2024 #정보처리기사 필기요약 #1-3. 애플리케이션 설계

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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
루틴 (Routine)	메인 추틴과 서브 루틴으로 나뉨
메인 루틴 (Main Routine)	프로그램의 주요한 부분이며, 전체의 개략적인 동작 절차를 표시하도록 만들어진 루틴.
메인 루틴 (Main Routine)	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

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]

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
고려 사항	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
총체적 도표 (Overview Diagram)	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
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.
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

10 Common Software Architectural Patterns in a nutshell

Ever wondered how large enterprise scale systems are designed? Before major software development starts, we have to choose a suitable…

towardsdatascience.com

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