电子科技大学2017年-林迪-软件体系结构-复习整理.doc

目录
1、构件和连接件 3
2、软件体系结构生命周期模型 4
3、软件重用技术在软件开发中的作用？ 4
4、软件体系结构的生命周期模型和软件生命周期模型有什么关系? （补充） 5
5、CORBA 架构的技术规范 6
6、C2 概述 7
7、云服务三个层次 8
6、现有 IT 系统的主要问题 9
7、采用云计算技术后新系统的架构初探 13
8、大数据 4V 特征和什么是大数据？ 13
9、离线批处理模型、内存计算模型、交互计算模型的区别 14
10、大数据总结 14
11、Hadoop 原理： HDFS 及 MapReduce 15
12、设计SOA架构图 15
13、HDFS 处理过程 16
14、MapReduce 处理过程 18
15、MapReduce分布式处理技术-实现机制 19
16、MapReduce分布式处理技术-实例-单词统计WordCount 20
17、MapReduce分布式处理技术-实例-文档倒排索引算法 23
18、区域系统架构扩展方案 24
19、中间件的优点 24
20、架构设计的基本准则 25

1、 构件和连接件
软件体系结构的核心模型由五种元素组成：构件、连接件、配置、端口、角色。其中，构件、连接件和配置是最基本的元素。

构件：具有某种功能的可重用软件单元，表示系统中主要的计算和数据存储构件只能通过接口与外部交互，接口由一组端口组成，每个端口表示了构件与外部环境的交互点。通过不同的端口类型，一个构件可以提供多重接口。 
（每个构件都有一组输入和输出，构件读输入的数据流，经过内部处理，然后产生输出数据流。这个过程通常通过对输入流的变换及增量计算来完成，所以在输入被完全消费之前，输出便产生了。）
构件的定义：构件是指语义完整、语法正确和有可重用价值的单位软件，是软件重用过程中可以明确辨识的系统；结构上，它是语义描述、通讯接口和实现代码的复合体。
连接件：表示了构件间的交互；连接件也有接口，由一组角色组成，每个角色定义了该连接件表示的交互的参与者。
2、 软件体系结构生命周期模型

