軟件體系結(jié)構(gòu)課后習題第三章作業(yè)

..題1.層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基于消息的層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別?答：層次系統(tǒng)組織成一個層次結(jié)構(gòu),每一層為上層服務(wù),并作為下層客戶。在一些層次系統(tǒng)中,除了一些精心挑選的輸出函數(shù)外,內(nèi)部的層只對相鄰的層可見。這樣的系統(tǒng)中構(gòu)件在一些層實現(xiàn)了虛擬機〔在另一些層次系統(tǒng)中層是部分不透明的。連接件通過決定層間如何交互的協(xié)議來定義,拓撲約束包括對相鄰層間交互的約束。這種風格支持基于可增加抽象層的設(shè)計。允許將一個復雜問題分解成一個增量步驟序列的實現(xiàn)。由于每一層最多只影響兩層,同時只要給相鄰層提供相同的接口,允許每層用不同的方法實現(xiàn),同樣為軟件重用提供了強大的支持。而在基于消息的層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件不直接調(diào)用一個過程,而是觸發(fā)或廣播一個或多個事件。系統(tǒng)中的其它構(gòu)件中的過程在一個或多個事件中注冊,當一個事件被觸發(fā),系統(tǒng)自動調(diào)用在這個事件中注冊的所有過程,這樣,一個事件的觸發(fā)就導致了另一模塊中的過程的調(diào)用。這種風格的構(gòu)件是一些模塊,模塊既可以是一些過程,又可以是一些事件的集合。過程可以用通用的方式調(diào)用,也可以在系統(tǒng)事件中注冊一些過程,當發(fā)生這些事件時,過程被調(diào)用。這種風格的主要特點是事件的觸發(fā)者并不知道哪些構(gòu)件會被這些事件影響。這樣不能假定構(gòu)件的處理順序,甚至不知道哪些過程會被調(diào)用,因此,許多隱式調(diào)用的系統(tǒng)也包含顯式調(diào)用作為構(gòu)件交互的補充形式。題2.分析比較B/S、二層C/S和三層C/S,指出各自的優(yōu)點和缺點。二層C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：◆C/S體系結(jié)構(gòu)具有強大的數(shù)據(jù)操作和事務(wù)處理能力,模型思想簡單,易于人們理解和接受。◆系統(tǒng)的客戶應(yīng)用程序和服務(wù)器構(gòu)件分別運行在不同的計算機上,系統(tǒng)中每臺服務(wù)器都可以適合各構(gòu)件的要求,這對于硬件和軟件的變化顯示出極大的適應(yīng)性和靈活性,而且易于對系統(tǒng)進行擴充和縮小。◆在C/S體系結(jié)構(gòu)中,系統(tǒng)中的功能構(gòu)件充分隔離,客戶應(yīng)用程序的開發(fā)集中于數(shù)據(jù)的顯示和分析,而數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的開發(fā)則集中于數(shù)據(jù)的管理,不必在每一個新的應(yīng)用程序中都要對一個DBMS進行編碼。將大的應(yīng)用處理任務(wù)分布到許多通過網(wǎng)絡(luò)連接的低成本計算機上,以節(jié)約大量費用二層C/S結(jié)構(gòu)的缺點：◆開發(fā)成本較高◆客戶端程序設(shè)計復雜◆信息內(nèi)容和形式單一◆用戶界面風格不一,使用繁雜,不利于推廣使用◆軟件移植困難◆軟件維護和升級困難◆新技術(shù)不能輕易應(yīng)用三層C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：◆允許合理地劃分三層結(jié)構(gòu)的功能,使之在邏輯上保持相對獨立性,能提高系統(tǒng)和軟件的可維護性和可擴展性?！粼试S更靈活有效地選用相應(yīng)的平臺和硬件系統(tǒng),使之在處理負荷能力上與處理特性上分別適應(yīng)于結(jié)構(gòu)清晰的三層；并且這些平臺和各個組成部分可以具有良好的可升級性和開放性。◆應(yīng)用的各層可以并行開發(fā),可以選擇各自最適合的開發(fā)語言。◆利用功能層有效地隔離開表示層與數(shù)據(jù)層,未授權(quán)的用戶難以繞過功能層而利用數(shù)據(jù)庫工具或黑客手段去非法地訪問數(shù)據(jù)層,為嚴格的安全管理奠定了堅實的基礎(chǔ)。三層C/S結(jié)構(gòu)的缺點：◆三層C/S結(jié)構(gòu)各層間的通信效率若不高,即使分配給各層的硬件能力很強,其作為整體來說也達不到所要求的性能?！