Università degli studi dell Aquila. Sistemi di elaborazione delle informazioni

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1 Università degli studi dell Aquila Corsi di studio: I2E, I2I Sistemi di elaborazione delle informazioni 9 C.F.U. Ing. Gaetanino Paolone

2 Architetture Software (richiami) Stile architetturale. Cos'è un'architettura del Software. La progettazione multi-layer. Il Pattern Layers. Modello Multi-Tier. Architettura Component-Based. Architettura Enterprise. Architettura Organizzata a Strati. Il Pattern MVC (Model-View-Controller).

3 Per approfondimenti Software Architecture in Practice Len Bass & Paul Clements & Rick Kazman Addison Wesley, 2003 (second ed.)

4 Per approfondimenti Software Systems Architecture Nick Rozanski & Eoin Woods Addison Wesley, 2005

5 Caratteristiche dei sistemi software I grandi sistemi software di oggi sono tra le strutture costruite dagli uomini più complesse contengono milioni di linee di codice, migliaia di tabelle nelle basi di dati, e sono eseguiti da dozzine di calcolatori; la complessità di questi sistemi è via via crescente; questi sistemi sono costruiti per soddisfare i requisiti di numerose parti interessate, come l organizzazione acquirente e gli utenti; ciò presenta ai team di sviluppo del software delle sfide formidabili e se queste sfide non vengono affrontate presto ed in modo opportuno, i sistemi realizzati si rivelano dei fallimenti; ad es., sono consegnati in ritardo, costano più del previsto, ed hanno un livello di qualità inaccettabilmente povero.

6 La qualità del software I principali requisiti di qualità richiesti sono: affidabilità il software deve effettivamente fornire le funzionalità richieste; disponibilità il software deve essere funzionante in modo continuato nel tempo; efficienza il software deve fornire le prestazioni desiderate sicurezza il software deve fornire protezione alle sue funzionalità ed ai suoi dati; mantenibilità il software deve poter evolvere per soddisfare i requisiti che cambiano dei suoi clienti; verificabilità deve poter essere possibile verificare le il corretto funzionamento e le altre qualità del software.

7 La qualità del software Lo sviluppo del software, in questi ultimi anni, sta affrontando anche delle ulteriori sfide relative ad altre qualità, tra cui: eterogeneità far interagire sistemi distribuiti tra loro eterogenei per piattaforma, rappresentazione dei dati,... consentendo un accesso ubiquitario e pervasivo; consegna e flessibilità sviluppare tecniche per rispondere con velocità alla consegna del software ed alle richieste di cambiamento; agilità di business poter creare o modificare dinamicamente processi di business e le applicazioni software che li supportano in modo da reagire in modo competitivo nel proprio settore di business; fiducia è essenziale potersi fidare del software.

8 Importanza delle qualità del software Un fattore critico per il successo di un organizzazione o di una sua linea di attività è: la costruzione di sistemi software (o comunque softwareintensive) che soddisfano i requisiti correnti e futuri di quell organizzazione I requisiti di qualità rivestono un ruolo significativo nel successo di un sistema software: il mancato raggiungimento di alcuni livelli richiesti minimi di qualità può rendere il sistema inaccettabile e dunque inutilizzabile.

9 Le Architetture software L architettura software è il vettore principale delle qualità di un sistema software come prestazioni, modificabilità e sicurezza nessuna delle quali può essere ottenuta senza una visione architetturale unificante: nelle fasi iniziali di un progetto, l analisi dell architettura consente di garantire che l approccio di progettazione prescelto conduca ad un sistema accettabile; l architettura serve da progetto sia per il sistema che per il piano/progetto relativo al suo sviluppo definendo le assegnazioni di lavoro che deve essere svolto dai team di progettazione ed implementazione; l architettura ha un ruolo chiave anche per le attività di manutenzione successive al rilascio del sistema; in breve, l architettura è il collante concettuale che tiene assieme ogni fase del progetto, per ciascuna delle sue numerose parti interessate.

