6. Arkkitehtuurityylit Osittavat arkkitehtuurityylit Kerrosarkkitehtuurit (rakenteen ositus) Tietovuoarkkitehtuurit (toiminnan ositus) Palveluihin perustuvat arkkitehtuurityylit Asiakas-palvelin arkkitehtuurit Viestinvälitysarkkitehtuurit Erikoisarkkitehtuurityylit MVC arkkitehtuurit Tulkkiarkkitehtuurit Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 1
Mitä ovat arkkitehtuurityylit? Arkkitehtuurityyli = yleinen malli, joka kertoo miten järjestelmä organisoidaan ylimmällä abstraktiotasolla, määräten järjestelmän yleisen teknisen luonteen Arkkitehtuurityylit eivät sulje toisiaan pois! Kysymyksiä, jotka voivat johtaa arkkitehtuurityylin valintaan: - Koostuuko järjestelmä komponenteista, jotka ovat selvästi eri käsitetasoilla? - Onko järjestelmän päätarkoitus jalostaa tietoa? - Jaetaanko järjestelmässä jotain resurssia tai tietoa erillisille sovelluksille? - Koostuuko järjestelmä joukosta komponentteja, jotka kommunikoivat keskenään etukäteen tuntemattomilla tavoilla? Ovatko komponentit usein vaihtuvia? Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 2
Kerrosarkkitehtuurit Kerrosarkkitehtuuri: Järjestelmän organisointi käsitetasoltaan nouseviin kerroksiin.. Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 3
Abstraktiotasojen rikkominen ja ohitus Ohitus käyttää toteuttamiseen Abstraktiotasojen rikkominen Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 4
Takaisinkutsut kerrosarkkitehtuurissa Sovelluskerros normaali kutsu takaisinkutsu Alustakerros Takaisinkutsulla voidaan rikkoa kerrosarkkitehtuurin periaatetta ilman, että alempi kerros riippuu ylemmästä Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 5
Kerrosarkkitehtuurien kuvaus: hampurilainen Ei ohituksia Ohituksia Ohituksia Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 6
Kerrosten rajapinnat Kerros A Comp1 Comp2 Comp3 Kerros B Comp4 Comp5 Comp6 Ks. Fasaadi Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 7
Esimerkki: tyypillinen liiketoimintajärjestelmä Käyttöliittymä Sovelluskohtainen logiikka Sovellusaluekohtainen logiikka Tietokanta Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 8
Kerrosarkkitehtuuri voi olla moniulotteinen Core GUI Default GUI App GUI GUI Käyttöliittymä Core Logic Default Logic App Logic Logic Core Support Default Support App Support Support Peruspalvelut Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 9
Kerrosarkkitehtuuri voi olla moniulotteinen Core GUI Default GUI App GUI Core Logic Default Logic App Logic Core Support Default Support App Support Yleiskäyttöinen Tuotekohtainen Core Default App Domain-Yritys-Tuote Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 10
rivikerros riippuu sarakeker Kerrosten riippuvuusanalyysi P1 P2 P3 P4 P5 P1 X X P2 X X P3 X X OK, ohitusaste = 1 P1 P2 P3 P4 P5 P4 X P5 Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 11
row depends on col Kerrosten riippuvuusanalyysi P1 P2 P3 P4 P5 P1 X X P2 X Ei OK, mitä tehdä? P1 P2 P3 P4 P5 P3 X X X P4 X P5 Vaihdetaan P2:n ja P3:n paikat, jos P2 ei ole selvästi korkeammalla käsitetasolla Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 12
row depends on col Kerrosten riippuvuusanalyysi P1 P2 P3 P4 P5 P1 X X P2 X X Ei OK, mitä tehdä? P1 P2 P3 P4 P5 P3 X X X P4 X Yhdistetään P2 ja P3? P5 Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 13
Kerrosten riippuvuusnanalyysi Kerros P2 Yksittäisten komponenttien siirto Comp1 Comp2 Comp3 Kerros P3 Siirto OK, jos ei käsitetason ristiriitaa Comp4 Comp5 Comp6 Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 14