模型解释： 
1、软件体系结构的非形式化描述;
2、软件体系结构规范描述和分析;
3、软件体系结构的求精及其验证;
4、软件体系结构的实施 ;
5、软件体系结构的演化和扩展;
6、软件体系结构提供、评价和度量;
7、软件体系结构的终结
3、软件重用技术在软件开发中的作用？
软件重用可以分为：代码重用，设计结果重用，分析结果的重用，测试信息的重用，体系结构的重用。 
提高软件生产率，降低软件开发的成本； 提高软件质量； 互操作性好； 
支持原型开发； 
提高了软件的可维护性、可扩展性、可理解性。 举例：1976年IBM、HP、NEC、AT&T的调查显示： 
基于软件重用的软件产品线的发展使开发时间缩短了1.5—2倍，维护成本降低了2-5倍，软件质量提高了5—10倍，开发成本降低了12%—15% 
4、软件体系结构的生命周期模型和软件生命周期模型有什么关系? （补充）
软件生命周期 同任何事物一样,一个软件产品或软件系统也要经历孕育、诞生、成长、成熟、衰亡等阶段，一般称为软件生存周期（软件生命周期）。 
软件生命周期(SDLC，软件生存周期)是软件的产生直到报废的生命周期，周期内有问题定义、可行性分析、总体描述、系统设计、编码、调试和测试、验收与运行、维护升级到废弃等阶段，这种按时间分程的思想方法是软件工程中的一种思想原则，即按部就班、逐步推进，每个阶段都要有定义、工作、审查、形成文档以供交流或备查，以提高软件的质量。但随着新的面向对象的设计方法和技术的成熟，软件生命周期设计方法的指导意义正在逐步减少。 软件生命周期模型 通俗说，就是软件开发过程中所遵循的模式。它运用了结构化的设计思想；具有严格的顺序性和依赖性，必须等待前一阶段的工作完成之后，才能开始后一阶段的工作，并且其一阶段的输出就是后一阶段的输入。具体有： 瀑布（waterfall）模型、原型（prototyping）模型、增量（incremental）模型、螺旋（spiral）模型、快速应用开发（RAD）模型、渐进式模型等。
软件体系结构生命周期模型是对软件生命周期模型的重用，是软件生命周期模型的某一阶段的细化。它也继承了结构化设计思想，运用了面向过程的设计方法。它也具有顺序性和依赖性。不过它还添加了一些跳转，当某一阶段比较细致或软件的结构比较简单时可以跳过某一阶段而经如下一阶段。软件体系结构生命周期模型包括非形式化的描述；体系结构的规范描述和分析；体系结构的求精及其验证；软件体系结构的事实；软件体系结构的演化和扩展；软件体系结构的提供、评价和度量；软件体系结构的终结。
5、CORBA 架构的技术规范
◎ 接口定义语言（IDL）
CORBA利用IDL统一地描述服务器对象（向调用者提供服务的对象）的接口。IDL本身也是面向对象的。它虽然不是编程语言，但它为客户对象（发出服务请求的对象）提供了语言的独立性，因为客户对象只需了解服务器对象的IDL接口，不必知道其编程语言。
IDL语言是CORBA规范中定义的一种中性语言，它用来描述对象的接口，而不涉及对象的具体实现。
在CORBA中定义了IDL语言到C、C++、SmallTalk和Java语言的映射。
◎ 接口池（IR）
CORBA的接口池包括了分布计算环境中所有可用的服务器对象的接口表示。它使动态搜索可用服务器的接口、动态构造请求及参数成为可能。
◎ 动态调用接口（DII）
CORBA的动态调用接口提供了一些标准函数以供客户对象动态创建请求、动态构造请求参数。客户对象将动态调用接口与接口池配合使用可实现服务器对象接口的动态搜索、请求及参数的动态构造与动态发送。当然，只要客户对象在编译之前能够确定服务器对象的IDL接口，CORBA也允许客户对象使用静态调用机制。显然，静态机制的灵活性虽不及动态机制，但执行效率却胜过动态机制。
◎ 对象适配器（OA）
在CORBA中，对象适配器用于屏蔽ORB内核的实现细节，为服务器对象的实现者提供抽象接口，以便他们使用ORB内部的某些功能。这些功能包括服务器对象的登录与激活、客户请求的认证等。
6、C2 概述
◎ C2和其提供的设计环境（Argo）支持采用基于时间的风格来描述用户界面系统，并支持使用可替换可重用的构件开发GUI的体系结构。
◎ 在C2中，连接件负责构件之间消息的传递，而构件维持状态、执行操作并通过两个名字分别为“top”和“bottom”的端口和其它的构件交换信息。
◎ 每个接口包含一种可发送的消息和一组可接收的消息。构件之间的消息要么是请求其它构件执行某个操作的请求消息，要么是通知其他构件自身执行了某个操作或状态发生改变的通知消息。
◎ 构件之间的消息交换不能直接进行，而只能通过连接件来完成。每个构件接口最多只能和一个连接件相连，而连接件可以和任意数目的构件或连接件相连。
◎ 请求消息只能向上层传送而通知消息只能向下层传送。
◎ 通知消息的传递只对应于构件内部的操作，而和接收消息的构件的需求无关。
◎ C2对构件和连接件的实现语言、实现构件的线程控制、构件的部署以及连接件使用的通讯协议等都不加限制。
7、云服务三个层次

