제 1과목 소프트웨어 설계 > 애플리케이션 설계
(1) 공통 모듈 설계
모듈(Module)의 개념 [2023년 3회]
모듈은 크게 독립된 하나의 소프트웨어 또는 하드웨어 단위를 지칭하는 용어이다.
모듈화를 통해 분리된 시스템의 기능
- 서브 프로그램
- 서브 루틴
- 소프트웨어 내의 단위 프로그램
- 작업 단위
모듈의 특징
- 각각의 모듈은 상대적으로 독립성을 가지고 있다.
- 모듈은 단독으로 컴파일할 수 있으며, 재사용할 수 있다.
- 독립성이 높은 모율일수록 수정 시 다른 모듈에 영향을 거의 미치지 않고, 오류 발생 시 쉽게 해결할 수 있다.
- 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정된다.
- 모듈의 독립성을 높이는 방법
- 모듈의 결합도는 약하게(낮게)
- 응집도는 강하게(높게)
- 모듈의 크기는 작게 만든다.
*응집도(Cohesion): 한 모듈 내의 각 구성 요소들이 공통의 목적을 달성하기 위하여 서로 얼마나 관련이 있는지의 기능적 연관의 정도를 나타내는 것은? [2023년 2회]
공통 모듈의 개념
- 전체 프로그램 기능 중 특정 기능을 처리할 수 있는 실행 코드를 의미한다.
- 자체적으로 컴파일이 가능하다.
- 다른 프로그램에서 재사용이 가능하다.
공통 모듈 원칙 (정명 완일추)
공통 모듈에 대한 명세를 작성할 때에는 다음의 원칙을 지킨다.
- 정확성 (Correctness) : 시스템 구현 시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록 정확히 작성
- 명확성 (Clarity) : 해당 기능에 대해 일관되게 이해되고 한 가지로 해석될 수 있도록 작성 [2020년 1회]
- 완전성 (Completeness) : 시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술
- 일관성 (Consistency) : 공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성
- 추적성 (Traceability) : 기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성
모듈화(Modularity)
소프트웨어의 성능을 향상시키거나 복잡한 시스템의 수정, 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 기능 단위의 모듈로 분해하는 설계 및 구현 기법이다.
기법 | 설명 |
루틴 (Routine) | 소프트웨어에서 특정 동작을 수행하는 일련의 코드로 기능을 가진 명령들의 모임 |
메인 추틴과 서브 루틴으로 나뉨 | |
메인 루틴 (Main Routine) | 프로그램의 주요한 부분이며, 전체의 개략적인 동작 절차를 표시하도록 만들어진 루틴. |
메인 루틴은 서브 루틴을 호출 | |
서브 루틴 (Subroutine) | 메인 루틴에 의해 필요할 때마다 호출되는 루틴 |
바람직한 모듈 설계 방안
- 모듈의 독립성과 재사용성을 높이기 위하여 결합도는 낮추고 응집도는 높인다.
- 모듈의 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지한다.
- 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며, 지나치게 제한적이어서는 안된다.
- 적당한 모듈의 크기를 유지한다.
- 모듈 간의 효과적인 제어를 위해 설계에서 계층적 자료 조직이 제시되어야 한다.
- 유지보수가 용이해야 한다.
설계 기법
기법 | 설명 |
하향식 설계 | 통합 검사 시 인터페이스가 이미 정의되어 있어 통합이 간단하다. |
레벨이 낮은 데이터 구조의 세부사항은 설계 초기 단계에서 필요하다. | |
상향식 설계 | 최하위 수준에서 각각의 모듈들을 설계하고 이러한 모듈이 완성되면 이들을 결합하여 검사한다. |
인터페이스가 이미 성립되어 있어야만 기능 추가가 가능하다. [2022년 1회] |
결합도(Coupling)
결합도 단계(약한 순서에서 강한 순서) [2023년 1회]
Data -> Stamp -> Control -> Common -> Content
결합도 종류 [2022년 3회]
종류 | 설명 |
자료 결합도 (Data Coupling) |
모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도 |
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 이용하여 통신하거나 제어 요소(Function Code, Switch, Tag, Flag)를 전달하는 결합도 |
외부 결합도 (External Coupling) |
어떤 모듈에서 외부로 선언한 데이터(변수)를 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도 |
공통(공유) 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 수정할 때의 결합도 |
팬인(Fan-In) 및 팬아웃(Fan-Out)
- 소프트웨어의 구성요소인 모듈을 계층적으로 분석하기 위해서 팬인, 팬아웃을 활용한다.
