Bài giảng Kiến trúc phần mềm: Chương 2 - TS. Nguyễn Văn Hiệp

Bài giảng Kiến trúc phần mềm - Chương 2: Các tactics cung cấp cho người học các kiến thức: Định nghĩa thuật ngữ, các tactics giải quyết tính sẵn sàng để dùng, các tactics giải quyết tính dễ sử dụng (Usability), các tactic về tính thay đổi được (Modifiability), các tactic giải quyết hiệu suất,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Trang 1

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

2.2 Các tactics giải quyết tính sẳn sàng ₫ể dùng

2.3 Các tactics giải quyết tính dễ sử dụng (Usability)

2.4 Các tactic về tính thay ₫ổi ₫ược (Modifiability)

2.5 Các tactic giải quyết hiệu suất

2.6 Các tactic giải quyết an ninh

2.7 Các tactic giải quyết tính có thể kiểm thử ₫ược

Trang 2

các tactic có thể tinh chế các tactic khác

sự dư thừa ₫ược tinh chế từ dư thừa dữ liệu và dư thừa code

Độ lệch của lỗi (Failure)

₫ộ lệch giữa thực tế chạy so với hành vi chức năng kỳ vọng

có thể ₫ược quan sát bởi người dùng hệ thống phần mềm

Độ lệch của lỗi và nguyên nhân gây lỗi (fault) : fault : sự kiện cóthể gây ra ₫ộ lệch của lỗi

Các tactics giải quyết tính sẳn sàng ₫ể dùng :

giữ fault ₫ừng ₫ể nó thành ₫ộ lệch của lỗi

thực hiện các sửa chữa có thể

Trang 3

Reintroduction

Recovery-bóng ma

₫ồng bộ hóa trạng tháicheckpoint/

Rollback

Phòng ngừa

Không phục vụGiao tácGiám sát process

Đã sửa chữa

Phát hiện fault : Ping/Echo

thành phần 1 tạo 1 ping cho thành phần 2

thành phần 1 chờ 1 echo từ thành phần 2

trả lời trong khoảng thời gian qui ₫ịnh

Có thể dùng cho kiến trúc gồm 1 nhóm các thành phần : chúng cótrách nhiệm hỗ tương trên 1 tác vụ

Có thể dùng cho kiến trúc client/server : kiểm thử server và ₫ường liên lạc

sự phân cấp các phần tử phát hiện fault sẽ cải tiến việc dùng băng

Trang 4

Phát hiện fault : Heartbeat (nhịp tim)

Theo ₫ịnh kỳ, thành phần 1 phát thông báo heartbeat

thành phần 2 lắng nghe thông báo

nếu không có heartbeat

thành phần 1 ₫ược giả ₫ịnh là hỏng

cảnh bảo cho thành phần 3 ₫ể sửa fault

thông báo heartbeat cũng có thể chứa dữ liệu

Phát hiện fault : Exceptions

các loại fault : omission, crash, timing, response

khi nhận biết 1 loại fault, 1 exception ₫ược tạo ra : kết quả là fault

₫ược nhận biết

Trình xử lý exception

thi hành trong cùng process mà tạo ra exception

thường thực hiện 1 chuyển dịch ngữ nghĩa của fault ra 1 dạng

dễ xử lý

Trang 5

Phục hồi sau fault : Voting

các process chạy trên các processor dư thừa nhận thông tin vào như nhau và tính toán ₫ể tạo kết quả (kỳ vọng như nhau)

kết quả ₫ược gởi tới voter

Nếu voter phát hiện hành vi lệch lạc của 1 processor nào ₫ó -> voter coi nó bị hỏng

Phương pháp ₫ược dùng ₫ể sửa chữa

hoạt ₫ộng lỗi của giải thuật

₫ộ hư hỏng của processor

Phục hồi sau khi hỏng : sự dư thừa chủ ₫ộng (active redundancy)

tất cả các thành phần dư thừa ₫ều ₫áp ứng với sự kiện 1 cách

Trang 6

Phục hồi sau khi hỏng : sự dư thừa thụ ₫ộng (passive redundancy)

thường ₫ược dùng trong các hệ thống ₫iều khiển

chuyển ₫ổi ₫ịnh kỳ thành phần chính sẽ gia tăng tính sẵn sàng ₫ểdùng

Phục hồi sau khi hỏng : phần tử dự phòng (spare)

