L11-Architectural Design (Ch06)

Topics covered (다루는 주제)

• 아키텍처 설계 결정
• 아키텍처 뷰
• 아키텍처 패턴
• 애플리케이션 아키텍처

 

[1] 개요

Architectural design (아키텍처 설계)

• 특징
  : Architectural design is concerned with understanding how a software system should be organized and designing the overall structure of that system.
  (소프트웨어 시스템이 어떻게 구성되어야 하는지를 이해하고 해당 시스템의 전체 구조를 설계하는 것과 관련이 있다)
• 역할
  : Architectural design is the critical link between design and requirements engineering, as it identifies the main structural components in a system and the relationships between them.
  (설계와 요구사항 엔지니어링 사이의 중요한 연결 고리이며, 시스템의 주요 구조적 구성 컴포넌트들과 그들 간의 관계를 식별한다.)
• 아키텍처 설계 과정의 결과물 (The output of the architectural design process)
  : is an architectural model that describes how the system is organized as a set of communicating components.
  시스템이 통신하는 구성 요소 집합으로 어떻게 조직되는지를 설명하는 아키텍처 모델이다)

Agility and architecture (애자일과 아키텍처)

• It is generally accepted that an early stage of agile processes is to design an overall systems architecture.
  애자일 프로세스 초기 단계에서 전체 시스템 아키텍처를 설계하는 것이 일반적으로 받아들여진다.
• Refactoring the system architecture is usually expensive because it affects so many components in the system
  (시스템 아키텍처를 리팩토링하는 것은 시스템 내 많은 구성 요소에 영향을 주기 때문에 일반적으로 비용이 많이 든다.)

The architecture of a packing robot control system (포장 로봇 제어 시스템의 아키텍처)

Architectural abstraction (아키텍처 추상화)

• 소규모 아키텍처 (Architecture in the small)
  • is concerned with the architecture of individual programs. 
    (개별 프로그램의 아키텍처와 관련된다.)
  • At this level, we are concerned with the way that an individual program is decomposed into components.
    (이 수준에서는 개별 프로그램이 구성 요소로 어떻게 분해되는지를 고려한다.)
  • 즉, "하나의 앱을 만들 때, 이걸 어떻게 기능별로 나눌까?"를 고민하는 구조 설계
• 대규모 아키텍처 (Architecture in the large)
  • is concerned with the architecture of complex enterprise systems that include other systems, programs, and program components. 
    (다른 시스템, 프로그램, 프로그램 구성 요소들을 포함하는 복잡한 기업 시스템의 아키텍처와 관련된다.)
  • These enterprise systems are distributed over different computers, which may be owned and managed by different companies.
    (이러한 기업 시스템은 여러 회사가 소유하고 관리하는 서로 다른 컴퓨터에 분산되어 있다.)
  • 즉, “회사 전체가 쓰는 복잡한 시스템들을 어떻게 연결해서 운영할까?”를 설계하는 큰 그림

Advantages of explicit architecture (명시적 아키텍처의 장점)

• Stakeholder communication (이해관계자 간 커뮤니케이션)
  :Architecture may be used as a focus of discussion by system stakeholders.
  (아키텍처는 시스템 이해관계자들이 토론의 중심으로 사용할 수 있다.)
  • 즉, "모두가 같은 그림을 보며 이야기할 수 있게 도와준다."
• System analysis (시스템 분석)
  : analysis of whether the system can meet its non-functional requirements is possible.
  (시스템이 비기능적 요구사항을 충족할 수 있는지를 분석할 수 있다.)
  • 즉, "미리 설계 구조를 보고, 시스템이 제대로 작동할지 확인해볼 수 있다."
• Large-scale reuse (대규모 재사용)
  • The architecture may be reusable across a range of systems
    (아키텍처는 다양한 시스템에서 재사용될 수 있다.)
  • Product-line architectures may be developed.
    (제품 라인 아키텍처(product-line architectures)를 개발할 수 있다.
  • 즉, "한 번 잘 만들어 놓으면, 다른 시스템에서도 계속 쓸 수 있다."

Box and line diagrams (박스와 선 다이어그램)

• Very abstract - they do not show the nature of component relationships nor the externally visible properties of the sub-systems.
  (매우 추상적이며 구성 요소 관계의 성격이나 하위 시스템의 외부에서 보이는 속성을 보여주지 않는다.)
• However, useful for communication with stakeholders and for project planning.
  (그러나 이해관계자들과의 커뮤니케이션 및 프로젝트 계획에 유용하다.)

Use of architectural models (아키텍처 모델의 활용)

• 시스템 설계 논의 도구 및 이해 관계자와의 커뮤니케이션과 계획 수립
  As a way of facilitating discussion about the system design
  (시스템 설계에 대한 논의를 촉진하는 수단으로 활용)
  • A high-level architectural view of a system is useful for communication with system stakeholders and project planning because it is not cluttered with detail.
    (시스템의 고수준 아키텍처 뷰는 세부 정보가 없어 이해관계자와의 커뮤니케이션 및 프로젝트 계획에 유용하다.)
  • Stakeholders can relate to it and understand an abstract view of the system. They can then discuss the system as a whole without being confused by detail.
    (이해관계자들은 이 추상적 뷰를 이해할 수 있으며, 시스템 전체에 대해 혼동 없이 논의할 수 있다.)
• 아키텍처 문서화
  As a way of documenting an architecture that has been designed
  (설계된 아키텍처를 문서화하는 수단으로 활용)
  • The aim here is to produce a complete system model that shows the different components in a system, their interfaces and their connections.
    (여기서의 목표는 시스템 내의 다양한 구성 요소, 그 인터페이스 및 연결을 보여주는 완전한 시스템 모델을 작성하는 것이다.)

