软考高级架构 - 8.2 - 系统架构评估 - 超详细讲解+精简总结

8.2-系统架构评估        

        系统架构评估就是对系统架构的质量进行分析，以便帮助设计者作出架构决策，确保系统能够符合需求。评估方法大致分为三种：

1. 基于问卷或检查表：通过设计好的问卷或清单，收集开发人员和相关人员的反馈。这种方式依赖于评估者的经验和主观判断，可能带有一定的主观性。

2. 基于场景：由卡耐基梅隆大学提出的方式，像 ATAM（架构权衡分析法）和 SAAM（软件架构分析法）都是基于场景的评估方法。这里的“场景”指系统的具体使用或变化情况，通过分析架构在场景中的表现，判断其是否符合需求。

3. 基于度量：测量架构的各项指标来评估，比如性能、可靠性等。首先将质量需求与度量标准进行映射，然后从架构文档中获取数据，最终通过这些指标来评估系统的质量属性。

8.2.1 重要概念

• 敏感点 (Sensitivity Point) 和权衡点 (Tradeoff Point)：

  • 敏感点：是架构中影响某个质量目标的“关键点”。比如，如果想让系统反应更快，可能得特别关注一些核心模块的设计。
  • 权衡点：是指对多个质量目标有影响的“重点”，往往需要在不同目标之间找到平衡。比如，增加加密可以提高安全性，但也可能让系统变慢，这样就得在安全和性能之间取舍。

• 风险承担者 (Stakeholders)：

  • 风险承担者，也称利益相关人跟系统设计有利益关系的人，比如开发人员、用户、运维人员等。每个人都有自己最关心的质量目标，像用户在意易用性，开发人员在意性能，而运维人员在意系统是否容易维护。

• 场景 (Scenarios)：

  • 场景是在架构评估中用来明确质量目标的描述方法。每个场景简短地描述系统在某个特定环境下的表现，比如高负载或网络故障等。场景通常由刺激 (Stimulus)、环境 (Environment) 和响应 (Response)三个部分构成，用来分析架构在实际情况下的表现和满足需求的程度。

8.2.2 系统架构评估方法

1、SAAM——基于场景的软件架构分析方法

        SAAM是一种系统化的架构评估工具，通过场景模拟来探测和优化架构的质量表现，帮助设计出更稳健、更易维护的系统。

1. 背景和目的
   SAAM由卡耐基梅隆大学开发，是一种基于“非功能性需求”的架构分析方法。最初用于比较不同架构的可修改性，后来扩展为一种通用评估方法（其他质量属性）。

2. 评估技术——方法
   SAAM采用“场景分析”技术，通过模拟系统可能的使用场景（如系统需支持的活动和状态变化）来评估架构的表现。例如，查看架构是否便于修改、是否支持多种环境等。

3. 质量属性
   SAAM重点分析“可修改性”这一属性，也适用于其他质量需求，如可移植性和可扩展性。

4. 风险承担者——利益相关者
   SAAM促成了不同利益相关方（如用户、开发人员、运维人员等）之间的讨论，以便在设计上形成共识。这一共识是后续决策的依据。

5. 架构描述方式
   SAAM面向架构最终版本，主要涵盖功能、结构、分配等三方面，确保架构清晰明了，便于各方理解。

6. SAAM评估步骤

   • 场景开发：通过与利益相关方讨论，生成一系列任务场景，即系统需支持的各种活动。
   • 架构描述：使用简明的架构图描述系统中的模块和关系。
   • 单个场景评估：评估每个场景与系统架构的匹配度。
   • 场景交互分析：分析各场景间的相互影响，列出它们对系统的整体影响。
   • 总体评估：综合场景分析结果，对架构的优缺点进行总结，明确可修改性、扩展性等质量属性的表现。

7. 知识复用：不考虑

8. 方法验证：SAAM已应用于多个实际系统，证明其效果和实用性。

2、ATAM方法——架构权衡分析方法

• 目的和背景
  基于SAAM方法，重点在系统开发前期，帮助理解架构设计中可能的多个质量平衡。

• 质量属性关注点
  分析多个相互竞争的质量属性，开始时考虑的是系统的可修改性、安全性、性能和可用性。

• 利益相关者的参与
  ATAM需要系统中的各类利益相关者（例如用户、开发人员、维护人员等）参与。

• 架构描述方式
  架构描述基于多种视图，包括功能结构、代码结构等，用以全面呈现系统架构的各个方面。借助消息顺序图等方式展示系统的运行时交互情况。

• 评估技术
  “场景分析”：用例场景（典型使用情况）、增长场景（系统可能的改动）和探测场景（系统的极端负载情况）。“定性启发式分析”：是精确分析模型的粗颗粒度版本。

• 分析流程
  ATAM包括四个阶段：

  • 阶段1：场景和需求收集。收集系统的典型场景和相关需求，明确对系统的约束条件。
  • 阶段2：架构视图和场景实现。通过场景来理解系统在不同视图下的实现。
  • 阶段3：属性模型构建与分析。专家独立构建模型，分析各质量属性，揭示架构的敏感和权衡点。
  • 阶段4：权衡。对比不同设计方案，确认在多个质量属性之间的折中方案。

• 效用树工具
  ATAM使用“效用树”工具对质量属性分类，并优先级排序。效用树的结构包括根节点（质量属性）、属性分类、质量属性场景（叶子节点），重点关注性能、安全性、可修改性和可用性。这种分类帮助确定优先级，确保系统设计符合利益相关者的核心需求

• 方法验证
  ATAM在多个实际系统中应用，如交通控制系统、嵌入式系统等。其工具和方法仍在不断发展，特别是在架构描述、场景分析和工具支持方面。

3、CBAM——成本效益分析法

        基于ATAM发展的，利用ATAM分析的结果，进一步评估架构策略的经济回报。CBAM主要关注在复杂系统设计中的经济性，通过建模架构设计决策的成本和收益，帮助利益相关者做出更合理的投资决策。

CBAM的八个步骤：

1. 整理场景
   从ATAM中获取的场景中，筛选出与商业目标高度相关的场景，并优先选择其中权重最高的1/3进行详细分析。

2. 细化场景
   对每个场景进行详细分析，获取其在不同条件下的质量属性响应（例如最坏、当前、期望和最好情况），用于后续的效用评估。

3. 确定场景的优先级
   利益相关者根据每个场景的“期望”质量属性响应值投票，生成每个场景的权重（即其优先级），为后续的架构策略评估奠定基础。

4. 分配效用
   建立场景效用表，定义各场景在不同响应级别下的效用值，以便明确哪些质量属性响应最有助于实现商业目标。

5. 架构策略与质量属性的关系
   建立“架构策略-场景-响应级别”的映射，明确每个架构策略对质量属性的影响程度。

6. 计算期望效用
   使用内插法确定期望质量属性响应的效用，通过前两步的效用表和映射关系，计算各架构策略对各场景的期望效用值。

7. 计算总收益
   综合第3步的场景优先级和第6步的效用值，得出各架构策略的总收益分数。

8. 按ROI选择架构策略
   根据估算的架构策略成本，结合第7步的收益值，计算每个策略的ROI（投资回报率），并按ROI排序，选择最优的策略组合。