Kapitel 9: Entwurf von Softwarearchitekturen III - Vorlesung Softwarearchitektur| Wintersemester 2019/20 - Thorsten Weyer
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Vorlesung Softwarearchitektur| Wintersemester 2019/20 Kapitel 9: Entwurf von Softwarearchitekturen III AAD | Entwurfskonzepte | Architekturtaktiken | Design Space Exploration Thorsten Weyer
Lernziele
Die Studierenden
• können die weiteren Architekturtreiber (Systemtyp, Zweck des Entwurfs, Belange) erläutern
• können das Konzepte des Qualitätsattributszenarios (differenziert in generisch und konkret) erläutern
• können Qualitätsattributszenarien im Architekturentwurf definieren
• können die Systematik des Attribute Driven Designs erläutern
• kennen die verschiedenen Ausprägungsformen von Entwurfsentscheidungen
• können die Bedeutung von Architekturtaktiken und Taktiken für ausgewählte Qualitätsattribute erläutern
• können die Entwurfsraum-Exploration und den Bezug zu Quality Function Deployment erläutern
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 2Gliederung Architekturtreiber und Qualitätsattributszenarien Attribute Driven Design (ADD) Entwurfskonzepte und Selektionspläne Architekturtaktiken Exploration des Entwurfsraums (Design Space Exploration) Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 3
Entwurf der Softwarearchitektur (Wdh.)
Problemraum Lösungsraum
Zweck des
Architekturentwurfs Entwurfsentscheidungen
Primäre Funktionale
Anforderungen
Qualitätsattribut
Szenarios verwendet erzeugt
Randbedingungen
(Constraints) Softwarearchitekt
Belange
(Concerns)
Architekturtreiber Architekturentwurf
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 4Architekturtreiber
• … sind eine Teilmenge der Anforderungen, die wesentliche Aspekte der Softwarearchitektur
bestimmen
• Funktionale Anforderungen Wdh.
• Qualitätsanforderungen (auch: Qualitätsattributanforderungen)
• Randbedingungen
• Weitere Architekturtreiber
• Typ des betrachteten Systems („System-under-Design“ – SuD)
• Zweck des Architekturentwurfs
• Belange
Dies sind die Eingaben für den eigentlichen Entwurfsprozess der Softwarearchitektur
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 5Architekturtreiber: Funktionale Anforderungen (Wdh.)
Funktionale Treiber umfassen typischerweise die wesentlichen Funktionalitäten,
die das System an seiner Schnittstelle Akteuren im Kontext (Personen, Systeme)
zur Verfügung stellen muss, um seinen Zweck zu erfüllen
Systemgrenze
Webshop
Use Case
Mögliches Schema
Als [Wer?] möchte ich [Was tun können?], Kundenkonto
um [Welchen Mehrwert zu erreichen?]. anlegen
Kunde
Beispiel 1st Level
Als Kunde möchte ich ein Kundenkonto anlegen, […] Support
um im Webshop Bestellungen tätigen zu können. Akteur
[…]
User Stories Use Cases
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 6Architekturtreiber: Qualitätsattribute (Wdh.)
Qualitätsattribute sind messbare Eigenschaften des betrachteten Systems, die
für die Benutzer oder für die Entwickler relevant sind
Quelle: ISO/IEC 25010:2011
Qualitätsattribute können durch Szenarien konkretisiert werden Qualitätsattributszenarien
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 7Qualitätsattributszenarien
Schema
Artefakt
Stimulus Reaktion
Kontext
Stimulus Messung
(Ursprung) der Reaktion
• Stimulus (Ursprung): Ein Akteur (Mensch, System), der einen Stimulus generiert
• Stimulus: Eine Bedingung, die eine Reaktion des Systems notwendig macht, wenn diese Eintritt
• Kontext: Stimuli treten unter gewissen Kontextbedingungen auf, z.B. kann sich das System im
Überlastbetrieb oder im Normalbetrieb befinden.