 

 

 

[1] Architectural design decisions (아키텍처 설계 결정)

Architectural design decisions (아키텍처 설계 결정)

• 아키텍처 설계는 정해진 답이 있는 것이 아니다.
  Architectural design is a creative process so the process differs depending on the type of system being developed.
  (아키텍처 설계는 창의적인 과정이기 때문에 개발되는 시스템의 유형에 따라 그 과정이 달라진다.)
• 하지만, 모든 설계에 공통으로 들어가는 중요한 결정들이 있다.
  However, a number of common decisions span all design processes and these decisions affect the non-functional characteristics of the system.
  (하지만 모든 설계 과정에 공통적으로 적용되는 여러 가지 결정사항들이 있으며, 이러한 결정들은 시스템의 비기능적 특성에 영향을 미친다.)

Architecture reuse (아키텍처 재사용)

• 같은 분야 시스템은 구조도 비슷하다.
  Systems in the same domain often have similar architectures that reflect domain concepts.
  (동일한 도메인에 있는 시스템들은 도메인 개념을 반영하는 유사한 아키텍처를 가지는 경우가 많다.)
• 제품군은 하나의 중심 구조를 공유한다.
  Application product lines are built around a core architecture with variants that satisfy particular customer requirements.
  (애플리케이션 제품군은 핵심 아키텍처를 기반으로 특정 고객 요구사항을 만족하는 다양한 변형(variant)을 갖고 있다.)
• 설계는 아키텍처 패턴을 따라 만들며, 이런 패턴은 다양하게 응용될 수 있다.
  The architecture of a system may be designed around one of more architectural patterns or ‘styles’.
  (시스템의 아키텍처는 하나 이상의 아키텍처 패턴 또는 ‘스타일’을 기반으로 설계될 수 있다.)
  • These capture the essence of an architecture and can be instantiated in different ways.
    (이러한 패턴들은 아키텍처의 본질을 포착하며 다양한 방식으로 구체화될 수 있다.)

Architecture and system characteristics (아키텍처와 시스템 특성)

• 성능 (Performance)
  : Localise critical operations and minimise communications. Use large rather than fine-grain components.
  (중요한 작업을 지역화하고 통신을 최소화한다. 세부적인 구성 요소보다는 큰 단위의 구성 요소를 사용한다.)
• 보안 (Security)
  : Use a layered architecture with critical assets in the inner layers.
  (핵심 자산을 내부 계층에 위치시키는 계층형 아키텍처를 사용한다.)
• 안전성 (Safety)
  : Localise safety-critical features in a small number of sub-systems.
  (안전이 중요한 기능을 소수의 하위 시스템에 집중시킨다.)
• 가용성 (Availability)
  : Include redundant components and mechanisms for fault tolerance.
  (중복된 구성 요소와 장애 허용 메커니즘을 포함시킨다.)
• 유지보수성 (Maintainability)
  : Use fine-grain, replaceable components.
  (세분화된, 교체 가능한 구성 요소를 사용한다.)

 

 

 

[2] Architectural views (아키텍처 뷰)

Architectural views (아키텍처 뷰)

• 두 가지 핵심 이슈
  • What views or perspectives are useful when designing and documenting a system’s architecture?
    (시스템 아키텍처를 설계하고 문서화할 때 어떤 뷰나 관점이 유용한가?)
  • What notations should be used for describing architectural models?
    (아키텍처 모델을 설명하기 위해 어떤 표기법을 사용하는 것이 좋은가?)
• 아키텍처 모델 하나는 시스템의 한 부분만 보여준다.
  Each architectural model only shows one view or perspective of the system.
  (각 아키텍처 모델은 시스템의 하나의 뷰 또는 관점만을 보여준다.)
  • It might show how a system is decomposed into modules, how the run-time processes interact or the different ways in which system components are distributed across a network. 
    (예를 들어, 시스템이 모듈로 어떻게 분해되는지, 런타임 프로세스들이 어떻게 상호작용하는지, 시스템 구성 요소가 네트워크에 어떻게 분산되어 있는지를 보여줄 수 있다.)
  • 설계할 때도, 문서화할 때도 여러 뷰가 함께 필요하다
    For both design and documentation, you usually need to present multiple views of the software architecture.
    (따라서 설계와 문서화를 위해서는 보통 소프트웨어 아키텍처의 여러 뷰를 함께 제시해야 한다.)

