Arquitecturas de Software

Arquitecturas de Software
Ingeniería del Software I
Universidad Rey Juan Carlos
César Javier Acuña
cjacunia@escet.urjc.es
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Índice
Introducción
Motivación
Definición
Estilos Arquitectónicos
Pipes and Filters
Tipos abstractos de datos y OO
Invocación Implícita Basada en Eventos
Sistemas en Capas
Sistemas basados en depósitos
Máquina Virtual o Interprete
2
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Introducción
Motivación
Incremento en el tamaño y complejidad del software
Necesidad de aprender de la experiencia: reutilización de
estructuras asociadas a problemas similares
Una adecuada estructura general es tan importante como
las implementaciones concretas de las partes.
Definición
La arquitectura de software de un programa o de un
sistema computacional esta definida por la estructura,
comprendida por los elementos de software, la
propiedades visibles de esos elementos y las relaciones
entre ellos.
3
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Introducción
Incluyendo:
la descripción de los componentes con los cuales se
construyen los sistemas
las interacciones entre esos componentes
patrones para guiar la composición
restricciones sobre dichos patrones
Componentes: servidores, clientes, bases de datos, filtros,
capas en un sistema jerárquico, etc.
Interacciones: llamadas a procedimientos, protocolos C/S,
protocolos de acceso a BD, etc.
4
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Introducción
¿De qué se ocupa?
Diseño preliminar o de alto nivel.
Organización a alto nivel del sistema, incluyendo aspectos
como la descripción y análisis de propiedades relativas a
su estructura y control global, los protocolos de
comunicación y sincronización utilizados, la distribución
física del sistema y sus componentes, etc.
Otros aspectos relacionados con el desarrollo del sistema
y su evolución y adaptación al cambio:
composición, reconfiguración, reutilización, escalabilidad,
mantenibilidad, etc.
5
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Introducción
¿De qué no se ocupa?
Diseño detallado.
Diseño de algoritmos.
Diseño de estructuras de datos.
6
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Indican:
Los tipos de componentes y conectores involucrados.
Patrones y restricciones de interconexión o
composición entre ellos: Invariantes del estilo
(restricciones)
Asociados a cada estilo hay una serie de
propiedades que lo caracterizan, determinando sus
ventajas e inconvenientes, condicionando la
elección de uno u otro estilo.
7
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Clasificación General de los Estilos
Sistemas Basados en Flujos
de Datos
Pipes and filters (tuberías y
filtros)
Batch Sequential
Sistemas Call/Return
Sistemas Principal/subrutinas
Sistemas OO
Capas jerárquicas
Máquinas Virtuales
Interpretes
Sistemas basados en el
conocimiento
Sistemas Centrados en Datos
(repositorios)
Bases de Datos
Sistemas de HiperTexto
Sistemas de pizarra
Componentes Independientes
Procesos de comunicación
Sistemas de Acontecimientos
8
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Pipes and Filters (tuberías y filtros)
Filters
Pipes
9
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Pipes and Filters (tuberías y filtros)
Descripción
Cada componente tiene un conjunto de entradas y un
conjunto de salidas.
Cada componente lee las entradas y las transforma en
salidas.
Restricciones:
Los filtros deben ser independientes. No deben compartir
estado con otros filtros.
Los filtros realizan la labor independientemente del flujo de
entrada.
Especializaciones
10
Pipelines
Bounded pipes
Typed pipes
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Pipes and Filters (tuberías y filtros)
Ventajas
Permite entender el sistema global en términos de la
combinación de componentes
Soporta de buena manera la reutilización. Los filtros son
idependientes de sus vecinos
Facilidad de Mantenimiento y mejora
Facilidad de diagnóstico (rendimiento, deadlocks)
Soportan la ejecución concurrente
Desventajas
No aconsejado para cuando se necesita interactividad
Problemas de performance ya que los datos
11
se transmiten en forma completa entre
filtros
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Tipos Abstractos de Datos y OO
Obj: objetos
Op:invocaciones a
métodos
12
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Tipos Abstractos de Datos y OO
Descripción
Las representaciones de los datos y las operaciones están
encapsulados en un tipo abstracto de datos u objeto
Los componentes son objetos
Las invocaciones de métodos son los conectores
Restricciones:
Los objetos son responsables de la integridad de sus representaciones
Dicha representación es ocultada al resto de los objetos
Ventajas
Gracias al invariante de ocultación es posible
reemplazar la Implementación si que afecte
a los clientes
13
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Tipos Abstractos de Datos y OO
Desventajas
Para invocar métodos de un objeto se debe conocer
su identidad
Efectos colaterales
14
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Invocación Implícita Basada en Eventos
?
!
!
?
!
?
!
!
Objetos o
Procesos
15
?
?
!
!
?
?
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
Invocación
Implícita
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Invocación Implícita Basada en Eventos
Descripción
En lugar de invocaciones de procedimientos explicitas o
directas, un componente anuncia uno o más eventos y otros
componentes registran el interés en un evento asociando un
procedimiento a dicho evento.
La ocurrencia de un evento causa la invocación “implicita”
de procedimientos en otros módulos.
Los componentes son los módulos cuyas interfaces ofrecen
un conjunto de procedimientos y de eventos
Los conectores incluyen llamadas a procedimientos ? ?
!
tradicionales así como el ligado de eventos ! ?
con llamadas a procedimientos
!
!
16
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
?
!
!
?
!
?
?
