[정보처리기사] 실기 4장 서버 프로그램 구현

소프트웨어 아키텍처

• 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체이다.
• 애플리케이션의 분할 방법과 분할된 모듈에 할당될 기능, 모듈 간의 인터페이스 등을 결정한다.
• 소프트웨어 아키텍처 설계의 기본 원리
  • 모듈화(Modularity): 소프트웨어의 성능 향상, 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것을 의미한다.
  • 추상화(Abstraction): 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화시켜 나가는 것이다.
  • 단계적 분해(Stepwise Refinement): 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법이다.
  • 정보 은닉(Information Hiding): 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법이다.

아키텍처 패턴

• 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다.

레이어 패턴(Layers 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 이루어진다.
• 대표적으로 OSI 참조 모델이 있다.

클라이언트-서버 패턴(Client-Server Pattern)

• 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴이다.
• 사용자가 클라이언트를 통해 서버에 요청하면 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식이다.

파이프-필터 방식(Pipe-Filter Pattern)

• 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터로 캡슐화하여 파이프를 통해 전송하는 패턴이다.
• 앞 시스템의 처리 결과물을 파이프를 통해 전달받아 처리한 후 그 결과물을 다시 파이프를 통해 다음 시스템으로 넘겨주는 패턴을 반복한다.
• 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용된다.
• 대표적으로 UNIX의 쉘(Shell)이 있다.

모델-뷰-컨트롤러 패턴(Model-View-Controller Pattern)

• 서브시스템을 모델, 뷰, 컨트롤러로 구조화하는 패턴이다.
• 컨트롤러가 사용자의 요청을 받으면 핵심 기능과 데이터를 보관하는 모델을 이용하여 뷰에 정보를 출력하는 구조이다.
• 한 개의 모델에 대해 여러 개의 뷰를 필요로 하는 대화형 애플리케이션에 적합하다.

객체지향(Object-Oriented)

• 소프트웨어의 각 요소들을 객체(Object)로 만든 후, 객체들을 조립해서 소프트웨어를 개발하는 기법이다.
• 소프트웨어의 재사용 및 확장이 용이하여 고품질의 소프트웨어를 빠르게 개발할 수 있고 유지보수가 쉽다.
• 객체지향의 구성 요소
  • 객체(Object)
  • 클래스(Class)
  • 메시지(Message)
• 객체지향의 특징
  • 캡슐화(Encapsulation)
  • 상속(Inheritance)
  • 다형성(Polymorphism)
  • 연관성(Relationship)

객체(Object)

• 데이터와 이를 처리하기 위한 함수를 묶어 놓은 소프트웨어 모듈이다.

클래스(Class)

• 공통된 속성과 연산을 갖는 객체의 집합이다.
• 클래스에 속한 각각의 객체를 인스턴스(Instance)라고 한다.

메시지(Message)

• 객체들 간의 상호작용에 사용되는 수단으로, 객체의 동작이나 연산을 일으키는 외부의 요구 사항이다.

캡슐화(Encapsulation)

• 외부에서의 접근을 제한하기 위해 인터페이스를 제외한 세부 내용을 은닉하는 것이다.
• 캡슐화된 객체는 외부 모듈의 변경으로 인한 파급 효과가 적다.
• 객체들 간에 메시지를 주고받을 때 상대 객체의 세부 내용은 알 필요가 없으므로 인터페이스가 단순해지고, 객체 간의 결합도가 낮아진다.

상속(Inheritance)

• 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것이다.
• 하위 클래스는 물려받은 속성과 연산을 다시 정의하지 않아도 즉시 자신의 속성으로 사용할 수 있다.
• 하위 클래스는 상속받은 속성과 연산 외에 새로운 속성과 연산을 첨가하여 사용할 수 있다.

다형성(Polymorphism)

• 하나의 메시지에 대해 각각의 객체가 가지고 있는 고유한 방법으로 응답할 수 있는 능력이다.
• 객체들은 동일한 메소드명을 사용하며 같은 의미의 응답을 한다.

연관성(Relationship)

• 두 개 이상의 객체들이 상호 참조하는 관계를 의미한다.
• 연관성의 종류
  • 연관화(Association): is member of, 2개 이상의 객체가 상호 관련되어 있음을 의미
  • 분류화(Classfication): is instance of, 동일한 형의 특성을 갖는 객체들을 모아 구성하는 것
  • 집단화(Aggregation): is part of, 관련 있는 객체들을 묶어 하나의 상위 객체를 구성하는 것
  • 일반화(Generalization): is a, 공통적인 성질들로 추상화한 상위 객체를 구성하는 것
  • 특수화/상세화(specialization): is a, 상위 객체를 구체화하여 하위 객체를 구성하는 것

