| 2020 정보처리기사 (필기) | 1. 소프트웨어 설계 - 애플리케이션 설계

20. 소프트웨어 아키텍처

 

소프트웨어 아키텍처 설계

소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조, 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조를 설계

- 사용자의 비기능적 요구사항을 반영하고, 기능적 요구사항을 구현하는 방법을 찾는 해결 과정

 

기능적 요구사항 : 시스템이 갖춰야할 필수적인 기능에 대한 요구항목

비기능적 요구사항 : 그 외 품질이나 제약사항에 관한 것들

 

• 소프트웨어 아키텍처의 기본 원리

1. 모듈화(Modularity)

소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈단위로 나누는 것

- 재사용성 향상

- 모듈의 크기를 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈간의 통합 비용이 많이 듦

- 모듈의 크기를 너무 크게 나누면 개수가 적어 통합 비용은 적게 들지만 모듈 하나의 개발 비용이 많이 듦

 

2. 추상화(Abstraction)

불필요한 부분은 생략하고 필요한 부분을 강조해 모델화 하는 것

문제의 전체적이고 포괄적인 개념 설계 후, 차례로 세분화해 구체화 시켜나가는 것

- 추성화의 유형 : 과정 추상화, 데이터 추상화, 제어 추상화

- 과정 추상화 : 자세한 수행 과정을 정의하지 않고, 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계

- 데이터 추상화 : 데이터의 세부적인 속성이나 용도를 정의하지 않고, 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체

- 제어 추상화 : 이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고, 대표할 수 있는 표현으로 대체

 

3. 단계적 분해(Stepwise Refinement)

Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략, 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법

 

4. 정보 은닉(Information Hiding)

한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 함

- 모듈을 독립적으로 수행 할 수 있어 수정, 시험, 유지보수가 용이

 

 

• 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성

품질 평가 요소들을 시스템 측면, 비즈니스 측면, 아키텍처 측면으로 구분해 구체화 시킨 것

- 시스템 측면 : 성능, 보안, 가용성, 기능성, 사용성, 변경 용이성, 확장성, 용이성, 배치성, 안정성 등

- 비즈니스 측면 : 시장 적시성, 비용과 혜택, 예상 시스템 수명, 목표 시장, 공개 일정 등

- 아키텍처 측면 : 개념적 무결성, 정확성, 완결성, 구축 가능성, 변경성, 적응성, 일치성 등

 

 

• 소프트웨어 아키텍처의 설계 과정

1. 설계 목표 설정

2. 시스템 타입 결정

3. 아키텍처 패턴 적용

＊아키텍처 패턴 : 아키텍처 설계 시 발생하는 문제들을 해결하기 위해 미리 만들어 놓은 해결 방식

4. 서브시스템 구체화

5. 검토

 

시스템 타입

- 대화형 시스템 : 사용자의 요구 발생시 시스템이 이를 처리하고 반응

- 이벤트 중심 시스템 : 외부의 상태 변화에 따라 동작

- 변환형 시스템 : 데이터 입력 시 정해진 작업들을 수행해 결과 출력

- 객체 영속형 시스템 : DB를 사용해 파일을 효과적으로 저장, 검색, 갱신 함

 

 

21. 아키텍처 패턴

 

아키텍처 패턴

아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식, 예제

 

• 아키텍처 패턴의 장점

- 시행착오 출임

- 예측 가능

- 안정적 개발

 

• 아키텍처 패턴의 종류

1. 레이어 패턴(Layers pattern)

시스템 계층으로 구분해 구성하는 고전적인 방법

- 각각의 서브시스템들이 계층 구조를 이룸

ex) OSI 참조 모델

 

2. 클라이언트-서버 패턴(Client-Sever Pattern)

하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴

- 서버는 클라이언트의 요청에 대비해 항상 대기 상태 유지

- 클라이언트와 서버는 요청과 응답의 경우를 제외한 서로 독립적

 

3. 파이프-필터 패턴(Pipe-Filter Pattern)

