3장 - 애플리케이션 설계 | 섹션16. 소프트웨어 아키텍처, 섹션17. 아키텍처 패턴

2024년도 시나공 필기 책 내용 정리

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섹션16. 소프트웨어 아키텍처

 

1. 소프트웨어 아키텍처의 설계

 

• 소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조이자 소프트웨어를 구성하는 요소들간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체
• 소프트웨어 개발 시 적용되는 원칙과 지침이며 이해 관계자들의 의사소통 도구로 활용됨
• 소프트웨어 아키텍처의 설계는 기본적으로 좋은 품질을 유지하면서 사용자의 비기능적 요구사항으로 나타난 제약을 반영하고 기능적 요구사항을 구현하는 방법을 찾는 해결 과정
• 애플리케이션의 분할 방법과 분할된 모듈에 할당될 기능, 모듈 간의 인터페이스 등을 결정
• 소프트웨어 아키텍처 설계의 기본 원리로는 모듈화, 추상화, 단계적 분해, 정보은닉

*기능적 / 비기능적 요구사항 : 시스템이 갖춰야할 필수적인 기능에 대한 요구항목들을 기능적 요구사항이라고 하며, 그 외의 품질이나 제약사항에 관한 것을 비기능적 요구항이라고 함

 

상위 설계와 하위 설계

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, 자료 구조, 알고리즘

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2. 모듈화(Modularity)

 

• 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것을 의미
• 자주 사용되는 계산식이나 사용자 인증 같은 기능들을 공통 모듈로 구성하여 프로젝트의 재사용성을 향상시킬 수 있음
• 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 듦
• 모듈화를 통해 기능의 분리가 가능하여 인터페이스가 단순해짐
• 모듈화를 통해 프로그램의 호율적인 관리가 가능하고 오류의 파급 효과를 최소화 할 수 있음

* 모듈(Module) : 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들, 서브루틴, 서브 시스템, 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등과 같은 의미로 사용됨

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3. 추상화(Abstraction)

 

• 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화 시켜 나가는 것
• 인간이 복잡한 문제를 다룰 때 가장 기본적으로 사용하는 방법으로 완전한 시스템을 구축하기 전에 그 시스템과 유사한 모델을 만들어서 여러 가지 요인들을 테스트할 수 있음
• 최소의 비용으로 실제 상황에 대처할 수 있고 시스템의 구조 및 구성을 대략적으로 파악할 수 있게 해줌
• 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 대체 하는 방법

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4. 단계적 분해(Stepwise Refinement)

 

• Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략으로 문제의 상위의 중요한 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화 시키는 분할 기법
• 추상화의 반복에 의해 세분화됨
• 소프트웨어의 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화하고 알고리즘, 자료 구조 등 상세한 내역은 가능한 한 뒤로 미루어 진행

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5. 정보 은닉(Information Hiding)

 

• 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법
• 어떤 모듈이 소프트웨어 기능을 수행하는데 반드시 필요한 기능이 있어 정보 은닉 된 모듈과 커뮤니케이션할 필요가 있을 때는 필요한 정보만 인터페이스를 통해 주고 받음
• 모듈을 독립적으로 수행할 수 있고 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정, 시험, 유지보수가 용이함

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6. 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성

 

• 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성은 소프트웨어 아키텍처가 이해 관계자들이 요구하는 수준의 품질을 유지 및 보장할 수 있게 설계되었는지를 확인하기 위해 품질 평가요소들을 시스템측면, 비즈니스 측면, 아키텍처 측면으로 구분하여 구체화 시켜놓은 것

시스템 측면

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

 

비즈니스 측면

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

 

아키텍처 측면

품질 속성	내용
개념적 무결성	전체 시스템과 시스템을 이루는 구성요소들 간의 일관성을 유지하는 것
정확성, 완결성	요구사항과 요구사항을 구현하기 위해 발생하는 제약사항들을 모두 충족시키는 것
구축 가능성	모듈 단위로 구분된 시스템을 적절하게 분재하여 유연하게 일정을 변경할 수 있도록 하는 것
기타 속성	변경성, 시험성, 적응성, 일치성 대체성 등이 있음

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7. 소프트웨어 아키텍처의 설계 과정

 

• 설계 목표 설정 -> 시스템 타입 결정 -> 아키텍처 패턴 적용 -> 서브시스템 구체화 -> 검토 순으로 진행됨

순서	단계	내용
1	설계 목표 설정	시스템의 개발 방향을 명확히 하기 위해 설계에 영향을 주는 비즈니스 목표, 우선순위 등의 요구사항을 분석하여 전체 시스템의 설계 목표를 설정함
2	시스템 타입 결정	시스템과 서브시스템의 타입을 결정하고 설계 목표와 함께 고려하여 아키텍처 패턴을 선택
3	아키텍처 패턴 적용	아키텍처 패턴을 참조하여 시스템의 표준 아키텍처를 설계
4	서브시스템 구체화	서브시스템의 기능 및 서브시스템 간의 상호작용을 위한 동작과 인터페이스를 정의함
5	검토	아키텍처가 설계 목표에 부합하는지, 요구사항이 잘 반영되었는지, 설계의 기본 원리를 만족하였는지 등을 검토

 

 

시스템 타입

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

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 만족되어야할 조건

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섹션17. 아키텍처 패턴

 

1. 아키텍처 패턴(Patterns)의 개요

 