粼O(shè)計時必須慎重考慮三層間的通信方法、通信頻度及數(shù)據(jù)量。這和提高各層的獨立性一樣是三層C/S結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題。B/S體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：◆基于B/S體系結(jié)構(gòu)的軟件,系統(tǒng)安裝、修改和維護全在服務(wù)器端解決。用戶在使用系統(tǒng)時,僅僅需要一個瀏覽器就可運行全部的模塊,真正達到了"零客戶端"的功能,很容易在運行時自動升級?！鬊/S體系結(jié)構(gòu)還提供了異種機、異種網(wǎng)、異種應(yīng)用服務(wù)的聯(lián)機、聯(lián)網(wǎng)、統(tǒng)一服務(wù)的最現(xiàn)實的開放性基礎(chǔ)。B/S體系結(jié)構(gòu)的缺點：◆B/S體系結(jié)構(gòu)缺乏對動態(tài)頁面的支持能力,沒有集成有效的數(shù)據(jù)庫處理功能。◆B/S體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)擴展能力差,安全性難以控制。◆采用B/S體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng),在數(shù)據(jù)查詢等響應(yīng)速度上,要遠遠地低于C/S體系結(jié)構(gòu)?！鬊/S體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)提交一般以頁面為單位,數(shù)據(jù)的動態(tài)交互性不強,不利于在線事務(wù)處理<OLTP>應(yīng)用。題3.組織或參與一個采用B/S和C/S混合體系結(jié)構(gòu)的軟件項目的開發(fā),總結(jié)開發(fā)經(jīng)驗。首先,開發(fā)者根據(jù)一定的原則,將系統(tǒng)的所有子功能分類,決定哪些子功能適合采用C/S,哪些適合采用B/S。適合采用C/S的子功能應(yīng)具備以下特點：1安全性要求高；2要求具有較強的交互性；3使用范圍小,地點固定；4要求處理大量數(shù)據(jù)。例如,倉庫管理系統(tǒng)中的入庫單、領(lǐng)料單的輸入功能,財務(wù)系統(tǒng)中的憑證輸入功能等等。而適合采用B/S的子功能應(yīng)具備以下特點：1使用范圍廣,地點靈活；2功能變動頻繁；3安全性、交互性要求不同。例如：企業(yè)內(nèi)部信息發(fā)布功能,意見箱輸入功能,公司財務(wù)分析表的查詢功能,總裁決策支持系統(tǒng)中的查詢功能等等。

相對于單獨采用C/S或B/S,這種方案的優(yōu)點在于：1保證敏感數(shù)據(jù)的安全性,特別是對數(shù)據(jù)庫的修改和新增記錄加強了控制；2經(jīng)濟有效地利用企業(yè)內(nèi)部計算機的資源,簡化了一部分可以簡化的客戶端；3既保證了復雜功能的交互性,又保證了一般功能的易用與統(tǒng)一；4系統(tǒng)維護簡便,布局合理；5網(wǎng)絡(luò)效率最高。

如果系統(tǒng)開發(fā)者在系統(tǒng)設(shè)計階段決定采用這種C/S與B/S相結(jié)合的模式,那么在系統(tǒng)開發(fā)生命周期的如下各個階段相對這種新模式都應(yīng)有所響應(yīng)。

在系統(tǒng)設(shè)計階段主要考慮的是MIS系統(tǒng)平臺選擇問題。在詳細設(shè)計階段,系統(tǒng)開發(fā)者需要根據(jù)企業(yè)自身的業(yè)務(wù)特點,以及一定的選擇原則,來決定各個子功能采用哪一種模式并在系統(tǒng)說明書上分別注明。在編碼設(shè)計階段,系統(tǒng)開發(fā)者需要針對采用不同模式的子功能,選用不同的編碼方式<例如：C/S可以采用VB編程環(huán)境,而B/S采用ASP方法>,然后編譯生成不同的客戶應(yīng)用及Web服務(wù)程序。在安裝調(diào)試階段,其特點主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)上,即特定的客戶應(yīng)用程序?qū)⒈话惭b在特定的使用者的客戶端上,Web服務(wù)程序需要被安裝在Web服務(wù)器上,而每個客戶端上都將被安裝上瀏覽器,同時,客戶應(yīng)用的使用者必須接受一定的培訓。在軟件維護階段,針對不同模式的子功能應(yīng)采取不同維護方式。題4.在軟件開發(fā)中,采用異構(gòu)結(jié)構(gòu)有什么好處,其負面影響有哪些？