• Artefakt: Das Artefakt, das durch die aufgetretene Bedingung (Stimulus) im gegebenen Kontext stimuliert
wird, z.B. ein Verbund von Systemen, ein einzelnen System oder Teile eines Systems
• Reaktion: Die Aktivität, die vom betrachteten Artefakt als Reaktion auf das Eintreten des Stimulus im
gegebenen Kontext ausgeführt wird.
• Messung der Reaktion: Wenn die Reaktion des Artefakts auftritt, sollte diese geeignet gemessen werden,
um sicherzustellen, dass die Anforderung auch getested werden kann.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 8Qualitätsattributszenarien
Generische Qualitätsattributszenarien (nicht auf ein konkretes Artefakt bezogen) für „Verfügbarkeit“
Artefakt
Stimulus Reaktion
Fehler: weglassen, Kontext Verhindern, dass der
Abbruch, fehlerhaftes Fehler eine Reaktion
Stimulus Zeitverhalten, fehlerhafte Artefakt Fehlerwirkung hat,
System, Prozessor, Messung der
(Ursprung) Reaktion Identifizieren des
Kommunikationskanal, Reaktion
Intern/Extern: Fehlers: protokollieren,
Datenspeicher, Prozesse Zeit, in der das System
Menschen, benachrichtigen
Kontext verfügbar sein muss;
Hardware, Software, wiederherstellen:
z.B. Normalbetrieb, Verfügbarkeitsanteil
physikalische deaktivieren / ignorieren
Degradierter Modus, (%), Zeitspanne im
Infrastruktur, der Fehlerquelle, nicht
Überlastbetrieb degradierten Modus,
physikalische verfügbar sein, Übergang Reparaturzeit, Anzahl
Umgebung in einen degradierten
Merke: Generische Qualitätsattributszenarien systemseitiger
Modus Fehlerbehandlungen
dienen als „Blaupause“ für konkrete Szenarien
und unterstützen auch die Vollständigkeit der
Analyse relevanter Qualitätsattribute
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 9Qualitätsattributszenarien
Konkretes Qualitätsattributszenario (auf ein konkretes Artefakt bezogen) für „Verfügbarkeit“
Artefakt:
Stimulus System Reaktion
Ein interner Fehler Kontext: Normalbetrieb Das System ist nach
entsteht im System spätestens 30 Sekunden Reaktion
Stimulus ohne Datenverlust Messung der
(Ursprung) wieder im Normalbetrieb Reaktion
Hardware und operiert wie
gewünscht
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 10Qualitätsattributszenarien
Konkretes Qualitätsattributszenario für „Performance“
Artefakt:
Stimulus System Reaktion
Reaktion
Initiiert eine Transaktionen wurden
Stimulus Kontext: Normalbetrieb Messung der Reaktion
Transaktion durchgeführt
(Ursprung) Mit einer Durchschnitts-
User latenz von 2 Sekunden
Konkretes Qualitätsattributszenario für „Verlässlichkeit (bzw. Robustheit)“
Artefakt:
Stimulus Prozess Reaktion
Unerwartete Informiere den Reaktion
Stimulus Kontext: Normalbetrieb
Nachricht Operator und Messung der Reaktion
(Ursprung) führe Betrieb fort Keine Downtime
Systemextern
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 11Qualitätsattributszenarien
Konkretes Qualitätsattributszenario für „Änderbarkeit“
Artefakt:
Stimulus Code Reaktion
Möchte eine Änderung Modifikation wird ohne Reaktion
Stimulus Kontext: Entwurfszeit
am User Interface Seiteneffekte Messung der Reaktion
(Ursprung) vornehmen durchgeführt In weniger als 3 Stunden
Entwickler
Beispiele
Merke: Priorisierung durch den Kunden in
Bezug auf die Kritikalität für den Systemerfolg
/-akzeptanz (am Markt bzw. beim
individuellen Kunden) und durch den System
Architekt hinsichtlich des technischen Risikos,
z.B. nach hoch | mittel | gering
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 12Qualitätsattribute: Utility Tree Priorität Qualitätsattributszenarien
Konkretisierung
• Technik zur Konkretisierung und Beispiele 3 5 4
Analyse der verschiedenen
Qualitätsattribute
2
• Grundlage für die Analyse und
Priorisierung von Qualitätsattributen
• Systematische Konkretisierung von
Qualitätsattributen über eine oder
mehrere Konkretisierungsstufen
• Blätter des Baumes (Endpunkt der 1
Konkretisierung) stellen
Qualitätsattributszenarien dar
• Bestimmung der Priorität von
Qualitätsattributszenarien bzgl.