Platform tính toán dự phòng ở trạng thái standby ₫ược cấu hình ₫ểthay thế nhiều thành phần hỏng hóc khác nhau :

phải reboot ₫ể dùng lại cấu hình (mới) của phần mềm

khi failure xảy ra, ta khởi tạo lại trạng thái cho nó

₫ịnh kỳ ghi checkpoint về trạng thái hệ thống và các tháy ₫ổi trạng thái lên thiết bị vĩnh cửu (disk)

downtime : tính theo phút

Trang 7

Tái tạo fault : hoạt ₫ộng bóng ma

thành phần hỏng hóc trước ₫ây có thể ₫ược chạy trong chế ₫ộshadow

trong 1 khỏang thời gian

₫ể ₫ảm bảo nó tối thiểu hành vi của các thành phần ₫ang vận hành

trước khi phục hồi nó ₫ể vận hành tiếp

Tái tạo fault : ₫ồng bộ hóa lại trạng thái

dư thừa chủ ₫ộng hay thụ ₫ộng : thành phần ₫ược phục hồi cập nhật trạng thái của mình trước khi trở lại làm việc

Trang 8

Tái tạo fault : checkpoint/rollback

checkpoint

ghi trạng thái còn ₫úng (nhất quán)

₫ược thực hiện ₫ịnh kỳ hay khi ₫áp ứng với sự kiện ₫ặc biệt

hữu dụng khi hệ thống hỏng không thường xuyên với trạng thái không nhất quán có thể phát hiện ₫ược Hệ thống ₫ược phục hồi bằng :

checkpoint của trạng thái nhất quán ngay trước

nhật ký các transactions xảy ra từ khi chúng bắt ₫ầu hoạt ₫ộng

Trang 9

tại thời ₫iểm thiết kế : hỗ trợ nhà phát triển interface

+ bản chất lặp của việc thiết kế interface

+ liên quan tới các tactic giải quyết tính có thể hiệu chỉnh

2.3 Các tactics giải quyết tính dễ sử dụng (Usability)

các tactic tại thời ₫iểm chạy

Các phản hồi của user về hệ thống ₫ang làm gì

cung cấp cho user khả năng thực hiện các lệnh liên quan ₫ến tính

Trang 10

Các tactic tại thời ₫iểm thiết kế

Tách giao tiếp useryêu cầu của user

Cung cấp phản hồi và hỗ trợphù hợp cho user

chủ ₫ộng user

mục tiêu: kiểm soát thời gian và chi phí của sự thay ₫ổi nào ₫ótrong việc hiện thực, kiểm thử, hiệu chỉnh và phân phối

Trang 11

Tính thay ₫ổi ₫ược

Khoanh vùng các

thay ₫ổi

Nhất quán ngữ nghĩa

dự ₫oán các thay ₫ổi

tổng quát hóa module

dịch vu chung trừu tượng

Ngừa các hiệu ứng dây chuyền

Ẩn thông tinDuy trì giao tiếp tồn tạihạn chế ₫ường liên lạcdùng ptử trung gian

Trì hoản thời ₫iểm liên kết

₫ăng ký tại td chạyfile cấu hình

Đa xạThay thế thành phầnĐính vào các gt ₫ã có

Các thay

₫ổi tới

Đã thay ₫ổi, kiểm thử, phân phối

trong thời gian

và kinh phíxác ₫ịnh

Khoanh vùng các thay ₫ổi : duy trì tính nhất quán ngữ nghĩa

Tính nhất quán ngữ nghĩa : mối quan hệ giữa các trách nhiệm trong 1 module

Mục tiêu : ₫ảm bảo tất cả trách nhiệm này làm việc cùng nhau cho

dù có hay không sự dựa dẫm quá nhiều vào những module khác

Cách ₫ạt mục tiêu : thiết kế các module với các trách nhiệm trong

sự nhất quán ngữ nghĩa

Trang 12

Khoanh vùng các thay ₫ổi : dịch vụ chung trừu tượng

Tactic con của tính nhất quán ngữ nghĩa

cung cấp các dịch vụ chung thông qua các module ₫ặc biệt

Tính dùng lại và tính thay ₫ổi ₫ược

Sự thay ₫ổi tới các dịch vụ chung ₫ược làm chỉ 1 lần thay vìtrong từng module dùng chúng

Các thay ₫ổi trơng các module dùng dịch vụ chung không ảnh hưởng ₫ến các user khác

Khoanh vùng các thay ₫ổi : tiên ₫oán các thay ₫ổi ₫ược chờ ₫ợi

việc chú ý tập các thay ₫ổi mường tượng cung cấp cách thức ₫ánh giá việc gán các trách nhiệm

Trang 13

Khoanh vùng các thay ₫ổi : tổng quát hóa module chức năng

tổng quát hóa 1 module bằng cách làm cho nó thực hiện 1 lớp rộng các chức năng dựa vào kiểu thông tin nhập