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Invocación Implícita Basada en Eventos
Restricciones:
Quien anuncia el evento no conoce a que
componentes afecta el evento
No se pueden hacer asunciones acerca del orden
de procesamiento
Ventajas
Provee un robusto soporte de reusabilidad
Facilita la evolución del sistema
Desventajas
Perdida de control en el comportamiento del sistema
!
Problemas en el intercambio de datos
! ?
Es difícil asegurar la corrección global del
!
sistema
17
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
?
?
!
?
!
!
?
!
?
?
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Sistemas en Capas
Aplicaciones
Llamadas a
Procedimientos
Utilidad básica
Nivel
Núcleo
Usuarios
18
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Sistemas en Capas
Descripción
Organizado jerárquicamente en capas, donde cada capa
provee servicios a la capa superior y es servido por la capa
inferior
Los componentes son cada una de las capas
Los conectores son los protocolos de interacción entre las
capas
Restricciones:
La interacción está limitada a las capas adyacentes
Ventajas
Facilita la descomposición del problema en varios
niveles de abstracción.
19
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
Aplicaciones
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Sistemas en Capas
Soporta la mejora, los cambios solo afectan a las
capas vecinas
Se pueden cambiar las implementaciones respetando las
interfaces con las capas adyacentes.
Desventajas
No todos los sistemas pueden estructurarse en capas.
Es difícil encontrar la separación en capas adecuada
Aplicaciones
20
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Sistemas basados en depósitos
Procesamiento
ks2
ks1
ks8
ks3
Pizarra
(datos Compartidos)
ks7
ks4
Memoria
Accesos Directos
21
ks6
ks5
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Sistemas basados en depósitos
Descripción
Existen dos tipos de componentes
Una estructura central de datos (representa el estado del
proceso)
Componentes independientes (operan en función del depósito
de datos)
Las interacciones entre el repositorio y los demás
componentes es variable:
La entrada de los datos es seleccionada por los componentes
ks2
El estado de los datos del repositorio selecciona ks1
el proceso a ejecutar (pizarra)
ks8
ks7
22
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ks3
Pizarra
(datos Compartidos)
ks4
ks6
ks5
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Sistemas basados en depósitos
Ventajas
Posibilita la integración de agentes.
Adecuado para la resolución de problemas no deterministas.
Se puede resumir el estado de conocimiento en cada
momento del proceso
Desventajas
Estructura de datos común a todos los agentes
Problemas de carga a la hora de chequear y vigilar el estado
ks2
de la pizarra.
ks1
ks8
ks7
23
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ks3
Pizarra
(datos Compartidos)
ks4
ks6
ks5
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Máquina virtual o intérprete
24
Entradas
Datos
(Estado del
programa)
Salidas
Máquina de
Interpretación
simulada
Programa
siendo
interpretado
Instrucción
seleccionada
Datos
seleccionados
Estado Interno
Del Interprete
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Máquina virtual o intérprete
Descripción
Formado por cuatro componentes
Un motor de simulación o interpretación
Una memoria que contiene el código a interpretar
Una representación del estado de la interpretación
Una representación del estado del programa que se esta
simulando
Ventajas
Solución software a problemas hardware.
Desventajas
No siempre es aplicable
Reducido a lenguajes de programación
25
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Estilos Arquitectónicos
Otros Estilos
Procesos distribuidos
Sistemas cliente/servidor
Sistemas en 3 capas
Programa Principal/Subrutinas
Típica de lenguajes procedurales
Un programa principal gestiona el control de ejecución de
las subrutinas
Transición de Estados
Arquitecturas Heterogéneas
Se da por la mezcla de estilos
Existen diferentes maneras de combinar
26
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Lenguajes de Descripción de Arquitecturas
(LDAs)
Un LDA es un lenguaje o notación para describir
una arquitectura software:
Descripción de componentes, conectores y enlaces entre
ellos.
Herramientas para la verificación de la arquitectura y el
prototipado rápido.
Existen LDAs de propósito general y otros de
dominio específico (DSLs)
Requisitos
Composición
Debe describir el sistema como una composición de partes
27
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Lenguajes de Descripción de Arquitecturas
(LDAs)
Configuración
Debe describir la arquitectura independientemente de los
componentes
Abstracción
Debe describir los roles abstractos que juegan los componentes
Reutilización
Debe permitir reutilizar componentes, conectores, y arquitecturas
Heterogeneidad
Debe permitir combinar descripciones heterogéneas
Análisis
Debe permitir diversas formas de análisis de la arquitectura
28
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Lenguajes de Descripción de Arquitecturas
(LDAs)
Ejemplos
Lenguaje Unificado de Modelado (UML)
Lenguajes de interconexión de módulos y de descripción
de interfaz (CORBA-IDL)
Lenguajes de descripción de arquitectura:
Unicon (Mary Shaw y colaboradores - CMU)
Wright (Allen y Garlan)
Darwin (Magee y Kramer - IC)
Rapide (Luckham)
C2 (Medvidovic)
LEDA (U. Málaga)
29
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I
ARQUITECTURAS SOFTWARE
Bibliografía
Software Architecture – Perspective on an Emerging
discipline – M. Shaw, D. Garlan – Ed. Prentice Hall.
Software Architecture in Practice (2nd Edition) – L. Bass,
P. Clements, R. Kazman – Ed. Addison Wesley
Arquitecturas de SW:
http://lml.ls.fi.upm.es/~jjmoreno/sbc/arquitecturas_sw.ppt
Servicios Avanzados Multimedia Basados en
Componentes: http://www.lcc.uma.es/~av/misConfs/p1arquitecturas.ppt
30
Universidad Rey Juan Carlos - Ingenieria del
Software I