Introducción a la Arquitectura de Software



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Introducción a la Arquitectura de Software

  • Carlos Reynoso UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
  • Billyreyno@hotmail.com

Temario

  • Contexto
  • Estereotipos
  • Antecedentes históricos
  • Definición
  • Corrientes principales
  • Conceptos fundamentales
  • Estilos arquitectónicos
  • Lenguajes de Descripción Arquitectónica (ADLs)
  • Métodos clásicos, arquitectónicos y ágiles
  • Situación & Roadmap
  • http://www.microsoft.com/spanish/msdn/arquitectura
  • Paper

Contexto

  • Los 3 grandes temas de ingeniería de software
    • Patrones
      • Design patterns (GoF) - 1995
        • Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson y John Vlissides
      • Architectural patterns (POSA) - 1996
        • Frank Buschmann, Regine Meunier, Hans Rohnert, Peter Sommerlad y Michael Stal
      • Organizational patterns (Coplien)
    • Arquitectura de Software
    • Métodos heterodoxos (eXtreme Programming, Scrum, Evo, FDD, DSDM, RUP, AM, Crystal, LD, ASD…)
  • Otros:
    • Refactorización (Fowler)
    • AOP..

Estereotipos

  • Arquitectura como normativa madura
  • Herramientas de diseño arquitectónico
  • Lenguajes arquitectónicos iguales en la academia y la industria
  • UML como lenguaje formal de modelado
  • Arquitectura vinculada con ingeniería & ciclo de vida
  • Arquitectura vinculada a metodología (RUP)
  • La AS tiene que ver con modelado OO
  • Hay vínculo “natural” entre requerimientos (casos de uso) y clases
  • Las herramientas arquitectónicas generan el código de la aplicación

Antecedentes históricos

  • Edsger Dijkstra, 1968
    • Ciencias de la computación como rama aplicada de las matemáticas
    • Niveles de abstracción
  • NATO, 1969
    • P. I. Sharp, “Arquitectura de software”
  • Fred Brooks, 1975 – MMM
    • Arquitectura como interfaz usuario
  • David Parnas
    • 1972: Módulos – Ocultamiento de información
    • 1974: Estructuras de software
    • 1976: Familias de programas (Árbol de decisión)

Antecedentes históricos

  • Dewayne Perry, Alexander Wolf – 1992
    • “Foundations for the study of software architecture”
    • “La década de 1990, creemos, será la década de la arquitectura de software. Usamos el término “arquitectura” en contraste con “diseño”, para evocar nociones de codificación, de abstracción, de estándares, de entrenamiento formal (de los arquitectos de software) y de estilo.  Es tiempo de re-examinar el papel de la arquitectura de software en el contexto más amplio del proceso de software y de su administración, así como señalar las nuevas técnicas que han sido adoptadas”.
  • Escuela de Carnegie Mellon (CMU-SEI)
  • Bibl…

Definición

  • http://www.sei.cmu.edu/architecture/definitions.html
    • (1) Proceso dentro del ciclo de vida, (2) Topología, (3) Disciplina.
  • Arquitectura - IEEE 1471-2000:
    • La Arquitectura de Software es la organización fundamental de un sistema encarnada en sus componentes, las relaciones entre ellos y el ambiente y los principios que orientan su diseño y evolución.
  • Ingeniería - IEEE 610.12.1990:
    • La aplicación de una estrategia sistemática, disciplinada y cuantificable al desarrollo, aplicación y mantenimiento del software; esto es, la aplicación de la ingeniería al software.

