Softwarearchitektur und Design
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Questions and Answers

Was beschreibt die Softwarearchitektur?

  • Die Struktur eines Systems (correct)
  • Die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Software
  • Die Programmiermethoden einer Software
  • Die Benutzeroberfläche einer Anwendung

    • Wer kann als Softwarearchitekt fungieren?

  • Eine erfahrene Testerin
  • Ein Projektmanager ohne technische Kenntnisse
  • Ein Marketingexperte
  • Ein einzelner Entwickler oder ein Team (correct)

    • Was erfordert die Kommunikation mit Stakeholdern?

  • Viel Erfahrung (correct)
  • Eine spezielle Software zur Überwachung
  • Nichts, da sie unwichtig ist
  • Ein ständiger Wechsel des Teams

    • Was ist eine essenzielle Eigenschaft der Softwarearchitektur?

    <p>Wiederverwendbare Abstraktion</p> Signup and view all the answers

    Was umfasst der Softwareentwicklungsprozess?

    <p>Die Analyse, den Entwurf, die Implementierung und die Wartung</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt 'Conway's Law'?

    <p>Die Beziehung zwischen Kommunikationsstruktur und Systemdesign.</p> Signup and view all the answers

    Was wird als 'Inverse Conway Maneuver' bezeichnet?

    <p>Änderung der Teamstruktur zur Förderung einer gewünschten Architektur.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen ist eine Analogie zum Hausbau?

    <p>Verschiedene Pläne beschreiben verschiedene Aspekte eines Systems.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine 'Sicht' in Bezug auf ein System?

    <p>Eine Darstellung, die nur relevante Elemente für eine Perspektive enthält.</p> Signup and view all the answers

    Welches Ziel hat die Änderung der Organisationsstruktur gemäß dem Inversen Conway-Manöver?

    <p>Ermöglichung einer spezifischen Softwarearchitektur.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Ergebnis des Feinentwurfs?

    <p>OO-Modell für jedes Subsystem der Architektur</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Eigenschaften sind Teil der Verfeinerung des Analysemodells?

    <p>Listen der Attribute und Operationen</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Sichtbarkeit im Kontext von Klassen?

    <p>Die Zugriffsrechte auf Attribute und Methoden</p> Signup and view all the answers

    Was sind technische Klassen/Pakete?

    <p>Einheiten, die mit Infrastruktur und Altsystemen verbunden sind</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine wichtige Überlegung bei der Grobdefinition der Architektur?

    <p>Das Verteilungskonzept der Komponenten</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aspekte sind bei der Spezifikation von Klassen wichtig?

    <p>Vor- und Nachbedingungen aller Operationen</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Rolle von Assoziationen und Aggregationen im Feinentwurf?

    <p>Sie beschreiben Navigationsrichtung, Ordnung und Qualifikation</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet Plattformabhängigkeit in der Softwareentwicklung?

    <p>Die Software muss ausdrücklich auf eine Plattform zugeschnitten sein.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt Kohäsion am besten?

    <p>Kohäsion besagt, dass Elemente einer Komponente eng miteinander verbunden sind.</p> Signup and view all the answers

    Welches Beispiel beschreibt eine zeitliche Kohäsion?

    <p>Eine Klasse, in der alle Bestandteile zur selben Zeit aktiviert werden.</p> Signup and view all the answers

    Welche Art der Kohäsion beschreibt eine Gruppe von Methoden, die ähnliche Funktionen ausführen?

    <p>Logische Kohäsion</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Kopplungsarten hängt nicht eng mit der gemeinsamen Verwendung von Attributen zusammen?

    <p>Klassische Kopplung</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Merkmal einer hohen Kopplung zwischen Komponenten?

    <p>Komponenten bauen stark aufeinander auf.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Ansatz ist nicht empfehlenswert zur Reduktion der Kopplung?

    <p>Verwendung von public Attributen</p> Signup and view all the answers

    Welche Art der Kopplung wird als akzeptabel angesehen?

