Softwarearchitektur und Softwarebauelemente - Prof. Dr. Erika Horn Institut für Informatik Professur Software Engineering - SOFTARCH
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Software
Engineering
Softwarearchitektur und
Softwarebauelemente
Prof. Dr. Erika Horn
Institut für Informatik
Professur Software EngineeringInhalt der Vorlesung
1 Die Probleme komplexer technischer Produkte
2 Software als technisches Produkt
3 Softwarearchitektur und Softwarebauelemente
4 Mensch und Software
5 Software Engineering - eine Ingenieurdisziplin
21 Die Probleme komplexer technischer Produkte
Viele Komponenten
31 Die Probleme komplexer technischer Produkte
Viele Komponenten
Technische Probleme Managementprobleme
Mensch und technisches Produkt
4Technische Probleme
Viele
VieleKomponenten
Komponenten und Beziehungen Teilefertigung und Zulieferung
Komplexe Produktkonstruktion, Festlegung und Einhaltung
-planung und Fertigung von Standards
5Managementprobleme
Viele Komponenten
Arbeitsteilung und Teambildung Arbeitsplanung und Koordination
Qualitätssicherung Logistik
6Mensch und technisches Produkt
Viele Komponenten
Produktergonomie Marketing
Mode und Esthetik Preis/Leistung
72 Software als technisches Produkt
Anwendungsbeispiel
Kreditangebotssuche
Bank A - Hausbank
Bank B
Sicherheits-DB Kunden-DB Produkte-DB
Produkte -DB
Bank C
Produkte-DB
.
. Rechnernetz
. DB-Datenbank
➣ Spezielle kundenspezifische Angaben zur Kreditsuche
➣ Befragung der Hausbank und anderer Banken
➣ Bewertung der eingegangenen Angebote nach Kriterien
➣ Verhandlung mit einer Bank über deren Angebot
8Software Software ist eine Menge von Programmen, Daten und zugehörigen Dokumentationen. Software macht ein Rechnersystem für die Lösung einer Klasse von Anwendungsproblemen nutzbar. Eigenschaften von Software als technisches Produkt ½ Software ist abstrakt (Zugang nur über Dokumentation und Modelle). ½ Software - dominierender Anteil an schöpferischer Arbeit. ½ Software ist extrem komplex. Die Komplexität ist schwer durchschaubar. ½ Software ist "weich", d.h. vermeintlich leicht änderbar. ½ Software altert nicht physisch und verschleißt nicht. ½ Software hat wie andere technische Produkte auch eine Teilsystem- bzw. Bauelementestruktur. 9
Softwareprodukt
½ System von Teilsystemen und Bauelementen, die miteinander in
Beziehung stehen
½ Entwicklungs-, Verkaufs-, Wartungspaket
½ Spezifische Qualitätsmerkmale
Kosten-
anteil %
100
80 Hardware
60
40
Software
20
Jahr
1955 1970 1990 2000
10Softwareprodukt aus Sicht der Entwicklung und Wartung
Teamleiter
Teilsystem k
Teilsystem 2
B11
B21
... B12 B13
B1n B22 B13 ...
B14 B15 B2m
B24
Gruppek
Teilsystem 1
Gruppe2
B31
B32 B3n
... Benutzungs-
beziehungen
B33 B34
Gruppe1 113 Softwarearchitektur und Softwarebauelemente
Bauelemente - Softwarebauelemente
Softwarebauelemente sind Komponenten, die aus Sicht des Produktauf-
baus und der Konstruktion und Fertigung nicht weiter in Teile zerlegt
werden.
Architektur - Softwarearchitektur
Eine Architektur beschreibt, aus welchen Komponenten ein technisches
Produkt besteht und welche Verbindungen zwischen ihnen existieren.
12Softwarebauelement
½ Einheit der Fertigung (Entwerfen, Programmieren, Testen)
½ Einheit der Wiederverwendung
Nutzung in einem anderen Kontext, als in dem der Entwicklung
½ Einheit der Abstraktion
Der Entwickler eines Bauelements kennt den inneren Aufbau.
Der Nutzer kennt nur die für die Benutzung relevanten Merkmale.
½ Der Nutzer des Bauelements muss davon ausgehen, dass das Bauelement
zuverlässig ist und seine Funktionsweise garantiert wird (Qualitätsgarantie).
½ Ein Softwarebauelement hat eine Schnittstelle (Interface), die sein äußeres
Verhalten beschreibt. Die Kenntnis der Schnittstelle ist für die Benutzung
ausreichend.
