Architettura SW Definizione e Notazioni

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1 Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Corso di Ingegneria del Software A. A Stili Architetturali E. TINELLI

2 Architettura SW Definizione e Notazioni Definizione ANSI/IEEE Std Std L organizzazione basilare di di un un sistema, rappresentato dalle dalle sue sue componenti, c dalle dalle relazioni che che esistono tra tra di di loro loro e con con l ambiente l circostante, e dai dai principi che che governano la la sua sua progettazione e evoluzione I sistemi più grandi sono eterogenei e non seguono un singolo stile uno stile è dominante Gli elementi architetturali (descritti generalmente come rettangoli) non sono mai degli oggetti sono piuttosto dei macro-oggetti caratterizzati da: un nome/riferimento un interfaccia pubblica (che descrive i servizi che offre) un implementazione privata E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

3 Pattern Architetturale Uno stile (o pattern) architetturale esprime una schema per l organizzazione strutturale fondamentale di sistemi software Descrive il modello organizzativo strutturale di un sistema software in termini di: 1) sottosistemi e loro responsabilità; 2) linee guida per organizzare le relazioni tra tali sotto sistemi. Ciascun pattern architetturale può essere descritto in termini di contesto applicativo, soluzione proposta, discussione dei punti di forza e svantaggi. N.B. - I pattern SW non sono tra loro indipendenti alcuni sono alternativi, altri sinergici utile ragionare anche sulle relazioni tra pattern Un pattern language (linguaggio di pattern) è una famiglia di pattern correlati che risultano specifici per la progettazione di certi tipi di sistemi o per certi tipi di requisiti E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

4 Un possibile catalogo di Pattern dal fango alla struttura per sostenere una decomposizione controllata del sistema complessivo (decomposizione di un sistema in sottosistemi) Layers, Pipes-and-Filters, Blackboard, Shared Repository, Database Access Layers (DAL), Domain Object sistemi distribuiti per fornire un infrastruttura per applicazioni distribuite Client-server, Broker sistemi interattivi per strutturare sistemi software che prevedono un interazione uomomacchina Model-View-Controller (MVC), Boundary-Control-Entity (BCE), BCE- DbInterface (BCED) sistemi adattabili per sostenere l adattamento del sistema a fronte dell evoluzione della tecnologia e/o dei requisiti funzionali Reflection, Microkernel E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

5 Layers Si applica a grandi sistemi che si occupano della gestione di diversi aspetti e richiedono modificabilità e portabilità Partiziona il sistema in una gerarchia di strati verticali: Ogni strato ha una responsabilità distinta e specifica Uno strato può comunicare solo con lo strato sottostante uno strato fornisce servizi allo strato superiore e richiede servizi allo strato inferiore Uno strato potrebbe essere: Un modulo la comunicazione tra strati avviene come chiamate di procedure (locali) Un processo - la comunicazione tra strati avviene utilizzando protocolli e formati specifici (es. RPC, RMI, ecc) Diversi criteri di partizionamento: Astrazione (presentazione, logica applicativa, dati persistenti); Granularità (processi, servizi, moduli); Distanza dall HW; Tasso di cambiamento atteso E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

6 Layers - Conseguenze Prestazioni funzionalità sono spesso implementate attraverso più strati: possono essere richiesti diversi cambiamenti di contesto, penalizzando le prestazioni in alcuni casi è possibile migliorare le prestazioni associando un diverso thread di esecuzione a ciascun evento che deve essere elaborato dal sistema Può essere difficile stabilire la granularità/il numero/il livello di astrazione degli strati Manutenibilità può essere alta se le dipendenze sono localizzate ma dipende da come i cambiamenti si ripercuotono sul sistema i cambiamenti dovrebbero essere localizzati in singoli componenti/strati se le funzionalità del sistema non sono state organizzate rispetto ad alcuni cambiamenti attesi, altri cambiamenti potranno riguardare molti strati con un effetto domino Possibilità di riusare strati Sicurezza è possibile inserire strati che introducono opportuni meccanismi di sicurezza ad es., autenticazione, autorizzazioni, crittografia,... E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

7 Object Model Guida la decomposizione di elementi architetturali più grandi (ad es., uno strato di un architettura secondo Layers) usando come criteri base il Principio di Separazione degli Interessi e la Modularità La decomposizione può essere guidata da un modello del dominio (casi d uso, requisiti non funzionali, requisiti informativi, ecc.) Incapsula ciascuna responsabilità funzionale distinta di un sistema in un elemento auto-contenuto un oggetto di dominio ciascun elemento deve essere internamente coeso e debolmente accoppiato agli altri elementi ciascun elemento deve avere un interfaccia separata dalla sua implementazione le collaborazioni tra gli elementi devono avvenire solo sulla base della loro interfaccia E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