    <p>Schnittstellenkopplung</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Beispiel für funktionale Kohäsion?

    <p>Eine Klasse, die alle Elemente zur Ausführung einer Gesamtfunktion benötigt.</p> Signup and view all the answers

    Welches Ziel wird im Software- und Systementwurf beschrieben?

    <p>Der Übergang vom ‚WAS‘ zum ‚WIE‘ für die Implementierung.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt ein Subsystem im Kontext des Software-Entwurfs?

    <p>Ein in sich geschlossenes, eigenständig funktionsfähiges System mit definierten Schnittstellen.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen trifft auf den Feinentwurf nicht zu?

    <p>Er legt die Systemanforderungen und -ziele fest.</p> Signup and view all the answers

    Was ist KEIN Bestandteil einer Komponente im Software-Entwurf?

    <p>Sie kann beliebig viele Subsysteme enthalten.</p> Signup and view all the answers

    Welche Technik ist wichtig, um komplexe Systeme zu realisieren?

    <p>Ein systematischer und teamübergreifender Entwicklungsprozess.</p> Signup and view all the answers

    Was charakterisiert eine funktionale Spezifikation in der Softwareentwicklung?

    <p>Sie beschreibt, was das Softwareprodukt leisten soll.</p> Signup and view all the answers

    Wie nennt man den Prozess, in dem Anforderungen in Entwurfsdetails überführt werden?

    <p>Grobentwurf.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein zentrales Merkmal der Softwarearchitekuren im Entwurf?

    <p>Sie schaffen eine Struktur, die das System allgemein beschreibt.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt das MVC-Modell korrekt?

    <p>Der Controller leitet die Benutzereingaben weiter.</p> Signup and view all the answers

    Welches Hauptmerkmal beschreibt die Trennung von Daten und Darstellung?

    <p>Die Darstellung ist unabhängig von der Datenhaltung.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion des 'View' im MVC-Modell?

    <p>Sichten auf die Daten bereitzustellen.</p> Signup and view all the answers

    Wie erfolgt die Aktualisierung der Darstellungen im MVC-Modell?

    <p>Automatisch, wenn das Model aktualisiert wird.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Vorteil der Entkopplung von Darstellung und Daten?

    <p>Ermöglicht eine einfachere Wartung und Erweiterung der Software.</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle hat das 'Model' im MVC-Architekturmuster?

    <p>Es speichert alle Informationen des Systems.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die 'Graphische Anzeige' in der Informationsdarstellung?

    <p>Die visuelle Darstellung von Daten und Informationen.</p> Signup and view all the answers

    Was wird unter 'Direkte Anzeige der Eingabeinformation' verstanden?

    <p>Die Eingaben werden textuell oder visuell ohne Verzögerung präsentiert.</p> Signup and view all the answers

    Welches Element ist nicht Teil des MVC-Modells?

    <p>Database</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Vorlesung Softwaretechnik

    • Vorlesung zum Thema Software- und Systementwurf
    • Dozent: Prof. Bernhard Rumpe, Software Engineering, RWTH Aachen
    • Webseite: http://www.se-rwth.de/
    • Thema: Entwurfsprinzipien

    Warum, Was, Wie und Wozu? Entwurfsprinzipien

    • Warum:
      • Hochgradig praxisrelevant
      • Von der Analyse zum Entwurf kommen
      • Optimale Technologie gibt es nicht
    • Was:
      • Grobentwurf: Architektur, Subsysteme und Schnittstellen
      • Feinentwurf: Komponenten, Datenstrukturen, Algorithmen
    • Wie:
      • Problem in kleine Einheiten zerlegen
      • Komponenten realisieren und zusammensetzen
      • Softwarearchitekturen und Taktiken
    • Wozu:
      • Vorbereitung für die Implementierung großer komplexer Systeme
      • Teams entwickeln die Systeme
      • Kommunikation mit Stakeholdern