 

4 + 1 view model of software architecture (소프트웨어 아키텍처의 4 + 1 뷰 모델)

• 논리 뷰 (Logical view)
  : A logical view, which shows the key abstractions in the system as objects or object classes.
  (시스템의 주요 추상 개념을 객체나 객체 클래스 형태로 보여준다.)
• 프로세스 뷰 (Process view)
  : A process view, which shows how, at run-time, the system is composed of interacting processes.
  (런타임에서 시스템이 상호작용하는 프로세스로 어떻게 구성되는지를 보여준다.)
• 개발 뷰 (Development view)
  : A development view, which shows how the software is decomposed for development.
  (소프트웨어가 개발을 위해 어떻게 분해되는지를 보여준다.)
• 물리 뷰 (Physical view)
  : A physical view, which shows the system hardware and how software components are distributed across the processors in the system.
  (시스템 하드웨어와 소프트웨어 구성 요소가 프로세서에 어떻게 분산되어 있는지를 보여준다.)
• 개념 뷰 (Conceptual view, +1)
  : A conceptual view (+1): an abstract view of a system.
  (시스템에 대한 추상적인 관점을 제공한다.)
• 참고 링크: Google Slides

 

Representing architectural views (아키텍처 뷰 표현하기)

• 많은 사람들은 UML을 표준 도구로 사용한다.
  Some people argue that the Unified Modeling Language (UML) is an appropriate notation for describing and documenting system architectures
  (일부 사람들은 UML(Unified Modeling Language)이 시스템 아키텍처를 설명하고 문서화하기에 적절한 표기법이라고 주장한다.)
• 하지만 저자는 UML만으로는 충분하지 않다고 본다.
  I (the textbook author) disagree with this as I do not think that the UML includes abstractions appropriate for high-level system description.
  (하지만 나는(교재 저자) UML이 고수준 시스템 설명에 적합한 추상화를 포함하고 있다고 생각하지 않기 때문에 이에 동의하지 않는다.)
• 전용 언어인 ADL도 있지만 널리 쓰이진 않아요.
  Architectural description languages (ADLs) have been developed but are not widely used.
  (아키텍처 설명 언어(Architectural Description Languages, ADLs)가 개발되었지만 널리 사용되지는 않는다.)

 

 

 

[3] 아키텍처 패턴 (Architectural patterns)

아키텍처 패턴

1. 패턴

: Patterns are a means of representing, sharing and reusing knowledge.
(지식을 표현하고 공유하며 재사용하는 수단이다.)

 

2. 아키텍처 패턴
: An architectural pattern is a stylized description of good design practice, which has been tried and tested in different environments. 
(아키텍처 패턴은 다양한 환경에서 검증된 좋은 설계 관행을 형식화한 설명이다.)

 

3. 패턴의 특징

• Patterns should include information about when they are and when they are not useful.
  (패턴은 언제 유용하며 언제 유용하지 않은지도 포함해야 한다.)
• Patterns may be represented using tabular and graphical descriptions.
  (표 형식 또는 그래픽 형식으로 표현될 수 있다.)

 

<1> 모델-뷰-컨트롤러 (MVC, Model-View-Controller) 패턴

항목	설명
이름 (Name)	MVC (Model-View-Controller)
설명 (Description)	데이터-프레젠테이션 분리 Separates presentation and interaction from the system data.  시스템의 데이터와 프레젠테이션 및 상호작용을 분리한다. 3계층 구조 (모델 - 뷰 - 컨트롤러) The system is structured into three logical components that interact with each other. 시스템은 세 개의 논리적 컴포넌트(모델, 뷰, 컨트롤러)로 구성되며 상호작용한다. The Model component manages the system data and associated operations on that data. 모델은 데이터 및 그에 대한 연산을 관리하고, The View component defines and manages how the data is presented to the user. 뷰는 사용자에게 보여지는 방식을 정의 및 관리하며, The Controller component manages user interaction (e.g., key presses, mouse clicks, etc.) and passes these interactions to the View and the Model.  컨트롤러는 사용자 상호작용(키 입력, 마우스 클릭 등)을 처리하여 뷰와 모델에 전달한다.
예시 (Example)	MVC 패턴을 사용하여 구성된 웹 기반 애플리케이션 아키텍처는
사용 시점 (When used)	다양한 표현/상호작용 방식이 필요할 때, 프레젠테이션 요구사항이 불확실할 때 Used when there are multiple ways to view and interact with data. Also used when the future requirements for interaction and presentation of data are unknown. 데이터에 대해 여러 방식으로 뷰를 제공하거나 상호작용 방식이 다양한 경우, 혹은 향후 상호작용/프레젠테이션 요구사항이 불확실할 때 사용한다.
장점 (Advantages)	표현과 데이터의 독립성 Allows the data to change independently of its representation and vice versa.  데이터와 표현 방식이 독립적으로 변경 가능하다. 데이터 표현 방식의 유연성 Supports presentation of the same data in different ways with changes made in one representation shown in all of them. 같은 데이터를 여러 방식으로 표현할 수 있으며, 하나의 표현에서 변경된 내용이 모두 반영된다.
단점 (Disadvantages)	복잡한 코드 구조, 상호작용이 단순할 경우 과한 설계 Can involve additional code and code complexity when the data model and interactions are simple. 데이터 모델과 상호작용이 단순한 경우, 코드 양과 복잡성이 증가할 수 있다.