10 Che cosa sono le architetture software? L architettura di un sistema software è la struttura o le strutture del sistema, che comprendono elementi software, le proprietà visibili esternamente di questi elementi, e le relazioni tra di essi. Software architecture is the set of design decisions which, if made incorrectly, may cause your project to be cancelled (Eoin Woods)

11 Sistemi e complessità Sistema: un insieme di elementi distinti che sono connessi o correlati e lavorano assieme per realizzare una combinazione significativa di servizi e qualità; questi servizi/qualità non possono essere realizzati individualmente dai singoli elementi. Complesso: composto di parti interconnesse o intrecciate. Si noti come entrambe le definizioni parlano di parti o elementi, nonché di interrelazioni e interconnessioni tra le parti

12 Affrontare la complessità In che modo è possibile affrontare/progettare problemi/sistemi caratterizzati da un alto livello di complessità? partizionare (ovvero, decomporre) il sistema/problema via via in unità più piccole e più semplici. Attenzione, affinché la complessità venga ridotta, non è sufficiente che le varie parti siano semplici : è necessario che anche le interconnessioni siano semplici ; ovvero, vanno utilizzati criteri di partizionamento/ decomposizione che, per il problema in esame, siano in grado di ridurre opportunamente la complessità delle interconnessioni tra le parti.

13 L architettura software Viene definita a cavallo tra l analisi (che cosa deve fare il sistema?) e la progettazione (come è fatto il sistema?). Permette di rispettare i requisiti di qualità. Guida la progettazione, l implementazione e l evoluzione del sistema. Si occupa della decomposizione del sistema in parti delle loro inter-relazioni, per fornire al sistema le qualità richieste sulla base di soluzioni pre-esistenti, principi ed euristiche. Si occupa delle comprensione delle relazioni tra la struttura interna del sistema e le sue qualità esterne

14 Principi di base per progettare un architettura Astrazione e Stratificazione garantiscono disaccoppiamento e strutturazione dei sottosistemi/componenti/oggetti. una importante strategia di progettazione è la separazione degli elementi stabili da quelli critici o che sono/saranno soggetti a modifiche frequenti. Interoperabilità consente di scambiare informazioni e richiedere servizi fra i sottosistemi/componenti/oggetti eterogenei, che operano in ambienti eterogenei, senza effettuare trasformazioni intermedie. Estensibilità consente un supporto per utilizzi non previsti inizialmente o nuove esigenze.

15 Principi di base per progettare un architettura Simmetria consente maggiore flessibilità nello scambio e dislocazione dei componenti; scrittura di codice più semplice; maggior grado di configurabilità con l utilizzo di interfacce comuni a tutti i componenti. Isolamento consente la riduzione dell accoppiamento fra sottosistemi/componenti/oggetti in modo che modifiche a un elemento non richiedano modifiche a altri elementi. Metadati informazioni che descrivono altre informazioni; consentono di modificare dinamicamente la configurazione dell applicazione e il suo comportamento.

16 La Babele delle Architetture Il concetto di architettura è usato talmente in tante diverse accezioni che risulta privo di senso se non lo si contestualizza. Tipologie di architetture: architettura orientata a oggetti architettura basata su componenti architettura orientata ai servizi architettura web architettura funzionale architettura dei dati architettura stratificata architettura multi-tier

17 Lo Stile Architetturale Uno "Stile architetturale" è l'insieme: delle proprietà, dei vincoli, delle linee guida, delle decisioni progettuali, da seguire per la realizzazione delle strutture e delle interconnessioni all'interno dei componenti e fra i componenti. I principali stili architetturali di riferimento per le applicazioni software distribuite sono: architettura basata sulle risorse Resource-Oriented Architecture (web) architettura basata su componenti Component-Based Architecture architettura basata sui servizi Service- Oriented Architecture. Architettura Gotica

18 Stile Architetturale Orvieto, Duomo Milano, Duomo Ecco cosa vuol dire seguire uno stile architetturale!

19 Cos'è un'architettura del Software? L'architettura software di una applicazione è l'insieme: degli elementi software strutturali; delle proprietà degli elementi visibili esternamente; delle relazioni fra gli elementi. Gli elementi che stanno diventando sempre più importanti per le architetture sono: i pattern e gli stili architetturali Un pattern è una "idea" che è stata provata positivamente in un contesto pratico e che probabilmente sarà utile in altri