Systemerfolg und technischem Risiko
Schritt [Nummer ]
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 13Architekturtreiber: Randbedingungen (Wdh.)
“A constraint is an organizational or technological requirement which restricts the way the system
shall be developed.” Quelle: S. Robertson, J. Robertson: Mastering the Requirements
Process. 2nd edition, Addison-Wesley, Amsterdam, 2006.
Randbedingungen definieren Vorgaben bzw. Einschränkungen
• technischer oder organisatorischer Natur
• Ursprung sind Stakeholder (z.B. Kunde, Gesetzgeber, Entwicklungsorganisation)
• schränken die Anzahl möglicher (gültiger) Softwarearchitekturen ein
Beispiele
C-09: The system shall be realized using a multi-tier Service-oriented architecture. technologisch
C-16: The effort for system development shall not exceed 480 person months. organisatorisch
C-41: The system shall process personal data in compliance with the gesetzlich
EU’s Data Protection Directive 95/46/EC.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 14Architekturtreiber: Typ des Systems • Neuentwicklung („Greenfield system“) in einer Domäne, zu der wenig Erfahrung in der Entwicklungsorganisation existieren bzw. hoher Innovationsgrad • Neuentwicklung („Greenfield system“) in einer Domäne, zu der ausreichend Erfahrung in der Entwicklungsorganisation existieren bzw. geringerer Innovationsgrad • Weiterentwicklung eines bestehenden Systems („Brownfield System“) Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 15
Architekturtreiber: Ziel der Entwurfstätigkeit
Frage: Was ist der Grund für die Entwurfstätigkeit?
Beeinflusst was der Entwurfsgegenstand ist und wie entworfen wird, z.B.:
• Zur Unterstützung einer Angebotsabgabe (Aufwandsabschätzung,
Machbarkeitsnachweis)
• Für eine individuelle Auftragsentwicklung mit festgelegten Zeitplänen
und Kostenbudgets
• Für ein neues Release eines sich kontinuierlich entwickelnden Systems
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 16Architekturtreiber: Verschiedene Belange
Belange sind Entwurfsentscheidungen, die getroffen werden sollten, unabhängig davon, ob
diese explizit als Teil der Entwurfsziele oder Anforderungen gefordert sind. Typischerweise
können Belange individuellen Stakeholdern im Entwicklungsprozess zugeordnet werden.
Beispiele
• Konstruktion einer übergeordneten logischen und physikalische Struktur
• Prüfung der Eingaben
• Ausnahmebehandlung und Protokollierung („Logging“)
• Kommunikationsbeziehungen
• Deployment und Update
• Datenmigration und Datensicherung
• Organisation der Codebasis
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 17SEI Attribute Driven Design (ADD) 3.0 | Überblick
Primäre funktionale Qualitätsattribut-
Entwurfsziele Randbedingungen Belange
Anforderungen szenarien
Überprüfung der Eingaben 1
Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
Eingabe- /Ausgabeartefakt
Softwarearchitekturentwurf
Prozessschritt
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 18Attribute Driven Design (ADD) 3.0 | Überblick
Vor dem Beginn der
eigentlichen
Architekturentwurfstätigkeit Entwurfsziele
Primäre funktionale Qualitätsattribut-
Randbedingungen Belange
Anforderungen szenarien
sollte Klarheit hinsichtlich
des übergeordneten Überprüfung der Eingaben 1
Entwurfsproblems bestehen
Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
Unter anderem: Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
1. Ist die Systemgrenze (Scope Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
des Systems) abgestimmt? Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
2. Ist die Einbettung des Eingabe- /Ausgabeartefakt
Softwarearchitekturentwurf
Systems in dessen Kontext Prozessschritt
vollständig bekannt?