    Gliederung des Entwurfsprozesses

    • Architektur-Entwurf
    • Subsystem- & Schnittstellen-Spezifikation
    • Komponenten-Entwurf
    • Datenstruktur-Entwurf
    • Algorithmen-Entwurf
    • Grobentwurf (weitgehend unabhängig von Implementierungssprache)
    • Feinentwurf (angepasst an die Implementierungssprache und Plattform)
    • Gesamtstruktur des Systems (Grobentwurf)
    • Detailstruktur des Systems (Feinentwurf)

    Arbeitsteilung beim Entwurf

    • Architekturentwurf
    • Entwurfsschnittstelle 1-2
    • Entwurfsschnittstelle 2↔...
    • Entwurf Subsystem 1
    • Entwurf Subsystem 2
    • Entwurf Subsystem ...
    • Entwurf der Komponenten

    Kriterien für „guten“ Entwurf

    • Korrektheit (Erfüllung funktionaler und nichtfunktionaler Anforderungen)
    • Verständlichkeit und Präzision
    • Gute Dokumentation
    • Anpassbarkeit
    • Hohe Kohäsion innerhalb der Komponenten
    • Schwache Kopplung zwischen den Komponenten
    • Wiederverwendung

    Kohäsion

    • Kohäsion ist ein Maß für die Zusammengehörigkeit der Bestandteile einer Komponente
    • Hohe Kohäsion erleichtert Verständnis, Wartung und Anpassung
    • Kohäsion wird erreicht durch:
      • Prinzipien der Objektorientierung (Daten & Methodenkapselung)
      • Einhaltung von Regeln zur Paketbildung
      • Verwendung geeigneter Muster zur Kopplung und Entkopplung
    • "Kohärente" Klasse: Keine Partitionierung in unabhängige Untergruppen von zusammenhängenden Operationen und Attributen

    Grade der Kohäsion

    • Zufällig (beliebige Bestandteile)
    • Logisch (ähnliche Funktionen)
    • Zeit/Zeitlich (gleiche Ausführungszeit)
    • Ablauf/Prozedural (geschlossene Ablauffolge)
    • Aufruf/Sequentiell (Ausgabe eines Bestandteils=Eingabe eines anderen)
    • Daten/Kommunikativ/Informativ (gemeinsame Daten)
    • Funktional (einzige Gesamtfunktion)

    Kopplung

    • Kopplung ist ein Maß für Abhängigkeiten zwischen Komponenten
    • Geringe Kopplung verbessert Wartbarkeit und Stabilität
    • Arten der Kopplung: Datenkopplung, Schnittstellenkopplung, Strukturkopplung
    • Reduktion der Kopplung: Vermeidung von Datenkopplung, bevorzugte Schnittstellenkopplung, Vermeidung von Strukturkopplungen

    Wiederverwendung

    • Wiederverwendung (Reuse) ist die Nutzung von Gemeinsamkeiten zwischen Komponenten
    • Reduktion der Redundanz
    • Erhöhung von Stabilität und Ergonomie
    • Hilfsmittel: Vererbung, Parametrisierung, Module/Objekte mit allgemein nutzbaren Schnittstellen

    Framework

    • Software, durch Callback-Methoden erweiterbar
    • Subklassen werden gebildet und dem Framework zugewiesen
    • Aufrufe finden in entgegengesetzter Richtung statt (Framework ruft Applikation auf)

    Referenzmodelle und -architekturen

    • Referenzmodell: Logische Aufteilung der Systeme einer Domäne (Subsysteme, Verbindungen)
    • Referenzarchitektur: Abbildung eines Referenzmodells auf Softwarekomponenten (Datenfluss, Kommunikation, technische Aspekte)
    • Gruppierung von logischen Elementen auf Softwarekomponenten
    • Logische Elemente können mehrfach repliziert sein

    Beispiel: Referenzmodell für Workflowmanagement Systeme

    • Darstellung eines Referenzmodells für Workflowmanagement Systeme mit verschiedenen Interfaces und Komponenten.
    • Darstellung eines Beispiels für Zustandsübergänge eines Prozesses.