20 Importanza dell Architettura nel Software Tipicamente più del 50% dei costi di un applicazione software sono relativi alle fasi di operazione e manutenzione, cioè quando l applicazione viene utilizzata dagli utenti. Nella maggior parte dei casi questi costi sono dovuti alla scarsa adattabilità dell architettura originaria alle modifiche e alle estensioni dell applicazione, a seguito di nuove esigenze dei committenti. Pertanto gli aspetti chiave da perseguire durante la progettazione architetturale sono: la visione architetturale design by chief architect vs. design by team la comunicazione della visione architetturale l integrità architetturale l adattabilità dell architettura la semplicità.

21 Tipi di un'architettura Non esiste un architettura universale utilizzabile in ogni contesto. La scelta di un architettura dipende dalla complessità, dalla dimensione, dalla distribuzione dell applicazione e dai requisiti non funzionali. Le architetture più utilizzate sono: architettura multi-tier architettura basate su componenti architettura a strati aperte chiuse architettura orientata ai servizi (SOA) architetture basate su un bus software (ORB, MOM)...

22 Stili architetturali Come in ogni attività di progettazione, un aspetto centrale è poter sfruttare l esperienza passata per produrre progetti migliori: in generale, un pattern software ha lo scopo di condividere una soluzione provata ed ampiamente applicabile ad un particolare problema di progettazione, descritta in una forma standard che possa essere facilmente riusata; un pattern (o stile) architetturale codifica un esperienza significativa nella realizzazione di un architettura software. Tipicamente, uno stile architetturale: affronta un problema un tipo di sistema, con una combinazione di requisiti di qualità da raggiungere; propone una soluzione in termini di tipi di elementi, relazioni tra elementi e, in generale, criteri di decomposizione; nonché una discussione della soluzione in termini delle varie qualità su cui la soluzione ha impatto.

23 Definizione di Architettura software software architecture = { elements, form, rationale } Un architettura software è: un insieme di elementi architetturali che hanno una particolare forma ovvero: organizzazione e strutturazione insieme ad una giustificazione logica che coglie la motivazione per la scelta degli elementi e della forma.

24 Elementi L architettura software di un sistema software è la struttura o le strutture del sistema, che comprendono elementi software, le proprietà visibili esternamente di questi elementi, e le relazioni tra di essi;

25 L architettura software: è interessata al comportamento (all interfaccia) degli elementi e alle loro relazioni/collaborazioni esterne: le proprietà visibili esternamente di questi elementi. di solito non è interessata all implementazione interna degli elementi: il comportamento di ciascun elemento è parte dell architettura, ma solo nella misura in cui quel comportamento può essere osservato dal punto di vista di un altro elemento.

26 Organizzazione di una Architettura Software Un'architettura software può essere strutturata mediante: Layer Tier il "layering" rappresenta l'organizzazione logica dell'applicazione in componenti funzionali autonomi che interagiscono fra loro le parti di un'applicazione vengono distribuita fisicamente sui tier ; un tier identifica un host. Un tier può allocare uno o più layer. Tier 1 Tier 2 Tier 1 Layer 1 Layer 3 Layer 6 Tier 2 Layer 2 Layer 4 Layer 5 Layer 7

27 La progettazione multi-layer L'architettura software di un'applicazione è l'insieme: degli elementi software strutturali; delle proprietà degli elementi visibili esternamente; delle relazioni fra gli elementi. Per architettura multi-layered si intende un sistema contenente diversi layer fortemente separati e con minime dipendenze reciproche.

28 La progettazione multi-layer Layer: unità gerarchica che rappresenta una collezione di elementi software che insieme forniscono un set omogeneo di servizi che altri software possono utilizzare senza avere necessità di sapere come questi servizi sono implementati. Per tier si intende una entità totalmente funzionante che può fornire differenti servizi; di norma ciascun tier risiede su una macchina dedicata.