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Das übergeordnete
Entwurfsproblem wird in
verschiedene Teilprobleme
Primäre funktionale Qualitätsattribut-
Entwurfsziele Randbedingungen Belange
unterteilt. („Teile und Anforderungen szenarien
herrsche“)
Überprüfung der Eingaben 1
Eine Iteration startet mit der Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
8 Verfeinern falls notwendig
Festlegung welches der Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Teilprobleme in der Iteration
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
adressiert wird.
Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
Beispielsweise:
Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
Entwurfsproblem der Iteration
Eingabe- /Ausgabeartefakt
1: Funktionale Dekomposition Softwarearchitekturentwurf
Prozessschritt
des Gesamtsystems in
Teilsysteme.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 20Attribute Driven Design (ADD) 3.0 | Überblick
Drei Arten von Entscheidungen,
um das Teilproblem zu
Primäre funktionale Qualitätsattribut-
adressieren: Entwurfsziele
Anforderungen szenarien
Randbedingungen Belange
1. Selektion von Teilen, die
dekomponiert werden Überprüfung der Eingaben 1
müssen. Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
2. Identifikation und Auswahl
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
existierender Lösungen, zur
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
Unterstützung der
Dekomposition. Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
3. Konstruktion von Elementen Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
der existierenden Lösung
Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
und Festlegung der
Eingabe- /Ausgabeartefakt
Verantwortlichkeiten und Softwarearchitekturentwurf
Prozessschritt
Schnittstellen.
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Der Architekturentwurf wird
verfeinert, i.d.R. gemeinsam mit Entwurfsziele
Primäre funktionale Qualitätsattribut-
Randbedingungen Belange
Anforderungen szenarien
den Aktivitäten in Schritt 5.
Überprüfung der Eingaben 1
Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
Merke:
Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
Dies ist keine vollumfängliche
Dokumentation der Architektur, Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
sondern lediglich Teilentwürfe Softwarearchitekturentwurf
Eingabe- /Ausgabeartefakt
Prozessschritt
bzw. skizzierte
Architekturlösungen.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 22Attribute Driven Design (ADD) 3.0 | Überblick
Entscheidungen bzgl. der
Architektur, die bis zu diesem Punkt
getroffen wurden, werden hier
zusammen mit den Fortschritten im Primäre funktionale Qualitätsattribut-
Entwurfsziele Randbedingungen Belange
übergeordneten Entwurfsprozess Anforderungen szenarien
analysiert und bewertet, um zu
Überprüfung der Eingaben 1
entscheiden, ob weitere
Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
Iterationsschritte notwendig sind.
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
Merke: Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
Durch die sukzessive Zerlegung von Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
Entwurfsproblemen in Teilprobleme
Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
können mehrere zunächst
Eingabe- /Ausgabeartefakt
unabhängige Entwurfsprozesse Softwarearchitekturentwurf
Prozessschritt
durchlaufen werden. Die Analyse
hier zieht auch den Fortschritt in
den anderen Entwurfsprozessen ein.
