基于軟件體系結構的紀念館圖書管理信息系統(tǒng)開發(fā)方法淺析

摘 要：本文嘗試把現(xiàn)代軟件體系結構理論運用到革命紀念館圖書管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)之中，給出了整個體系結構設計過程，讓兩者有機結合，使成果系統(tǒng)能更好地服務于讀者，提高書籍管理效率，促進革命紀念館的現(xiàn)代信息化建設。

關鍵詞：軟件體系結構；革命紀念館；圖書管理系統(tǒng)

1 引言

隨著現(xiàn)代科技的不斷進步和社會需求的日益增多，企事業(yè)單位需求的大量增長，面向對象、分布式等新技術的引入，催生了各種軟件信息系統(tǒng)，特別是大中型的企業(yè)級系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度也隨之迅速膨脹。在這樣的背景之下，傳統(tǒng)的軟件構架設計方式已經(jīng)不能適應現(xiàn)代軟件系統(tǒng)開發(fā)的需求，于是出現(xiàn)了對軟件體系結構的研究和設計，以此來解決不斷涌現(xiàn)的軟件危機問題（具體表現(xiàn)在：軟件成本、軟件生產(chǎn)率、軟件質量、軟件后期護理等方面）。軟件體系結構規(guī)劃是否良好是決定軟件系統(tǒng)成敗的一個重要因素。

如今，軟件體系結構的設計對整個軟件開發(fā)起著至關重要的作用。對軟件工業(yè)化時代下的大規(guī)模復雜軟件系統(tǒng)來說，全局性的系統(tǒng)結構設計和規(guī)格說明的重要性已經(jīng)遠遠超過了“程序=算法+數(shù)據(jù)結構”的選擇。只有選擇一個設計科學合理的系統(tǒng)體系結構，才能開發(fā)出經(jīng)得起用戶需求變化、跟得上時代發(fā)展的軟件系統(tǒng)，滿足可生產(chǎn)性、安全性（如數(shù)據(jù)一致性等）、可靠性、可維護性（如可移植性、可理解性）、可重用、可適應性（如環(huán)境適應性等）、可伸縮性、擴展性、可測試性等方面的要求。這就是我們研究和實現(xiàn)軟件體系結構的目的所在。

2 軟件體系結構

2.1 軟件體系結構的定義

體系結構一詞最早來自于建筑學，ANSI/IEEE Std 1471-2000 中對Architecture的定義是：一個系統(tǒng)的基本組織結構，包括該系統(tǒng)的各類組件（Components），組件之間的相互關系和所處環(huán)境，以及指導該系統(tǒng)設計和演變時的基本準則[1]。90年代初軟件體系結構（Software Architecture，縮寫：SA）正式出現(xiàn)在人們的視野，它是將軟件系統(tǒng)形象化地比喻為一棟建筑，包含構建系統(tǒng)的元素、元素之間的操作、指導本系統(tǒng)構成的模式以及附著在模式上的約束的描述。

截止目前，對于軟件體系結構仍舊未形成一個統(tǒng)一的定義。當前廣受業(yè)界認可的典型定義是Mary Shaw和David Garlan對它的認識：軟件體系結構是軟件設計過程中的一個層次，這一層次超越計算過程中的算法設計和數(shù)據(jù)結構設計。體系結構問題包括總體組織和全局控制、通訊協(xié)議、同步、數(shù)據(jù)存取，給設計元素分配特定功能，設計元素的組織、規(guī)模和性能，在各設計方案間進行選擇等。軟件體系結構處理算法與數(shù)據(jù)結構之上關于整體系統(tǒng)結構設計和描述方面存在的一些問題，如全局組織和全局控制結構，關于通訊、同步與數(shù)據(jù)存取的協(xié)議，設計構件功能定義，物理分布與合成，設計方案的選擇、評估與實現(xiàn)等[2]。

可以看到，定義揭示了軟件體系結構包含系統(tǒng)的組織結構和拓撲結構，顯示了系統(tǒng)需求和構成系統(tǒng)的元素之間的對應關系，并且提供了一些設計決策的基本原理，是構建于軟件系統(tǒng)之上的系統(tǒng)級、高層次、大粒度的復用。有了軟件體系結構，能夠做出系統(tǒng)開發(fā)的重要決策，進行項目的理智管理以及改善各種開發(fā)人員的交流與協(xié)調。

2.2 主要研究的對象

近年來，軟件體系結構領域研究的重點（對象）有：

⑴體系結構的定義和作用。

⑵體系結構的風格（模式）或范型，比如：完善現(xiàn)有體系結構風格，提出新的體系結構模式；力圖建立面向專門領域的軟件體系結構范型庫。

⑶軟件體系結構的說明或描述及其標準化，比如：探索新的軟件體系結構描述語言，促成標準化、規(guī)范化描述方式的誕生，從而方便開發(fā)人員之間的理解、溝通、交流。

⑷軟件體系結構的半形式化或形式化方法（基于數(shù)學的，具有嚴格的語法語義定義的語言），形式化方法是提高軟件系統(tǒng)安全性與可靠性的重要手段。

⑸體系結構的建模及其快速原型。

⑹體系結構的度量與評價，通過分析來預見軟件的質量，通過分析、創(chuàng)建、選擇、評估與比較不同的體系結構，建立評價軟件體系結構的方法，滿足產(chǎn)品質量需求。