Kerrosten riippuvuusnanalyysi Kerros P2 Yksittäisten komponenttien vaihto Comp1 Comp2 Comp3 Kerros P3 Ei voi siirtää Comp4 Comp5 Comp6 Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 15
Harjoitus Suunnittele kerrosarkkitehtuuri seikkailupelille. Järjestelmään kuuluvat seuraavat osat: - Yleinen seikkailupelilogiikka (AL) - Tietokanta (DB) - Pelikäyttöliittymä (GUI) - Graafinen tuki seikkailupeleille (GS) - Pelitietokantapalvelut (GB) - Pelin logiikka (GL) - Yleinen graafinen kirjasto (G) Sijoita nämä osat kerroksiin. Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 16
GUI GL AL GB DB GS G - Yleinen seikkailupelilogiikka (AL) - Tietokanta (DB) - Pelikäyttöliittymä (GUI) - Graafinen tuki seikkailupeleille (GS) - Pelitietokantapalvelut (GB) - Pelin logiikka (GL) - Yleinen graafinen kirjasto (G) Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 17
Kerrosarkkitehtuurien edut ja ongelmat Etuja Melkein aina sovellettavissa Tukee järjestelmän ymmärtämistä ja hallintaa Vähentää riippuvuuksia (ylläpidettävyys, muunneltavuus) Helppo liittää yrityksen organisaatioon (Conway) Tukee uudelleenkäyttöä (tuoterunkoarkkitehtuurin pohjana) Ongelmia Suorituskyky voi heikentyä (epäsuoruus) Saattaa johtaa tarpeettomaan/moninkertaiseen laskentaan Poikkeusten käsittely Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 18
Esimerkki (patologinen) GUI OrderApplication OrderPlatform OrderApplication:orderCheck(XMLdoc apporder) parse apporder check apporder (app specific checking) g = make XMLdoc genorder generalordercheck(g) OrderPlatform:generalOrderCheck(XMLdoc genorder) parse genorder check genorder(general checking) Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 19
Tietovuoarkkitehtuurit Tietovuoarkkitehtuuri koostuu komponenteista (filter), jotka tuottavat ja kuluttavat tietoalkioita, ja tietoalkioita komponentilta toiselle kuljettavista väylistä (pipe). filter pipe filter pipe filter pipe pipe filter pipe filter Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 20
Tyypillistä tietovuoarkkitehtuurille Prosessointiyksiköt toimivat toisistaan riippumattomasti (eivät jaa tilatietoa) Prosessointiyksiköt eivät tunne toisiaan, ainoastaan väylien vaatiman tietoformaatin Tieto voidaan prosessoida paloittain Yksiköt ovat tilattomia Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 21
Erikoistapaus: liukuhihnatyyli (pipeline) pipe pipe filter filter filter Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 22
Kontrollin toteutus liukuhihnatyylissä: työntävä tapa Source Filter1 Filter2 Sink push(data) process push(data) process push(data) push(data) process Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 23
Kontrollin toteutus liukuhihnatyylissä: vetävä tapa Source Filter1 Filter2 Sink pull data pull pull process data process data pull Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 24
Rinnakkaiset yksiköt: puskurointi Puskuri filter filter Kukin yksikkö omassa prosessissaan Hitain yksikkö määrää kokonaisajan Puskurien koko on kriittinen tekijä Puskuri on tyypillisesti jonorakenne Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 25
Esimerkki: äänenkäsittelyjärjestelmä Raaka äänidata Lataaja Käsittelyyksikkö... Kaiuttimet Markku Reunanen: Äänijärjestelmän ohjelmistoarkkitehtuuri. D-työ, TTY, 2002. Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 26
Esimerkki: yksivaihekääntäjä Selaaja Jäsentäjä Koodin generointi merkkejä tekstialkioita kielen rakenteita koodi ongelma: ohjelmatekstin kontekstisidonnainen käsittely ratkaisu: (i) tietoa kerätään globaaliin symbolitauluun (data) (ii) jäsentäjä toimii pääohjelmana (kontrolli) Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 27