 

1. MVC 패턴을 사용한 웹 애플리케이션 구조

 

<2> 레이어드 아키텍처 패턴

 

1. 레이어드 아키텍처 (Layered Architecture)

• Used to model the interfacing of sub-systems.
  (서브시스템 간 인터페이스를 모델링할 때 사용한다.)
• Organises the system into a set of layers (or abstract machines) each of which provide a set of services.
  (시스템을 계층으로 나누며, 각 계층은 관련된 기능을 포함하고 위 계층에 서비스를 제공한다.)
• Supports the incremental development of sub-systems in different layers. When a layer interface changes, only the adjacent layer is affected.
  (서로 다른 계층의 서브시스템을 점진적으로 개발 가능하다.)
• However, often artificial to structure systems in this way.
  (하지만 실무에서 시스템을 이런 방식으로 구조화하는 것이 부자연스러울 수 있다.

 

2. 레이어드 아키텍처 패턴

이름 (Name)	레이어드 아키텍처 (Layered Architecture)
설명 (Description)	기능별 계층화 Organizes the system into layers with related functionality associated with each layer.  (시스템을 관련 기능별로 계층화한다.) 상위 계층에 서비스 / 하위 계층에 핵심 서비스 제공 A layer provides services to the layer above it so the lowest-level layers represent core services that are likely to be used throughout the system.  (각 계층은 위 계층에 서비스를 제공하며, 가장 하위 계층은 전체 시스템에서 널리 사용되는 핵심 서비스를 제공한다. )
예시 (Example)	학교에서 모든 과목 학습을 지원하는 디지털 학습 시스템의 레이어드 모델
사용 시점 (When used)	새로운 기능을 기존 시스템 위에 추가할 때, 팀별 계층 개발, 보안 요구 시 Used when building new facilities on top of existing systems; when the development is spread across several teams with each team responsibility for a layer of functionality; when there is a requirement for multi-level security. (기존 시스템 위에 새로운 기능을 추가하거나, 여러 팀이 계층별로 개발을 담당할 경우, 또는 다중 수준 보안이 요구될 때 사용한다.)
장점 (Advantages)	인터페이스 유지 시, 계층 전체 교체 가능 Allows replacement of entire layers so long as the interface is maintained.  (인터페이스만 유지된다면 계층 전체를 교체할 수 있다.) 중복 기능 통한 신뢰성 향상 Redundant facilities (e.g., authentication) can be provided in each layer to increase the dependability of the system. (각 계층에 중복 기능(예: 인증)을 제공하여 시스템 신뢰성을 높일 수 있다.)
단점 (Disadvantages)	계층 간 우회 접근 가능성 In practice, providing a clean separation between layers is often difficult and a high-level layer may have to interact directly with lower-level layers rather than through the layer immediately below it.  (계층 간 완전한 분리를 구현하기 어렵고, 상위 계층이 바로 하위 계층을 우회하여 접근할 수 있다. ) 계층 해석 과정에서 성능 저하 가능성 Performance can be a problem because of multiple levels of interpretation of a service request as it is processed at each layer. (서비스 요청이 계층마다 해석되면서 성능 저하가 발생할 수 있다.)

 

 

2. 일반적인 레이어드 아키텍처

요약 : UI → 인증 → 비즈니스 로직 → 시스템 지원

• User interface→ 예: 버튼, 폼, 웹페이지
  : 사용자와 직접 상호작용하는 화면이나 입력 인터페이스

• User interface management / Authentication and authorization→ 예: 로그인 처리, 접근 권한 제어
  : UI 제어와 사용자 인증/인가를 담당

• Core business logic / Application functionality / System utilities→ 예: 수강 신청 처리, 계산 기능, 백엔드 비즈니스 로직
  : 실제 시스템의 핵심 기능과 로직이 있는 부분

• System support (OS, database, etc.)→ 예: Linux, MySQL, 파일 시스템 등
  : 운영체제, 데이터베이스 등 시스템을 뒷받침하는 기술 요소

💡 포인트: 아래 계층이 위 계층에 서비스를 제공하며, 위로 갈수록 사용자와 가까워져요.

 

3. 예시 : iLearn 시스템의 아키텍처

 

<3> 저장소 패턴

 

1. 저장소 아키텍처 (Repository Architecture)

• Sub-systems must exchange data. This may be done in two ways
  (서브시스템 간 데이터 교환이 필요할 경우 두 가지 방식이 있다)
  
  • 중앙 저장소 방식
    Shared data is held in a central database or repository and may be accessed by all sub-systems;
    (모든 서브시스템이 접근 가능한 중앙 저장소에 공유 데이터를 저장)
  • 각자 저장소 + 직접 전달 방식
    Each sub-system maintains its own database and passes data explicitly to other sub-systems.
    (각 서브시스템이 자체 데이터베이스를 관리하고 명시적으로 데이터 교환)
• 대량의 데이터를 공유할 땐 저장소 모델이 더 효율적이다.
  When large amounts of data are to be shared, the repository model of sharing is most commonly used a this is an efficient data sharing mechanism.
  (대량의 데이터를 공유할 때에는 저장소 모델이 일반적으로 효율적인 방식이다.)