答：所有的體系結(jié)構(gòu)不僅有很緊密的聯(lián)系,而且在大多數(shù)情況下是被一起使用的。對于一個實際的系統(tǒng),甚至不能判斷它是A風格、B風格還是C風格,因為沒有足夠的理由把它歸為任何一種獨立的體系結(jié)構(gòu)風格。這種系統(tǒng)類型被稱為異構(gòu)結(jié)構(gòu)。上圖展示了一個虛擬系統(tǒng),它整合了許多體系結(jié)構(gòu)風格。可以把整個系統(tǒng)當成一個分層系統(tǒng)。這樣它可以被分成兩層：第1層是原始數(shù)據(jù)生成層,第2層是解釋層。在第1層,主要的組成部分是管道－過濾器子系統(tǒng)。<1>第1個過濾器中的數(shù)據(jù)能夠被送到第2個過濾器中。<2>當?shù)?個過濾器收到數(shù)據(jù)時,將會產(chǎn)生相應(yīng)的信息,然后將此信息傳送到事件隊列構(gòu)件和服務(wù)提供對象構(gòu)件中。<3>當事件隊列不為空時,它將會激發(fā)相應(yīng)的對象來處理這個事件,并完成任務(wù)。這是一個典型的事件驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)風格的例子。<4>當服務(wù)提供對象構(gòu)件接收到由第2個過濾器傳來的信息時,它將把這些信息記錄在信息庫里。它就像是在數(shù)據(jù)共享風格中的黑板。在這個信息庫中,所有的信息、知識和規(guī)則被記錄下來。當"事件驅(qū)動"部分想要完成某些任務(wù)時,它可能需要從這個信息庫里獲取一些有用的信息,然后根據(jù)其中的規(guī)則完成正確的行動。這部分可以被看成數(shù)據(jù)共享與反饋控制環(huán)風格的結(jié)合。因為所有的數(shù)據(jù)在構(gòu)成的信息庫里被共享,其他部分能夠從信息庫中存儲和獲取數(shù)據(jù)。用戶可以通過向信息庫中記錄新的數(shù)據(jù)來更新它。這也具有反饋控制環(huán)風格的特點。在第2層解釋器中,來自第1層中的數(shù)據(jù)被解釋。當解釋數(shù)據(jù)時,構(gòu)件必須知道上下文、解釋規(guī)則和解釋器的狀態(tài)。因此這部分具有狀態(tài)構(gòu)件、規(guī)則構(gòu)件和數(shù)據(jù)構(gòu)件。當解釋時產(chǎn)生的所有錯誤和程序缺陷被記錄在數(shù)據(jù)庫里。最后,輸出解釋完畢的數(shù)據(jù)。從這個例子中,可以看出一個完善的系統(tǒng)可能由各種各樣的體系結(jié)構(gòu)風格組成,具體的組成方法要依據(jù)系統(tǒng)需求和各種體系結(jié)構(gòu)風格的優(yōu)勢來確定。所設(shè)計的最好的系統(tǒng)不是特意包含"所謂的"結(jié)構(gòu)體系風格,而是能夠恰當運用體系結(jié)構(gòu)風格的系統(tǒng)。設(shè)計出的系統(tǒng)要滿足需要的質(zhì)量屬性。負面影響就是結(jié)構(gòu)可能更加復雜,不易于設(shè)計與維護。通過查資料然后分析,給出下列體系結(jié)構(gòu)Windows7,Android,P2P,webservice,要求：1.模塊劃分和功能描述。2.模塊間的關(guān)系。3.典型功能模塊的調(diào)用關(guān)系。4.各自優(yōu)缺點。答：Android操作系統(tǒng)的架構(gòu)圖如下：Android系統(tǒng)架構(gòu)由5部分組成,分別是：LinuxKernel、AndroidRuntime、Libraries、ApplicationFramework、Applications。第二部分將詳細介紹這5個部分。架構(gòu)詳解現(xiàn)在我們拿起手術(shù)刀來剖析各個部分。其實這部分SDK文檔已經(jīng)幫我們做得很好了,我們要做的就是拿來主義,然后再加上自己理解。下面自底向上分析各層。1、LinuxKernelAndroid基于Linux2.6提供核心系統(tǒng)服務(wù),例如：安全、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動模型。LinuxKernel也作為硬件和軟件之間的抽象層,它隱藏具體硬件細節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)。2、AndroidRuntimeAndroid包含一個核心庫的集合,提供大部分在Java編程語言核心類庫中可用的功能。每一個Android應(yīng)用程序是Dalvik虛擬機中的實例,運行在他們自己的進程中。Dalvik虛擬機設(shè)計成,在一個設(shè)備可以高效地運行多個虛擬機。