- 팬인과 팬아웃 분석을 통하여 시스템의 복잡도를 측정할 수 있다.
구분 | 팬인(Fan-In) | 팬아웃(Fan-Out) |
개념 | 어떤 모듈을 제어(호출)하는 모듈의 수 | 어떤 모듈에 의해 제어(호출)되는 모듈의 수 |
모듈 숫자 계산 | 모듈 자신을 기준으로 모듈에 들어오면 팬인(in) | 모듈 자신을 기준으로 모듈에서 나가면 팬아웃(out) |
고려 사항 | 팬인이 높으면 재사용 측면에서 설계가 잘되었지만, 단일 장애점 발생 가능 | 팬아웃이 높을 경우는 불필요한 모듈 호출 여부 검토 필요 |
팬인이 높으면 관리 비용 및 테스트 비용 증가 | 팬아웃이 높을 경우는 단순화 여부 검토 필요 |
팬인(Fan-In) 및 팬아웃(Fan-Out) 계산 방법 [2021년 1회] [2022년 3회]
팬인(Fan-In) | 모듈 자신을 기준으로 모듈에 들어오면 팬인(in) |
팬아웃(Fan-out) | 모듈 자신을 기준으로 모듈에서 나가면 팬아웃(out) |
설계 모델링
- 설계 모델링은 요구사항 분석 단계에서 규명된 필수 기능들의 구체적인 구현 방법을 명시하는 기법이다.
- 소프트웨어에 요구되는 기능과 성능 조건들을 만족하는 소프트웨어의 내부 기능, 구조 및 동적 행위들을 모델링하여 표현, 분석, 검증하는 과정이다.
설계 모델링 원칙
- 소프트웨어 설계는 변경이 쉽도록 구조화되어야 한다.
- 하나의 함수 안에 특정 기능을 수행하는 데 필요한 자료만 사용하도록 규제한다.
- 독립적이고 기능적인 특성을 지닌 모듈 단위로 분할 설계한다.
- 계층적 구조를 가져야 한다.
설계모델링 유형
- 구조 모델링
- 행위 모델링
소프트웨어 설계 유형
- 상위 설계 : 자료 구조 설계 / 아키텍처 설계 / 인터페이스 설계 / 프로시저 설계 [2020년 3회, 4회]
- 하위 설계 : 모듈 설계
설계 유형 | 설명 |
자료 구조 설계 (Data Structure Design) |
요구 분석 단계에서 생성된 정보를 바탕으로 소프트웨어를 구현하는데 필요한 자료 구조로 변환하는 과정 |
아키텍처 설계 (Architecture Design) |
예비 설계 또는 상위 수준 설계 |
소프트웨어 시스템의 전체 구조를 기술 | |
소프트웨어를 구성하는 컴포넌트 간의 관계를 정의 | |
인터페이스 설계 (Interface Design) |
소프트웨어와 상호작용하는 컴퓨터 시스템, 사용자 등이 어떻게 통신하는지를 기술 |
프로시저 설계 (Procedure Design) |
프로그램 아키텍처의 컴포넌트를 소프트웨어 컴포넌트의 *프로시저 서술로 변환하는 과정 |
협약에 의한 설계 (Design by Contract) |
클래스에 대한 여러 가정을 공유하도록 명세한 설계 |
소프트웨어 컴포넌트에 대한 정확한 인터페이스 명세를 위하여 선행조건, 불변조건을 나타내는 설계 방법 | |
선행조건(Precondition) : 컴포넌트의 오퍼레이션 사용 전에 참이 되어야 할 조건 결과조건(Postcondition) : 사용 후 만족되어야 할 조건 불변조건(Invariant) : 오퍼레이션이 실행되는 동안 항상 만족되어야 할 조건 [2020년 2회] [2023년 1회] |
*프로시저(Procedure) : 프로그램을 기능에 따라 여러 개의 단위로 분해하여 작성하는 것 (서브/함수 프로시저)
코드 설계
코드 설계는 데이터의 분류나 조합을 쉽게 하기 위하여 사물을 표현하는 코드를 설계하는 기법이다.