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Primäre funktionale Qualitätsattribut-
Entwurfsziele Randbedingungen Belange
Anforderungen szenarien
Das Ergebnis des Entwurfsprozesses
in Form eines Artefakts. Überprüfung der Eingaben 1
Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4
Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5
Merke: Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6
Dies ist keine umfassende und Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7
vollständige Dokumentation der Eingabe- /Ausgabeartefakt
Softwarearchitekturentwurf
Softwarearchitektur, sondern ein Prozessschritt
partieller Architekturentwurf.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 24Entwurfsentscheidungen im AAD Entwurfsprozess
Explizite Entwurfsentscheidungen:
Schritt 3: Selektion von
Entwurfsziele
Primäre funktionale
Anforderungen
Qualitätsattribut-
szenarien
Randbedingungen Belange Architekturelementen zur Dekomposition
Überprüfung der Eingaben 1
Schritt 4: Selektion von einem oder
Definition der Iterationsziele und Selektion der Eingaben, die in der Iteration berücksichtigt werden 2
mehreren Entwurfskonzepten, die die
Eingaben in der jeweiligen Iteration erfüllen
8 Verfeinern falls notwendig
Selektieren eines oder mehrere Systemelemente zur Dekomposition 3
Selektieren eines oder mehrere Entwurfskonzepte, die die Eingaben der Iteration erfüllen 4 Schritt 5: Instanziierung von
Instanziiere Architekturelemente, weise Verantwortlichkeiten zu und definiere die Schnittstellen 5 Architekturelementen, Zuordnung von
Skizzieren der relevanten Views und festhalten von Entwurfsentscheidungen 6 Verantwortlichkeiten und Definition der
Durchführen von Analysen des Architekturentwurfs und Review der Iterations- und Entwurfsziele 7 Schnittstellen
Eingabe- /Ausgabeartefakt
Softwarearchitekturentwurf
Prozessschritt
Merke:
Erfahrungsgemäß ist die Wahl adäquater
Entwurfskonzepte in Schritt 4 nicht trivial.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 25Entwurfskonzepte Erfahrungsgemäß kann ein Großteil der Teilprobleme, die in Iterationen des Entwurfsprozesses betrachtet werden, durch existierende Entwurfskonzepte adäquat gelöst werden: • Wiederverwendung von erprobten Entwurfskonzepten hat Vorzug! • Verhindert, dass das „Rad neu erfunden wird“ • Kreative Leistung bezieht sich auf die Adaption und Kombination existierender Entwurfskonzepte Kategorien von Entwurfskonzepten (mehr oder weniger abstrakt): • Referenzarchitekturen • Verteilungsmuster (Deployment Pattern) • Architekturstile/-muster • Entwurfsmuster • Taktiken • Markverfügbare Standardkomponenten und Frameworks („off-the-shelf“) Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 26
Selektionsleitplan
Beispiel: Neuentwicklung („Greenfield“) in wohlbekannter Anwendungsdomäne
Iterationsziel Entwurfskonzept
Referenzarchitektur Entwurfskonzept
Strukturierung des Systems
Verteilungsmuster
Standardkomponenten (Tiers)
Entwurfskonzept (optional)
Berücksichtigung der Architekturmuster
primären Funktionalen (Service-orientierte Architektur)
Anforderungen Standardkomponenten
(Standard-Services)
Architekturtaktiken Architekturmuster
Berücksichtigung von
Qualitätsattributszenarien
und zusätzlichen Belangen Verteilungsmuster Standardkomponenten
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 27Referenzarchitekturen
• Entwurfsproblem: Strukturierung des Softwaresystems und
Bezug zur Infrastruktur
• Begriff: Erprobte, mehr oder weniger abstrakte Architektur
für eine bestimmte Klasse von Softwaresystem
• Beispiele:
• Mobile Applikationen
• Rich-Client Applikationen
• Rich-Internet Applikationen
• Service Applikationen
• Web Applikationen
Quelle: Zen and the Art of Programming
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 28Verteilungsmuster („Deployment Pattern“)
• Entwurfsproblem: Verteilung der Software auf Hardwareressourcen
• Begriff: Erprobtes Entwurfswissen, wie das Softwaresystem auf Hardwareressourcen
verteilt (deployed) wird, um eine gewisses Qualitätsattribut zu erfüllen.
