[정보처리기사 요약 4-1] 소프트웨어 개발 환경 구축 및 아키텍처 패턴 완벽 정리

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개발 환경 구축: 응용 소프트웨어 개발을 위해 개발 프로젝트를 이해하고 소프트웨어 및 하드웨어 장비를 구축하는 것을 의미한다. 응용 소프트웨어가 운영될 환경과 유사한 구조로 구축한다. 분석 단계의 산출물을 바탕으로 개발에 필요한 하드웨어와 소프트웨어를 선정한다.

• 하드웨어 환경: 사용자의 인터페이스 역할을 하는 클라이언트(Client) 그리고 클라이언트와 통신하여 서비스를 제공하는 서버(Server)로 구성된다.
  • 클라이언트(Client) 종류: 개인용 컴퓨터, 스마트폰 등
  • 서버(Server) 종류

종류	특징
웹 서버(Web Server)	· 클라이언트로부터 요청을 받아 처리함 · 저용량의 정적 파일(서버 측의 추가적인 처리가 필요하지 않은 파일들, HTML·CSS 등)들을 제공함
웹 애플리케이션 서버(WAS)	동적 서비스를 제공하거나 웹 서버와 데이터베이스 서버 또는 웹 서버와 파일 서버 사이에서 인터페이스 역할을 수행함
데이터베이스 서버(DB Server)	데이터베이스와 이를 관리하는 DBMS를 운영함
파일 서버(File Server)	데이터베이스에 저장하기에는 비효율적이거나 서비스 제공을 목적으로 유지하는 파일들을 저장함

• 소프트웨어 환경: 클라이언트와 서버 운영을 위한 시스템 소프트웨어와 개발에 사용되는 개발 소프트웨어로 구성
  • 시스템 소프트웨어 종류: 운영체제(OS), 웹 서버 및 WAS 운용을 위한 서버 프로그램, DBMS 등
  • 개발 소프트웨어 종류

종류	특징
요구사항 관리 도구	요구사항의 수집과 분석, 추적 등을 편리하게 도와주는 소프트웨어
설계/모델링 도구	UML을 지원하며 개발의 전 과정에서 설계 및 모델링을 도와주는 소프트웨어
구현 도구	개발 언어를 통해 애플리케이션의 실제 구현을 지원하는 소프트웨어
빌드 도구	구현 도구를 통해 작성된 소스의 빌드 및 배포, 라이브러리 관리를 지원하는 소프트웨어
테스트 도구	모듈들이 요구사항에 적합하게 구현되었는지 테스트하는 소프트웨어
형상 관리 도구	산출물들을 버전별로 관리하여 품질 향상을 지원하는 소프트웨어

 

 

웹 서버(Web Server)의 기능

기능	내용
HTTP/HTTPS 지원	브라우저로부터 요청을 받아 응답할 때 사용되는 프로토콜
통신 기록(Communication Log)	처리한 요청들을 로그 파일로 기록하는 기능
정적 파일 관리(Managing Static Files)	HTML, CSS, 이미지 등의 정적 파일들을 저장하고 관리하는 기능
대역폭 제한(Bandwidth Throttling)	네트워크 트래픽의 포화를 방지하기 위해 응답 속도를 제한하는 기능
가상 호스팅(Virtual Hosting)	하나의 서버로 여러 개의 도메인 이름을 연결하는 기능
인증(Authentication)	사용자가 합법적인 사용자인지를 확인하는 기능

 

 

소프트웨어 아키텍처: 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체이다. 애플리케이션의 분할 방법과 분할된 모듈에 할당될 기능, 모듈 간의 인터페이스 등을 결정한다.

• 모듈화(Modularity): 소프트웨어의 성능 향상·시스템의 수정 및 재사용·유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능을 모듈 단위로 나누는 것을 의미한다. 모듈의 크기가 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈 간의 통합 비용이 많이 들고, 모듈의 크기가 너무 크게 나누면 개수가 적어 통합 비용은 적게 들지만 모듈 하나의 개발 비용이 많이 든다.
• 추상화(Abstraction): 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화시켜 나가는 것이다.
  • 과정 추상화: 자세한 수행 과정을 정의하지 않고 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계하는 방법
  • 데이터(자료) 추상화: 데이터의 세부적인 속성이나 용도를 정의하지 않고 데이터 구조를 표현할 수 있는 표현으로 대체하는 방법
  • 제어 추상화: 이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법

• 단계적 분해(Stepwise Refinement): 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법이다. Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략이다. 소프트웨어의 포괄적인 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화하고 알고리즘·자료 구조 등 상세한 내역은 가능한 뒤로 미루어 진행한다.
• 정보 은닉(Information Hiding): 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법이다. 정보은닉을 통해 모듈을 독립적으로 수행할 수 있다. 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정·시험·유지보수가 용이하다. # 객체지향에서 캡슐화와 관련이 있다

 

상위 설계와 하위 설계

	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

• 하향식 설계 방법(Top-Down): 메인 모듈(상위)에서 시작하여 하위 모듈로 쪼개어가는 단계적 상세화 과정을 거친다. 통합 검사 시 상위 인터페이스가 이미 정의되어 있어 통합이 비교적 간단하다. 레벨이 낮은 데이터 구조의 세부 사항은 설계 초기 단계에서 필요하지 않으며 설계 하위(후반) 단계에서 구체화된다. 통합 검사를 위해 하위 모듈의 역할을 임시로 대신해 주는 스텁(Stub)이 필요하다.
• 상향식 설계 방법(Bottom-Up): 최하위 수준에서 각각의 기본 모듈들을 먼저 설계하고 이러한 모듈이 완성되면 이들을 결합하여 상위 모듈을 완성해 나간다. 가장 기본적인 컴포넌트부터 만들기 때문에 모듈의 재사용성이 높다. 하위 모듈들이 완성되어 있고 인터페이스가 성립되어 있어야만 상위 기능을 결합하고 추가하기가 용이하다. 통합 검사를 위해 상위 모듈의 역할을 임시로 대신해 주는 테스트 드라이버(Test Driver)가 필요하다.