    Stakeholder

    • Kunden, Endnutzer, Entwickler, Projektmanager, Wartungspersonal, Vermarktung/Verkauf
    • Alle am Projekt direkt oder indirekt beteiligten Personengruppen

    Einfluss der Stakeholder auf die Softwarearchitektur

    • Management (Niedrige Kosten, gleichmäßige Auslastung des Teams)
    • Nutzer (Performance, Sicherheit, Verlässlichkeit, Nutzbarkeit)
    • Softwarearchitekt (Modifizierbarkeit, Erweiterbarkeit)
    • Wartungsteam (Niedrige Kosten, schnelle Auslieferung, kaum Nachbesserungen)
    • Marketing (Time to Market, Features, Konkurrenzneutrale Anpassbarkeit)
    • Kunde (Produktqualität, Aktualisierung, Anpassung)

    Nutzen einer Architekturbeschreibung

    • Kommunikation der Stakeholder (gemeinsame Sprache)
    • Wesentliche Entwurfsentscheidungen
    • Wiederverwendbare Abstraktion (Produktlinien)
    • Fokus auf spezifische Systemeigenschaften (getrennte Betrachtung der Aspekte)
    • Frühzeitige Analysemöglichkeiten (Prototypen...)

    Architektur-Beispiele

    • Physikalische Architekturen (Netzwerkarchitektur, Standalonearchitektur)
    • Schichtenarchitektur (innerhalb eines Systems)
    • Referenzmodell für Workflowmanagement Systeme

    Conway´s Law

    • Die Struktur eines Systems spiegelt die Kommunikationsstruktur des Entwicklungsteams wider
    • Ansatz für bessere Architektur: Inverse Conway Maneuver (Entwicklungsorganisation an die erwünschte Architektur anpasst)
    • Beispiele für unterschiedliche Organisationsstrukturen (Amazon, Google, Facebook, Apple, Oracle)

    Analogie: Hausbau

    • Ein Haus lässt sich durch verschiedene Pläne beschreiben
    • Jeder Plan hat eine bestimmte Aufgabe und unterschiedliche Zielgruppen

    Sicht (UML)

    • Darstellung eines Systems mit relevanten Elementen und Beziehungen
    • Verfeinerung, Abstrahierung, Übersichtlichkeit der Darstellung
    • Konsistenz zwischen Sichten, Vollständigkeit, Abstraktionsfähigkeit, Übersicht, Realitätstreue, Beschreibungssprachen

    4+1 Sichten-Modell (RUP)

    • Logische Sicht, Struktursicht, Ablaufsicht, Szenarien, Physikalische Sicht
    • Modellierungstechniken und Kern-Elemente
      • Logische Sicht: Klassenmodell, Verfeinerung des Analysemodells
      • Struktursicht: Subsysteme, Schnittstellen, Grobentwurf
      • Ablaufsicht: Prozesse, Koordination, Feinentwurf
      • Szenarien: Use-Cases
      • Physikalische Sicht: Komponenten, Hardwaresysteme, Netze, Feinentwurf

    Primäre Zielgruppe/Aufgabe jeder der vier Sichten

    • Logische Sicht: Endanwender
    • Struktursicht: Programmierung, Wartung
    • Ablaufsicht: System-Integratoren (Performanz, Durchsatz...)
    • Physikalische Sicht: Kommunikation, Verteilung, Auslieferung, Installation
    • Feinentwurf: Detaillierter Entwurf für die Implementierung

    Blockdiagramm

    • Graphische Darstellung der logischen Struktur eines Systems
    • Subsysteme, Schnittstellen, Kommunikationsprotokolle

    UML: Implementierungsdiagramm

    • Zusammengesetzte Komponenten
    • Schnittstellen, die diese Komponenten verbinden

    Konfigurationsdiagramm

    • Darstellung der physikalischen Verteilung von Systemkomponenten (Rechner, Knoten, lokales Kommunikationsnetz, Datenkommunikationsnetz)

    UML: Verteilungsdiagramm

    • Physische Verteilung von Systemen
    • Knoten, Stereotypen, Komponentenzuordnung

    Beispiel Terminverwaltung

    • Blockdiagramm der physikalischen Konfiguration eines Terminverwaltungssystem (PCs, PDA, Terminserver, Anzeigetafel-Steuerung, Termin-Datenbank)

    Was haben wir gelernt?