코드의 기능 [2020년 2회]
표준화, 분류, 식별, 배열, 간소화, 연상, 암호화, 오류 검출
코드 설계 종류
종류 | 설명 |
연상 코드 (Mnemonic) |
코드만 보고 대상을 연상할 수 있도록 명칭 일부를 약호(간단하고 알기 쉽게 나타내어 만든 부호) 형태로 넣어 구성된 코드 ex) 나라 이름 (한국: KR, 미국: US, ...) |
블록 코드 (Block Code) |
공통성이 있는 것끼리 블록으로 구분하고, 각 블록 내에서 일련번호를 부여하는 코드 ex) 전화번호 (지역번호-국번-일련번호 조합에서 지역번호-국번은 같은 지역끼리 공통) |
순차 코드 (Sequence Code) |
일정한 기준에 따라 순서대로 일련번호를 부여한 코드 [2020년 1회, 2023년 3회] ex) 가나다순으로 1번, 2번, ... |
표의 숫자 코드 (Significant Digit Code) |
대상 자료의 물리적인 수치인 길이, 넓이, 용량 등을 표시한 코드 [2020년 3회, 4회] [2023년 1회] ex) 20-10-300 (길이-넓이-용량 조합) |
10진 코드 (Decimal Code) |
10진수 형태로 표현한 코드 ex) 상품 바코드 (880 ...) |
그룹 분류식 코드 (Group Classification Code) |
대상을 기준에 따라 대분류, 중분류, 소분류로 구분하여 번호를 부여한 코드 ex) 학번 (입학년도-일련번호 조합) |
코드 설계 절차
코드화 항목 선정 → 코드화 목적 설정 → 코드화 대상 확인 →코드화 범위 설정 → 코드 사용 기간 설정 → 코드화 항목의 특성 분석 →코드화방식결정 → 문서화
코드 오류 종류
사본 오류, 전위 오류, 생략 오류, 첨가 오류, 이중 전위 오류
HIPO (Hierarchy Input Process Output)
HIPO 특징
- 시스템의 분석 및 설계, 문서화할 때 사용된다.
- 체계적인 문서 관리가 가능하다.
- 하향식 소프트웨어 개발을 위한 문서화 도구이다. [2020년 1회] [2022년 3회] [2023년 3회]
- 기능과 자료의 의존 관계를 동시에 표현할 수 있다.
- HIPO 차트 종류에는 가시적 도표, 총체적 도표, 세부적 도표가 있다.
- 기호, 도표 등을 사용해서 보기 쉽고 이해하기 쉽다.
- 변경, 유지보수가 용이하다.
- 시스템의 기능을 고유 모듈들로 분할하여 이들 간의 인터페이스를 계층구조로 표현한 것을 HIPO 차트(Chart)라고 한다.
HIPO 차트 종류 (가총세)
종류 | 설명 |
가시적 도표 (Visual Table of Contents) |
시스템의 전체적인 기능과 흐름을 보여주는 계층구조도 |
총체적 도표 (Overview Diagram) |
입력, 처리, 출력에 대한 정보를 제공하는 도표 |
프로그램을 구성하는 기능을 기술 | |
세부적 도표 (Detail Diagram) |
총체적 도표에 표시된 기능을 구성하는 기본 요소들을 상세히 기술하는 도표 |
소프트웨어 아키텍처 (Software Architecture)
소프트웨어를 설계하고 전개하기 위한 지침과 원칙이다.
소프트웨어 아키텍처 설계 과정 [2022년 1회]
- 설계 목표 설정
- 시스템 타입 결정
- 스타일 적용 및 커스터마이즈
- 서브시스템의 기능, 인터페이스 동작 작성
- 아키텍처 설계 검토
소프트웨어 아키텍처 프레임워크 (Software Architecture Framework)
- 소프트웨어 집약적인 시스템에서 아키텍처가 표현해야 하는 내용 및 관계를 제공하는 아키텍처 기술 표준이다.
- 소프트웨어 아키텍처 프레임워크의 국제표준은 IEEE1471이다.
- 1...* : 1개이거나 더 많음(*)
- 0..1 : 0개이거나 1개
소프트웨어 아키텍처 프레임워크 구성요소
아키텍처 명세서 (Architectural Description) |
이해관계자 (Stakeholder) |
관심사 (Concerns) |
관점 (Viewpoint) |
뷰 (View) |
근거 (Rationale) |
목표 (Mission) |
환경 (Environment) |
시스템 (System) |
소프트웨어 아키텍처 4+1 뷰 (유논프구배)
- 1: 유스케이스 뷰
- 사용자, 설계자, 개발자, 테스트 관점
- 4: 논리 뷰 / 구현 뷰 / 프로세스 뷰 / 배포 뷰
- 논리 뷰(Logical View): 설계자, 개발자 관점
- 프로세스 뷰(Process View): 개발자, 시스템 통합자 관점
소프트웨어 아키텍처 비용 평가 모델 (SACAA(사카))
평가 모델 종류 | 설명 |
SAAM (Software Architecture Analysis Method) |
변경 용이성, 기능 집중, 평가 용이 |
ATAM (Architecture Trade-off Analysis Method) |
아키텍처 품질 속성 만족 여부 판단, 이해 관계 평가 |
CBAM (Cost Benefit Analysis Method) |
ATAM바탕 분석, 경제적 의사결정 요구 충족 |
ADR (Active Design Review) |
아키텍처 구성요소 간 응집도 평가 |
ARID (Active Reviews for Intermediate Designs) |
특정 부분에 대한 품질요소 집중 |
소프트웨어 아키텍처 패턴(Software Architecture Pattern)
아키텍처 패턴이란 주어진 상황에서의 소프트웨어 아키텍쳐에서 일반적으로 발생하는 문제점들에 대한 일반화되고 재사용 가능한 솔루션이다.
