电力设备在线监测后台系统软件体系结构浅析

软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。 

1软件体系结构概述

    虽然软件体系结构已经在软件工程领域中有着广泛的应用，但迄今为止还没有一个被大家所公认的定义。许多专家学者从不同角度和不同侧面对软件体系结构进行了刻画，较为典型的定义有：

    （1）Dewayne Perry和A1ex Wo1f曾这样定义：软件体系结构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系结构的不同部分组组合连接起来。这一定义注重区分处理构件、数据构件和连接构件，这一方法在其他的定义和方法中基本上得到保持。 

    （2）Mary Shaw和David Garlan认为软件体系结构是软件设计过程中的一个层次，这一层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计。体系结构问题包括总体组织和全局控制、通讯协议、同步、数据存取，给设计元素分配特定功能，设计元素的组织，规模和性能，在各设计方案间进行选择等。软件体系结构处理算法与数据结构之上关于整体系统结构设计和描述方面的一些问题，如全局组织和全局控制结构、关于通讯、同步与数据存取的协议，设计构件功能定义，物理分布与合成，设计方案的选择、评估与实现等。 

    （3）Kruchten指出，软件体系结构有四个角度，它们从不同方面对系统进行描述：概念角度描述系统的主要构件及它们之间的关系；模块角度包含功能分解与层次结构；运行角度描述了一个系统的动态结构；代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织。

    （4）Hayes Roth则认为软件体系结构是一个抽象的系统规范，主要包括用其行为来描述的功能构件和构件之间的相互连接、接口和关系。

    总之，软件体系结构的研究正在发展，软件体系结构的定义也必然随之完善。在以后的文章里，如果不特别指出，我们将使用软件体系结构的下列定义：

    软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。软件体系结构不仅指定了系统的组织结构和拓扑结构，并且显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，提供了一些设计决策的基本原理。

2几种主要的和经典的体系结构风格

2.1C2风格

    C2体系结构风格可以概括为：通过连接件绑定在一起的按照一组规则运作的并行构件网络。

    C2风格是最常用的一种软件体系结构风格。C2风格具有以下特点：

    （1）系统中的构件可实现应用需求，并能将任意复杂度的功能封装在一起；

    （2）所有构件之间的通讯是通过以连接件为中介的异步消息交换机制来实现的；

    （3）构件相对，构件之间依赖性较少。系统中不存在某些构件将在同一地址空间内执行，或某些构件共享特定控制线程之类的相关性假设。

2.2管道/过滤器风格

    在管道/过滤器风格的软件体系结构中，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。因此，这里的构件被称为过滤器，这种风格的连接件就象是数据流传输的管道，将一个过滤器的输出传到另一过滤器的输入。此风格特别重要的过滤器必须是的实体，它不能与其它的过滤器共享数据，而且一个过滤器不知道它上游和下游的标识。一个管道/过滤器网络输出的正确性并不依赖于过滤器进行增量计算过程的顺序。

2.3数据抽象和面向对象风格

    抽象数据类型概念对软件系统有着重要作用，目前软件界已普遍转向使用面向对象系统。这种风格建立在数据抽象和面向对象的基础上，数据的表示方法和它们的相应操作封装在一个抽象数据类型或对象中。这种风格的构件是对象，或者说是抽象数据类型的实例。对象是一种被称作管理者的构件，因为它负责保持资源的完整性。对象是通过函数和过程的调用来交互的。

2.4基于事件的隐式调用风格

    基于事件的隐式调用风格的思想是构件不直接调用一个过程，而是触发或广播一个或多个事件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册，当一个事件被触发，系统自动调用在这个事件中注册的所有过程，这样，一个事件的触发就导致了另一模块中的过程的调用。

2.5层次系统风格

    层次系统组织成一个层次结构，每一层为上层服务，并作为下层客户。在一些层次系统中，除了一些精心挑选的输出函数外，内部的层只对相邻的层可见。这样的系统中构件在一些层实现了虚拟机（在另一些层次系统中层是部分不透明的）。

2.6仓库风格

    在仓库风格中，有两种不同的构件：数据结构说明当前状态，构件在数据存贮上执行，仓库与外构件间的相互作用在系统中会有大的变化。

几种新型软件体系结构

    随着计算机网络技术和软件技术的发展，软件体系结构和模式也在不断地发生变化，本文将介绍几种新型的软件体系结构。

3C/S与B/S混合软件体系结构

    B/S与C/S混合软件体系结构是一种典型的异构体系结构。

    B/S软件体系结构，即Browser/Server （浏览器/服务器）结构，是随着Internet技术的兴起，对C/S体系结构的一种变化或者改进的结构。在B/S体系结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现。

    B/S体系结构主要是利用不断成熟的WWW浏览器技术，结合浏览器的多种脚本语言，用通用浏览器就实现了原来需要复杂的专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件体系结构。基于B/S体系结构的软件，系统安装、修改和维护全在服务器端解决。用户在使用系统时，仅仅需要一个浏览器就可运行全部的模块，真正达到了"零客户端"的功能，很容易在运行时自动升级。B/S体系结构还提供了异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一服务的最现实的开放性基础。

    但是，与C/S体系结构相比，B/S体系结构也有许多不足之处，例如:

    （1）B/S体系结构缺乏对动态页面的支持能力，没有集成有效的数据库处理功能。

    （2）B/S体系结构的系统扩展能力差，安全性难以控制。

    （3）采用B/S体系结构的应用系统，在数据查询等响应速度上，要远远地低于C/S体系结构。

    （4）B/S体系结构的数据提交一般以页面为单位，数据的动态交互性不强，不利于在线事务处理（OLTP）应用。

    从上面的对比分析中，我们可以看出，传统的C/S体系结构并非一无是处，而新兴的B/S体系结构也并非十全十美。由于C/S体系结构根深蒂固，技术成熟，原来的很多软件系统都是建立在C/S体系结构基础上的，因此，B/S体系结构要想在软件开发中起主导作用，要走的路还很长。我们认为，C/S体系结构与B/S体系结构还将长期共存。

    我们在实现BF1001变电站设备状态信息管理系统解决方案中，就使用了C/S与B/S混合软件体系结构的方式，其结构如图1所示。

图1 C/S与B/S混合软件体系结构

    变电站内部用户通过局域网直接访问数据库服务器，外部用户（包括县调、地调和省局的用户及普通Internet用户）通过Internet访问Web服务器，再通过Web服务器访问数据库服务器。该解决方案把B/S和C/S这两种软件体系结构进行了有机的结合，扬长避短，有效地发挥了各自的优势。同时，因外部用户只需一台接入Internet的计算机，就可以通过Internet查询运行生产管理情况，无须做太大的投入和复杂的设置。这样也方便所属电业局及时了解各变电站所的运行生产情况，对各变电站的运行生产进行宏观。

    C/S与B/S混合软件体系结构的优点是外部用户不直接访问数据库服务器，能保证企业数据库的相对安全。企业内部用户的交互性较强，数据查询和修改的响应速度较快。 

    C/S与B/S混合软件体系结构的缺点是企业外部用户修改和维护数据时，速度较慢，较烦琐，数据的动态交互性不强。