    • Softwarearchitektur (Struktur, Komponenten, Schnittstellen, Beziehungen)
    • Softwarearchitekt (Team/Person, Erfahrung, Stakeholder-Interessen)
    • Nutzen (Kommunikation, Entwurf, Abstraktion, Fokus, Frühzeitige Analysis)

    Taktiken (in Softwareentwurf)

    • Technik zur Veränderung von Qualitätsattributen (Verfügbarkeit, Modifizierbarkeit, Performance, Sicherheit, Testbarkeit, Usability)
    • Beispielsweise zur Optimierung der Verfügbarkeit von Systemen (Fehlererkennung, Redundanz)
    • Beispiele für Taktiken für Modifizierbarkeit (Kapselung, Reduktion der betroffenen Komponenten, Antizipieren von Änderungen)
    • Beispiele für Taktiken für Sicherheit

    Problem: Verfügbarkeit

    • Begriffsbildung:
      • Failure (beobachtbarer Fehler eines Systems)
      • Fault (interner Fehler)
    • Mean Time To Repair (MTR), Mean Time To Failure (MTF), Verfügbarkeit
    • Geplante Wartungsarbeiten werden nicht gerechnet

    Taktiken für Verfügbarkeit

    • Fehlererkennung (Exception, Delegation, Ping/Echo, Heartbeat)
    • Fehlerbehandlung (Abstimmen, Aktive Redundanz, Passive Redundanz, Ersatzteile)
    • Redundante Komponente wiedereinführen
    • Zustands-Resynchronisation
    • Checkpoint/Rollback

    Problem: Modifizierbarkeit

    • Modifizierbarkeit (Messbar durch Zeit/Kosten für Implementierung, Testen, Auslieferung von Änderungen)
    • Erschwernisse durch Abhängigkeiten von Komponenten, fehlende Lokalisierung von Funktionalität
    • Ripple-Effekt (Änderungen an einer Komponente führen zu unerwarteten Auswirkungen an anderen Komponenten)

    Taktiken für Modifizierbarkeit

    • Kapselung / Hohe Kohäsion
    • Vermittler (Broker)
    • Reduktion der notwendigen Änderungen

    Taktiken für Sicherheit

    • Securing the Weakest Link (Analyse des schwächsten Gliedes der Sicherheitskette)
    • Failing Securely (Standardmäßige Verweigerung von Zugriffen, explizite Gewährung von Zugriffsrechten)
    • Least Privilege (Benutzer/Funktionen erhalten nur notwendige Rechte/Ressourcen)
    • Economy of Mechanism (einfache Sicherheitsmechanismen)

    Was haben wir gelernt?

    • Qualitätsattribute (Verfügbarkeit, Modifizierbarkeit)
    • Taktiken zur Verbesserung von Qualitätsattributen (Beispiele für unterschiedliche Techniken)
    • Entwurf von Oberflächen (Benutzerverhalten, Interaktionsarten, Darstellung von Informationen)
    • Prototyperstellung, Evaluation.