 

2. 저장소 패턴

이름 (Name)	저장소 (Repository)
설명 (Description)	모든 데이터를 하나의 중앙 저장소에서 관리한다. All data in a system is managed in a central repository that is accessible to all system components. Components do not interact directly, only through the repository. (모든 데이터를 중앙 저장소에서 관리하고 시스템의 각 컴포넌트는 저장소를 통해서만 간접적으로 상호작용한다.)
예시 (Example)	Figure 6.11: 설계 정보를 저장소에 공유하는 IDE의 구성 예시. 각 도구가 정보를 생성하고 다른 도구에서 이를 사용할 수 있다.
사용 시점 (When used)	대량의 정보를 오래 저장해야 하는 시스템에서 유용 또는, 데이터가 저장되면, 자동으로 다른 작업이 트리거 되는 시스템에 적합 You should use this pattern when you have a system in which large volumes of information are generated that has to be stored for a long time. You may also use it in data-driven systems where the inclusion of data in the repository triggers an action or tool. (대량의 정보를 생성하고 장기간 저장해야 할 경우, 또는 저장소에 데이터가 추가되면 자동으로 동작하는 시스템(데이터 기반 시스템)에 적합하다.)
장점 (Advantages)	독립성 보장 Components can be independent—they do not need to know of the existence of other components.  (컴포넌트 간 독립성 유지가 가능하고 서로 존재를 몰라도 된다. ) 변경 전파 Changes made by one component can be propagated to all components.  (하나의 컴포넌트가 변경한 내용이 전체에 반영될 수 있다.) 일관성 All data can be managed consistently (e.g., backups done at the same time) as it is all in one place. (데이터 백업 등 일괄 관리가 용이하다.)
단점 (Disadvantages)	단일 실패 지점 The repository is a single point of failure so problems in the repository affect the whole system.  (저장소가 단일 장애 지점이 되며, 문제 발생 시 전체 시스템에 영향을 준다. ) 통신 비효율 May be inefficiencies in organizing all communication through the repository.  (모든 통신이 저장소를 통해 이루어져야 하므로 비효율이 발생할 수 있다. ) 분산 어려움 Distributing the repository across several computers may be difficult. (저장소를 여러 컴퓨터에 분산시키는 것은 어려울 수 있다.)

 

3. 예시 : IDE를 위한 저장소 아키텍처

• 여러 도구(예: UML editor, Java editor, Report generator 등)가 하나의 중앙 프로젝트 저장소(Project repository)를 통해 자료를 공유한다.
• UML 설계, 코드 생성, 분석 등 모든 작업이 공통 저장소를 기준으로 연결돼 있다.

 

<4> 클라이언트-서버 패턴

 

1. 클라이언트-서버 아키텍처

• Distributed system model which shows how data and processing is distributed across a range of components.
  (데이터와 처리가 여러 컴포넌트에 분산된 분산 시스템 모델)
  • Can be implemented on a single computer.
    (단일 컴퓨터에서도 구현 가능함)
• 구성 요소
  • Set of stand-alone servers which provide specific services such as printing, data management, etc.
    (인쇄, 데이터 관리 등과 같은 특정 서비스를 제공하는 독립 서버 집합)
  • Set of clients which call on these services.
    (이러한 서비스를 호출하는 클라이언트 집합)
  • Network which allows clients to access servers.
    (클라이언트가 서버에 접근할 수 있게 하는 네트워크)

2. 클라이언트-서버 패턴

이름	클라이언트-서버
설명	In a client–server architecture, the system is presented as a set of services, with each service delivered by a separate server.  (클라이언트-서버 아키텍처에서 시스템은 서비스 집합으로 표현되며, 각각의 서비스는 개별 서버에 의해 제공된다. ) Clients are users of these services and access servers to make use of them. (클라이언트는 이러한 서비스를 사용하는 사용자이며, 서버에 접근하여 서비스를 사용한다.)
예시	그림 6.13은 클라이언트-서버 시스템으로 구성된 영화 및 비디오/DVD 라이브러리의 예시이다.
사용 시점	여러 장소에서 공유 데이터를 접근해야 할 때 Used when data in a shared database has to be accessed from a range of locations. (공유 데이터베이스의 데이터를 여러 위치에서 접근해야 할 때 사용한다.) 서버를 복제해서 부하를 분산시켜야 할 때 Because servers can be replicated, may also be used when the load on a system is variable. (서버를 복제할 수 있기 때문에 시스템 부하가 가변적인 경우에도 사용될 수 있다.)
장점	서버 분선 가능 The principal advantage of this model is that servers can be distributed across a network.  (이 모델의 주요 장점은 서버가 네트워크 전반에 분산될 수 있다는 것이다. ) 기능 재사용 / 시스템 확장성 General functionality (e.g., a printing service) can be available to all clients and does not need to be implemented by all services. (일반적인 기능(예: 인쇄 서비스)은 모든 클라이언트에서 사용할 수 있으며 모든 서비스에 개별적으로 구현할 필요가 없다.)
단점	단일 실패 지점 Each service is a single point of failure so susceptible to denial of service attacks or server failure.  (각 서비스는 단일 실패 지점이므로 서비스 거부 공격이나 서버 오류에 취약하다.) 성능 예측 어려움 Performance may be unpredictable because it depends on the network as well as the system.  (성능은 네트워크와 시스템 모두에 의존하므로 예측하기 어렵다.) 관리 문제 May be management problems if servers are owned by different organizations. (서버가 서로 다른 조직에 의해 소유될 경우 관리 문제가 발생할 수 있다.)