13Softwarebauelement
Interface
Abstraktion Konkretisierung
Implemen-
tation
14Datumsmodul
unit mdatum;
interface
type TTag = 1..31;
TMonat = 1..12;
TJahr = 0..99;
TDatum = record
Tag: TTag;
Monat: TMonat;
Jahr: TJahr;
end;
procedure InitDatum(var pdat: TDatum; pta: TTag;
pmon: TMonat; pja: TJahr);
(*Initialisiert ein Datum, prüft Zulässigkeit der Werte*)
function Gleich(pdat1, pdat2: TDatum): boolean;
(*Überprüft die Datumsgleichheit, liefert true bei Gleichheit*)
function LiefereTag(pdat: TDatum): TTag;
(*Liefert den Tag des Datums*)
function LiefereMonat (pdat: TDatum): TMonat;
(*Liefert den Monat des Datums*)
...
implementation
...
end. 15Bauelementearten
Bauelementearten
Lokale Verarbeitung Verteilte Verarbeitung
Moduln Objekte Verteilte Objekte Verteilter Code Mobiler Code
Lokale Verarbeitung
Erzeugung der Bauelemente und Bauelementestrukturen auf einem lokalen Rechner
(Separate Compilation der Bauelemente, Linken, Laden).
Verteilte Verarbeitung
Erzeugung der Bauelemente auf verschiedenen Rechnern und heterogenen Plattformen.
Beziehungen zwischen Bauelementen werden über Rechnergrenzen hinweg realisiert.
16Architektur
Architektur in der Baukunst
• Bauelemente (Wände, Decken, Fenster,
Türen, u.a.)
• Verbindungsmittel
- konstruktiv (Schrauben, Nägel, Anker, u.a.)
- nicht konstruktiv (Verschweißen, Verkleben)
Gebäudetypen (Wohnhäuser, Hotels, Flughäfen,
A. Zendler u.a.)
Architekturstile
• Antike: Griechischer Tempel
• Romanik: Französische Kapelle
• Moderne: Rathaus von Toronto
17Softwarearchitekturarten
➣ Schichtenarchitektur
➣ Pipe-Filter-Architektur
➣ Client-Server-Architektur
➣ Objektorientierte Architektur
➣ Agentenarchitektur
18Objektorientierte Architektur
Aufbau einer Klasse Beziehungen zwischen Klassen
class
class Interface
½ Vererbungsbeziehungen ( )
½ Benutztbeziehungen ( )
½ Teil_von_Beziehung ( )
class implementation
½ Semantische Relation ( relator )
½ Instantiierungsbeziehung ( )
½ Nachrichtenaustauschbeziehung
( message )
class definiert einen Typ
19Objektorientierte Struktur
Rolle
hat_rolle
Personengruppe Person
Datum
Fußballteam Torhüter
EnergieCottbus
Klasse Instanz
20Schichtenarchitektur
Präsentation
Steuerung
Basismaschinenanpassung
Allgemeine Funktionen
Applikation
...
Applikation
Datenverwaltung
Datenhaltung
...
...
Datenhaltung
21Verteilte Objekte
Verteilte Objekte werden häufig als Komponenten (Component) bezeichnet. Sie können
in einem Rechnernetz verteil erzeugt werden. Auf Basis verteilter Objekte können
Client/Server-Architekturen hergestellt werden.
Server
Ein Server ist ein Diensteanbieter. Ein Dienst ist eine Menge von Funktionen.
Server können auf verteilten Rechnern installiert werden.
Client
Ein Client ist ein Dienstenutzer. Clients können ebenfalls im Rechnernetz verteilt sein.
Middleware
Die Beziehungen zwischen Client und Server vermittelt eine Middleware.
CORBA - Common Object Request Broker Architecture
22Grundstruktur einer Komponente
Component Interface (geschrieben in IDL)
I1 I2 I3
Abbildung
Interfaceteil der Componentimplementation
Componentimplementation Herkömmliches Software-
bauelement in einer
unterstützten Sprache
(Abbildungsvorschrift)
Implementationsteil der
Componentimplementation
Interface Definition Language (IDL) ist die Komponentensprache
23Client/Server-Architektur des Anwendungsbeispiels
Kreditsuch- Kreditsuch-
Client Client
...
Kreditangebots- Kreditangebots-
Server Server
Sicherheits- Kunden- Produkt- Produkt- Produkt-
Server Server
... Server
Server Server
...
Sicherheits-DB Kunden-DB Produkte-DB Produkte-DB Produkte-DB
CORBA Bank A - Hausbank Bank B Bank C
24Verteilter Code am Beispiel Java
½ Allgemeiner Klassenaufbau wie bei der objektorientierten Programmierung
½ Anderes Verarbeitungsmodell
Õ Lokale Compilation
Aus dem Programmcode einer Java-Klasse wird ein Bytecode in einem
definierten Format erzeugt und lokal gespeichert.
Õ Verteilte Verarbeitung
Bei der Abarbeitung eines Java-Programmes auf einem Rechner
(main()-Routine) wird der Bytecode der benutzten Klassen gegebenenfalls
auf den Verarbeitungsrechner während der Laufzeit nachgeladen.
Õ Lokale Interpretation
Die Interpretation des Bytecodes erfolgt auf dem lokalen Verarbeitungsrechner.
25Grundidee des Verarbeitungsmodells von Java
class2
class1 class3
...
Rechnernetz
main() classx
... classn
class1;
classn;
classx;
...
nachladen Rechner Bytecode
26Mobiler Code
Die Grundidee des Bauelementetyps Mobiler Code basiert auf Softwareagenten.
Softwareagent
Ein Softwareagent ist ein Computerprogramm mit folgenden Eigenschaften:
½ Ein Agent kann autonom und zielgerichtet im Namen einer Person
oder Organisation (Autorität-Authority) arbeitet.