Tietovuoarkkitehtuurien edut ja ongelmat Etuja: Mutkikas tiedon käsittelyprosessi voidaan jakaa helpommin hallittaviin palasiin Tukee uudelleenkäyttöä: prosessointiyksiköitä voidaan kombinoida eri tavoin Tukee ylläpitoa: prosessointiyksikköä voidaan helposti muuttaa Tukee rinnakkaisuutta Ongelmia: Ei sovi interaktiivisille järjestelmille Tiedon tulkinnasta tulee suorituskykyrasitetta Virhetilanteiden käsittely voi olla vaikeaa Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 28
Palveluihin perustuvat arkkitehtuurityylit Oliot (1970-luku) olio lista lisää Käyttävä yksikkö poista Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 29
Palveluihin perustuvat arkkitehtuurityylit Komponentit (1980-luku) Suomenkielen tavutus komponentti Tavutusrajapinta Tekstijärjestelmä Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 30
Palveluihin perustuvat arkkitehtuurityylit Asiakas-palvelin (1990-luku) Palvelun pyytäjä Palvelun tarjoaja Palvelun pyytäjä Esim. EJB verkko Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 31
Palveluihin perustuvat arkkitehtuurityylit Service-Oriented Architecture (SOA) (2000-luku) kysyy palvelua Palvelurekisteri verkko rekisteröityy Palvelun pyytäjä palvelun saaminen Palvelun tarjoaja Esim. Web services Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 32
Palveluihin perustuvat arkkitehtuurityylit Palveluväylä (Enterprise Service Bus, ESB) Sovellus Sovellus Sovellus Sovellus Sovitin Sovitin Sovitin Sovitin Väylä - sovellukset tarjoavat palvelujaan väylän kautta - idea: viestin reititys riippuu viestistä -> ei synny riippuvuuksia sovellusten välille Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 33
Asiakas-palvelin arkkitehtuurit Asiakas-palvelin arkkitehtuuri: järjestelmä koostuu jotakin resurssia kontrolloivista ja siihen liittyviä palveluja tarjoavista palvelimista (server) ja palveluja tarvitsevista asiakkaista (client). Erityisominaisuuksia: Palvelut tarjotaan istunnoissa, tiettyyn kokonaisuuteen kuuluvat palvelut annetaan saman yhteyden aikana kontrolloidusti (transaktioina) Asiakkaat ja palvelimet toimivat omissa prosesseissaan, tyypillisesti hajautettuina Asiakkaat ovat tyypillisesti omia sovelluksia, jotka eivät tunne toisiaan Palvelimet eivät tunne asiakkaita Palvelimet tyypillisesti hallinnoivat jotain resurssia tai tietovarastoa Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 34
Esimerkkejä Tietovarastopalvelimet Sovelluspalvelimiin perustuvat järjestelmät Sähköpostipalvelimet, Web palvelimet Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 35
Tietovarastopalvelimet ja sovelluspalvelimet Asiakas Asiakas Käyttöliittymä Sovelluskohtainen logiikka Sovellusaluekohtainen logiikka Palvelin Tietokanta Palvelin Käyttöliittymä Sovelluskohtainen logiikka Sovellusaluekohtainen logiikka Tietokanta Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 36
Asiakas-palvelin arkkitehtuurien edut ja ongelmat Etuja Helpottaa yhteisen resurssin hallintaa (esim. tietoturva) Helpottaa ylläpitoa ja muunneltavuutta (esim. palvelimen vaihto) Hyvä teknologinen tuki Ongelmia Verkkoliikenteestä johtuvat suorituskykyongelmat Palvelinkeskeisyys: kriittisen palvelimen vikaantuminen Poikkeusten käsittely Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 37
Yhteenvetoa Kerrosarkkitehtuuri osittaa järjestelmän käsitetasojen mukaan Tietovuoarkkitehtuuri osittaa järjestelmän työstämisvaiheiden mukaan Palvelupohjaiset järjestelmät ovat kehittyneet olioohjelmoinnista lähtien kohti palveluväyläratkaisuja ja pilvijärjestelmiä Ohjelmistoarkkitehtuurit Syksy 2010 TTY Ohjelmistotekniikka 38