 

3. 예시 : 영화 라이브러리를 위한 클라이언트-서버 아키텍처

: 각 클라이언트(1~4)는 인터넷을 통해 다양한 서버에 접속해 서비스를 받는다

서버 종류	하는 일	설명
Catalog Server	영화 목록 정보 제공	"전체 영화 리스트 보여줘!" 같은 요청 처리
Video Server	영상 스트리밍	영화 영상 직접 제공
Picture Server	이미지 제공	포스터, 사진 등 보여줌
Web Server	텍스트 정보 제공	영화 정보, 줄거리 등 텍스트 응답

💡 각 서버는 자신만의 역할을 가지고 있고, 클라이언트는 필요한 것만 요청해서 사용한다.

 

<5> 파이프 앤 필터 패턴

 

1. 파이프 앤 필터 아키텍처

• 입력을 받아 처리하고, 출력을 넘기는 구조이다.
  Functional transformations process their inputs to produce outputs.
  (기능적 변환이 입력을 처리하여 출력을 생성함)
  • 파이프 : 데이터를 연결하는 통로
  • 필터 : 연산을 처리기
  • 예 : 텍스트 → 정제(Filter1) → 분석(Filter2) → 요약(Filter3)
• May be referred to as a pipe and filter model (as in UNIX shell).
  (유닉스 셸처럼 파이프 앤 필터 모델이라고도 불림)
• Variants of this approach are very common.
  (이 접근 방식의 변형은 매우 흔함)
• When transformations are sequential, this is a batch sequential model which is extensively used in data processing systems.
  (변환이 순차적일 경우 이를 배치 순차 모델이라 하며, 데이터 처리 시스템에서 광범위하게 사용됨)
• Not really suitable for interactive systems.
  (인터랙티브 시스템에는 적합하지 않음)
  • 사용자와 상호작용하는 시스템에는 반응 속도나 유연성이 중요하다.
  • 하지만, 파이프 앤 필터는 순차적 처리가 기본이라 실시간 응답이 필요한 시스템엔 적합하지 않아요.

2.  파이프 앤 필터 패턴

이름	파이프 앤 필터
설명	The processing of the data in a system is organized so that each processing component (filter) is discrete and carries out one type of data transformation.  (시스템 내 데이터 처리를 각 처리 컴포넌트(필터)가 개별적이며 한 종류의 데이터 변환만 수행하도록 구성한다. ) The data flows (as in a pipe) from one component to another for processing. (데이터는 파이프처럼 하나의 컴포넌트에서 다른 컴포넌트로 흐르며 처리된다.)
예시	그림 6.15는 송장 처리를 위한 파이프 앤 필터 시스템의 예시이다.
사용 시점	Commonly used in data processing applications (both batch- and transaction-based) where inputs are processed in separate stages to generate related outputs. (입력이 여러 단계로 처리되어 관련된 출력을 생성하는 배치 및 트랜잭션 기반 데이터 처리 애플리케이션에서 흔히 사용됨)
장점	이해하기 쉽고, 변환 재사용 가능 Easy to understand and supports transformation reuse.  (이해하기 쉽고, 변환 재사용을 지원함.) 확장 유연성 Workflow style matches the structure of many business processes.  (워크플로우 스타일이 많은 비즈니스 프로세스 구조와 일치함. ) Evolution by adding transformations is straightforward.  (변환 추가를 통한 진화가 용이함. ) 다양한 실행 방식 Can be implemented as either a sequential or concurrent system. (순차 또는 병렬 시스템으로 구현 가능함.)
단점	데이터 포맷 합의 필요 The format for data transfer has to be agreed upon between communicating transformations. (데이터 전송 형식에 대해 통신하는 변환 간의 합의가 필요함. ) 입력/출력 처리 부담 Each transformation must parse its input and unparse its output to the agreed form.  (각 변환은 입력을 파싱하고 출력을 정의된 형식으로 다시 생성해야 하므로 시스템 오버헤드가 증가함.) 호환성 문제 This increases system overhead and may mean that it is impossible to reuse functional transformations that use incompatible data structures. (호환되지 않는 데이터 구조를 사용하는 기능적 변환은 재사용이 불가능할 수 있음.)

 

3. 예시 : 결제 시스템에서 사용되는 파이프 앤 필터 아키텍처의 예시

 

 

 

[4] 애플리케이션 아키텍처 (Application architectures)

애플리케이션 아키텍처

• 조직 맞춤형 설계
  Application systems are designed to meet an organisational need.
  (애플리케이션 시스템은 조직의 필요를 충족하도록 설계됨)
• 공통 구조 사용
  As businesses have much in common, their application systems also tend to have a common architecture that reflects the application requirements.
  (기업 간에 공통점이 많기 때문에, 애플리케이션 시스템은 애플리케이션 요구사항을 반영하는 공통 아키텍처를 가지는 경향이 있음)
• 유연한 아키텍처 틀
  A generic application architecture is an architecture for a type of software system that may be configured and adapted to create a system that meets specific requirements.
  (일반적인 애플리케이션 아키텍처는 특정 요구사항을 충족하는 시스템을 구성하고 조정할 수 있는 소프트웨어 시스템 유형의 아키텍처임)

 

2. 애플리케이션 아키텍처의 활용

• 설계 출발점
  As a starting point for architectural design.
  (아키텍처 설계를 위한 출발점)
• 설계 체크리스트
   As a design checklist. 
  (설계 체크리스트로서의 역할)
• 작업 구성 도구
  As a way of organising the work of the development team.
  (개발팀 작업을 구성하는 방법)
• 재사용 평가 기준
  As a means of assessing components for reuse.
  (재사용 가능한 컴포넌트를 평가하는 수단)
• 공통 언어 제공
  As a vocabulary for talking about application types.
  (애플리케이션 유형에 대해 이야기할 수 있는 공통 언어)

