📌 애플리케이션 설계 - 소프트웨어 아키텍처

 

 

목차

 

💡 이 장을 공부하면서 반드시 알아두어야 할 키워드
파이프-필터 패턴, 캡슐화, 럼바우의 분석 기법, 객체지향 설계 원칙, 결합도, 응집도, 효과적인 모듈 설계 방안, 생성 패턴, 구조 패턴 , 행위 패턴

 

소프트웨어 아키텍처의 설계

📌 소프트웨어 아키텍처는 소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조이자, 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체이다.

 

• 소프트웨어 개발 시 적용되는 원칙과 지침이며, 이해 관계자들의 의사소통 도구로 활용된다.
• 소프트웨어 아키텍처의 설계는 기본적으로 좋은 품질을 유지하면서 사용자의 비기능적 요구사항으로 나타난 제약을 반영하고, 기능적 요구사항을 구현하는 방법을 찾는 해결 과정이다.
• 애플리케이션의 분할 방법과 분할된 모듈에 할당될 기능, 모듈 간의 인터페이스 등을 결정한다.
• 소프트웨어 아키텍처 설계의 기본 원리로는 모듈화, 추상화, 단계적 분해, 정보은닉이 있다.
• 시스템이 갖춰야 할 필수적인 기능에 대한 요구항목들을 기능적 요구사항이라고 하며, 그 외의 품질이나 제약사항에 관한 것을 비기능적 요구사항이라고 한다.

 

📌 소프트웨어 개발의 설계 단계는 크게 상위 설계와 하위 설계로 구분할 수 있다.

 

구분	상위 설계	하위 설계
별칭	아키텍처 설계, 예비 설계	모듈 설계, 상세 설계
설계 대상	시스템의 전체적인 구조	시스템의 내부 구조 및 행위
세부 목록	구조, DB, 인터페이스	컴포넌트, 자료구조, 알고리즘

 

 

모듈화 (Modularity)

📌 모듈화란 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것을 의미한다.

 

• 자주 사용되는 계산식이나 사용자 인증과 같은 기능들을 공통 모듈로 구성하여 프로젝트의 재 사용성을 향상시킬 수 있다.
• 모듈의 크기를 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈 간의 통합 비용이 많이 들고, 너무 크게 나누면 개수가 적어 통합 비용은 적게 들지만 모듈 하나의 개발 비용이 많이 든다.
• 모듈화를 통해 기능의 분리가 가능하여 인터페이스가 단순해진다.
• 모듈화를 통해 프로그램의 효율적인 관리가 가능하고 오류의 파급 효과를 최소화 할 수 있다.

 

💡 모듈 ? 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들로 서브루틴, 서브 시스템 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다.

 

 

추상화 (Abstraction)

📌 추상화는 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화시켜 나가는 것이다.

 

• 인간이 복잡한 문제를 다룰 때 가장 기본적으로 사용하는 방법으로, 완전한 시스템을 구축하기 전에 그 시스템과 유사한 모델을 만들어서 여러 가지 요인들을 테스트할 수 있다.
• 추상화는 최소의 비용으로 실제 상황에 대처할 수 있고, 시스템의 구조 및 구성을 대략적으로 파악할 수 있게 해준다.
• 추상화의 유형

 

과정 추상화	자세한 수행 과정을 정의하지 않고, 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계하는 방법
데이터 추상화	데이터의 세부적인 속성이나 용도를 정의하지 않고, 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법
제어 추상화	이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고, 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법

 

 

 

단계적 분해 (Stepwise Refinement)

📌 단계적 분해는 Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략으로, 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개녕으로 구체화시키는 분할 기법이다.

 

• 추상화의 반복에 의해 세분화된다.
• 소프트웨어의 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화하고, 알고리즘, 자료 구조 등 상세한 내역은 가능한 한 뒤로 미루어 진행한다.

 

정보 은닉 (Infomation Hiding)

📌 정보 은닉은 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법이다.

 

• 어떤 모듈이 소프트웨어 기능을 수행하는데 반드시 필요한 기능이 있어 정보 은닉된 모듈과 커뮤니케이션 할 필요가 있을 때는 필요한 정보만 인터페이스를 통해 주고 받는다.
• 정보 은닉을 통해 모듈을 독립적으로 수행할 수 있고, 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정, 시험, 유지보수가 용이하다.

 

💡 정보 은닉의 예 : 캡슐로 된 감기약을 예로 들면, 정보 은닉은 감기약 캡슐에 어떤 재료가 들어 있는지 몰라도 감기가 걸렸을 때 먹는 약이라는 것만 알고 복용하는 것과 같은 의미로 볼 수 있다.

 

 

 

소프트웨어 아키텍처의 품질 속성

📌 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성은 소프트웨어 아키텍처가 이해 관계자들이 요구하는 수준의 품질을 유지 및 보장할 수 있게 설계되었는지를 확인하기 위해 품질 평가 요소들을 시스템 측면, 비즈니스 측면, 아키텍처 측면으로 구분하여 구체화시켜 놓은 것이다.