Thông tin nhập : ₫ịnh nghĩa ngôn ngữ cho module

làm các thông số nhập là hằng

hiện thực module như 1 trình thông dịch và làm các thông sốnhập như là các chương trình trong ngôn ngữ thông dịch ₫ó

module tổng quát hơn

Thích nhất là làm các thay ₫ổi theo yêu cầu bằng cách hiệu chỉnh ngôn ngữ nhập

Phòng ngữa các hiệu ứng lan truyền

Khoanh vùng các thay ₫ổi / hạn chế các thay ₫ổi trên các module

Trang 14

Các hiệu ứng lan truyền

Hiệu ứng lan truyền từ 1 thay ₫ổi :

sự cần thiết thay ₫ổi các module không bị tác ₫ộng trực tiếp bởi nó

₫iều này xảy ra vì các module ₫ược ₫ề cập phụ thuộc ít nhiều vào các module liên quan trực tiếp ₫ến sự thay ₫ổi

Các kiểu phụ thuộc

Ta giả sử :

module A thay ₫ổi ₫ể thực hiện sự thay ₫ổi nào ₫ó

module B bị thay ₫ổi chỉ vì module A thay ₫ổi

Có nhiều kiểu phụ thuộc : cú pháp, ngữ nghĩa, tuần tự, identity of interface, location of A, quality of service, existence of A, resource behavior of A

Trang 15

B dùng dữ liệu ₫ược tạo bởi A

kiểu và ₫ịnh dạng dữ liệu trong cả 2 module A và B cần ₫ược nhất quán nhau

của dịch vụ :

B cầu cứu dịch vụ của A

chữ ký các dịch vụ ₫ược cung cấp bởi A cần nhất quán với kỳvọng của B

Sự phụ thuộc ngữ nghĩa

của data :

ngữ nghĩa dữ liệu ₫ược tạo ra bởi module A và ₫ược dùng bởi B cần ₫ược nhất quán với kỳ vọng của B

của dịch vụ :

B cầu cứu dịch vụ của A

ngữ nghĩa các dịch vụ ₫ược cung cấp bởi A cần nhất quán với

kỳ vọng của B

Trang 16

B phải nhận dữ liệu ₫ược tạo ra bởi A theo trình tự cố ₫ịnh biết trước

của ₫iều khiển :

A phải ₫ược thi hành trước trong khoảng thời gian ràng buộc xác ₫ịnh

Trang 17

vị trí chạy của A : phải nhất quán với kỳ vọng của B

chất lượng dịch vụ/data ₫ược cung cấp bởi A : các tính chất liên quan ₫ến chất lượng phải nhất quán với kỳ vọng của B

sự tồn tại của A : Để B thi hành ₫ược, A phải tồn tại ₫ể sẳn sàng phục vụ

Hành vi tài nguyên của A : phải nhất quán với các kỳ vọng của B

Các tactic ₫ể phòng ngừa hiệu ứng lan truyền

Ẩn thông tin

duy trì các interface tồn tại

hạn chế các ₫ường liên lạc

dùng phần tử trung gian

Trang 18

thông tin public có thể dùng ₫ược thông qua interface xác ₫ịnh

Mục tiêu : ngăn các thay ₫ổi trong 1 module và ngừa các thay ₫ổi lan truyền từ module này sang module khác

kỹ thuật cũ nhất từ việc cấm các thay ₫ổi lan truyền

liên quan mạnh tới tiên ₫oán các thay ₫ổi chờ ₫ợi (ta dùng các thay ₫ổi này làm cơ sở cho việc phân rã)

Duy trùy các interface luôn tồn tại

Cú pháp của B phụ thuộc vào interface của A : duy trì interface của A sẽ làm B không thay ₫ổi

Sự ổn ₫ịnh interface : tách interface với sự hiện thực nó

Trang 19

hạn chế số module dùng chung data với A (A cần thay ₫ổi)

hạn chế số module mà dùng dữ liệu do A cung cấp

hạn chế số module mà cung cấp dữ liệu cho A dùng

-> giảm ₫ược hiệu ứng lan truyền

- sản xuất/tiêu dùng dữ liệu sẽ tạo ra sự phụ thuộc

Dùng phần tử trung gian

B phụ thuộc A theo các cách khác hơn ngữ nghĩa :

có thể tạo ra phần tử trung gian ₫ể quản lý sự phụ thuộc

data (cú pháp), dịch vụ (cú pháp), vị trí của A, sự tồn tại của A

Trang 20

Trì hoản thời gian liên kết

sự quyết ₫ịnh liên kết A vào hệ thống thực thi ở những thời ₫iểm khác nhau

Liên kết tại thời ₫iểm chạy :

hệ thống ₫ã chuẩn bị ₫ể làm việc liên kết này

tất cả bước kiểm thử và phân tán ₫ã hoàn thành rồi

hỗ trợ người dùng ₫ầu cuối/admin làm các thiết lập hay cung cấp input mà ảnh hưởng ₫ến hành vi