 

3. 애플리케이션 유형 

1) 예시

• Data processing applications
  (데이터 처리 애플리케이션)
  • Data driven applications that process data in batches without explicit user intervention during the processing.
    (명시적인 사용자 개입 없이 배치로 데이터를 처리하는 데이터 중심 애플리케이션)
  • 예시 : 대량 급여 정산 시스템, 통계 분석 시스템
• 트랜잭션 처리 애플리케이션
  • Data-centred applications that process user requests and update information in a system database.
    (사용자 요청을 처리하고 시스템 데이터베이스를 업데이트하는 데이터 중심 애플리케이션)
  • 예시 : 인터넷 쇼핑몰, 은행 입출금 시스템
• 이벤트 처리 시스템
  • Applications where system actions depend on interpreting events from the system’s environment.
    (시스템 동작이 시스템 환경으로부터의 이벤트 해석에 따라 달라지는 애플리케이션)
  • 예시 : 센서 기반 알림 시스템, 보안 감지 시스템
• 언어 처리 시스템
  • Applications where the users’ intentions are specified in a formal language that is processed and interpreted by the system.
    (사용자 의도가 형식 언어로 명시되며, 시스템에 의해 처리 및 해석되는 애플리케이션)
  • 예시 : 컴파일러, 명령어 해석기

2) 대표 예시

: Two very widely used generic application architectures are transaction processing systems and language processing systems.
(매우 널리 사용되는 일반 애플리케이션 아키텍처 두 가지는 트랜잭션 처리 시스템과 언어 처리 시스템임)

• Transaction processing systems (트랜잭션 처리 시스템)
  
  • E-commerce systems (전자상거래 시스템)
  • Reservation systems. (예약 시스템)
• Language processing systems (언어 처리 시스템)
  • Compilers (컴파일러)
  • Command interpreters. (명령어 해석기)

<1> 트랜잭션 처리 시스템

 

1. 특징

• Process user requests for information from a database or requests to update the database.
  (데이터베이스에서 정보를 요청하거나 데이터베이스를 업데이트하려는 사용자 요청을 처리함)
• From a user perspective a transaction is:
  (사용자 입장에서의 트랜잭션)
  • Any coherent sequence of operations that satisfies a goal;
    (목표를 만족시키는 일관된 작업 시퀀스)
  • For example - find the times of flights from London to Paris.
    (예: 런던에서 파리까지의 항공편 시간을 찾기)
• Users make asynchronous requests for service which are then processed by a transaction manager.
  (사용자는 비동기적으로 서비스를 요청하고, 해당 요청은 트랜잭션 관리자에 의해 처리됨)

 

2. 트랜잭션 처리 애플리케이션의 개념적 아키텍처 구조

 

3. 예시 : ATM 시스템의 소프트웨어 아키텍처

 

 

4. 정보 시스템 아키텍처 (Information systems architecture)

• Information systems have a generic architecture that can be organised as a layered architecture.
  (정보 시스템은 계층형 아키텍처로 구성할 수 있는 일반적인 아키텍처를 가진다.)
• These are transaction-based systems as interaction with these systems generally involves database transactions.
  (이들은 트랜잭션 기반 시스템으로, 일반적으로 데이터베이스 트랜잭션을 포함하는 상호작용을 한다.)
• 계층은 다음을 포함한다
  
  • The User Interface (사용자 인터페이스)
  • User communications (사용자 통신)
  • Information retrieval (정보 검색)
  • System database (시스템 데이터베이스)

1) 예시

(1) 계층형 정보 시스템 아키텍처 (Layered information system architecture)

 

(2) Mentcare 시스템의 아키텍처 (The architecture of the Mentcare system)

 

5. 웹 기반 정보 시스템 (Web-based information systems)

• Information and resource management systems are now usually web-based systems where the user interfaces are implemented using a web browser.
  (정보 및 자원 관리 시스템은 이제 일반적으로 웹 기반 시스템이며, 사용자 인터페이스는 웹 브라우저를 사용하여 구현된다.)
• For example, e-commerce systems are Internet-based resource management systems that accept electronic orders for goods or services and then arrange delivery of these goods or services to the customer*.*
  (예를 들어, 전자상거래 시스템은 인터넷 기반 자원 관리 시스템으로, 전자 방식으로 상품 또는 서비스 주문을 받고, 이를 고객에게 전달하는 과정을 관리한다.)
  • In an e-commerce system, the application-specific layer includes additional functionality supporting a ‘shopping cart’ in which users can place a number of items in separate transactions, then pay for them all together in a single transaction.
    (전자상거래 시스템에서 애플리케이션 특화 계층은 ‘장바구니’ 기능을 포함하며, 사용자는 여러 개의 거래로 항목을 담은 뒤, 이를 한 번의 거래로 결제할 수 있다.)

