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摘 要：本文尝试把现代软件体系结构理论运用到革命纪念馆图书管理系统的设计和开发之中，给出了整个体系结构设计过程，让两者有机结合，使成果系统能更好地服务于读者，提高书籍管理效率，促进革命纪念馆的现代信息化建设。
关键词：软件体系结构；革命纪念馆；图书管理系统
1 引言
随着现代科技的不断进步和社会需求的日益增多，企事业单位需求的大量增长，面向对象、分布式等新技术的引入，催生了各种软件信息系统，特别是大中型的企业级系统的规模和复杂度也随之迅速膨胀。在这样的背景之下，传统的软件构架设计方式已经不能适应现代软件系统开发的需求，于是出现了对软件体系结构的研究和设计，以此来解决不断涌现的软件危机问题（具体表现在：软件成本、软件生产率、软件质量、软件后期护理等方面）。软件体系结构规划是否良好是决定软件系统成败的一个重要因素。
如今，软件体系结构的设计对整个软件开发起着至关重要的作用。对软件工业化时代下的大规模复杂软件系统来说，全局性的系统结构设计和规格说明的重要性已经远远超过了“程序=算法+数据结构”的选择。只有选择一个设计科学合理的系统体系结构，才能开发出经得起用户需求变化、跟得上时代发展的软件系统，满足可生产性、安全性（如数据一致性等）、可靠性、可维护性（如可移植性、可理解性）、可重用、可适应性（如环境适应性等）、可伸缩性、扩展性、可测试性等方面的要求。这就是我们研究和实现软件体系结构的目的所在。
2 软件体系结构
2.1 软件体系结构的定义
体系结构一词最早来自于建筑学，ANSI/IEEE Std 1471-2000 中对Architecture的定义是：一个系统的基本组织结构，包括该系统的各类组件（Components），组件之间的相互关系和所处环境，以及指导该系统设计和演变时的基本准则[1]。90年代初软件体系结构（Software Architecture，缩写：SA）正式出现在人们的视野，它是将软件系统形象化地比喻为一栋建筑，包含构建系统的元素、元素之间的操作、指导本系统构成的模式以及附着在模式上的约束的描述。
截止目前，对于软件体系结构仍旧未形成一个统一的定义。当前广受业界认可的典型定义是Mary Shaw和David Garlan对它的认识：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存在的一些问题，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[2]。
可以看到，定义揭示了软件体系结构包含系统的组织结构和拓扑结构，显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，并且提供了一些设计决策的基本原理，是构建于软件系统之上的系统级、高层次、大粒度的复用。有了软件体系结构，能够做出系统开发的重要决策，进行项目的理智管理以及改善各种开发人员的交流与协调。
2.2 主要研究的对象
近年来，软件体系结构领域研究的重点（对象）有：
⑴体系结构的定义和作用。
⑵体系结构的风格（模式）或范型，比如：完善现有体系结构风格，提出新的体系结构模式；力图建立面向专门领域的软件体系结构范型库。
⑶软件体系结构的说明或描述及其标准化，比如：探索新的软件体系结构描述语言，促成标准化、规范化描述方式的诞生，从而方便开发人员之间的理解、沟通、交流。
⑷软件体系结构的半形式化或形式化方法（基于数学的，具有严格的语法语义定义的语言），形式化方法是提高软件系统安全性与可靠性的重要手段。
⑸体系结构的建模及其快速原型。
⑹体系结构的度量与评价，通过分析来预见软件的质量，通过分析、创建、选择、评估与比较不同的体系结构，建立评价软件体系结构的方法，满足产品质量需求。
⑺通过理论的分析和实践的研究，对软件工程师在软件开发实践中得来的各种体系结构的原则、模式进行整理和归类、集成、扩展，形成一套可以指导软件设计和开发人员完成体系结构设计的一般性准则。