Otras definiciones

  • Clements, 1996:
    • La AS es, a grandes rasgos, una vista del sistema que incluye los componentes principales del mismo, la conducta de esos componentes según se la percibe desde el resto del sistema y las formas en que los componentes interactúan y se coordinan para alcanzar la misión del sistema. La vista arquitectónica es una vista abstracta, aportando el más alto nivel de comprensión y la supresión o diferimiento del detalle inherente a la mayor parte de las abstracciones.
    • * Vista - * Componente

Corrientes principales

  • Arquitectura como etapa de la ingeniería de software orientada a objetos
    • James Rumbaugh, Grady Booch, Ivar Jacobson (“los 3 amigos”), Craig Larman…
  • Arquitectura estructural – SEI
    • Garlan, Shaw, Clements
    • Variantes con modelos de datos (Medvidovic), variantes radicales, formales (Moriconi-SRI), etc
  • Arquitectura basada en patrones – SEI
  • Arquitectura procesual
    • Kazman, Bass (SEI)

Vistas

  • 1977, análisis estructurado (Douglas Ross)
    • Separación de incumbencias
    • Habitualmente 2 (funcional y de datos – ninguna aparece en AS)
  • La AS clásica no habla de vistas
    • Se basa en vista única e implícita, de carácter estructural
    • Muchos arquitectos evitan hablar de vistas
    • Cuando las vistas proliferan, se requieren lenguajes formales específicos para cada clase de vista
    • Las vistas son una abstracción conveniente, pero su abundancia involucra problemas de sincronización
  • Lista corta (3 a 6) – Lista larga (8 o 9…)
  • Viewpoints’96

Conceptos fundamentales Vistas & frameworks

Vistas de UML…

Vistas de UML…

  • Vistas y puntos de vista no están homogeneizados en textos y autores
  • Cuando los “3” hablan de AS, las vistas no se refieren a viewpoints o concerns, sino a niveles de abstracción
  • Definición diferente de “arquitectura”

Estilos Arquitectónicos

  • Perry & Wolf, 1992
  • Rumbaugh & al 1991
    • (1) transformaciones en lote, (2) transformaciones continuas, (3) interfaz interactiva, (4) simulación dinámica de objetos del mundo real, (5) sistemas de tiempo real, (6) administrador de transacciones con almacenamiento y actualización de datos
    • Pero: “estilos arquitectónicos”, “arquitecturas comunes”, “marcos de referencia arquitectónicos prototípicos”, “formas comunes”, “clases de sistemas”
  • Incluyen:
        • Componentes
        • Conectores
        • Estructuras (topologías)
        • Restricciones (constraints)
  • Estilos
  • Flujo de datos
    • Secuencial en lotes
    • Red de flujo de datos (tuberías & filtros)
    • Bucle de control cerrado
  • Llamada y Retorno
    • Programa principal / subrutinas
    • Ocultamiento de información (ADT, objeto, cliente/servidor elemental)
  • Procesos interactivos
    • Procesos comunicantes
    • Sistemas de eventos (invocación implícita, eventos puros)
  • Repositorio Orientado a Datos
    • Bases de datos transaccionales (cliente/servidor genuino)
    • Pizarra
    • Compilador moderno
  • Datos Compartidos
    • Documentos compuestos
    • Hipertexto
    • Fortran COMMON
    • Procesos LW
  • Jerárquicos
  • - En capas (intérpretes)

Tubería y filtros

  • Pizarra

Modelo-Vista-Controlador

Arquitectura en Capas

Máquina virtual

Modelo REST

Estilos

  • Presentación específica el segundo cuatrimestre
  • Documento sobre Estilos Arquitectónicos
  • Billyr@microsoft.com.ar
  • http://www.microsoft.com/spanish/msdn/arquitectura
  • Estilos…