计算包括三个层次的服务:基础架构即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。
l IaaS通过互联网提供数据中心、基础架构硬件和软件资源，还可以提供服务器、操作系统、磁盘存储、数据库和/或信息资源。
l Paas则提供了基础架构，软件开发者可以在这个基础架构之上建设新的应用，或者扩展已有的应用，同时却不必购买开发、质量控制或生产服务器。
l SaaS是最为成熟、最出名，也是得到最广泛应用的一种云计算。它是一种软件分布模式，在这种模式下，应用软件安装在厂商或者服务供应商那里，用户可以通过某个网络来使用这些软件，通常使用的网络是互联网。
l IaaS、PaaS和SaaS之间的关系可从两个角度来看：从用户体验角度而言，它们之间的关系是独立的，因为它们面对不同类型的用户；而从技术角度而言，它们并不是简单的继承关系(SaaS基于PaaS，而PaaS基于IaaS)，因为首先SaaS可以是基于PaaS或者直接部署于IaaS之上，其次PaaS可以构建于IaaS之上，也可以直接构建在物理资源之上。
l IaaS、PaaS和SaaS这三种模式都采用了外包的方式，以减轻企业负担，降低管理、维护服务器硬件、网络硬件、基础架构软件和应用软件的人力成本。从更高的层次上看，它们都试图去解决同一个商业问题——用尽可能少甚至是为零的资本支出，获得功能、扩展能力、服务和商业价值。
在云计算实施的前期或者在很多场景的时候；主要关注点在于应用的可靠运行、快速开发和部署、机器资源的充分利用、以及方便的运维等问题；对于这个时候我们应该定位于主要采用Iaas云计算架构（即很依赖于硬件虚拟化技术）和部分采用Pass云计算架构来解决.
1.重点采用Iaas 云计算架构中的硬件虚拟化技术等技术（服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化）以提高硬件的利用率、降低机房占用空间和功耗。
2.快速和方便地给应用提供应用所需要的服务器资源（VM)、网络资源、存储资源。
3.快速和方便地给应用提供应用所需要依赖的平台软件资源，例如数据库系统（DB2)、J2EE应用服务器（WAS)、WEB 服务器（IHS)等。
4.快速和方便地自动地把应用部署到相应的硬件环境中。
5. 硬件虚拟化技术（例如VMWare，PowerVM,xen等）的能力需要在这体现。
注意：
1.对于在这种情况下，每台服务器所具有的CPU core数目和内存数量越大越好。不要弄一些性能较差的机器干这种事情。
2. SSD和大内存对数据库性能的提升是很明显的。
3. 这个就是我们通常所说的以大变小
6、现有 IT 系统的主要问题

这种方式即是以应用为划分的“烟囱”结构，数据基于应用，并被锁定在应用系统中，形成一个个数据的孤岛。带来以下一些最基本的问题：
1、数据并没有被作为一个单独的IT组成部分被规划和设计，而是作为应用系统的一部分，由于应用系统的供应商不同，并且其设计工作也缺乏相互之间的协调，因此，数据模型基本按照各个应用系统的功能需求进行设计和实现。
2、由于缺乏有效的数据共享，在有些业务环节上，一个应用所需的数据无法从相关的其他应用系统中获得，而只好重复录入。
3、另一方面，由于同一个数据可能存在多个数据源（从多个应用系统中被重复录入），由此导致了信息的不一致。
这些应用系统按照传统的方式进行设计和开发，从而形成一个个的数据孤岛、应用的竖井等。以至不能形成完整的数据视图（例如相互有关联的数据分散于不同的应用系统，数据编码标准不一致，数据不一致和不可信等；让进行数据的整合和数据分析基本上不太可能）和应用系统集成复杂度和难度很高（没有好的设计规范和架构以及代码质量，基本上代码重用程度都很低；从界面集成、数据集成、应用集成这三个方向来做都很困难）；甚至出现无法集成或者为了集成而集成纯粹完成任务而已）

对于一个性能要求很高的系统（例如高负载量和高数据量的系统，和将来会做的全省大集中系统和新一代的应用系统）我们会利用大量的硬件资源和相应的集群技术等技术进行相应的数据分区、集群和均衡负载来应对峰值的访问情况。即利用多台机器和技术形成Web服务器的集群，利用多台机器和技术形成应用服务器的集群，利用多台机器和技术形成数据库服务器的分区和集群等。要设计和很好地实施如此复杂的集群牵涉到非常多的技术，所以我会经常看到当系统压力上来的时候会遇到各种各样的问题并且这方面的问题很严重（因为很多应用开发商提出的思路基本上是购买更好的硬件来解决又带来了更多的硬件资源的浪费，而我们都知道仅仅是通过购买好的硬件是解决不了这个问题的）。