 

 

소프트웨어 아키텍처 품질 평가 요소의 종류

• 시스템 측면: 성능, 보안, 가용성, 기능성, 사용성, 변경 용이성, 확장성 등
• 비즈니스 측면: 시장 적시성, 비용과 혜택, 예상 시스템 수명, 목표 시장, 공개 일정 등
• 아키텍처 측면: 개념적 무결성, 정확성, 완결성, 구축 가능성, 변경성, 시험성 등

 

소프트웨어 아키텍처 설계 과정: 설계 목표 설정 → 시스템 타입 결정 → 스타일 적용 및 커스터마이즈 → 서브시스템 구체화 및 인터페이스 동작 작성 → 검토

 

아키텍처 패턴(Patterns): 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다. 소프트웨어 시스템의 구조를 구성하기 위한 기본적인 윤곽을 제시하며 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있다. 서브시스템 사이의 관계와 여러 규칙·지침 등이 포함되어 있다.

• 레이어 패턴(Layered Pattern): 시스템을 계층으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법의 패턴이다. 하위 계층은 상위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고 상위 계층은 하위 계층의 클라이언트가 된다. 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어지고 대표적으로 OSI 참조 모델이 있다. # 계층 모델이라고 한다.

레이어 패턴(Layered Pattern)

• 클라이언트-서버 패턴(Client-Server Pattern): 하나의 서버와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴이다. 사용자가 클라이언트를 통해 서버에 요청하면 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식이다. 병목 현상을 없애기 위해 비즈니스 로직을 분리하여 관리할 수 있다. 대부분 네트워크로 연결되어 있고 인증 작업이 필요하다. 사용자의 요구사항은 서버의 데이터베이스 시스템에 영향을 미친다.

클라이언트-서버 패턴(Client-Server Pattern)

• 파이프-필터 패턴(Pipe-Filter Pattern): 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터로 캡슐화하여 파이프를 통해 전송하는 패턴이다. 앞 서브시스템의 처리 결과물을 파이프를 통해 전달받아 처리한 후 그 결과물을 다시 파이프를 통해 다음 서브시스템으로 넘겨주는 패턴을 반복한다. 필터 간 이동시 오버헤드가 발생한다. 데이터 변환·버퍼링·동기화 등에 주로 사용되며 대표적으로 UNIX의 쉘(Shell)이 있다.

파이프-필터 패턴(Pipe-Filter Pattern)

• 모델-뷰-컨트롤러 패턴(Model-View-Controller Pattern, MVC): 서브시스템을 모델 ·뷰 ·컨트롤러로 구조하는 패턴이다. 컨트롤러가 사용자의 요청을 받으면 핵심 기능과 데이터를 보관하는 모델을 이용하여 뷰에 정보를 출력하는 구조이다. 여러개의 뷰를 만들 수 있고 대화형 애플리케이션에 적합하다. 사용자 인터페이스를 담당하는 계층의 응집도를 높일 수 있고 여러 개의 다른 UI를 만들어 그 사이에 결합도를 낮출 수 있다.

모델-뷰-컨트롤러 패턴(MVC Pattern)

        - 모델(Model): 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관하는 역할

        - 뷰(View): 모델(Model)에 있는 데이터를 사용자 인터페이스에 보이는 역할

        - 제어(Controller): 모델(Model)에 명령을 보냄으로써 모델의 상태를 변경할 수 있는 역할

• 기타 패턴

종류	내용
마스터-슬레이브 패턴(Master-Slave Pattern)	슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴, 일반적으로 실시간 시스템에서 사용됨, 마스터 프로세스는 일반적으로 연산, 통신, 조정을 책임진다, 마스터 프로세스가 슬레이브 프로세스들을 제어할 수 있다.
브로커 패턴(Broker Pattern)	사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해주는 패턴
피어-투-피어 패턴(Peer-To-Peer Pattern)	피어(Peer)라 불리는 하나의 컴포넌트가 클라이언트가 될 수도, 서버가 될 수도 있는 패턴
이벤트-버스 패턴(Event-Bus Pattern)	소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행(Publish)하면 해당 채널을 구독(Subscribe)한 리스너(Listener)들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 패턴
블랙보드 패턴(Blackboard Pattern)	모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접근이 가능한 패턴
인터프리터 패턴(Interpreter Pattern)	프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 저장하고 기호마다 클래스를 갖도록 구성된 패턴

 

 

계약(Contract)에 의한 설계: 컴포넌트를 설계할 때 클래스에 대한 여러 가정을 공유할 수 있도록 명세한 것이다. 컴포넌트에 대한 정확한 인터페이스를 명세한다.

조건	내용
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 상 만족되어야 할 조건

 

 

개발 언어 선정 기준 5가지

• 적정성: 개발하려는 소프트웨어의 목적에 적합한가?
• 효율성: 코드의 작성 및 구현이 효율적인가?
• 이식성: 다양한 시스템 및 환경(OS 등)에 적용 가능한가?
• 친밀성: 프로젝트 투입 개발자들의 해당 언어에 대한 이해도와 활용도가 높은가?
• 범용성: 언어가 다른 개발 사례가 충분히 존재하고 여러 분야에서 활용되고 있는가?