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Arquitectura de Software Dr. Pedro Mejia Alvarez Cova Suazo Nancy Noemí Pérez Reséndiz Marisol CINVESTAV – IPN Sección de Computación.

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1 Arquitectura de Software Dr. Pedro Mejia Alvarez Cova Suazo Nancy Noemí Pérez Reséndiz Marisol CINVESTAV – IPN Sección de Computación

2 Capítulo 1 Ciclo de la Arquitectura de Negocios

3 . La vista arquitectural de un sistema es abstracta, proporcionando detalles acerca de la implementación, los algoritmos, la representación de datos e incluso el comportamiento y la interacción entre elementos (cajas negras - black box). INTRODUCCIÓN

4 Los requerimientos no determinan del todo la arquitectura, más bien está es además resultado de influencias en los ambientes técnicos, sociales y del negocio. Llamaremos a este ciclo de influencias, del ambiente a la arquitectura y de la arquitectura al ambiente como El Ciclo de la Arquitectura de Negocios (Architecture Business Cycle - ABC). Architecture Business Cycle - ABC

5 ¿Cómo surgen las arquitecturas? Influencias en la Arquitectura

6 Stakeholders

7 La composición de la organización. La formación y la experiencia de los arquitectos. El ambiente técnico. INFLUENCIAS EN LAS ARQUITECTURAS

8 Las arquitecturas afectan a los factores que las influencian Ciclo de la Arquitectura de Negocios

9 La composici ó n de la organizaci ó n. Los objetivos de la organizaci ó n. Los requerimientos del cliente. La experiencia de los arquitectos. Muy pocos sistemas influenciar á n o cambiar á n la cultura de la ingenier í a de software, el ambiente t é cnico en el cual los sistemas operan y aprenden. Las arquitecturas afectan a los factores que las influencian

10 Definir el caso de estudio para el sistema Entender los requerimientos Crear o seleccionar la arquitectura Comunicar la arquitectura Analizar y evaluar la arquitectura Implementar el sistema basado en la arquitectura Asegurar que la implementación sea conforme a la arquitectura El Proceso de Software y El Ciclo de la Arquitectura de Negocios (ABC)

11 ser producto de un arquitecto o un peque ñ o grupo de arquitectos con un l í der definido. estar bien documentada, con al menos una vista din á mica y una vista est á tica, utilizando una notaci ó n que los stakeholders puedan entender f á cilmente. ser evaluada y analizada con m é tricas cuantitativas y cualitativas. presentarse como una implementaci ó n incremental, para poder dise ñ ar un esqueleto del sistema, mostrando primero la m í nima funcionalidad y despu é s como puede ir creciendo. ser dise ñ ada por arquitectos que cuentan con los requerimientos funcionales y no funcionales del sistema. ¿Qué hace buena a una arquitectura? Una arquitectura debería...

12 La arquitectura debería tener bien definidos los módulos. Cada módulo debería tener bien definida las interfaces que encapsula. Estas interfaces permitirán desarrollar de manera independiente cada módulo. La arquitectura nunca debe de depender de una versión de un producto o herramienta comercial. Los módulos que producen datos deberán estar separados de los módulos que consumen datos. Esto permitirá que cuando un dato sea añadido solo tenga que modificarse un módulo. Cada tarea o proceso deberá ser bien documentado, para que este pueda ser fácilmente modificado, quizás incluso en tiempo de ejecución. La arquitectura deberá caracterizarse como un conjunto de simples interacciones, esto es para incrementar la confiabilidad, la manteneabilidad, reducir el tiempo de desarrollo, etc. Reglas estructurales para la arquitectura

13 Capítulo 2 Qué es una Arquitectura de Software ?

14 Una Arquitectura de Sofware de un programa o de un sistema de cómputo es la estructura o estructuras de un Sistema. Dicha(s) estructura(s) comprenden: Elementos de software, Las propiedades visibles de dichos elementos, y Las relaciones entre los mismos. DEFINICIÓN

15 Una arquitectura de software debe proporcionar cierta información: La naturaleza de los elementos. Si los elementos son procesos, programas, objetos, etc. Las funciones de los elementos. El significado de las relaciones entre cada elemento. El significado de la distribución de los elementos. Por ejemplo. Elementos localizados en diferentes niveles.