8 Shared Repository Usato per applicazioni data-intensive in cui le interazioni tra le componenti del sistema non sono guidate da processi specifici ma possono essere coordinate sulla base dei dati condivisi su cui operano Mantiene i dati in un repository centrale condiviso da tutti i componenti funzionali del sistema e fa guidare e coordinare il flusso di controllo della logica applicativa dalla disponibilità qualità e stato dei dati nel repository L accesso ai dati gestiti dal repository condiviso dovrebbe essere opportunamente sincronizzato È un punto d accesso a dati condivisi ( es. un database relazionale, una collezione di oggetti in memoria, ecc.) E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

9 Database Access Layer (DAL) Guida la connessione tra elementi architetturali sviluppati con tecnologia orientata agli oggetti e una base di dati relazionale Introduce uno strato separato per l accesso alla base di dati (database access layer) tra l applicazione e la base di dati relazionale questo strato fornisce all applicazione un interfaccia per l accesso ai dati stabile ed orientata agli oggetti (operazioni CRUD - Create, Read, Update, Delete) Il DAL traduce operazioni CRUD in istruzioni SQL e si occupa di altri aspetti quali concorrenza, transazioni, caching, accesso a DBMS diversi, ecc. E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

10 Pipe-and and-filters Usato per un sistema che deve elaborare un flusso di dati (es. compilatore) in cui l elaborazione può essere organizzata in una sequenza di trasformazioni: Filtro consuma ed elabora dati in modo incrementale e svolge una singola unità di elaborazione, è possibile avere più sorgenti dati Pipe (tubo) collegano flussi di uscita con flussi di ingresso consecutivi quindi definendo un preciso formato per i dati che possono attraversarle connettono i filtri Conseguenze: La ricombinazione di filtri esistenti può portare alla definizione di nuove pipeline di elaborazione È possibile l elaborazione parallela e non sono necessari (ma possibili) file intermedi Passi non consecutivi non condividono informazioni difficile la gestione degli errori, la condivisione di informazioni di stato Possibile overhead nella trasformazione dati inter-filtro E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

11 Client - Server Organizza un sistema come un insieme di servizi ciascun servizio è caratterizzato da un interfaccia definisce protocollo e formato dei messaggi scambiati, meccanismi di connessione tramite protocolli e porte un insieme server i server sono processi che erogano servizi un insieme di client i client sono processi fruitori di servizi i client sono attivi i server reattivi un server può servire concorrentemente molti client Permette la condivisione di risorse, la centralizzazione dell elaborazione ma può verificare overhead della comunicazione E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

12 Architetture Client Server e Livelli Esistono diversi tipi di architetture client/server (C/S) le architetture C/S sono normalmente organizzate a livelli un livello (tier) corrisponde ad un nodo o gruppo di nodi di calcolo su cui è distribuito il sistema punto vista del deployment il sistema è organizzato come una sequenza di livelli ciascun livello funge da server per i suoi chiamanti nel livello precedente ciascun livello funge da client per il livello successivo i livelli sono comunemente organizzati in base al tipo di servizio (responsabilità) che forniscono Si tratta di un interpretazione particolare del pattern Layers in cui gli strati corrispondono all allocazione di server (processi) su nodi fisici: nella vista funzionale, il sistema adotta un architettura a strati in cui gli strati sono organizzati in base al livello di astrazione nella vista deployment, sistema adotta un architettura a livelli in cui i livelli sono organizzati in base al tipo di servizio (responsabilità) che forniscono ciascun livello è spesso internamente organizzato a strati E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

13 Client Server a 2 livelli thin client -Maggior carico di comunicazione ma buona portabilità, possibili buone prestazioni perché logica applicativa ed acceso ai dati non sono separati, l eventuale potenza di calcolo non viene sfruttata fat client -Meno carico sul servente ma scarsa portabilità, possibilità di distribuire il carico di elaborazione. E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

14 Client Server a 3 livelli consente una migliore distribuzione del carico di elaborazione architettura più scalabile se aumenta il carico è possibile aggiungere nuovi server mentre il livello intermedio può essere realizzato come un cluster di calcolatori Presenta una maggiore complessità dell architettura e un maggior overhead nella comunicazione E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