这些应用系统按照传统的项目建设方式，即每建设一套业务应用系统基本上都要购买新的硬件设备（例如服务器、存储等）和平台系统软件（例如数据库、中间件等）。带来了大量的硬件资源的浪费（例如大量的服务器利用率低下、存储利用率不高和管理复杂）和占用大量的空间、电力的浪费、运维成本的提高.对于一些高负载和高数据量的应用系统，我们对硬件资源的要求是按照此应用系统高峰值的需要来进行购买以应用此应用的需要，但是此应用的高峰期是具有周期性的
7、采用云计算技术后新系统的架构初探

8、大数据 4V 特征和什么是大数据？
什么是大数据（Big Data）？
• Volume: 数据量异常庞大，一般达到PB量级
• Variety: 数据呈异构化，数据来源呈多样性
• Velocity: 数据处理要求时效性
• Value: 单个数据无价值，但大规模数据拥有巨大价值;
什么是大数据（Big Data）？
数据种类的多样性：文字、语音、图片、视频、信息等
• 数据对象的多样性：个人信息、个人数据、商业服务数据、社会公共数据、自然界数据、物质世界的数据
• 数据来源的多样性：在数据层面打破现实世界的界限，多家公司的共享替代一家公司的数据
9、离线批处理模型、内存计算模型、交互计算模型的区别
l 离线批处理模型： GFS/HDFS/NoSQL/MapReduce，业界主流模式，技术成熟，数据规模大，但时效性差
l 大内存计算模型： Hana,MemCloud，计算速度快，但需要大规模集中式内存结构支持（若为分布式则受制于网络传输速度），技术成熟度不够
l 交互式计算模型： Google有Dremel, PowerDrill,Apache有Drill通过data locality/in-memory buffer/columnar data structure等技术来提高计算速度，以现有计算架构和软件技术为基础，具可行性；但目前技术分散，缺乏一个集成平台
10、大数据总结
p 互联网大数据已成为云计算、物联网之后的又一新技术热点，已上升到国家战略高度，具有巨大市场价值；
p 企业对大数据的需求重点在实时在线计算能力，以支持智能商务应用。现有的迭代批处理MapReduce算法时效性差，难以满足海量数据的实时在线分析；
p 互联网大数据计算目前尚未有业界认可的主流产品，技术成熟度不到30%，交互式计算和大内存计算是值得关注的技术。
11、Hadoop 原理： HDFS 及 MapReduce
Hadoop最主要的就是Core，它又分为HDFS和MapReduce两个部分，前者提供分布式数据存储，后者提供任务的分发和归拢。其他组件都是围绕着这两个核心进行工作。
HDFS的设计初衷：
一次写入多次读取不支持文件并发写入不支持文件修改.
HDFS的适用范围：
存储并管理PB级数据处理非结构化数据注重数据处理的吞吐量，对延时不敏感应用模式为一次写入多次读取存取模式.
12、设计SOA架构图

13、HDFS 处理过程
（1）HDFS如何写文件：

（2）HDFS如何读文件：

（3）HDFS上传文件流程：
当客户端上传数据时，先向NamaNode请求创建文件，然后NameNode会返回存储的DataNode节点和位置信息。随后客户端先通过管道将文件传到本地硬盘，每凑满指定大小（默认是64M），再一起上传到一个DataNode， DataNode收到文件后会返回确认信息，并以4K为单位传到下一DataNode。该文件上传方式被称为“流水式”。
14、MapReduce 处理过程