• Beispiele:
• Failover cluster (Qualität: Verfügbarkeit)
Failover Cluster | Quelle: Microsoft
• Load balanced cluster
• 2,3,4 und n-tier Verteilung
• Private / public cloud
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 29Standardkomponenten und /-frameworks
Ein Framework ist ein wiederverwendbares Softwareelement, das generische
Funktionalität bereitstellt und eine Lösungen für wiederkehrende Entwurfs- und
Implementierungsprobleme bietet
• z.B. Middleware, Frameworks
Beispiele aus dem Java-Ökosystem
Belange Framework Verwendung
Lokale Benutzungsschnittstelle Swing Vererbung
Web User Interface Java Server Faces (JSF) XML, Annotationen
Komponentenverbindung Spring XML, Annotationen
Security (Authentifizierung, …) Spring-Security XML, Annotationen
O-R-Mapping Hibernate XML, Annotationen
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 30Architekturtaktiken
• Taktiken sind eine Sammlung von Entwurfsprimitiven, die verwendet werden können,
um sicherzustellen, dass ein Artefakt (z.B. ein System) angemessen, zur Erreichung eines
individuellen Qualitätsattributes, reagiert.
• Solche Entwurfsprimitive werden als „Tactics“ (dt. Taktiken | Architekturtaktiken)
bezeichnet.
• Kategorien von Taktiken, z.B.:
• Verfügbarkeit
• Interoperabilität
• Performance
• Security
• Testbarkeit
• Benutzbarkeit
• …
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 31Architekturtaktiken
Weshalb sind Architekturtaktiken wichtig?
1. Architekturmuster und Entwurfsmuster können oft nicht 1-zu-1 eingesetzt werden, sondern
müssen angepasst werden. Taktiken helfen zu verstehen, welche Anpassungsoptionen
bestehen, um ein individuelles Qualitätsattribut zu erfüllen.
2. Falls keine Muster zur Realisierung der Entwurfsziele existieren, können zumindest
Entwurfsfragmente mittels Taktiken auf Basis erprobter Prinzipien konstruiert werden.
3. Es können mehrere Taktiken geeignet sein, um ein Qualitätsattribut eines Systems zu erfüllen
bzw. zu verbessern. Die Wahl einer konkreten Taktik hängt dann von verschiedenen Faktoren
ab, wie z.B. Abhängigkeiten zwischen Qualitätsattributen oder dem
Implementierungsaufwand.
4. Dies führt zu verfeinertem bzw. höher differenziertem wiederverwendbaren Entwurfswissen.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 32Architekturtaktiken am Beispiel „Verfügbarkeit“
Übergeordnetes Ziel der Verfügbarkeitstaktiken
Taktiken zur
Kontrolle der
Fehler („Fault“) Verfügbarkeit Fehlerwirkung vermieden
oder Fehler beseitig
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 33Architekturtaktiken am Beispiel „Verfügbarkeit“
Fehler („Fault“) Fehler maskiert
oder Fehler beseitig
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 34Architekturtaktiken am Beispiel „Performance“
Übergeordnetes Ziel der Performance
Taktiken zur
Kontrolle der
Ereignis Performance Reaktion innerhalb der
zeitlichen Randbedingungen
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 35Architekturtaktiken am Beispiel „Performance“
Ereignis Reaktion innerhalb der
zeitlichen Randbedingungen
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 36Architekturtaktiken am Beispiel „Security“
Übergeordnetes Ziel der Security
Taktiken zur
Kontrolle der
Angriff Security System detektiert,
widersteht Angriff
oder wiederhergestellt
nach Angriff
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 37Architekturtaktiken am Beispiel „Security“
Intrusion
Angriff System detektiert Angriff,
System widersteht Angriff
oder wiederhergestellt
nach Angriff
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 38Überblick: Exploration des Entwurfsraums
(Design Space Exploration)
Allen Lösungen gemein:
Einfacher Ansatz Architekturlösung 1 Abdeckung der 1) primären
QA 1 Entwurfskonzepte: EK1, EK7, …, EK42 funktionalen Anforderungen
(Kosten: 47 | Technisches Risiko: 7) und
QA 8 QA 2 2) Rahmenbedingungen;
Architekturlösung 2 Identische 3)
Entwurfskonzepte: EK2, EK7, .., EK39 Entwurfsziel und 4) Belange
(Kosten: 43 | Technisches Risiko: 8)
QA 7 QA 3
Architekturlösung 3
Entwurfskonzepte: EK3, EK8, …, EK41 Merke: Ergebnisse der
(Kosten: 52 | Technisches Risiko: 3) Design Space Exploration
QA 6 QA 4 Architekturlösung 4 können auch Grundlage für
Entwurfskonzepte: EK3, EK9, …, EK41 Korrelationsanalyse zwischen
QA 5 (Kosten: 50 | Technisches Risiko: 4) Entwurfskonzepten und
Qualitätsattributen sein.