Dalvik虛擬機可執(zhí)行文件格式是.dex,dex格式是專為Dalvik設(shè)計的一種壓縮格式,適合內(nèi)存和處理器速度有限的系統(tǒng)。Dalvik虛擬機依賴于Linux內(nèi)核提供基本功能,如線程和底層內(nèi)存管理。3、LibrariesAndroid包含一個C/C++庫的集合,供Android系統(tǒng)的各個組件使用。這些功能通過Android的應(yīng)用程序框架〔applicationframework暴露給開發(fā)者。下面列出一些核心庫：系統(tǒng)C庫——標準C系統(tǒng)庫〔libc的BSD衍生,調(diào)整為基于嵌入式Linux設(shè)備媒體庫——基于PacketVideo的OpenCORE。這些庫支持播放和錄制許多流行的音頻和視頻格式,以及靜態(tài)圖像文件,包括MPEG4、H.264、MP3、AAC、AMR、JPG、PNG界面管理——管理訪問顯示子系統(tǒng)和無縫組合多個應(yīng)用程序的二維和三維圖形層LibWebCore——新式的Web瀏覽器引擎,驅(qū)動Android瀏覽器和內(nèi)嵌的web視圖SGL——基本的2D圖形引擎3D庫——基于OpenGLES1.0APIs的實現(xiàn)。庫使用硬件3D加速或包含高度優(yōu)化的3D軟件光柵FreeType——位圖和矢量字體渲染SQLite——所有應(yīng)用程序都可以使用的強大而輕量級的關(guān)系數(shù)據(jù)庫引擎4、ApplicationFramework通過提供開放的開發(fā)平臺,Android使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應(yīng)用程序。開發(fā)者可以自由地利用設(shè)備硬件優(yōu)勢、訪問位置信息、運行后臺服務(wù)、設(shè)置鬧鐘、向狀態(tài)欄添加通知等等,很多很多。開發(fā)者可以完全使用核心應(yīng)用程序所使用的框架APIs。應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)旨在簡化組件的重用,任何應(yīng)用程序都能發(fā)布他的功能且任何其他應(yīng)用程序可以使用這些功能〔需要服從框架執(zhí)行的安全限制。這一機制允許用戶替換組件。所有的應(yīng)用程序其實是一組服務(wù)和系統(tǒng),包括：視圖〔View——豐富的、可擴展的視圖集合,可用于構(gòu)建一個應(yīng)用程序。包括包括列表、網(wǎng)格、文本框、按鈕,甚至是內(nèi)嵌的網(wǎng)頁瀏覽器內(nèi)容提供者〔ContentProviders——使應(yīng)用程序能訪問其他應(yīng)用程序〔如通訊錄的數(shù)據(jù),或共享自己的數(shù)據(jù)資源管理器〔ResourceManager——提供訪問非代碼資源,如本地化字符串、圖形和布局文件通知管理器〔NotificationManager——使所有的應(yīng)用程序能夠在狀態(tài)欄顯示自定義警告活動管理器〔ActivityManager——管理應(yīng)用程序生命周期,提供通用的導航回退功能5、ApplicationsAndroid裝配一個核心應(yīng)用程序集合,包括電子郵件客戶端、SMS程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人和其他設(shè)置。所有應(yīng)用程序都是用Java編程語言寫的。更加豐富的應(yīng)用程序有待我們?nèi)ラ_發(fā)！二、P2P系統(tǒng)的架構(gòu)圖如下：P2P網(wǎng)絡(luò)大概可劃分為純分散式P2P網(wǎng)絡(luò)和混合式P2P網(wǎng)絡(luò)兩大類。純分散式P2P網(wǎng)絡(luò),其拓撲如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)中沒有服務(wù)器,鏈狀的節(jié)點之間構(gòu)成一個分散式網(wǎng)絡(luò)。通過基于對等網(wǎng)協(xié)議的客戶端軟件搜索網(wǎng)絡(luò)中存在的對等節(jié)點．節(jié)點之間不必通過服務(wù)器,可直接建立連接。這種P2P網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)點在于允許用戶設(shè)定自己的規(guī)則和建立自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；為與Internet合作,提供近似的即插即用特性；不僅能夠在Internet下有效地工作,而且對于LAN也非常有用。但是,由于沒有中心管理者,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點難以發(fā)現(xiàn),不易管理且安全性較差。

