر به طور دقیق و جزئیات معرفی خواهد شد و سپس معماری یک سیستم مطالعه موردی با دیدگاه دستیابی به قابلیت تغییر طراحی خواهد شد.

مقدمه

امروزه یکی از مهمترین ویژگی‌های هر سیستم نرم‌افزاری، کیفیت می‌باشد. با پیشرفت‌های انجام شده و گسترش ابزار‌های گوناگون برای توسعه نرم‌افزار، توسعه نرم‌افزار‌هایی که کارکرد‌های مورد نظر مشتریان را برآورده سازند، امری آسان و سریع گشته است. در حال حاضر، تفاوت بین دو نرم‌افزار را توانایی نرم‌افزار‌ها در برآورده ساختن ویژگی‌های کیفی مورد انتظار تعیین می‌کند.

معماری نرم افزارِ یک برنامه یا سیستم کامپیوتری، ساختار یا ساختارهایی از سیستم می باشد، که در برگیرنده اجزاء، صفات قابل مشاهده آن اجزا و ارتباط بین آنها باشد[Bass 03]  . معماری نرم‌افزار شامل اولین تصمیمات طراحی سیستم می‌باشد و این تصمیمات زیربنای فعالیت‌های طراحی، پیاده‌سازی، استقرار و نگهداری سیستم می‌باشد. همچنین معماری نرم‌افزار، اولین عنصر قابل ارزیابی در فرایند توسعه نرم‌افزار می‌باشد[Bass 03]  . بنابراین برای طراحی سیستمی که نیاز‌های کیفی مورد نظر را برآورده سازد، تولید معماری نرم‌افزار اولین گام در دستیابی به کیفیت در نرم‌افزار و همچنین ارزیابی ویژگی‌های کیفی است.

در مدل­های فرایند توسعه نرم­افزار مبتنی بر معماری[1] معمولاً ابتدا نیاز­های کیفی سیستم تعیین شده و سپس معماری نرم­افزار مربوطه طراحی می­گردد. پس از طراحی معماری، می­توان به ارزیابی آن پرداخت و تغییرات لازم را در طراحی مورد نظر ایجاد داد. بنابراین دو بخش اساسی در مدل­های فرایند توسعه نرم­افزار مبتنی بر معماری، بخش­های طراحی و ارزیابی معماری نرم افزار می­باشند. این دو بخش در ارتباط مستقیم با یکدیگر می­باشند و هر یک مکمل دیگری می­باشد. بنابراین فرایند طراحی معماری را می­توان شامل ساخت معماری نرم­افزار، ارزیابی آن و اصلاح معماری پیشنهادی دانست.

در این گزارش، هدف بررسی روش­های موجود در طراحی معماری نرم­افزار بر اساس ویژگی­های کیفی مورد نظر مشتریان و بررسی نحوه خودکار سازی فرایند طراحی معماری با ارائه ابزار­هایی برای این منظور می­باشد. ادامه مطالب گزارش به این صورت طبقه بندی شده اند. در بخش 2 توضیح مختصری در ارتباط با معماری نرم ­افزار و مفاهیم مرتبط با آن ارائه می­شود. این مفاهیم در ادامه مطالب گزارش به کار گرفته خواهند شد. در بخش 3 طراحی معماری نرم ­افزار، ویژگی­های یک طراحی خوب و عوامل تاثیرگذار در طراحی معماری مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در بخش 4 روش­های طراحی معماری نرم افزار مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در بخش 5 خلاصه و  نتیجه گیری ارائه خواهد شد. در بخش 6 مراجع مورد استفاده در این گزارش معرفی می­گردد.