29 Pattern architetturali I Pattern architetturali sono divisi in 4 categorie From Mud to Structure: supportano la decomposizione di un sistema in più sottosistemi cooperanti onde evitare strutture disorganizzate di oggetti (Layers, Blackboard, Pipes & Filters) Interactive systems: provvedono all organizzazione dei sistemi software che supportano l interazione uomo-macchina (MVC, PAC, ) Distribuited systems: forniscono una completa infrastruttura per sistemi distribuiti (Broker) Adaptable systems: supportano l estendibilità di un sistema a seguito di evoluzione tecnologica o per mutazione dei requisiti funzionali (Reflection e Microkernel)

30 Il Pattern Layers Appartiene alla categoria di Pattern architetturali From Mud to Structure Il Pattern Layers aiuta a strutturare applicazioni le cui funzionalità possono essere decomposte in gruppi di sottoattività con responsabilità a diversi livelli di astrazione. L idea alla base di questo Pattern è quella di strutturare il sistema in un certo numero di strati (layers) ciascuno posto al di sopra di quello. A partire dal Layer 1 poniamo layer a livelli di astrazione via via più elevati fino ad avere al top di questa vista concettuale il Layer N che risiede al di sopra del Layer N-1. Esempi di utilizzo: Virtual Machines, architetture C/S three-tier, Stack ISO-OSI e Internet Protocol Stack.

31 Modelli di Distribuzione del Software I modelli di distribuzione del software più diffusi sono: modello 2-tier - modello 3-tier modello Multi-tier + Client servle t JSP Database Client Layer Presentation Layer Business Layer Resource Layer

32 Modello 2-Tier Thin o fat Client + DBMS IIOP JMS COM+ JDBC ADO.NET... DBMS interfaccia Client Tiers Business Tiers Resource Tier componente fat client thin client

33 Modello 3-Tier Thin Client + Business Component + DBMS DBMS Client Tiers IIOP JMS COM +... Business Tier IIOP JMS COM + JDBC... Resource Tier interfaccia componente thin client

34 Modello Multi-Tier HTTP... Presentation Tier web serve r «servlet» Thin Client + Business Component + DBMS IIOP JMS COM + JDBC... DBMS Client Tiers interfaccia IIOP JMS COM +... Business Tier IIOP JMS COM + JDBC... Resource Tier componente thin client

35 Architettura Orientata alle Risorse (Architetture Web) Le architetture delle applicazioni web sono, di norma, classificabili come architetture orientate alle risorse Resource-Oriented Architecture hanno l'obiettivo principale di ritrovare delle particolare risorse le risorse sono identificate da un indirizzo (URL, ) le risorse originali sono sul server le risorse possono essere duplicate (mirroring) il client può effettuare la "cache" delle risorse per un determinato tempo per evitare di ritrovarle l'aggiornamento delle risorse solitamente avviene rimpiazzando le vecchie con le nuove le modifiche alle risorse originali non vengono aggiornate automaticamente sui client che le avevano richieste.

36 Cos è un Web Component Un web component è un componente dislocato in un servlet container ed è preposto a elaborare le richieste HTTP, tipicamente provenienti da un web browser, e a costruire le risposte da inviare indietro. I web component possono essere realizzati con diverse tecnologie: tecnologia Java servlet JavaServer Page (JSP) JavaServer Face (JSF) tecnologia Microsoft Application Server Pages (ASP) ASP.NET tecnologie di scripting PHP

37 Architettura Component-Based Un architettura software basata su componenti definisce: i componenti di un applicazione, le interfacce dei componenti, le caratteristiche dei componenti, le relazioni fra i componenti, i principi, le regole, le linee guida che governano sia lo sviluppo dei componenti (progettazione e implementazione), sia la loro evoluzione nel tempo, la dislocazione dei componenti, la comunicazione fra i componenti, gli aspetti relativi alle prestazioni, alla scalabilità, alla disponibilità e alla faulttolerance la gestione dei componenti CCM client CCM Middleware EJB server client/ server CCM : CORBA Component Model EJB : Enterprise Java Bean

38 Architettura Enterprise EJB EJB Comp. COBOL Comp. CORBA Resource Tier Componente COBOL Business Tier Architettura Enterprise