데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프를 통해 데이터를 전송하는 패턴

- 재사용성 좋음, 추가가 쉬워 확장 용이

- 필터 컴포넌트 재배치 가능

- 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용

ex) UNIX의 쉘(Shell)

 

4. 모델-뷰-컨트롤러 패턴(MVC : Model-View-Controller Pattern)

서브시스템을 3개의 부분으로 구조화하는 패턴

- 모델(Model) : 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관

- 뷰(View) : 사용자에게 정보 표시

- 컨트롤러(Controller) : 사용자로부터 받은 입력 처리

- 각 부분은 별도의 컴포넌트로 분리되어 있음, 영향 X

- 대화형 애플리케이션에 적합

 

5. 기타 패턴

마스터-슬레이브 패턴 : 마스터 컴포넌트에서 슬레이브 컴포넌트로 작업 분할 후, 슬레이브에게 처리된 결과물을 다시 돌려받음

브로커 패턴 : 사용자가 원하는 서비스와 특성을 요청하면 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해 줌

피어-투-피어 패턴 : 피어=하나의 컴포넌트, 각 피어는 클라이언트가 될 수도 서버가 될 수도 있는 패턴, 멀티스레딩 방식

이벤트-버스 패턴 : 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행하면, 해당 채널을 구독한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리함

블랙보드 패턴 : 컴포넌트들은 검색을 통해 블랙보드에서 원하는 데이터를 찾음

인터프리터 패턴 : 프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고, 기호마다 클래스를 갖도록 구성

 

22. 객체지향(Object-Oriented)

 

객체지향

현실 세계의 개체(Entity)를 기계 부품처럼 하나의 객체(Object)로 만들어, 기계적인 부품들을 조립해 제품을 만들 듯이 소프트웨어를 개발할 때에도 객체들을 조립해서 작성할 수 있는 기법

- 소프트웨어의 재사용 및 확장 용이, 유지보수 쉬움

- 복잡한 구조를 단계적 계층적으로 표현

 

• 객체지향의 구성요소와 개념

1. 객체(Object)

데이터와 데이터를 처리하는 함수를 묶어 놓은 하나의 소프트웨어 모듈

- 데이터 = 속성, 상태, 변수, 상수, 자료구조

- 함수 = 메소드, 서비스, 동작, 행위

- 독립적으로 식별 가능한 이름을 가짐

- 객체가 가질 수 있는 조건 = 상태(State)

 

2. 클래스(Class)

공통된 속성과 연산을 갖는 객체의 집합, 객체의 일반적인 타입을 의미

- 각각의 객체들이 갖는 속성과 연산을 정의하고 있는 틀

- 클래스에 속한 각각의 객체 = 인스턴스(Instance)

- 동일한 클래스에 속한 각각의 개체들은 공통된 속성과 행위를 갖음

 

3. 캡슐화(Encapsulation)

데이터와 데이터를 처리하는 함수를 하나로 묶은 것을 의미

- 불필요한 기능 최소화

- 소프트웨어 개발 비용 절감

- 개발 속도 향상

 

4. 상속(Inheritance)

상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것

- 다중 상속 : 한 개의 클래스가 두 개 이상의 상위 클래스로부터 속성과 연산을 상속 받는 것

 

5. 다형성(Polymorphism)

하나의 메시지에 대해 여러 가지 형태의 응답이 있는 것

 

23. 모듈

 

모듈

모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능

- 서브루틴, 서브시스템, 작업단위 등과 같은 의미

- 단독으로 컴파일 가능, 재사용 가능

- 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정 됨

- 독립성을 높이려면 모듈의 결합도는 약하게, 응집도는 강하게, 모듈의 크기는 작게 만들어야 함

- 독립성이 높을 수록 모듈 수정 시 다른 모듈들에게 영향을 미치지 않고, 오류가 발생해도 쉽게 발견하고 해결할 수 있음

 

 

결합도(Coupling)

