모듈

clay·2023년 1월 28일

소프트웨어 설계

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모듈의 개요

모듈은 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들로, 서브루틴, 서브시스템, 스프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다.

모듈화
소프트웨어의 성능을 향상시키기거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 
시스템의 기능들을 모듈 단위로 분해하는 것을 의미한다.

루틴
기능을 가진 명령들의 모임

메인 루틴
프로그램 실행의 큰 줄기가 되는 것

서브 루틴
메인 루틴에 의해 필요할 때 마다 호출되는 루틴

모듈은 단독으로 컴파일이 가능하며, 재사용 할 수 있다.
모듈의 기능적 독립성은 소프트웨어를 구성하는 각 모듈의 기능이 서로 독립됨을 의미하는 것으로, 모듈이 하나의 기능만을 수행하고 다른 모듈과의 과도한 상호작용을 배제함으로써 이루어진다.
독립성이 높은 모듈일수록 모듈을 수정하더라도 다른 모듈들에게는 거의 영향을 미치지 않으며, 오류가 발생해도 쉽게 발견하고 해결할 수 있다.
모듈의 독립성은 결합도(Coupling)와 응집도(Cohesion)에 의해 측정되며, 독립성을 높이려면 모듈의 결합도는 약하게, 응집도는 강하게, 모듈의 키기는 작게 만들어야 한다.

결합도(Coupling)

결합도는 모듈 간의 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계를 의미한다.

다양한 결합으로 모듈을 구성할 수 있으나 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮다.
결합도가 강하면 시스템 구현 및 유지보수 작업이 어렵다.
결합도의 종류에는 자료 결합도, 스탬프 결합도, 제어 결합도, 외부 결합도, 공통 결합도, 내용 결합도가 있으며 결합도의 정도는 다음과 같다.

자료 결합도(Data Coupling)

모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도이다.

어떤 모듈이 다른 모듈을 호출하면서 매개 변수나 인수로 데이터를 넘겨주고, 호출 받은 모듈은 받은 데이터에 대한 처리 결과를 다시 돌려주는 방식이다.

모듈 간의 내용을 전혀 알 필요가 없는 상태로서 한 모듈의 내용을 변경하더라도 다른 모듈에는 전혀 영향을 미치지 않는 가장 바람직한 결합도이다.

스탬프(검인) 결합도(Stamp Coupling)

모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도이다.

두 모듈이 동일한 자료 구조를 조회하는 경우의 결합도이며, 자료 구조의 어떠한 변화, 즉 포맷이나 구조의 변화는 그것을 조회하는 모든 모듈 및 변화되는 필드를 실제로 조회하지 않는 모듈에까지도 영향을 미치게 된다.

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 결합도이다.

한 모듈이 다른 모듈의 상세한 처리 절차를 알고 있어 이를 통제하는 경우나 처리 기능이 두 모듈에 분리되어 설계된 경우에 발생한다.

하위 모듈에서 상위 모듈로 제어 신호가 이동하여 하위 모듈이 상위 모듈에게 처리 명령을 내리는 권리 전도현상이 발생하게 된다.

외부 결합도(External Coupling)

어떤 모듈에서 선언한 데이터(변수)를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도이다.

참조되는 데이터의 범위를 각 모듈에서 제한할 수 있다.

공통(공유) 결합도(Common Coupling)

공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도이다.

공통 데이터 영역의 내용을 조금만 변경하더라도 이를 사용하는 모든 모듈에 영향을 미치므로 모듈의 독립성을 약하게 만든다.

내용 결합도(Content Coupling)

한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도이다.

한 모듈에서 다른 모듈의 내부로 제어가 이동하는 경우에도 내용 결합도에 해당된다.

응집도(Cohesion)

응집도는 정보 은닉 개념을 확장한 것으로, 명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도, 즉 모듈이 독립적인 기능으로 정의되어 있는 정도를 의미한다.

정보 은닉
한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록
하는 기법

다양한 기준으로 모듈을 구성할 수 있으나 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할수록 품질이 낮다.
응집도의 종류에는 기능적 응집도, 순차적 응집도, 교환(통신)적 응집도, 절차적 응집도, 시간적 응집도, 논리적 응집도, 우연적 응집도가 있으며 응집도의 정도는 다음과 같다.

기능적 응집도(Function Cohesion)

모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도

순차적 응집도(Sequential Cohesion)

모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도

교환(통신)적 응집도(Communication Cohesion)

동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도

절차적 응집도(Procedural Cohesion)

모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도

시간적 응집도(Temporal Cohesion)

특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도

논리적 응집도(Logical Cohesion)

유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도

우연적 응집도(Coincidental Cohesion)

모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

팬인(Fan-In) / 팬아웃(Fan-Out)

팬인은 어떤 모듈을 제어(호출)하는 모듈의 수를 나타낸다.
팬아웃은 어떤 모듈에 의해 제어(호출)되는 모듈의 수를 나타낸다.
팬인과 팬아웃을 분석하여 시스템의 복잡도를 알 수 있다.
팬인이 높다는 것은 재사용 측면에서 설계가 잘 되어있다고 불 수 있으나, 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트가 필요하다.
팬아웃이 높은 경우 불필요하게 다른 모듈을 호출하고 있는지 검토하고, 단순화시킬 수 있는지 여부에 대한 검토가 필요하다.
시스템의 복잡도를 최적화하려면 팬인은 높게, 팬아웃은 낮게 설계해야 한다.