½ Ein Agent hat ein eigenes Ausführungsprofil.
½ Ein Agent kann während seines Lebenszyklusses Aufgaben auf
eigene Initiative und in Kooperation mit anderen Agenten ausführen.
½ Ein Agent hat eine Eigenschaft, die festlegt, wer zu seiner Benutzung
autorisiert ist.
½ Ein Agent kann mobil sein, d.h. seinen Ausführungsort ändern.
Softwareagentensystem
Ein Softwareagentensystem besteht aus miteinander kommunizierenden Agenten.
Agenten kommunizieren über Konnektoren.
27Agentenarchitektur
Kreditberatungs-
assistent
Informations-
manager Mobile Agenten
Identifikation Kreditangebots- Kreditangebots-
Authentisierung suche suche
DB-Agent DB-Agent DB-Agent DB-Agent DB-Agent
Sicherheits-DB Kunden-DB Produkte-DB Produkte-DB Produkte-DB
Bank A - Hausbank Bank B Bank C 284 Mensch und Software
➣ Produkte sind zweckmäßig!
➣ Produkte entsprechen den technischen Möglichkeiten
(Material, Werkzeuge)!
➣ Produkte entsprechen dem Zeitgeschmack!
➣ Produkte sind menschangepasst!
29Mensch und Architektur
Architekturstile
Antike: Griechischer
Tempel
Romanik: Französische
Kapelle
Moderne: Rathaus von
Toronto
30Mensch und Auto
1961 1975 2000
31Mensch und Software
➣ Entwicklung von Benutzerschnittstellen - von der Kommandozeile
zur multimedialen Kommunikation
➣ Software bildet menschliche Organisationsstrukturen nach
➣ Software ist ein intelligenter Kommunikationspartner
32Benutzerschnittstellen
WordPerfect 5.1 - 1988
textorientierte Oberfläche, 80*25 Zeichen
Trennung Text-Bereich - Steuerzeichen-Bereich
Steuerzeichen für Textstile, Fonts, Zeilenumbrüche, Fußnoten, Verzeichnisse, Abbildungen, ...
Menüzeile normalerweise ausgeblendet
schnelle Bedienung komplett über Funktionstasten
Statuszeile mit Dateiname und Position im Text
Druckseitenvorschau extra aufrufen (Shift+F7, 6)
33Benutzerschnittstellen
Winword 6.0 - 1993
34Benutzerschnittstellen
Winword 97 - 1997
35Paradigmenwechsel in der Mensch-Maschine-Interaktion
/a# dmesg | grep "Memory"
MI WIMP IPUI
- Manuelle Eingabe unter - Windows - Intelligent
- Wissen über Befehlsumfang - Icons - Perceptual
- Wissen über Softwaresysteme - Menus - User Interface
- Pointers
Manuelle Eingabe Benutzerassistenz Wahrnehmungsvermögen
365 Software Engineering - eine Ingenieurdisziplin
➣ komplexe Softwareprodukte (Millionen von Codezeilen)
➣ arbeitsteilige Entwicklung, Fertigung, Anwendung (Tausende von
Menschen)
➣ menschangepasste (ergonomische) Gestaltung von Software
➣ hohe Qualität (Langlebigkeit, Zuverlässigkeit, Vertrauenswürdigkeit,...)
➣ umfassende Kommunikation, Kooperation, Verantwortungsteilung
37Großer Mangel an ausgebildeten Softwareingenieuren
Software Engineering ist interdisziplinär
andere
Ingenieurdisziplinen
Informatik •Elektrotechnik
•Konstruktions-
lehre
Software
Software ...
Engineering
Engineering
Mathematik Arbeits-
wissenschaften
38Eigene Studiengänge "Software Engineering"
Internationaler Standard - Software Engineering Body of Knowledge
(SWEBOK) http://www.swebok/org
International evaluierte Studiengänge mit Qualitätskontrolle
Ingenieurausbildung an Universitäten und in Unternehmen
Ingenieur im Praktikum
Initiale Ausbildung Projektarbeit Berufspraktikum Professionelle Entwicklung
Kontinuierliche Weiterbildung
Unternehmen
Universität
396 Abschlussbemerkungen
Lehrveranstaltungen des Teams Schwerpunktthemen des
Softwareengineering Softwareengineering
Grundlagen der
Softwareentwicklung
Softwarebauelement und
Softwarekonstruktion Bauelementestrukturen
Softwareprojekt
Arbeitsteilige
Softwareagenten Softwareentwicklung
Softwaresicherheit
Management bei der
Softwaremanagement Softwareentwicklung
Techniken und Werkzeuge
der Softwareentwicklung
40(1'(
Software
Engineering
Folien: http://www.cs.uni-potsdam.de/soft/lehre/courses/ws00_01/softarch_l.pdf
email: ehorn@soft.cs.uni-potsdam.de
Softwareengineering-Team
Haus 2, 1. Etage
Erika Horn Wolfgang Schubert Thomas Reinke
Horst Voigt Dirk Glöde Wolfgang Jansen
und viele Studenten
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