모듈 간에 상호 의존도, 두 모듈 사이의 연관 관계

- 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮음

- 결합도가 강하면 유지보수 작업이 어려움

- 결합도 강함 순서 : 자스제외공내

자료 결합도 (Data Coupling)	모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도 - 다른 모듈 호출 시 매개 변수나 인수로 테이터를 넘겨주고, 호출 받은 모듈은 받은 데이터에 대한 처리 결과를 다시 돌려주는 방식
스탬프 결합도 (Stamp Coupling)	모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
제어 결합도 (Control Coupling)	어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호를 이용해 통신하거나 제어 요소를 전달하는 결합도
외부 결합도 (External Coupling)	어떤 모듈에서 선언한 데이터를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
공통 결합도 (Common Coupling)	공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도
내용 결합도 (Content Coupling)	한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정 할 때의 결합도

 

응집도(Cohesion)

정보 은닉 개념을 확장한 것, 명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련도, 모듈이 독립적인 기능으로 정의되어 있는 정도

- 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할 수록 품질이 낮다

- 응집도 약함 순서 : 우논시절교순기

기능적 응집도 (Functional Cohesion)	모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우
순차적 응집도 (Sequential Cohesion)	모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도
교환(통신)적 응집도 (Communication Cohesion)	동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
절차적 응집도 (Procedural Cohesion)	모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도
시간적 응집도 (Temporal Cohesion)	특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
논리적 응집도 (Logical Cohesion)	유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
우연적 응집도 (Coincidental Cohesion)	모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

 

 

팬인(Fan-In) / 팬아웃(Fan-Out)

- 팬인 : 자신을 사용하는 모듈의 수

- 팬아웃 : 자신이 호출하는 모듈의 수

- 팬인과 팬아웃을 분석해 시스템의 복잡도를 알 수 있음

- 팬인이 높다 = 재사용 측면에서 설계가 잘되었으나, 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트가 필요하다

- 팬아웃이 높다 = 불필요한 호출을 하고 있는지 검토하고, 단순화 시킬 수 있는지 여부에 대한 검토가 필요하다

- 시스템의 복잡도를 최적화하기 위해선 팬인은 높게, 팬아웃은  낮게 설계해야 함

 

B의 팬인 : A (위에 있는 것)

B의 팬아웃 : E, F (아래에 있는 것)

 

 

25. 코드

 

코드

컴퓨터를 이용해 자료를 처리하는 과정에서 분류, 조합 및 집계를 용이하게 하고, 특정 자료의 추출을 쉽게 하기 위해 사용하는 기호

- 일정한 규칙에 따라 작성, 정보 처리의 효율과 처리된 정보의 가치에 영향을 미침

 

• 코드의 주요 기능

식별 기능, 분류 기능, 배열 기능

 

• 코드의 종류

순차 코드 (Sequence Code)	자료의 발생 순서, 크기 순서 등 일정 기준에 따라서 최초의 자료부터 차례로 일련번호를 부여하는 방법  ex) 1, 2, 3, 4 ...
블록 코드 (Block Code)	코드화 대상 항목 중에서 공통성이 있는 것끼리 블록으로 구분하고, 각 블록 내에서 일련번호를 부여하는 방법 ex) 1001~1100 : 총무부, 1101~1200 : 영업부
10진 코드 (Decimal Code)	코드화 대상 항목을 0~9까지 10진 분할하고, 다시 그 각각에 대하여 10진 분할 하는 방법을 필요한 만큼 반복하는 방법 ex) 1000: 공학, 1100 : 소프트웨어 공학, 1110 : 소프트웨어 설계
그룹 분류 코드 (Group Classification Code)	코드화 대상 항목을 일정 기준에 따라 대분류, 중분류, 소분류 등으로 구분하고, 각 그룹 안에서 일련번호를 부여하는 방법 ex) 1-01-001 : 본사-총무부-인사계, 2-01-001 : 지사-총무부-인사계
연상 코드 (Mnemonic Code)	코드화 대상 항목의 명칭이나 약호와 관계있는 숫자나 문자, 기호를 이용해 코드를 부여하는 방법 ex) TV-40 : 40인치 TV
표의 숫자 코드 (Significant Digit Code)	코드화 대상 항목의 성질의 물리적 수치를 그대로 코드에 적용시키는 방법 ex) 120-720-1500 : 두께*폭*길이가 120*720*1500인 강판
합성 코드 (Combined Code)	필요한 기능을 하나의 코드로 수행하기 어려운 경우 2개 이상의 코드를 조합하여 만드는 방법