16 ELEMENTO 1 ELEMENTO 2ELEMENTO 3ELEMENTO 4 EJEMPLO. Representación de una Arquitectura de Software poco informativa.

17 Arquitectura es un diseño de alto nivel. Arquitectura es la estructura general del sistema. Arquitectura es la estructura de componentes, relaciones, principios y pautas que definen su diseño y evolución sobre el tiempo. Arquitectura es componentes y conectores. OTRAS DEFINICIONES DE LA ARQUITECTURA DE SOFTWARE

18 PATRONES DE ARQUITECTURA Un patrón de arquitectura es una descripción de elementos y los tipos de relación, junto con un grupo de restricciones en cómo deben ser usados. Un ejemplo de este tipo, es la Arquitectura Cliente-Servidor.

19 MODELO DE REFERENCIA Un modelo de referencia es una descomposición de un problema en un cierto número de partes que cooperativamente resuelven el mismo. Ejemplos Partes de un Compilador. Partes de un Sistema manejador de Base de Datos.

20 ARQUITECTURA DE REFERENCIA Es un modelo de referencia planeado sobre elementos de software y el flujo de datos entre ellos. Un elemento de software puede implementar parte de una función o de varias funciones.

21 Comunicación entre las personas involucradas La arquitectura representa una abstracción que puede ser base para el entendimiento, concenso, negociación y comunicación. Decisiones tempranas de diseño Define limitaciones en la Implementación. Dicta la Estructura Organizacional. Oculta o muestra los Atributos del Sistema. Hace más fácil controlar los cambios. Ayuda en el prototipado evolutivo. Proporciona Estimaciones de Costos y Calendarización más exactos. POR QUÉ ES IMPORTANTE LA ARQUITECTURA DE SOFTWARE ? (1)

22 Abstracción transferible de un sistema La arquitectura constituye un modelo de cómo esta el sistema estructurado y como sus elementos trabajan en conjunto; por lo que puede ser aplicada a otros sistemas que exhiban similares requerimientos y atributos. POR QUÉ ES IMPORTANTE LA ARQUITECTURA DE SOFTWARE ? (2)

23 VISTA. Representación de un conjunto de elementos y las relaciones entre ellos (escritos y leídos por clientes, usuarios, etc.). ESTRUCTURA. Conjunto de elementos que por sí mismos, existen en software o hardware. Se dividen en: Módulos. Componentes-conectores. Estructuras de Asignación. ESTRUCTURAS Y VISTAS

24 Estructuras Módulos Descomposición Uso Clases Capas Componente-Conector Cliente- Servidor Concurrencia Proceso Datos Compartidos Asignación Despliegue Implementación Asignación de Trabajo

25 Capítulo 7 Diseño de la Arquitectura

26 La Arquitectura en el Ciclo de Vida Software Concept Design of Architecture and System Core Develop a Version Ellicit Customer Feedbak Incorporate Customer Feedback Deliver the Version Preliminary Requirements Analysis Develop Final Version Ciclo de Vida de Entregas Evolutivas

27 DISEÑO DE LA ARQUITECTURA Attribute-Driven Design (ADD), esta es una aproximaci ó n basada en la recursiva descomposici ó n de procesos, donde cada estado, t á cticas y patrones arquitecturales son escogidos para satisfacer un conjunto de escenarios y entonces la funcionalidad es asignada a m ó dulos. La entrada a este m é todo son todos los requerimientos funcionales, no funcionales y las limitaciones del sistema.

28 CUALIDADES EN LOS ESCENARIOS: los dispositivos y controles para abrir y cerrar la puerta los procesadores si se detecta un obstáculo, en el momento que se este cerrando la puerta, esta tendrá que detenerse y abrirse nuevamente en 0.1 segundos la puerta automática podrá ser checada y administrada desde el sistema de información casero, a través de un protocolo especifico Sistema de Puertas Automáticas para un Garage

29 Escoger el módulo a descomponer. Refinar el módulo. Escoger los Drivers Arquitecturales. Escoger los Patrones Arquitecturales. Instanciar los módulos, asignar la funcionalidad a cada uno y representarlos usando múltiples vistas. Definir las interfaces de los módulos hijos. Documentar las interacciones y limitaciones entre cada módulo. Verificar y refinar casos de uso y escenarios. Pasos para realizar el diseño

30 Escoger los patrones Arquitecturales Patrón Arquitectural que utiliza tácticas en el SAPG

31 Instanciar los módulos, asignar la funcionalidad a cada uno y representarlos usando múltiples vistas. Primer nivel de descomposición del SAPG

32 VISTA DE MÓDULOS (DESCOMPOSICIÓN). (VISTA DE COMPONENTE-CONECTOR) CONCURRENCIA. Dos usuarios haciendo cosas similares al mismo tiempo. Usuario ejecutando múltiples actividades simultáneamente. Encender el sistema. Apagar el sistema. Sincronización. (VISTA ESTRUCTURAS DE ASIGNACIÓN) IMPLEMENTACIÓN. Representación usando múltiples vistas