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 39Überblick: Quality Functional Deployment
|Quantifizierte Entwurfsraumexploration
Stakeholder n n Stakeholder 1 Stakeholder 2 […]
H n+1
In Anlehnung an: Haig F. Krikorian, SEI-CMU
Concepts Priority Functional Dimension #1 (HW-SW-People) Functional Dimension # (n)
Stakeholder 1 Realization Realization Realization Realization Realization Realization
1 Alt #1 Alt # (:) Alt #(n) Alt #1 Alt # (:) Alt #(n)
Quelle: Haig F. Krikorian, SEI-CMU
Customer Import Arch Style Arch Style Req. #1 10 1 9 2
Requirements ance Variant (1) Variant (n) : : : :
Req. #(n) 3 3 1 4
Total Weight 19 93 20
32
Req #1 10 90 20
Implementation Difficulty (not 10 2
Req. #(:) : : :
considered in calc)
Req #(n) 9 3 12
Req A 5 H (6) (30) M (4) (20)
Realization Design - 1 -
Decision
Req B 6 L (3) (18) H (6) (36)
: Konsolidierung der verschiedenen „House of Quality“
Objective Target Values
QFD Yoki Akao: QFD-Quality Function Deployment.
Absolute Technical Importance 48 56
Verlag Moderne Industrie, Landsberg/Lech 1992.
Relative Technical Importance 2 1
QFD in der Entwurfsraumexploration Mary Shaw, David
QFD House of Quality Analyse für individuelle Stakeholder Garlan: Software Architecture: Perspectives on an
Schritt [Nummer ] Emerging Discipline; Prentice Hall, 1996
Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 40Zusammenfassung • Architekturentwurf ist ein systematischer Prozess, in dessen Verlauf vielerlei Entwurfsentscheidungen zu treffen sind, die die Architekturtreiber adäquat berücksichtigt. • Architekturtreiber sind gewisse Funktionale Anforderungen sowie Qualitätsattributanforderungen, Randbedingungen, Typ des Systems, die Entwurfsziele und Belange verschiedener Stakeholder. • Qualitätsattribute sind ein wesentlicher Architekturtreiber. Zur Konkretisierung und Objektivierung von Qualitätsattributanforderungen können Qualitätsattributszenarien eingesetzt werden. • „Attribute Driven Design“ (ADD) ist eine Methode zur systematischen Entwicklung einer adäquaten Softwarearchitektur auf Basis der Architekturtreiber des betrachteten Systems. • Idealerweise versucht der Software Architekt existierende Entwurfskonzepte wiederzuverwenden, wie z.B. Referenzarchitekturen, Verteilungsmuster, Architekturmuster, „Off-the-shelf“-Lösungen. • Architekturtaktiken sind Entwurfsprimitiven, die individuell für spezifische Qualitätsattribute erprobtes Wissen vorhalten, wie die zugehörige Qualität im System etabliert bzw. kontrolliert werden kann. • Kann ein Software Architekt für ein spezifische Entwurfsproblem nicht auf existierende Entwurfskonzepte zurückgreifen, helfen Taktiken bei der Konstruktion neuer Lösungen, die auf bewährten Prinzipien beruhen. Vorlesung: Softwarearchitektur | WS 2019/20 Universität Koblenz-Landau | Institut für Informatik | Thorsten Weyer 41
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