 

6. 서버 구현 (Server implementation)

• These systems are often implemented as multi-tier client server/architectures (discussed in Chapter 17)
  (이러한 시스템은 종종 다중 계층 클라이언트–서버 아키텍처(17장에서 설명)로 구현된다.)
  • The web server is responsible for all user communications, with the user interface implemented using a web browser.
    (웹 서버는 모든 사용자 통신을 담당하며, 사용자 인터페이스는 웹 브라우저로 구현된다.)
  • The application server is responsible for implementing application-specific logic as well as information storage and retrieval requests.
    (애플리케이션 서버는 애플리케이션 특화 로직과 정보 저장 및 검색 요청을 구현한다.)
  • The database server moves information to and from the database and handles transaction management.
    (데이터베이스 서버는 데이터베이스로부터 정보를 이동하고 트랜잭션 관리를 처리한다.)

 

<2> 언어 처리 시스템 (Language processing systems)

 

1. 특징

• Accept a natural or artificial language as input and generate some other representation of that language.
  (자연어 또는 인공 언어를 입력으로 받아 해당 언어의 다른 표현으로 변환한다.)
• May include an interpreter to act on the instructions in the language that is being processed.
  (처리 중인 언어의 명령을 실행하는 인터프리터를 포함할 수 있다.)
• Used in situations where the easiest way to solve a problem is to describe an algorithm or describe the system data .
  (알고리즘을 설명하거나 시스템 데이터를 설명하여 문제를 해결하는 것이 가장 쉬운 상황에서 사용된다.)
  • Meta-case tools process tool descriptions, method rules, etc and generate tools.
    (메타 케이스 도구는 도구 설명, 방법 규칙 등을 처리하고 도구를 생성한다.)

2. 언어 처리 시스템의 아키텍처 (The architecture of a language processing system)

 

3. 컴파일러 구성 요소 (Compiler components)

• A lexical analyzer, which takes input language tokens and converts them to an internal form.
  (어휘 분석기: 입력 언어 토큰을 받아 내부 형식으로 변환한다.)
• A symbol table, which holds information about the names of entities (variables, class names, object names, etc.) used in the text that is being translated.
  (심볼 테이블: 번역 중인 텍스트에 사용된 엔터티 이름(변수, 클래스 이름, 객체 이름 등)에 대한 정보를 저장한다.)
• A syntax analyzer, which checks the syntax of the language being translated.
  (구문 분석기: 번역 중인 언어의 구문을 검사한다.)
• A syntax tree, which is an internal structure representing the program being compiled.
  (구문 트리: 컴파일 중인 프로그램을 나타내는 내부 구조이다.)
• A semantic analyzer that uses information from the syntax tree and the symbol table to check the semantic correctness of the input language text.
  (의미 분석기: 구문 트리와 심볼 테이블의 정보를 사용하여 입력 언어 텍스트의 의미적 정확성을 검사한다.)
• A code generator that ‘walks’ the syntax tree and generates abstract machine code.
  (코드 생성기: 구문 트리를 순회하며 추상 기계어를 생성한다.)

 

4. 예시

(1) 언어 처리 시스템을 위한 저장소 아키텍처 (A repository architecture for a language processing system)

: 모든 컴포넌트들이 공통 저장소(repository) 를 공유하면서 서로 정보를 읽고 쓰는 방식.

• 🧩 전체 구조 요약: 각 컴포넌트가 저장소를 중심으로 간접적으로 상호작용하는 구조.
  • 💡 장점: 모든 데이터가 한곳에 있어서 공유가 쉬움
  • 💡 단점: 저장소가 복잡해지면 관리 어려움

 

(2) 파이프 앤 필터 방식의 컴파일러 아키텍처 (A pipe and filter compiler architecture)

: 처리 단계를 일련의 단계(필터) 로 나누고, 데이터를 한 방향으로 연속 처리(파이프) 하는 구조

• 데이터 흐름 : Lexical → Syntactic → Semantic → Code generation
• 🧩 전체 구조 요약: 데이터가 순차적으로 흐르는 파이프라인 형태로 처리됨
  • 💡 장점: 모듈화가 잘 되어 있음 → 유지보수 쉬움
  • 💡 단점: 중간 단계에서 데이터 공유나 피드백이 어려움

 

핵심 사항

• 소프트웨어 아키텍처는 소프트웨어 시스템이 어떻게 구성되어 있는지를 설명한 것이다.
• 아키텍처 설계 결정에는 애플리케이션 유형, 시스템의 분산 방식, 사용할 아키텍처 스타일에 대한 결정이 포함된다.
• 아키텍처는 개념적 관점, 논리적 관점, 프로세스 관점, 개발 관점 등 여러 관점에서 문서화될 수 있다.
• 아키텍처 패턴은 일반적인 시스템 아키텍처에 대한 지식을 재사용하는 수단이다. 이들은 아키텍처를 설명하고, 언제 사용할 수 있는지, 장단점은 무엇인지 알려준다.
• 애플리케이션 시스템 아키텍처 모델은 애플리케이션을 이해하고 비교하며, 애플리케이션 시스템 설계를 검증하고 대규모 컴포넌트의 재사용을 평가하는 데 도움을 준다.
• 트랜잭션 처리 시스템은 데이터베이스 정보를 여러 사용자가 원격으로 접근하고 수정할 수 있도록 하는 상호작용 시스템이다.
• 언어 처리 시스템은 한 언어에서 다른 언어로 텍스트를 변환하거나, 입력 언어에 명시된 명령을 실행하는 데 사용된다. 이 시스템은 번역기와 생성된 언어를 실행하는 추상 기계를 포함한다.