 

코드 부여 체계

이름만으로 개체의 용도와 적용 범위를 알 수 있도록 코드를 부여하는 방식

- 각 개체에 유일한 코드를 부여해 개체들의 식별 및 추출을 용이하게 함

- 코드를 부여하기 전에 각 단위 시스템의 고유한 코드와 개체를 나타내는 코드 등이 정의되어야 함

- 코드 부여 체계를 담당하는 자는 코드의 자릿수와 구분자, 구조 등을 상세하게 명시해야 함

 

 

26. 디자인 패턴

 

디자인 패턴

각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식, 예제

- 디자인 패턴은 GoF(Gang of Four, 에릭 감마, 리차드 헬름, 랄프 존슨, 존 블리시디스)가 처음으로 구체화 및 체계화 함

- GoF의 디자인 패턴은 유형에 따라 생성 패턴 5개, 구조 패턴 7개, 행위 패턴 11개 총 23개의 패턴으로 구성됨 

    

아키텍처 패턴 : 전체 시스템의 구조를 설계하기 위한 참조 모델

디자인 패턴 : 서브시스템에 속하는 컴포넌트들과 그 관계를 설계하기 위한 참조 모델

- 몇몇 디자인 패턴은 특정 아키텍처 패턴을 구현하는데 유용하게 사용됨

- 아키텍처 패턴은 디자인 패턴보다 상위 수준의 설계에 사용됨

 

생성 패턴(Creational Pattern)

객체의 생성과 참조 과정을 캡슐화 하여 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램의 구조에 영향을 크게 받지 않도록 해 프로그램의 유연성 더해줌

 

- 추상 팩토리(Abstract Factory) : 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관, 의존하는 객체들의 그룹으로 생성해 추상적으로 표현

- 빌더(Builder) : 작게 분리된 인스턴스를 건축 하듯이 조합하여 객체 생성

- 팩토리 메소드(Factory Method) : 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴

- 프로토타입(Prototype) : 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성하는 패턴

- 싱글톤(Singleton) : 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할 수 없음

 

 

구조 패턴(Structural Pattern)

클래스나 객체들을 조합해 더 큰 구조로 만들 수 있게 해주는 패턴

 

- 어댑터(Adapter) : 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴

- 브리지(Bridge) : 구현부에서 추상층을 분리해 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴

- 컴포지트(Composite) : 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴

- 데코레이터(Decorator) : 객체 간의 결합을 통해 능동적 기능들을 확장할 수 있는 패턴

- 퍼싸드(Facade) : 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴

- 플라이웨이트(Flyweight) : 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴

- 프록시(Proxy) : 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할 수행하는 패턴

 

  

행위 패턴(Behavioral Pattern)

하나의 객체로 수행할 수 없는 작업을 여러 객체로 분배하면서 결합도를 최소화 할 수 있도록 도와주는 패턴

 

- 책임 연쇄(Chain of Responsibility) : 요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴

- 커멘드(Command) : 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴

- 인터프리터(Interpreter) : 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴

- 반복자(lterator) : 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴

- 중재자(Mediator) : 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴

- 메멘토(Memento) : 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화하므로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴

- 옵서버(Observer) : 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴

- 상태(State) : 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할때 사용하는 패턴

- 전략(Strategy) : 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴

- 템플릿 메소드 : 상위 클래스에서 골격을 정의하고, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴

- 방문자(Visitor) : 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