객체지향 분석

• 사용자의 요구사항과 관련된 객체, 속성, 연산, 관계 등을 정의하여 모델링하는 작업이다.
• 개발을 위한 업무를 객체와 속성, 클래스와 멤버, 전체와 부분 등으로 나누어 분석한다.
• 클래스를 식별하는 것이 객체지향 분석의 주요 목적이다.
• 객체지향 분석의 방법론
  • Rumbaugh(럼바우) 방법: 분석 활동을 객체 모델, 동적 모델, 기능 모델로 나누어 수행
  • Booch(부치) 방법: 미시적 개발 프로세스와 거시적 개발 프로세스를 모두 사용, 클래스와 객체들을 분석 및 식별하고 클래스의 속성과 연산을 정의
  • Jacobson 방법: 유스케이스를 강조하여 사용함
  • Coad와 Yourdon 방법: E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링함, 객체 식별, 구조 식별, 주제 정의, 속성과 인스턴스 연결 정의, 연산과 메시지 연결 정의 등의 과정으로 구성함
  • Wirfs-Brock 방법: 분석과 설계 간의 구분이 없고, 고객 명세서를 평가해서 설계 작업까지 연속적으로 수행함

럼바우(Rumbaugh)의 분석 기법

• 모든 소프트웨어 구성 요소를 그래픽 표기법을 이용하여 모델링하는 기법이다.
• 객체 모델링 기법(OMT, Object-Modeling Technique)이라고도 한다.
• 분석 활동은 '객체 모델링 -> 동적 모델링 -> 기능 모델링' 순으로 이루어진다.
  • 객체 모델링(Object Modeling): 정보 모델링이라고도 하며, 시스템에서 요구되는 객체를 찾아내어 속성과 연산 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것
  • 동적 모델링(Dynamic Modeling): 상태 다이어그램을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름, 상호 작용, 동작 순서 등의 동적인 행위를 표현하는 모델링
  • 기능 모델링(Functional Modeling): 자료 흐름도를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링

객체지향 설계 원칙

• 변경이나 확장에 유연한 시스템을 설계하기 위해 지켜져야 할 규칙이다.
• SRP, OCP, LSP, ISP, DIP의 다섯 가지 원칙의 앞 글자를 따 SOLID 원칙이라고 부른다.
• 객체지향 설계 원칙의 종류
  • 단일 책임 원칙(SRP): 객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다는 원칙
  • 개방-폐쇄 원칙(OCP): 기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가할 수 있도록 설계해야 한다는 원칙
  • 리스코프 치환 원칙(LSP): 자식 클래스는 최소한 부모 클래스의 기능은 수행할 수 있어야 한다는 원칙
  • 인터페이스 분리 원칙(ISP): 자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다는 원칙
  • 의존 역전 원칙(DIP): 의존 관계 성립 시 추상성이 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다는 원칙

모듈(Module)

• 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능으로, 서브루틴, 서브시스템, 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등을 의미한다.
• 모듈의 기능적 독립성은 소프트웨어를 구성하는 각 모듈의 기능이 서로 독립됨을 의미한다.
• 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정된다.

결합도(Coupling)

• 모듈 간에 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계이다.
• 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮다.
• 결합도의 종류와 강도
  • 결합도 강함 (품질이 낮음)
  1. 내용 결합도(Content Coupling): 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도
  2. 공통 결합도(Common Coupling): 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도로, 파라미터가 아닌 모듈 밖에 선언된 전역 변수를 사용하여 전역 변수를 갱신하는 방식으로 상호작용하는 때의 결합도
  3. 외부 결합도(External Coupling): 어떤 모듈에서 선언한 데이터를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
  4. 제어 결합도(Control Coupling): 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호나 제어 요소를 전달하는 결합도로, 하위 모듈에서 상위 모듈로 제어 신호가 이동하여 하위 모듈이 상위 모듈에게 처리 명령을 내리는 권리 전도 현상이 발생하게 됨
  5. 스탬프 결합도(Stamp Coupling): 모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
  6. 자료 결합도(Data Coupling): 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도
  • 결합도 약함 (품질이 높음)

응집도(Cohesion)

• 모듈의 내부 요소들이 서로 관련되어 있는 정도이다.
• 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할수록 품질이 낮다.
• 응집도의 종류와 강도
  • 응집도 강함 (품질이 높음)
  1. 기능적 응집도(Functional Cohesion): 모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도
  2. 순차적 응집도(Sequential Cohesion): 모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도
  3. 교환적 응집도(Communication Cohesion): 동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
  4. 절차적 응집도(Procedural Cohesion): 모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도
  5. 시간적 응집도(Temporal Cohesion): 특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
  6. 논리적 응집도(Logical Cohesion): 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
  7. 우연적 응집도(Coincidental Cohesion): 모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도
  • 응집도 약함 (품질이 낮음)

팬인(Fan-In) / 팬아웃(Fan-Out)

• 팬인은 어떤 모듈을 제어하는 모듈의 수이다.
• 팬아웃은 어떤 모듈에 의해 제어되는 모듈의 수를 의미한다.
• 팬인이 높다는 것은 재사용 측면에서 설계가 잘 되어있다고 볼 수 있다.
• 팬인이 높은 경우 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트가 필요하다.