经过长期的努力，现在社会上形成了一些通用的、具备良好风格的软件体系结构模式，主要代表是：数据流系统（Dataflow Systems，如：管道和过滤器），数据抽象和面向对象组织（Data Abstraction and Object-oriented Organization），分层系统（Layered Systems，如：三层分层系统结构），数据中心体系结构（Data-centered Architecture，如：知识库模式）。而对它们综合交织的应用，可以使软件系统的产品质量达到优良的设计和实现效果。
3 革命纪念馆图书管理信息系统
梅园新村纪念馆，拥有全国第一家周恩来图书馆资料研究中心——周恩来图书馆，收藏了大量的有关周恩来的论著、文献、书刊、音像资料和照片，而且随着藏书量的不断扩大和读者数量的增加，为了更好地满足读者需求，提高服务群众的水平，提高图书馆的工作效率，充分发挥纪念馆的社会教育和名人研究功能，也为进一步推动纪念馆数字化、信息化建设，开发一个应用软件体系结构理论、设计合理的信息系统对纪念馆图书进行综合的有效管理，显得尤为必要。
4 体系结构设计过程
4.1 需求阶段
引入体系结构概念确立系统目标，收集原始需求。这是整个系统正确设计的根本依据和指导方针，涵盖了：结构目标、系统的功能指标和非功能性指标，其中非功能性指标又覆盖了对系统性能的考虑、对系统可靠性的考虑、对系统扩展和升级的考虑等等。在这个过程中，设计人员与图书馆部门的工作人员进行了解、调查、互动讨论，以此确定目标和各类用户的需求，把需求精化分解，得出需求规约，并形成相应的文档输出。 4.2 设计阶段
根据需求阶段得到的分析，按照“概念体系结构-逻辑体系结构-执行体系结构-体系结构评估、确认”这条主线进行软件体系结构的构建和设计，确立纪念馆图书管理信息系统体系结构，包括对风格的描述，以及在后期构建指导系统分解、集成的机制与原则。
这个设计子阶段的第一步是明确概念体系结构。对纪念馆图书管理信息系统体系进行构件（子系统）、连接件（构件之间的关系）、配置约束的定义和划分及关键技术的选定。对于中小型问题规模的纪念馆图书管理系统而言，这个阶段可以不必过分关注具体接口和特定的细节性信息，可放在逻辑体系结构步骤中进行处理。
第二步是明确逻辑体系结构。仅仅确定概念体系结构距离系统目标的达成还很遥远，概念结构后面紧接着是逻辑结构的确定，也就是对概念结构中的内容进行充实和具体化。可以通过创建动态模型（包括每个组件所提供的功能的简述、组件的用户描述、型号名称、响应信号（IDL）、操作描述、操作的前提条件及约束、并发模型、组件合成约束、生命周期模型、组件示例、组件命名、典型使用情况、程序范例、例外情况以及执行结果）来考虑、归纳每个软件元素的功能和接口[3]。
而后是明确执行体系结构。在网络或分布式环境下的应用程序中，将各组件映射到物理系统中。
最后的子阶段是体系结构评估和确认。组织图书管理信息系统相关参与人员，对比各种不同方案进行权衡评估，从而决策出最佳方案。
4.3 开发实施和迭代阶段
把通过前两个阶段筛选得出的纪念馆图书管理信息系统的体系结构付诸具体的开发实施。任何一个软件应用系统的实现都不是一蹴而就的，同样道理，任何一个软件体系结构的设计也非一日之功，一锤子买卖，而是一个循序渐进的过程。因此，当实施中遭遇问题时还需反复迭代上面的步骤，以达到良好的设计开发效果。
4.4 体系结构测试验收阶段
在此，运用多种测试方法，进行体系结构校验、模拟测试和验收实施结果，做出客观评价，并在测试过程中及时调整存在问题的地方，最终获取优质实施结构或路径。
5 结束语
建设一个互操作性能优、扩展性强和复用性高的革命纪念馆图书管理信息系统，软件体系结构是整个系统设计成功的基础和关键所在，在实际系统的设计和实现过程中，运用体系结构的知识指导我们的行为，采用正确的基于体系结构的方法约束系统的开发过程，最终实现符合革命纪念馆自身特色的图书管理系统。
[参考文献]
[1]http：//www.uml.org.cn/success/success1.htm.