• 1 مقدمه
• 2 معماری نرم افزار چیست ؟
• 2-1 تعاریف پایه در معماری نرم افزار
• الگوهای معماری یا سبکهای معماری
• مدل مراجع
• معماری مرجع
• 2-2 دیدگاه های معماری
• دیدگاه Bass
• دیدگاه 4+1
• دیدگاه‌های دیگر
• 3 طراحی معماری نرم افزار
• 3-1 کارکرد‌های سیستم و معماری نرم‌افزار
• 3-2 ویژگی‌های کیفی
• 3-3 ویژگی‌های کیفی سیستم
• 3-4 سناریو‌های ویژگی‌کیفی
• 3-5 ویژگی‌های کیفی کسب و کار
• 3-6 ویژگی‌های کیفی معماری
• 3-7 یک طراحی معماری خوب باید دارای چه ویژگی‌هایی باشد؟‌
• 3-8 دستیابی به ویژگیهای کیفی
• تاکتیکهای معماری
• الگوهای معماری
• ارتباط تاکتیکها و الگوهای معماری
• 4 روشهای طراحی معماری نرم افزار
• 4-1 طراحی مبتنی بر ویژگی
• 4-2 طراحی به کمک سبک های معماری مبتنی بر ویژگی
• 4-3 طراحی با ملاحظات اقتصادی با استفاده از روش آنالیز سود هزینه
• 5 ویژگی کیفی قابلیت تغییر
• 5-1 تعریف قابلیت تغییر
• 5-2 مشخص نمودن نیاز‌های قابلیت تغییر با استفاده از سناریو‌های کیفی
• 5-3 مدل سازی قابلیت تغییر در سطح معماری نرم افزار
• 5-4 تاکتیک‌های قابلیت تغییر
• 5-5 تاکتیک‌هایی که تغییرات را محلی می‌کنند.
• 5-6 تاکتیک‌هایی که میدان دید وظایف را کاهش می دهند.
• 5-7 تاکتیک‌هایی که از پخش شدن تغییرات جلوگیری می‌کنند.
• 5-8 ارزیابی قابلیت تغییر
• ارزیابی نحوه اختصاص وظایف
• ارزیابی وابستگی بین ماژول‌ها
• انواع وابستگی
• نحوه بازنمایی وابستگی‌ها
• روش Brute-force
• استفاده از بستار انتقالی
• استفاده از روش‌های بهینه سازی
• استفاده از جدول وابستگی‌ها
• 5-9 تصمیم گیری نهایی در مورد طراحی ویژگی کیفی قابلیت تغییر
• 6 مطالعه موردی
• 6-1 مرحله 1 – انتخاب یک سناریو حقیقی
• 6-2 مرحله 2 – بررسی نوع سناریو حقیقی
• 6-3 مرحله 3 – انتخاب چهارچوب استدلال مناسب
• 6-4 مرحله 4 – مشخص نمودن پارامتر‌های محدود و آزاد
• 6-5 مرحله 5 – مشخص کردن تاکتیک‌های وابسته به پارامتر‌های آزاد
• 6-6 مرحله 6 – اختصاص مقادیر اولیه به پارامتر‌های آزاد
• 6-7 مرحله 7 – انتخاب تاکتیک‌ها و به کاربردن آنها برای دستیابی به پاسخ مناسب
• استفاده از کامپایلر به عنوان واسط
• استفاده از سیستم‌عامل به عنوان واسط
• 6-8 مرحله 8 : اختصاص مسئولیت‌ها به عناصر معماری
• 7 خلاصه و نتیجه گیری
• 8 مراجع

فهرست تصاویر و جداول

• شکل 1 – ارتباط بین الگوی معماری، مدل مرجع و معماری مرجع
• شکل 2 – بخش‌های تشکیل دهنده سناریو ویژگی کیفی
• شکل 3 – خلاصه¬ای از تاکتیک¬های قابلیت تغییر
• شکل 4 – خلاصهای از تاکتیکهای کارایی
• شکل 5 – مجموعه ای از مهمترین الگوهای معماری
• شکل 6 – ورودیها و خروجیهای روش ADD
• شکل 7 – الگوی معماری خط لوله همزمان
• جدول 1 – پارامترهای الگوی خط لوله همزمان
• جدول 2 – خروجی فاز اول روش CBAM
• شکل 8 – نمودار مقایسه میزان کاربرد هر راهبرد در مقابل هزینه
• شکل 9 – انواع نمودار‌های ممکن برای سودمندی براساس پاسخ
• شکل 10 – معماری سه لایه
• جدول 3 – نحوه بازنمایی وابستگی بین دو ماژول
• شکل 11 – نمودار جریان داده ( تغییرات به طور غیر مستقیم از A به B منتقل می‌شود)
• جدول 4- سناریو حقیقی قابلیت تغییر برای سیستم مورد مطالعه
• جدول 5 – سناریو عمومی قابلیت تغییر برای مسئله مورد بررسی
• شکل 12 – نمایش سیستم به صورت دو ماژول وابسته
• جدول 6 – چهارچوب استدلال برای ویژگی کیفی قابلیت تغییر
• شکل 13 – پارامتر‌های اثر گذار بر روی هزینه تغییرات
• جدول 7 – پارامتر‌های قابلیت تغییر و تاکتیک‌های اثر گذار بر روی آنها
• جدول 8 – قانون‌هایی که نحوه استفاده از تاکتیک‌ها را مشخص
• شکل 14 – تکه طراحی تاکتیک شکستن زنجیره وابستگی
• شکل 15 – اختصاص وظایف با توجه به تاکتیک‌های اعمال شده