圖2純分散式P2P網(wǎng)絡(luò)拓撲〔2混合式P2P網(wǎng)絡(luò)混合式P2P網(wǎng)絡(luò)其拓撲如圖3所示。各節(jié)點之間可以直接建立連接,但網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建需要服務(wù)器,通過集中認證,建立索引機制。然而這里的服務(wù)器僅用于輔助對等節(jié)點之間建立連接,一旦連接成功,服務(wù)器不再起作用,對等節(jié)點之間直接進行通信。這不同于C／S模式中的服務(wù)器,也可以認為是弱化了服務(wù)器的作用。這種P2P網(wǎng)絡(luò)模型和純分散式P2P網(wǎng)絡(luò)相比,易于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、易于管理且安全性較好,但也有類似C／S模式的缺陷,如容錯性差等。目前P2P技術(shù)的應(yīng)用大多為這種模式。P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)缺點：P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)面臨著許多問題亟待解決,比如：在P2P共享網(wǎng)絡(luò)中普遍存在侵犯版權(quán)問題；在一個無中心的環(huán)境中如何選擇可靠的資源,即如何建立節(jié)點之間的信譽問題；P2P帶來的新型網(wǎng)絡(luò)病毒傳播模式防阻斷問題；基于P2P的隱蔽通訊與隱私保護問題；P2P網(wǎng)絡(luò)服務(wù)健壯性與抗毀能力等。三、Windows7的體系結(jié)構(gòu)如下：1.硬件抽象層〔HALHAL=HardwareAbstractionLayerHAL是一個核心態(tài)模塊〔HAL.DLL,它為運行Windows2000/XP的硬件平臺提供低級接口。2.設(shè)備驅(qū)動程序可加載的核心態(tài)模塊I/O系統(tǒng)和相關(guān)硬件之間的接口WDM=WindowsDriverModel3.內(nèi)核NTOSKRNL.EXE的下層<MicrosoftBootUpKernel>內(nèi)核是對處理器體系結(jié)構(gòu)的抽象,將執(zhí)行體與處理器體系結(jié)構(gòu)的差異相隔離,保證系統(tǒng)的可移植性。大多數(shù)代碼用C編寫,部分依賴于硬件體系結(jié)構(gòu)的代碼用匯編編寫.內(nèi)核實現(xiàn)了一組簡單的對象,稱為內(nèi)核對象,以幫助內(nèi)核控制中心處理并支持執(zhí)行體對象的創(chuàng)建?？刂茖ο蟆ó惒竭^程調(diào)用〔APC,asynchronousprocedurecall對象、延遲過程調(diào)用〔DPC,deferredprocedurecall對象和幾個由I/O系統(tǒng)使用的對象,例如中斷對象。調(diào)度程序?qū)ο蟆撠熗讲僮鞑⒂绊懢€程調(diào)度。調(diào)度程序?qū)ο蟀▋?nèi)核線程、互斥體〔Mutex、事件〔Event、內(nèi)核事件對、信號量〔Semaphore、定時器和可等待定時器4.執(zhí)行體提供的函數(shù)調(diào)用從用戶態(tài)導出并且可以調(diào)用的函數(shù)。這些函數(shù)的接口在NTDLL.DLL中。通過Win32API或一些其他的環(huán)境子系統(tǒng)可以對它們進行訪問。從用戶態(tài)導出并且可以調(diào)用的函數(shù),但當前通過任何文檔化的子系統(tǒng)函數(shù)都不能使用。在Windows2000DDK中已經(jīng)導出并且文檔化的核心態(tài)調(diào)用的函數(shù)。在核心態(tài)組件中調(diào)用但沒有文檔化的函數(shù)。例如在執(zhí)行體內(nèi)部使用的內(nèi)部支持例程。組件內(nèi)部的函數(shù)。5.環(huán)境子系統(tǒng)將基本的執(zhí)行體系統(tǒng)服務(wù)的某些子集以特定的形態(tài)展示給應(yīng)用程序三種環(huán)境子系統(tǒng)：POSIX、OS/2和Win32〔OS/2只能用于x86系統(tǒng)Windows體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點：優(yōu)點◆結(jié)構(gòu)緊密,接口簡單直接,系統(tǒng)效率