단위 모듈

• 소프트웨어 구현에 필요한 여러 동작 중 한 가지 동작을 수행하는 기능을 모듈로 구현한 것이다.
• 단위 모듈로 구현되는 하나의 기능을 단위 기능이라고 부른다.
• 독립적인 컴파일이 가능하며, 다른 모듈에 호출되거나 삽입되기도 한다.

공통 모듈

• 여러 프로그램에서 공통으로 사용할 수 있는 모듈이다.
• 자주 사용되는 계산식이나 매번 필요한 사용자 인증과 같은 기능들이 공통 모듈로 구성될 수 있다.
• 공통 모듈을 구현할 때는 해당 기능을 명확히 이해할 수 있도록 명세 기법을 준수해야 한다.

IPC(Inter-Process Communication)

• 모듈 간 통신 방식을 구현하기 위해 사용되는 대표적인 프로그래밍 인터페이스 집합이다.
• IPC의 대표 메소드 5가지
  • Shared Memory: 공유 가능한 메모리를 구성하여 다수의 프로세스가 통신하는 방식
  • Socket: 네트워크 소켓을 이용하여 네트워크를 경유하는 프로세스 간에 통신하는 방식
  • Semaphores: 공유 자원에 대한 접근 제어를 통해 통신하는 방식
  • Pipes & named Pipes: 'Pipe'라고 불리는 선입선출 형태로 구성된 메모리를 여러 프로세스가 공유하여 통신하는 방식
  • Message Queueing: 메시지가 발생하면 이를 전달하는 방식으로 통신하는 방식

테스트 케이스(Test Case)

• 구현된 소프트웨어가 사용자의 요구사항을 정확하게 준수했는지를 확인하기 위한 테스트 항목에 대한 명세서이다.
• 테스트 케이스를 이용하지 않는 테스트는 특정 요소에 대한 검증이 누락되거나 불필요한 검증의 반복으로 인해 인력과 시간을 낭비할 수 있다.

재사용(Reuse)

• 이미 개발된 기능들을 새로운 시스템이나 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화하는 작업이다.
• 새로 개발하는데 필요한 비용과 시간을 절약할 수 있다.
• 재사용 규모에 따른 분류
  • 함수와 객체: 클래스나 메소드 단위의 소스 코드를 재사용함
  • 컴포넌트: 컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용함
  • 애플리케이션: 공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용함

효과적인 모듈 설계 방안

• 결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다.
• 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지시킨다.
• 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안 된다.
• 모듈 크기의 시스템의 전반적인 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 분해한다.

디자인 패턴

• 모듈 간의 관계 및 인터페이스를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다.
• 문제 및 배경, 실제 적용된 사례, 재사용이 가능한 샘플 코드 등으로 구성되어 있다.
• '바퀴를 다시 발명하지 마라'라는 말과 같이, 개발 과정 중에 문제가 발생하면 새로 해결책을 구상하는 것보다 문제에 해당하는 디자인 패턴을 참고하여 적용하는 것이 더 효율적이다.
• GOF의 디자인 패턴은 생성 패턴, 구조 패턴, 행위 패턴으로 구분된다.

생성 패턴(Creational Pattern)

• 클래스나 객체의 생성과 참조 과정을 정의하는 패턴이다.
  • 추상 팩토리(Abstract Factory)
  • 빌더(Builder)
  • 팩토리 메소드(Factory Method)
  • 프로토타입(Prototype)
  • 싱글톤(Singleton)

구조 패턴(Structural Pattern)

• 구조가 복잡한 시스템을 개발하기 쉽도록 클래스나 객체들을 조합하여 더 큰 구조로 만드는 패턴이다.
  • 어댑터(Adapter)
  • 브리지(Bridge)
  • 컴포지트(Composite)
  • 데코레이터(Decorator)
  • 퍼싸드(Facade)
  • 플라이웨이트(Flyweight)
  • 프록시(Proxy)

행위 패턴(Behavioral Pattern)

• 클래스나 객체들이 서로 상호작용하는 방법이나 책임 분배 방법을 정의하는 패턴이다.
  • 책임 연쇄(Chain of Responsibilty)
  • 커맨드(Command)
  • 인터프리터(Interpreter)
  • 반복자(Iterator)
  • 중재자(Mediator)
  • 메멘토(Memento)
  • 옵서버(Observer)
  • 상태(State)
  • 전략(Strategy)
  • 템플릿 메소드(Template Method)
  • 방문자(Visitor)