 

시스템 측면

품질 속성	내용
성능	사용자의 요청과 같은 이벤트가 발생했을 때, 이를 적절하고 빠르게 처리하는 것이다.
보안	허용되지 않은 접근을 막고, 허용된 접근에는 적절한 서비스를 제공하는 것이다.
가용성	장애 없이 정상적으로 서비스를 제공하는 것이다.
기능성	사용자가 요구한 기능을 만족스럽게 구현하는 것이다.
사용성	사용자가 소프트웨어를 사용하는데 헤매지 않도록 명확하고 편리하게 구현하는 것이다.
변경 용이성	소프트웨어가 처음 설계 목표와 다른 하드웨어나 플랫폼에서도 동작할 수 있도록 구현하는 것이다.
확장성	시스템의 용량 처리능력 등을 확장시켰을 때 이를 효과적으로 활용할 수 있도록 구현하는 것이다.
기타 속성	테스트 용이성, 배치성, 안전성 등이 있다.

 

 

비즈니스 측면

품질 속성	내용
시장 적시성	정해진 시간에 맞춰 프로그램을 출시하는 것이다.
비용과 혜택	- 개발 비용을 더 투자하여 유연성이 높은 아키텍처를 만들 것인지를 결정하는 것이다. - 유연성이 떨어지는 경우 유지보수에 많은 비용이 소모될 수 있다는 것을 고려해야 한다.
예상 시스템 수명	- 시스템을 얼마나 오랫동안 사용할 것인지를 고려하는 것이다. - 수명이 길어야 한다면 시스템 품질의 '변경 용이성', '확장성'을 중요하게 고려해야 한다.
기타 속성	목표 시장, 공개 일정, 기존 시스템과의 통합 등이 있다.

 

 

아키텍쳐 측면

품질 속성	내용
개념적 무결성	전체 시스템과 시스템을 이루는 구성 요소들 간의 일관성을 유지하는 것이다.
정확성, 완결성	요구사항과 요구사항을 구현하기 위해 발생하는 제약사항들을 모두 충족시키는 것이다.
구축 가능성	모듈 단위로 구분된 시스템을 적절하게 분배하여 유연하게 일정을 변경할 수 있도록 하는 것 이다.
기타 속성	변경성, 시험성, 정응성, 일치성, 대체성 등이 있다.

 

 

 

소프트웨어 아키텍처의 설계 과정

📌 아키텍처의 설계 과정은 설계 목표 설정, 시스템 타입 결정, 아키텍처 패턴 적용, 서브 시스템 구체화, 검토 순으로 진행된다.

 

1. 설계 목표 설정 : 시스템의 개발 방향을 명확히 하기 위해 설계에 영향을 주는 비즈니스 목표, 우선순위 등의 요구사항을 분석하여 전체 시스템의 설계 목표를 설정한다.
2. 시스템 타입 결정 : 시스템과 서브 시스템의 타입을 결정하고, 설계 목표와 함께 고려하여 아키텍처 패턴을 선택한다.
3. 아키텍처 패턴 적용 : 아키텍처 패턴을 참조하여 시스템의 표준 아키텍처를 설계한다.
4. 서브 시스템 구체화 : 서브 시스템의 기능 및 서브 시스템 간의 상호작용을 위한 동작과 인터페이스를 정의한다.
5. 검토 : 아키텍처가 설계 목표에 부합하는지, 요구사항이 잘 반영되었는지, 설계의 기본 원리를 만족하는지 등을 검토한다.

 

시스템 타입 / 협약에 의한 설계

시스템 타입

📌 시스템 타입은 일반적으로 다음 네 가지 타임으로 나눌 수 있다.

 

• 대화형 시스템 : 사용자의 요구가 발생하면 시스템이 이를 처리하고 반응하는 시스템
  • 예) 온라인 쇼핑몰과 같은 대부분의 웹 애플리케이션
• 이벤트 중심 시스템 : 외부의 상태 변화에 따라 동작하는 시스템
  • 예) 전화, 비상벨 등의 내장 소프트웨어
• 변환형 시스템 : 데이터가 입력되면 정해진 작업들을 수행하여 결과를 출력하는 시스템
  • 예) 컴파일러, 네트워크 프로토콜 등
• 객체 영속형 시스템 : 데이터베이스를 사용하여 파일을 효과적으로 저장, 검색, 갱신할 수 있는 시스템
  • 예) 서버 관리 소프트웨어

 

협약(Contract)에 의한 설계

📌 컴포넌트를 설계할 때 클래스에 대한 여러 가정을 공유할 수 있도록 명세한 것으로, 소프트웨어 컴포넌트에 대한 정확한 인터페이스를 명세한다.

 

• 협약에 의한 설계 시 명세에 포함될 조건에는 선행 조건, 결과 조건, 불변 조건이 있다.

 

선행 조건 (Precondition)	오퍼레이션이 호출되기 전에 참이 되어야 할 조건
결과 조건 (Postcondition)	오퍼레이션이 수행된 후 만족되어야 할 조건
불변 조건 (Invariant)	오퍼레이션이 실행되는 동안 항상 만족되어야 할 조건