Các tactic mà ảnh hưởng tại thởi ₫iểm load/chạy

₫ăng ký tại thời gian chạy : hoạt ₫ộng plug-and-play, nỗ lực hơn

₫ể quản lý việc ₫ăng ký

file cấu hình : thiết lập các thông số tại thời ₫iểm bắt ₫ầu

₫a xạ : liên kết muộn các lời gởi thông ₫iệp

Thay thế thành phần : liên kết tại thời ₫iểm load

sự ₫ính vào các giao thức ₫ã ₫ịnh nghĩa : liên kết tại thời ₫iểm chạy các process ₫ộc lập

Trang 21

Mục tiêu : tạo ₫áp ứng với sự kiện tới hệ thống trong khoảng thời gian ràng buộc

event : ₫ơn hay dòng (stream) : thông báo ₫ến, hết giờ, sự thay

₫ổi trạng thái có ý nghĩa,

Độ trễ : khoảng thời gian từ lúc sự kiện xảy ra tới lúc có ₫áp ứng với nó

sự kiện ₫ến : hệ thống xử lý nó hay giam việc xử lý

Hiệu suất

Xin tài nguyên

Tăng hiệu quả tính

Trang 22

Tactic xin tài nguyên

Nguồn gốc của việc xin gài nguyên : dòng sự kiện tới

giảm tài nguyên cần dùng

giảm số sự kiện ₫ược xử lý

Giảm số tài nguyên cần dùng

gia tăng sự kiệu quả tính toán

việc xử lý liên quan ₫ến giải thuật -> cải tiến giải thuật

có thể trao ₫ổi tài nguyên với process khác

giảm chi phí tính toán

nếu không có request nào cần tài nguyên -> cần giảm thiểu nhu cầu tính toán của nó

loại bỏ các phần tử trung gian

Trang 23

Giảm số sự kiện ₫ược xử lý

quản lý tốc ₫ộ xảy ra sự kiện : giảm tần số lấy mẫu cho việc giám sát các biến môi trường

kiểm soát tần số lấy mẫu : nếu không cần kiểm soát sự xuất hiện của các sự kiện ₫ược tạo ra từ ngoài thì các request ₫ợi có thể

₫ược lấy mẫu ở tần số thấp hơn (có thể mất request)

hạn chế thời gian thi hành : giới hạn cận trên thời gian thi hành

₫ược dùng cho mỗi sự kiện

hạn chế kích thước hàng ₫ợi : kiểm soát số max các sự kiện ₫ến hàng ₫ợi

Quản lý tài nguyên

tạo ra sự ₫ồng thời : xử lý các request ₫ồng thời

các dòng sự kiện khác nhau ₫ược xử lý trên các thread khác nhau (tạo thêm thread khi cần)

Trang 24

Trọng tài phân xử tài nguyên

Tranh chấp tài nguyên -> cần lập lịch dùng tài nguyên

cho cái gì ? mạng, buffer, processor

tiêu chí cạnh tranh nhau trong lập lịch

dùng tài nguyên tối ưu

₫ộ quan trọng của request

tối thiểu số tài nguyên ₫ược dùng

tối thiểu ₫ộ trễ

tối ₫a hiệu năng

phòng ngừa tình trạng bảo hòa ₫ể ₫ảm bảo sự công bằng

dispatching có thể xảy ra chỉ khi tài nguyên ₫ược gán ₫ang sẵn sàng

pre-empty có thể xảy ra

Trang 25

FIFO : Ok nếu tất cả request có cùng ₫ộ quan trọng và dùng cùng

1 khoảng thời gian thi hành

dựa vào quyền ưu tiên cố ₫ịnh Quyền ưu tiên dựa vào :

₫ộ quan trọng ngữ nghĩa (₫ặc thù của lĩnh vực)

₫ều ₫ều tốc ₫ộ (stream tuần hòan, period 1 ngắn hơn)

₫ều ₫ều deadline (deadline thời gian thực, deadline 1 ngắn nhất

dựa vào quyền ưu tiên ₫ộng

round dobin

deadline ngắn nhất ₫ược chọn ₫ầu tiên

lập lịch tĩnh

Mục tiêu : ngăn chặn tấn công, phát hiện tấn công, phục hồi sau tấn công

Mổ xẻ sự phòng chống cho nhà cửa

khóa cửa

cảm biến ₫ối tượng di ₫ộng

bảo hiểm

Trang 26

hay phục hồi sau tấn công

Phục hồi xem Availability Audit trail

duy trì ₫ộ mật dữ liệu : mã hóa dữ liệu và ₫ường liên lạc

duy trì tính toàn vẹn : checksum, hash ₫ưa ₫ến help

hạn chế sự bùng nổ : số dịch vụ hạn chế trên mỗi host

hạn chế việc truy xuất : bức tường lửa, DMZ

Tiêu đề	Chương 2 - Các Tactic
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM
Chuyên ngành	Kiến trúc phần mềm
Thể loại	bài giảng
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	187,26 KB