Estilos y patrones

  • POSA 96, Shaw 96
  • Patrones: Christopher Alexander 1977
    • Elementos que se repiten
      • Como un elemento en el mundo, cada patrón es una relación entre cierto contexto, cierto sistema de fuerzas que ocurre repetidas veces en ese contexto y cierta configuración espacial que permite que esas fuerzas se resuelvan. Como un elemento de lenguaje, un patrón es una instrucción que muestra la forma en que esta configuración espacial puede usarse, una y otra vez, para resolver ese sistema de fuerzas, donde quiera que el contexto la torne relevante
      • El patrón es, en suma, al mismo tiempo una cosa que pasa en el mundo y la regla que nos dice cómo crear esa cosa y cuándo debemos crearla. Es tanto un proceso como una cosa; tanto una descripción de una cosa que está viva como una descripción del proceso que generará esa cosa.
  • Comentario
  • Problemas
  • Soluciones
  • Fase de Desarrollo
  • Patrones de Arquitectura
  • Relacionados a la interacción de objetos dentro o entre niveles arquitectónicos
  • Patrones de llamadas entre objetos (similar a los patrones de diseño), decisiones y criterios arquitectónicos, empaquetado de funcionalidad
  • Diseño inicial
  • Patrones de Diseño
  • Conceptos de ciencia de computación en general, independiente de aplicación
  • Claridad de diseño, multiplicación de clases, adaptabilidad a requerimientos cambiantes, etc
  • Comportamiento de factoría, Clase-Responsabilidad-Contrato (CRC)
  • Patrones de Análisis
  • Usualmente específicos de aplicación o industria
  • Modelado del dominio, completitud, integración y equilibrio de objetivos múltiples, planeamiento para capacidades adicionales comunes
  • Modelos de dominio, conocimiento sobre lo que habrá de incluirse (p. ej. logging & reinicio)
  • Análisis
  • Patrones de Proceso o de Organización
  • Desarrollo o procesos de administración de proyectos, o técnicas, o estructuras de organización
  • Armado de equipo, ciclo de vida del software, asignación de roles, prescripciones de comunicación
  • Planeamiento
  • Idiomas
  • Estándares de codificación y proyecto
  • Operaciones comunes bien conocidas en un nuevo ambiente, o a través de un grupo. Legibilidad, predictibilidad.
  • Implementación, Mantemimiento, Despliegue

Lenguajes de Descripción Arquitectónica (ADLs)

  • Lenguajes para el modelado, la descripción y (eventualmente) la prueba de la arquitectura
  • Presentación específica el segundo cuatrimestre…
  • ADLs

Métodos Clásicos, Arquitectónicos y Ágiles

Manifesto ágil (2001)

  • Estamos poniendo al descubierto formas mejores de desarrollo de software, haciéndolo y ayudando a otros a que lo hagan. A través de este trabajo hemos llegado a valorar:
  • Los individuos y la interacción por encima de los procesos y herramientas.
  • El software que funciona por encima de la documentación abarcadora.
  • La colaboración con el cliente por encima de la negociación contractual.
  • La respuesta al cambio por encima del seguimiento de un plan.
  • Aunque hay valor en los elementos a la derecha, valorizamos más los de la izquierda.
  • Documento…

Campos de AS

  • Fundamentos formales de la AS (bases matemáticas, caracterizaciones formales de propiedades extra-funcionales tales como mantenibilidad, teorías de la interconexión, etc).
  • Técnicas de análisis arquitectónicas
  • Métodos de desarrollo basados en arquitectura
  • Recuperación y reutilización de arquitectura
  • Codificación y guía arquitectónica
  • Herramientas y ambientes de diseño arquitectónico
  • Estudios de casos

Situación

Problemas de AS

  • Falta de criterio unificado
  • Desarrollo en paralelo de conceptos antagónicos o no coordinados
  • Poca masa crítica de herramientas y lenguajes de modelado arquitectónico (de alto nivel, con conectores de primera clase)

Beneficios

  • Decisiones tempranas
  • Análisis de consistencia
  • Análisis de tradeoff antes de escribir código
    • Mary Shaw y David Garlan [1996] comparan una misma solución de indexación de palabras claves en cuatro estilos diferentes (datos compartidos, tubería y filtro, tipos abstractos de datos e invocación implícita). El modelo permite estimar relaciones de dependencia, modularidad, refinamiento, reutilización, ventajas y desventajas de cada arquitectura antes de escribir una sola línea de código; demuestra también de qué manera los diferentes estilos definen tácticas específicas de descomposición funcional y establecen la pauta que habrá de seguirse en el desarrollo. Finalmente, SG aplican diversas tablas de comparación de atributos, en un ejercicio de evaluación de decisiones estilísticas que se ha convertido en un modelo en su género
  • Re-utilización

Oportunidades de carrera -Programación .NET -Arquitectura de Software .NET

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