⑺通過理論的分析和實踐的研究，對軟件工程師在軟件開發(fā)實踐中得來的各種體系結構的原則、模式進行整理和歸類、集成、擴展，形成一套可以指導軟件設計和開發(fā)人員完成體系結構設計的一般性準則。

經(jīng)過長期的努力，現(xiàn)在社會上形成了一些通用的、具備良好風格的軟件體系結構模式，主要代表是：數(shù)據(jù)流系統(tǒng)（Dataflow Systems，如：管道和過濾器），數(shù)據(jù)抽象和面向對象組織（Data Abstraction and Object-oriented Organization），分層系統(tǒng)（Layered Systems，如：三層分層系統(tǒng)結構），數(shù)據(jù)中心體系結構（Data-centered Architecture，如：知識庫模式）。而對它們綜合交織的應用，可以使軟件系統(tǒng)的產(chǎn)品質量達到優(yōu)良的設計和實現(xiàn)效果。

3 革命紀念館圖書管理信息系統(tǒng)

梅園新村紀念館，擁有全國第一家周恩來圖書館資料研究中心——周恩來圖書館，收藏了大量的有關周恩來的論著、文獻、書刊、音像資料和照片，而且隨著藏書量的不斷擴大和讀者數(shù)量的增加，為了更好地滿足讀者需求，提高服務群眾的水平，提高圖書館的工作效率，充分發(fā)揮紀念館的社會教育和名人研究功能，也為進一步推動紀念館數(shù)字化、信息化建設，開發(fā)一個應用軟件體系結構理論、設計合理的信息系統(tǒng)對紀念館圖書進行綜合的有效管理，顯得尤為必要。

4 體系結構設計過程

4.1 需求階段

引入體系結構概念確立系統(tǒng)目標，收集原始需求。這是整個系統(tǒng)正確設計的根本依據(jù)和指導方針，涵蓋了：結構目標、系統(tǒng)的功能指標和非功能性指標，其中非功能性指標又覆蓋了對系統(tǒng)性能的考慮、對系統(tǒng)可靠性的考慮、對系統(tǒng)擴展和升級的考慮等等。在這個過程中，設計人員與圖書館部門的工作人員進行了解、調查、互動討論，以此確定目標和各類用戶的需求，把需求精化分解，得出需求規(guī)約，并形成相應的文檔輸出。

4.2 設計階段

根據(jù)需求階段得到的分析，按照“概念體系結構-邏輯體系結構-執(zhí)行體系結構-體系結構評估、確認”這條主線進行軟件體系結構的構建和設計，確立紀念館圖書管理信息系統(tǒng)體系結構，包括對風格的描述，以及在后期構建指導系統(tǒng)分解、集成的機制與原則。

這個設計子階段的第一步是明確概念體系結構。對紀念館圖書管理信息系統(tǒng)體系進行構件（子系統(tǒng)）、連接件（構件之間的關系）、配置約束的定義和劃分及關鍵技術的選定。對于中小型問題規(guī)模的紀念館圖書管理系統(tǒng)而言，這個階段可以不必過分關注具體接口和特定的細節(jié)性信息，可放在邏輯體系結構步驟中進行處理。

第二步是明確邏輯體系結構。僅僅確定概念體系結構距離系統(tǒng)目標的達成還很遙遠，概念結構后面緊接著是邏輯結構的確定，也就是對概念結構中的內容進行充實和具體化。可以通過創(chuàng)建動態(tài)模型（包括每個組件所提供的功能的簡述、組件的用戶描述、型號名稱、響應信號（IDL）、操作描述、操作的前提條件及約束、并發(fā)模型、組件合成約束、生命周期模型、組件示例、組件命名、典型使用情況、程序范例、例外情況以及執(zhí)行結果）來考慮、歸納每個軟件元素的功能和接口[3]。

而后是明確執(zhí)行體系結構。在網(wǎng)絡或分布式環(huán)境下的應用程序中，將各組件映射到物理系統(tǒng)中。

最后的子階段是體系結構評估和確認。組織圖書管理信息系統(tǒng)相關參與人員，對比各種不同方案進行權衡評估，從而決策出最佳方案。

4.3 開發(fā)實施和迭代階段

把通過前兩個階段篩選得出的紀念館圖書管理信息系統(tǒng)的體系結構付諸具體的開發(fā)實施。任何一個軟件應用系統(tǒng)的實現(xiàn)都不是一蹴而就的，同樣道理，任何一個軟件體系結構的設計也非一日之功，一錘子買賣，而是一個循序漸進的過程。因此，當實施中遭遇問題時還需反復迭代上面的步驟，以達到良好的設計開發(fā)效果。

4.4 體系結構測試驗收階段

在此，運用多種測試方法，進行體系結構校驗、模擬測試和驗收實施結果，做出客觀評價，并在測試過程中及時調整存在問題的地方，最終獲取優(yōu)質實施結構或路徑。

5 結束語

建設一個互操作性能優(yōu)、擴展性強和復用性高的革命紀念館圖書管理信息系統(tǒng)，軟件體系結構是整個系統(tǒng)設計成功的基礎和關鍵所在，在實際系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)過程中，運用體系結構的知識指導我們的行為，采用正確的基于體系結構的方法約束系統(tǒng)的開發(fā)過程，最終實現(xiàn)符合革命紀念館自身特色的圖書管理系統(tǒng)。

[參考文獻]

[1]http：//www.uml.org.cn/success/success1.htm.

[2]Pressman R S，黃柏素，等，譯.軟件工程———實踐者的研究方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[3]張友生. 軟件體系結構[M].北京：清華大學出版社，2006.