[2]Pressman R S，黄柏素，等，译.软件工程———实践者的研究方法[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3]张友生. 软件体系结构[M].北京：清华大学出版社，2006.
关键词：软件体系结构；革命纪念馆；图书管理系统
1 引言
随着现代科技的不断进步和社会需求的日益增多，企事业单位需求的大量增长，面向对象、分布式等新技术的引入，催生了各种软件信息系统，特别是大中型的企业级系统的规模和复杂度也随之迅速膨胀。在这样的背景之下，传统的软件构架设计方式已经不能适应现代软件系统开发的需求，于是出现了对软件体系结构的研究和设计，以此来解决不断涌现的软件危机问题（具体表现在：软件成本、软件生产率、软件质量、软件后期护理等方面）。软件体系结构规划是否良好是决定软件系统成败的一个重要因素。
如今，软件体系结构的设计对整个软件开发起着至关重要的作用。对软件工业化时代下的大规模复杂软件系统来说，全局性的系统结构设计和规格说明的重要性已经远远超过了“程序=算法+数据结构”的选择。只有选择一个设计科学合理的系统体系结构，才能开发出经得起用户需求变化、跟得上时代发展的软件系统，满足可生产性、安全性（如数据一致性等）、可靠性、可维护性（如可移植性、可理解性）、可重用、可适应性（如环境适应性等）、可伸缩性、扩展性、可测试性等方面的要求。这就是我们研究和实现软件体系结构的目的所在。
2 软件体系结构
2.1 软件体系结构的定义
体系结构一词最早来自于建筑学，ANSI/IEEE Std 1471-2000 中对Architecture的定义是：一个系统的基本组织结构，包括该系统的各类组件（Components），组件之间的相互关系和所处环境，以及指导该系统设计和演变时的基本准则[1]。90年代初软件体系结构（Software Architecture，缩写：SA）正式出现在人们的视野，它是将软件系统形象化地比喻为一栋建筑，包含构建系统的元素、元素之间的操作、指导本系统构成的模式以及附着在模式上的约束的描述。
截止目前，对于软件体系结构仍旧未形成一个统一的定义。当前广受业界认可的典型定义是Mary Shaw和David Garlan对它的认识：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存在的一些问题，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[2]。
可以看到，定义揭示了软件体系结构包含系统的组织结构和拓扑结构，显示了系统需求和构成系统的元素之间的对应关系，并且提供了一些设计决策的基本原理，是构建于软件系统之上的系统级、高层次、大粒度的复用。有了软件体系结构，能够做出系统开发的重要决策，进行项目的理智管理以及改善各种开发人员的交流与协调。
2.2 主要研究的对象
近年来，软件体系结构领域研究的重点（对象）有：
⑴体系结构的定义和作用。
⑵体系结构的风格（模式）或范型，比如：完善现有体系结构风格，提出新的体系结构模式；力图建立面向专门领域的软件体系结构范型库。
⑶软件体系结构的说明或描述及其标准化，比如：探索新的软件体系结构描述语言，促成标准化、规范化描述方式的诞生，从而方便开发人员之间的理解、沟通、交流。
⑷软件体系结构的半形式化或形式化方法（基于数学的，具有严格的语法语义定义的语言），形式化方法是提高软件系统安全性与可靠性的重要手段。
⑸体系结构的建模及其快速原型。
⑹体系结构的度量与评价，通过分析来预见软件的质量，通过分析、创建、选择、评估与比较不同的体系结构，建立评价软件体系结构的方法，满足产品质量需求。
⑺通过理论的分析和实践的研究，对软件工程师在软件开发实践中得来的各种体系结构的原则、模式进行整理和归类、集成、扩展，形成一套可以指导软件设计和开发人员完成体系结构设计的一般性准则。