소프트웨어 아키텍처 패턴의 필요성
- 고객 요구사항을 만족시키고, 소프트웨어 개발 생산성과 품질 확보 가능
- 개발에 대한 시행착오를 줄여 개발 시간을 단축하고, 높은 품질의 소프트웨어 생산 가능
- 검증된 구조로 개발하기 때문에 안정적인 수행 가능
- 시스템의 특성을 개발 전에 예측 가능
시스템 품질 속성
성능 / 보안 / 가용성 / 기능성 / 사용성 / 변경 용이성 / 확장성 [2021년 2회]
소프트웨어 아키텍처 패턴 유형
유형 | 설명 | 개념도 |
계층화(레이어) 패턴 (Layers Pattern) |
- 시스템을 계층(Layer)으로 구분하여 구성 - 각 하위 모듈들은 특정한 수준의 추상화를 제공 - 각 계층은 다음 상위 계층에 서비스를 제공 - 서로 마주 보는 두 개의 계층 사이에서만 상호 작용 |
|
클라이언트-서버 패턴 (Client-Server Pattern) |
- 하나의 서버와 다수의 클라이언트로 구성 - 클라이언트가 서버에 요청하고 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식 |
|
파이프-필터 패턴 (Pipe-Filter Pattern) |
- 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터(Filter) 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프(Pipe)를 통해 데이터를 전송하는 패턴 - 단방향, 양방향 모두 구현할 수 있으며, 필터 간 이동 시 오버헤드가 발생한다. [2021년 3회] - 서브 시스템이 입력 데이터를 받아 처리하고, 결과를 다음 서브 시스템으로 넘겨주는 과정 반복 [2020년 3회] [2021년 2회] [2022년 3회] [2023년 3회] |
|
브로커 패턴 (Broker Pattern) |
- 분리된 컴포넌트들로 이루어진 분산 시스템에서 사용됨, 컴포넌트들은 원격 서비스 실행을 통해 상호작용 - 컴포넌트 간의 통신을 조정하는 역할 수행 - 서버는 자신의 기능들(서비스 및 특성)을 브로커에 넘겨주며(Publish), 클라이언트가 브로커에 서비스를 요청하면 브로커는 클라이언트를 자신의 레지스트리에 있는 적합한 서비스로 리다이렉션(Redirection)함 ex) Apache Kaf-ka, JBoss Messaging |
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모델-뷰-컨트롤러 패턴 (MVC; Model View Controller Pattern) [2023년 1회] |
MVC 모델은 사용자 인터페이스를 담당하는 계층의 응집도를 높일 수 이고, 여러 개의 다른 UI를 만들어 그 사이에 결합도를 낮출 수 있다. |
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마스터-슬레이브 (Master-Slave) [2021년 3회] [2023년 2회] |
- 일반적으로 실시간 시스템에서 사용된다. - 마스터 프로세스는 일반적으로 연산, 통신, 조정을 책임지고 슬레이브 프로세스들을 제어할 수 있다. - 슬레이브 프로세스에서는 마스터 프로세스에서 수행하는 연산, 통신, 제어 등의 기능을 제외하고는 별도로 제한되는 기능은 없다. |
*소프트웨어 아키텍처 패턴 참고자료
towardsdatascience.com/10-common-software-architectural-patterns-in-a-nutshell-a0b47a1e9013
모델(Model) [2022년 1회, 2회]
- 개발 대상을 추상화하고 기호나 그림 등 시각적으로 표현
- 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관
- 모델을 통해 소프트웨어에 대한 이해도 향상
- 모델을 통해 이해 당사자 간의 의사소통이 향상
- 모델을 통해 향후 개발될 시스템의 유추 가능
뷰(View)
모델에 있는 데이터를 사용자 인터페이스에 보이는 역할 담당
제어(Controller)
모델에 명령을 보냄으로써 모델의 상태 변경 가능
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