15、MapReduce分布式处理技术实现机制
(1) MapReduce函数库首先把输入文件分成M块，每块大概16MB到64MB。接着在集群的机器上执行处理程序。
l MapReduce算法运行过程中有一个主控程序，称为master。主控程序会产生很多作业程序，称为worker。并且把M个map任务和R个reduce任务分配给这些worker，让它们去完成。
(2) 被分配了map任务的worker读取并处理相关的输入(这里的输入是指已经被切割的输入小块splite)。它处理输入的数据，并且将分析出的键/值(key/value)对传递给用户定义的reduce()函数。map()函数产生的中间结果键/值(key/value)对暂时缓冲到内存。
(3) map()函数缓冲到内存的中间结果将被定时刷写到本地硬盘，这些数据通过分区函数分成R个区。这些中间结果在本地硬盘的位置信息将被发送回master，然后这个master负责把这些位置信息传送给reduce()函数的worker。
(4) 当master通知了reduce()函数的worker关于中间键/值(key/value)对的位置时，worker调用远程方法从map()函数的worker机器的本地硬盘上读取缓冲的中间数据。当reduce()函数的worker读取到了所有的中间数据，它就使用这些中间数据的键(key)进行排序，这样可以使得相同键(key)的值都在一起。
(5) reduce()函数的worker根据每一个中间结果的键(key)来遍历排序后的数据，并且把键(key)和相关的中间结果值(value)集合传递给reduce()函数。reduce()函数的worker最终把输出结果存放在master机器的一个输出文件中。
(6) 当所有的map任务和reduce任务都已经完成后，master激活用户程序。在这时，MapReduce返回用户程序的调用点。
(7) 当以上步骤成功结束以后，MapReduce的执行数据存放在总计R个输出文件中(每个输出文件都是由reduce任务产生的，这些文件名是用户指定的)。通常，用户不需要将这R个输出文件合并到一个文件，他们通常把这些文件作为输入传递给另一个MapReduce调用，或者用另一个分布式应用来处理这些文件，并且这些分布式应用把这些文件看成为输入文件由于分区(partition)成为的多个块文件。
16、MapReduce分布式处理技术-实例-单词统计WordCount
Ø 问题描述：统计文本中所出现单词的次数。
Ø 解决思路：需符合Map、Reduce各自的输入、输出格。
Ø Map端：输入为(k1, v1), 以文本行号为k1，以行内容为v1；输出为list(k2, v2)，每有一个单词就输出一个(word, 1)。
Ø Reduce端：输入为(k2, list(v2))，将list(v2)中所有数字相加即可得到单词次数；输出为list(k3, v3)，即最终的结果：(单词, 单词次数)。

以下是书上的案例：

17、MapReduce分布式处理技术-实例-文档倒排索引算法
Ø 问题描述：给出气象站历年每天的数据，要提取出每年的最高气温。数据示例： 0067011990999991950051507004…..99999N9+00221+99999…
Ø 解决思路-Map端： 输入为(k1, v1): (行号，内容)；输出为list(k2, v2): (年份，温度)，例如(1950, 22)。
Ø 解决思路-Reduce端： 输入为k2, list(v2): 如(1950, [22, -11])，对list(v2)排序可得到高气温；输出为list(k3, v3)，即最终的结果：(年份, 最高气温)。
Ø 问题描述：Inverted Index(倒排索引)是目前几乎所有支持全文检索的搜索引擎都要依赖的一个数据结构。基于索引结构，给出一个词(term)，能取得含有这个term的文档列表(the list of documents)

18、区域系统架构扩展方案
19、中间件的优点
1、缩短应用开发周期；2、减少项目开发的风险，已经过大量测试完善；3、应用系统质量的可维护性；4、增加产品的吸引力；5、透明与其它应用程序的交互；6、与运行平台提供网络通信服务无关；7、具有良好的可靠性和可用性；8、良好的可扩展性；
20、架构设计的基本准则
1、抽象；2、封装；3、信息隐藏；4、模块化；5、注意点分离；6、内聚与耦合

CORBA
1、如何实现需求端到服务器端两者之间的对接：
答：以查询名录的行为方式去找到服务。
2 、中介代理的作用：连接需求端到服务器端的桥梁。
3、 中介在架构中的作用：
a) 客户和服务器之间无需直接了解；
b) 客户和服务器不必一对一；
c) 客户可以在运行的时候定位服务并交互

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