    Entwurf von Nutzeroberflächen

    • Warum, Was, Wie, Wozu (Entwurfsgrundsätze)
    • Beispiele für Interaktionsarten (Direkte Manipulation, Menüauswahl, Eingabemasken, Befehle, Natürliche Sprache)

    Darstellung von Informationen

    • Arten der Darstellung (textuell, graphisch)
    • Richtlinie, Entkopplung der Darstellung und Daten Darstellung
    • MVC-Modell (Model-View-Controller) für die Benutzerinteraktion

    Informationen, die sich nicht verändern

    • Text (genaue Angaben, relativ langsame Änderungen)
    • Graphische Darstellung, schnell ändernde Daten

    Dynamisch ändernde Informationen

    • Analoge Darstellungen (Skala, Zeiger, Tortendiagramm, Thermometer, Balken)
    • Kontinuierliche analoge Anzeigen des Bezuges zu Maximalwerten

    Große Informationsmengen

    • Abstrakte Anzeigeformen, Verknüpfung von in Beziehung stehenden Daten (Zwei-/Dreidimensionale Darstellung, Bäume, Netze, Karten)

    Farben

    • Richtlinien für die Verwendung von Farben (Anzahl, Kontext, Farbcodes)

    Entwurf von Systemmeldungen

    • Kontext, Erfahrung, Fähigkeiten, Stil (positiv, aktiv, klar, präzise)

    Klassifikation von Prototyping

    • explorativ, experimentell, evolutionär

    Mögliche Vorgehensweise zum Entwurf von Oberflächen

    • Nutzeraktivitäten analysieren und verstehen
    • Fachliche Prototypen, dynamische Prototypen, Ausführbare Prototypen, Beurteilung durch Endanwender

    Benutzeranalyse

    • Analyse der Benutzeraktivitäten (UML-Modelle, Use-Case Modelle, Aktivitätsdiagramme)
    • Interviews, Ethnographische Studien
    • Wichtig: Gesamtbild des Benutzerverhaltens

    Erstellen des Systemprototyps

    • Evolutionär/explorativ
    • Benutzerzentriert
    • Beispieloberflächen
    • Prototypenformale Definitionen

    Objektorientierter Feinentwurf

    • Ausgangspunkt: Grobentwurf, Subsysteme
    • Zerlegung in Subsysteme
    • Ablaufmodelle, Technologiewahl, externe Schnittstellen
    • OO-Modell für jedes Subsystem, supporierende Subsysteme

    UML zum logischen Detailentwurf

    • Analysemodell und Entwurfmodell (Notation, Objekte, Klassen)
    • Verknüpfung zum logischen Kern
    • UML-Beschreibbarkeit von Konzepten
    • Genauigkeit, Präzision, formale Beschreibung

    Pakete und Subsysteme

    • UML (Pakete als "Ordner")
    • Subsytems, Java- Sprachkonstrukt: package
    • Fachliches Modell, Nutzerschnittstelle, Beziehung aufrufen und nutzen

    Sichtbarkeit

    • UML, Java/C++ - Sichtbarkeiten (public, protected, private(default))
    • Bedeutung im Entwurf

    Qualifizierte Assoziationen (Erinnerung)

    • Definition: Attribut einer Assoziation
    • Notation (K1, a, 0..1, K2)
    • Bedeutung für Datenmodellierung, Datenbanken

    Geordnete und sortierte Assoziation (Erinnerung)

    • Reihenfolge, Sortierung
    • Implementierung in der Software

    Verwaltungsklassen-Singletons

    • Klasse wird nur einmal instantiiert
    • Beispiele (Terminverwaltung, Besprechungsraumverwaltung...)
    • Parameter- und Datentypen für Operationen, Spezifikation von Operationen

    Abgeleitete (redundante) Elemente

    • Definition: Elemente, aus anderen Elementen rekonstruierbar
    • Notation: Modellelement {derived}
    • Beispiele (Teambesprechungen, Leitung, Teammitglieder)

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    Dieser Quiztest beschäftigt sich mit den grundlegenden Konzepten der Softwarearchitektur und dem Softwareentwicklungsprozess. Fragen zu Kommunikationsanforderungen, Schlüsselkonzepten wie Conway's Law und dem Feinentwurf werden behandelt. Testen Sie Ihr Wissen über die Rolle von Softwarearchitekten und die Eigenschaften von Systemen.

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