39 Applicazioni Software Basate su Componenti Lo sviluppo di software basato su componenti consente di separare in maniera netta i ruoli che intervengono durante la realizzazione e la gestione dei componenti. Progettazione/ Implementazione/ Integrazione Component Provider Component Assembler Component Deployer System Administrator Container/Server Provider Istallazione/ Amministrazione

40 Architettura Organizzata a Strati Un applicazione è organizzata da un insieme di strati virtuali (layers) ognuno dei quali è costruito a partire da quelli più interni e viene utilizzato come base per costruire gli strati più esterni. L'interazione fra gli strati avviene in modo unidirezionale da quello più generale (n) a quello più specifico (n 1). La relazione esistente fra i componenti degli strati è del tipo client-server: i componenti dello strato più esterno richiamano le funzioni degli strati più interni o richiedono i servizi ai componenti degli strati più interni. Organizzare un applicazione con un architettura a strati: consente una maggiore modularizzazione facilita la portabilità può garantire una maggiore sicurezza. Strato n Strato 3 Strato 2 Strato 1

41 Architettura a Strati Composta da Oggetti ogg1 ogg4 ogg5 Strato 3 ogg2 ogg3 ogg6 Strato 2 ogg8 ogg7 ogg10 ogg9 ogg11 ogg42 Strato 1 ogg12 ogg13 ogg15

42 Tipologie di Architettura a Strati: Aperta e Chiusa In una architettura a strati chiusa ogni strato è costruito solamente sulla base di quello immediatamente inferiore, cioè un componente dello strato n ha visibilità solamente dei componenti dello strato (n - 1). Strato n Strato 3 Strato 2 Strato 1 In una architettura a strati aperta ogni strato può essere costruito sulla base di tutti quelli inferiori. Strato n Strato 3 Strato 2 Strato 1

43 Architettura Aperta e Architettura Chiusa Costituite da Oggetti ogg1 ogg4 ogg5 ogg1 ogg4 ogg5 Strato 3 Strato 3 ogg2 ogg3 ogg6 ogg2 ogg3 ogg6 ogg7 ogg9 ogg7 ogg9 Strato 2 Strato 2 ogg8 ogg10 ogg8 ogg10 ogg11 ogg42 ogg11 ogg42 Strato 1 ogg12 ogg13 ogg15 Strato 1 ogg12 ogg13 ogg15 Architettura a strati chiusa Architettura a strati aperta

44 Architetture Basate su Componenti Un componente è un elemento indipendente, con una ben definita interfaccia richiesta o fornita, che fornisce o richiede servizi. Ogni componente può essere a sua volta scomposto in altri componenti oppure può essere organizzato in base a un'architettura a strati. Sistema componente interfaccia richiesta sottosistema interfaccia fornita S1 C3 SC1 SC2 C2 SSC1 Strato 1 strato 3 strato 2 strato 1 SSC2 Strato 2 Strato 3 strato 2 strato 1

45 Il Pattern MVC (Model-View-Controller) Appartiene alla categoria di Pattern architetturali Interactive systems Problema: realizzare una applicazione interattiva Soluzione: dividere l applicazione in 3 componenti: Model: corrisponde alla logica e ai dati della applicazione View: è la parte della applicazione che si occupa di mostrare le informazioni all utente Controller: si occupa della gestione degli input degli utenti La consistenza tra View e Controller è garantita da un meccanismo di propagazione dei cambiamenti basato sul Pattern Observer

46 Architettura MVC Model Incapsula le logiche di business e la rappresentazione delle informazioni View Gestisce l interfaccia utente dell applicazione Controller Coordina l interazione tra Model e View e gestisce le azioni dell utente

47 Architetture multi-tier web-oriented Il progresso tecnologico e le nuove richieste del mercato hanno portato all evoluzione dei sistemi informatici da sistemi monolitici centralizzati a sistemi distribuiti, ovvero sistemi formati da una collezione di computers che appaiono all utente come un solo sistema. (Prof. Tanenbaum) Un sistema web-based è un sistema fruibile tramite Internet, caratterizzato inoltre da alcuni requisiti specifici: Multipiattaforma Multiutenza Elevata scalabilità User-friendly