15 Architettura ad oggetti distribuiti - Broker Costituisce un infrastruttura di comunicazione che rende trasparenti all applicazione (ed al programmatore) alcune complessità della distribuzione Introduce un componente broker per avere un miglior disaccoppiamento tra client e server che offre mediante delle API funzionalità per registrare servizi e richiedere l esecuzione degli stessi il broker incapsula i dettagli dell infrastruttura di comunicazione definisce un modello di programmazione distribuita in cui i client possono richiedere servizi remoti come se fossero servizi locali. In questo modo, i dettagli della comunicazione sono separati dalle funzionalità applicative Implementa la seguente dinamica di interazione i server registrano i propri servizi presso il broker i client accedono ai servizi indirettamente, tramite il broker che inoltra le loro richieste e gli trasmettono le risposte Architettura modificabile ed estensibile, servizi esistenti riusabili, interoperabilità tra broker diversi, possibile riduzione delle prestazione, testing complesso E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

16 Model-View View-Controller (MVC) Divide un applicazione interattiva in 3 componenti Il Model incapsula funzionalità e dati che sono indipendenti dalla specifica rappresentazione dell output o dal comportamento di input Le Views mostrano le informazioni all utente. Una View ottiene i dati dal Model (possono esserci più View di uno stesso Model) I Controller gestiscono l input utente e la comunicazione Model-View. I componenti Controller ricevono l input che di solito codifica un evento come il movimento del mouse o un input da tastiera. Gli eventi sono poi tradotti in service request per il Model La consistenza tra UI e Model è garantita da un meccanismo di propagazione dei cambiamenti quando un modello cambia il suo stato, notifica tutte le sue viste ed i suoi controller del cambiamento in modo che questi possano aggiornare il loro stato in modo appropriato E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

17 Model-View View-Controller VS Boundary-Control Control-Entity «uses» «uses» «uses» Boundary Control Entity Attore E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

18 Architettura orientata ai servizi servizi ( implementati come Web Services (WS)) hanno l obiettivo di incapsulare funzionalità di business (logica applicativa) per renderle disponibili ed accessibili come servizi sul web SOA (Service-Oriented Architecture) architettura in cui le funzionalità di business vengono esposte agli utenti come servizi riusabili e condivisi in rete L approccio orientato ai servizi è basato sull idea di comporre applicazioni sulla base della scoperta e dell invocazione di servizi disponibili in rete anziché costruire nuove applicazioni solo per svolgere compiti specifici Contesto aziendale attuale alta competitività; integrazione di processi e informazioni; adattamento rapido a nuovi processi di business; natura eterogenea delle organizzazioni e delle soluzioni informatiche (interoperabilità su diverse piattaforme) E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

19 Web Services Hanno l obiettivo di fornire servizi sul web a client software Un Web Service è un modulo software, auto-contenuto ed autodescrittivo, accessibile mediante Internet, in modo indipendente dalla piattaforma Possono essere composti favorendo l integrazione di servizi, la creazione di processi di business completi, con un costo di sviluppo ridotto sia nell ambito una singola organizzazione che tra diverse organizzazioni (integrazione di e-business) E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

20 SOA e Layers SOA è un approccio architetturale per costruire sistemi e applicazioni che usano un insieme di servizi e non solo un singolo sistema come un insieme di servizi il cui obiettivo è consentire alle organizzazioni di sviluppare, connettere e mantenere applicazioni e servizi di tipo enterprise in modo efficiente ed economico Lo stile SOA adotta Layers come primo crieterio di decomposizione: Livello dei Servizi di Business ciascun dominio di business (es. servizio bancario) è costituito da un certo numero di processi di business (es. erogazione di un mutuo) Livello dei Processi di Business ciascun processo di business rappresenta un compito di business automatizzato ed elementare che può essere usato in uno o più processi di business Accoppiamento debole tra i servizi e tra servizi-processi ottenuto mediante incapsulamento separazione tra implementazione ed interfaccia ed interazioni basate su interfaccia E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

21 Progettazione per Componenti VS SOA Le architetture a componenti offrono vantaggi legati alla modularità, al riuso e all incapsulamento nei contesti di integrazione, ciascun componente deve essere opportunamente collegato ad altri componenti aumentando la complessità del sistema B A In un architettura a servizi ciascun componente (servizio) incapsula una funzionalità di business la logica dell infrastruttura tecnologica è portata ad di fuori dei servizi i servizi sono debolmente accoppiati e possono essere integrati e composti più facilmente e più agilmente E. TINELLI Ingegneria del Software A. A

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