منابع

1. [Asundi 01] J. Asundi, R. Kazman, and M. Klein, Using Economic Considerations to Choose Among Architecture  Design Alternatives, Technical Report, CMU/SEI-2001-TR-035, Pittsburgh, Pa.: Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University, 2001.
2. [Bachmann 02] F. Bachmann, L. Bass, and M. Klein, Illuminating the Fundamental Contributors to Software Architecture Quality, Technical Report, CMU/SEI-2002-TR-025, Pittsburgh, Pa.: Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University, 2002.
3. [Bachmann 03] F. Bachmann, L. Bass, and M. Klein, Deriving Architectural Tactics: A Step Toward Methodical Architectural Design, Technical Report, CMU/SEI-2003-TR-004, Pittsburgh, Pa.: Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University, 2003.
4. [Bass 01] L. Bass, M. Klein, F. Bachmann, “Quality Attribute Design Primitives and the Attribute Driven Design Method,” In proc. of the 4th International Workshop on Product Family Engineering, Bilbao, Spain, 3-5 October 2001, pp. 122 – 130.
5. [Bass 03] L. Bass, P. Clements, and R. Kazman, Software Architecture in Practice, Second Edition, Addison-Wesley, 2003.
6. [Booch 98] G. Booch, J. Rumbaugh, and I. Jacobson, UML User Guide, Addison-Wesley Longman, 1998.
7. [Chastek 05] G. Chastek, and R. Ferguson, Toward Measures for Software Architectures, Technical Report, CMU/SEI-2006-TN-013, Pittsburgh, Pa.: Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University, 2005
8. [Garlan 93] D. Garlan, and M. Shaw. An Introduction to Software Architecture, Technical Report, CMU/SEI-94-TR-21, 1993.
9. [Garland 03] J. Garland,  R. Anthony, Large-Scale Software Architecture, Wiley Press, 2003.
10. [IEEE 00] Recommended Practice for Architectural Description of Software Intensive Systems. Technical Report IEEE P1471-2000, IEEE Standards Department, The Architecture Working Group of the Software Engineering Committee, September 2000.
11. [Kazman 02] R. Kazman, J. Asundi, and M. Klein, Making Architecture Design Decisions: An Economic Approach, Technical Report, CMU/SEI-2002-TR-035, Pittsburgh, Pa.: Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University, 2001.
12. [Klein 99] M. Klein, R. Kazman, Attribute-Based Architectural Styles, Technical Report, CMU/SEI-99-TR-022, Pittsburgh, Pa.: Software Engineering Institute, Carnegie Mellon University, 1999.
13. [Kruchten 95] P. Kruchten, “The 4+1 view model of architecture”, IEEE Software, 12, No. 5, 1995.
14. [RUP 03]  P. Kruchten, The Rational Unified Process: An Introduction, Third Edition, Addison-Wesley, 2003.
15. [Shaw 96] M. Shaw, and D. Garlan, Software Architecture: Perspectives on an Emerging Discipline. Prentice Hall, 1996.
16. [Shaw 06] M. Shaw, and P. Clements, “The Golden Age of Software Architecture,” IEEE Software, vol. 23,  no. 2,  pp. 31-39,  Mar/Apr,  2006.
17. [With 02] P. H.N. de With, and and G. J. van Dijk, “Architecture assessment for practical management of system architectures”, Proc. Workshop Embedded Systems (Progress02), Utrecht, NL, 2002.