33 La estructura arquitectural repercute directamente en la formaci ó n de estos equipos, debido a que se elegir á n dependiendo de la funcionalidad (dominio) de los m ó dulos, es decir se organizar á n tomando en cuenta a la gente m á s especializada o con mayores conocimientos en el á rea. FORMAR EQUIPOS DE TRABAJO

34 Una vez que hemos dise ñ ado la arquitectura del sistema y hemos formado los grupos de trabajo, tenemos todo lo necesario para poder hacer una implementaci ó n del sistema, el cual me permitir á estar interactuando con el cliente e ir realizando modificaciones sobre el mismo, hasta que se este en condiciones de entregar un producto final. Crear un esqueleto del sistema

35 Caso Práctico SIMULACIÓN DE VUELOS

36 La creación y mantenimiento de estos sistemas presentas grandes retos de desarrollo: Ejecución en tiempo real Modificabilidad (realizar cambios en los requerimientos) Escalabilidad (extender la funcionalidad) Integrabilidad (comodidad con la cual el desarrollo de elementos, incluyendo aquellos realizados por terceros, se pueden realizar sepradamente y finalmente juntarlos para satisfacer todos los requerimientos) El patrón creado para dicho sistema es un Modelo Estructural. INTRODUCCIÓN

37 RELACIÓN CON LA ARQUITECTURA DEL NEGOCIO

38 REQUERIMIENTOS Y CUALIDADES Se tienen 3 roles: Tripulación. El propósito es instruir al piloto y tripulación en cómo operar una nave aérea, ejecutar maniobras y responder ante ciertas situaciones en la vida real. Ambiente. Comprende la atmósfera, armas, amenazas, etc. Instructor. El instructor es responsable de monitorear el rendimiento de pilotos, así como de iniciar situaciones de entrenamiento (previamente contempladas o introducidas por el instructor). Cuenta conuna consola para monitorear las actividades, introducir funciones erróneas y controlar el ambiente.

39 ESTADOS DE EJECUCIÓN Un simulador de vuelos tiene diferentes estados. –Operando (funcionamiento normal) –Configuración (se realizan cambios a la sesión de entrenamiento) –Detener (detiene la simulación) –Repetición (usado para demostrar a la tripulación que fue lo que realizó durante la simulación)

40 PROBLEMAS 1.Los costos para pruebas, cambios y eliminación de errores exceden los costos de desarrollo. 2.No es clara la planeación entre la estructura de software y la estructura de los simuladores.

41 SOLUCIÓN Modelo de Referencia para el Simulador de Vuelos Vehículo Aéreo Ambiente Estación del Instructor Desplegados en cabina Sist. Visual Sist. de movimiento Sist. Auditivo TRIPULACIÓ N Controles de Cabina

42 Tratamiento del Tiempo Existen dos maneras de controlar el tiempo en un simulador de vuelos. Control Periódico. Tiene un quantum fijo. Una simulación será capaz de mantener el tiempo de simulación y el tiempo real sincronizados tanto como cada proceso pueda avanzar su estado al siguiente periodo. Control Basado en Eventos. Agrega un evento a la cola de eventos. Mientras haya eventos, elegir el evento que tenga menor tiempo de simulación, se establece el tiempo del evento seleccionado y se invoca el proceso para dicho evento.

43 Patrón de la Arquitectura del Modelo Estructural Los componentes de dicho modelo al nivel más general son: La parte de Ejecución. Maneja la coordinación de la sincronización entre procesos, la administración de eventos, integridad y compartimiento de datos. La parte de Aplicación. M aneja el cálculo de la simulación del vuelo. Sus funciones son implementadas por los subsistemas y sus hijos.

44 Sincronizador del Tiempo Secuenciador periódico Manejador de Eventos Sustituto Módulos del Modelo de Ejecución

45 Controlador de Subsistemas Pasa datos para y desde otras instancias de controladores de subsistemas y a sus hijos. Controlador de hijos de los Subsistemas Pasa datos solamente para y desde sus padres. Pueden inicializarse con algún valor particular, pueden producir salidas anormales o reflejar una condición de malfuncionamiento. Módulos del Modelo de Aplicación

46 Descomposición de Grupos y de Sistemas La descomposición más general del modelo es el grupo, los grupos se descomponen en sistemas y los sistemas se descomponen en subsistemas. Estos últimos proveen las instancias para los controladores de los subsistemas. Uso de Tablas n-Cuadros. Útiles para capturar la entrada y salida de un módulo


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