• 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미
• 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있으며 서브시스템 사이의 관계와 여러 규칙 및 지침 등이 포함되어 있음
• 아키텍처 패턴을 아키텍처 스타일 또는 표준 아키텍처라고도 함
• 아키텍처 패턴의 종류에는 레이어 패턴, 클라이언트 - 서버 패턴, 파이프 - 필터 패턴, 모델 - 뷰 - 컨트롤러 패턴이 있음

아키텍처 패턴의 장점

 

• 시행착오를 줄여 개발 시간을 단축시키고, 고품질의 소프트웨어를 생산할 수 있음
• 검증된 구조로 개발하기 때문에 안정적인 개발이 가능함
• 이해관계자들이 공통된 아키텍처를 공유할 수 있어 의사소통이 간편해짐
• 시스템의 구조를 이해하는 것이 쉬워 개발에 참여하지 않은 사람도 손쉽게 유지보수를 수행할 수 있음
• 시스템의 특성을 개발 전에 예측하는 것이 가능해짐

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2. 레이어 패턴(Layers Pattern)

 

• 시스템을 계층(Layer)으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법 중 하나
• 각각 서브시스템들이 계층 구조를 이루며, 하위 계층은 상위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고 상위 계층은 하위 계층의 클라이언트가 됨
• 레이어 패턴은 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어지며 변경 사항을 적용할 때도 서로 마주보는 두 계층에만 영향을 미치므로 변경 작업이 용이함
• 특정 계층만을 교체해 시스템을 개선하는 것이 가능하며 대표적으로 OSI 참조 모델이 있음

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3. 클라이언트 - 서버 패턴(Client - Server Pattern)

 

• 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트로 구성되는 패턴
• 사용자는 클라이언트와만 의사소통을 함, 사용자가 클라이언트를 통해 서버에 요청하고 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식으로 서비스를 제공
• 서버는 클라이언트의 요청에 대비해 항상 대기 상태를 유지해야 함
• 클라이언트나 서버는 요청과 응답을 받기 위해 동기화되는 경우를 제외하고는 서로 독립적임

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4. 파이프 - 필터 패턴(Pipe - Filter pattern)

 

• 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터(Filter) 컴포넌트로 캡슐화 하여 파이프(Pipe)를 통해 데이터를 전송하는 패턴
• 필터 컴포넌트는 재사용성이 좋고 추가가 쉬워 확장이 용이함
• 필터 컴포넌트들을 재배치하여 다양한 파이프라인을 구축하는것이 가능함
• 파이프 - 필터 패턴은 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용됨
• 필터 간 데이터 이동 시  데이터 변환으로 인한 오버헤드가 발생 됨
• 대표적으로 UNIX의 쉘(Shell)이 있음

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5. 모델 - 뷰 - 컨트롤러 패턴(Model - View - Controller Pattern)

 

• 서브시스템을 3개의 부분으로 구조화하는 패턴
• 모델(Model) : 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관
• 뷰(View) : 사용자에게 정보를 표시함
• 컨트롤러(Controller) : 사용자로부터 입력된 변경 요청을 처리하기 위해 모델에게 명령을 보냄
• MVC패턴의 각 부분은 별도의 컴포넌트로 분리되어 있으므로 서로 영향을 받지 않고 개발 작업을 수행할 수 있음
• 여러개의 뷰를 만들 수 있으므로 한개의 모델에 대해 여러 개의 뷰를 필요로 하는 대화형 애플리케이션에 적합함

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7. 기타 패턴

마스터 - 슬레이브 패턴 (Master - Slave Pattern)	마스터 컴포넌트는 동일한 구조의 슬레이브 컴포넌트로 작업을 분할한 후 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 식으로 작업을 수행하는 패턴 마스터 컴포넌트는 모든 작업의 주체이고 슬레이브 컴포넌트는 마스터 컴포넌트의 지시에 따라 작업을 수행하여 결과를 반환 장애 허용 시스템과 병렬 컴퓨팅 시스템에서 주로 활용
브로커 패턴 (Broker Pattern)	사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해 줌 원격 서비스 호출에 응답하는 컴포넌트들이 여러 개 있을 때 적합한 패턴 분산 환경 시스템에서 주로 활용됨
피어 - 투 - 피어 패턴 (Peer - To - Peer Pattern)	피어(Peer)를 하나의 컴포넌트로 간주하여 각 피어는 서비스를 호출하는 클라이언트가 될 수도, 서비스를 제공하는 서버가 될 수도 있는 패턴 클라이언트와 서버는 전형적인 멀티스레딩 방식을 사용함
이벤트 - 버스 패턴 (Event - Bus Pattern)	소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행(Publish)하면 해당 채널을 구독(Subscribe)한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 방식 4가지 주요 컴포넌트  - 이벤트를 생성하는 소스(Source)  - 이벤트를 수행하는 리스너(Listener)  - 이벤트의 통로인 채널(Channel)  - 채널들을 관리하는 버스(Bus)
블랙보드 패턴 (Blackboard Pattern)	모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접근이 가능한 형태로 컴포넌트들은 검색을 통해 블랙보드에서 원하는 데이터를 찾을 수 있음 해결책이 명확하지 않은 문제를 처리하는데 유용한 패턴 음성인식, 차량식별, 신호해석 등에 주로 활용
인터프리터 패턴 (Interpreter Pattern)	프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고 기호마다 클래스를 갖도록 구성 특정 언어로 작성된 프로그램 코드를 해석하는 컴포넌트를 설계할 때 사용 되어