经过长期的努力，现在社会上形成了一些通用的、具备良好风格的软件体系结构模式，主要代表是：数据流系统（Dataflow Systems，如：管道和过滤器），数据抽象和面向对象组织（Data Abstraction and Object-oriented Organization），分层系统（Layered Systems，如：三层分层系统结构），数据中心体系结构（Data-centered Architecture，如：知识库模式）。而对它们综合交织的应用，可以使软件系统的产品质量达到优良的设计和实现效果。
3 革命纪念馆图书管理信息系统
梅园新村纪念馆，拥有全国第一家周恩来图书馆资料研究中心——周恩来图书馆，收藏了大量的有关周恩来的论著、文献、书刊、音像资料和照片，而且随着藏书量的不断扩大和读者数量的增加，为了更好地满足读者需求，提高服务群众的水平，提高图书馆的工作效率，充分发挥纪念馆的社会教育和名人研究功能，也为进一步推动纪念馆数字化、信息化建设，开发一个应用软件体系结构理论、设计合理的信息系统对纪念馆图书进行综合的有效管理，显得尤为必要。
4 体系结构设计过程
4.1 需求阶段
引入体系结构概念确立系统目标，收集原始需求。这是整个系统正确设计的根本依据和指导方针，涵盖了：结构目标、系统的功能指标和非功能性指标，其中非功能性指标又覆盖了对系统性能的考虑、对系统可靠性的考虑、对系统扩展和升级的考虑等等。在这个过程中，设计人员与图书馆部门的工作人员进行了解、调查、互动讨论，以此确定目标和各类用户的需求，把需求精化分解，得出需求规约，并形成相应的文档输出。 4.2 设计阶段
根据需求阶段得到的分析，按照“概念体系结构-逻辑体系结构-执行体系结构-体系结构评估、确认”这条主线进行软件体系结构的构建和设计，确立纪念馆图书管理信息系统体系结构，包括对风格的描述，以及在后期构建指导系统分解、集成的机制与原则。
这个设计子阶段的第一步是明确概念体系结构。对纪念馆图书管理信息系统体系进行构件（子系统）、连接件（构件之间的关系）、配置约束的定义和划分及关键技术的选定。对于中小型问题规模的纪念馆图书管理系统而言，这个阶段可以不必过分关注具体接口和特定的细节性信息，可放在逻辑体系结构步骤中进行处理。
第二步是明确逻辑体系结构。仅仅确定概念体系结构距离系统目标的达成还很遥远，概念结构后面紧接着是逻辑结构的确定，也就是对概念结构中的内容进行充实和具体化。可以通过创建动态模型（包括每个组件所提供的功能的简述、组件的用户描述、型号名称、响应信号（IDL）、操作描述、操作的前提条件及约束、并发模型、组件合成约束、生命周期模型、组件示例、组件命名、典型使用情况、程序范例、例外情况以及执行结果）来考虑、归纳每个软件元素的功能和接口[3]。
而后是明确执行体系结构。在网络或分布式环境下的应用程序中，将各组件映射到物理系统中。
最后的子阶段是体系结构评估和确认。组织图书管理信息系统相关参与人员，对比各种不同方案进行权衡评估，从而决策出最佳方案。
4.3 开发实施和迭代阶段
把通过前两个阶段筛选得出的纪念馆图书管理信息系统的体系结构付诸具体的开发实施。任何一个软件应用系统的实现都不是一蹴而就的，同样道理，任何一个软件体系结构的设计也非一日之功，一锤子买卖，而是一个循序渐进的过程。因此，当实施中遭遇问题时还需反复迭代上面的步骤，以达到良好的设计开发效果。
4.4 体系结构测试验收阶段
在此，运用多种测试方法，进行体系结构校验、模拟测试和验收实施结果，做出客观评价，并在测试过程中及时调整存在问题的地方，最终获取优质实施结构或路径。
5 结束语
建设一个互操作性能优、扩展性强和复用性高的革命纪念馆图书管理信息系统，软件体系结构是整个系统设计成功的基础和关键所在，在实际系统的设计和实现过程中，运用体系结构的知识指导我们的行为，采用正确的基于体系结构的方法约束系统的开发过程，最终实现符合革命纪念馆自身特色的图书管理系统。
[参考文献]
[1]http：//www.uml.org.cn/success/success1.htm.
[2]Pressman R S，黄柏素，等，译.软件工程———实践者的研究方法[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3]张友生. 软件体系结构[M].北京：清华大学出版社，2006.