免费智能真题库 > 历年试卷 > 系统架构设计师 > 2009年下半年 系统架构设计师 上午试卷 综合知识
  第56题      
  知识点:   管道   管道/过滤器   编译器   架构设计
  关键词:   编译器   数据   编译        章/节:   软件架构的风格       

 
一个软件的架构设计是随着技术的不断进步而不断变化的。以编译器为例,其主流架构经历了管道-过滤器到数据共享为中心的转变过程。以下关于编译器架构的叙述中,错误的是(56)。
 
 
  A.  早期的编译器采用管道-过滤器架构风格,以文本形式输入的代码被逐步转化为各种形式,最终生成可执行代码
 
  B.  早期的编译器采用管道-过滤器架构风格,并且大多数编译器在词法分析时创造独立的符号表,在其后的阶段会不断修改符号表,因此符号表并不是程序数据的一部分
 
  C.  现代的编译器采用以数据共享为中心的架构风格,主要关心编译过程中程序的中间表示
 
  D.  现代的编译器釆用以数据共享为中心的架构风格,但由于分析树是在语法分析阶段结束后才产生作为语义分析的输入,因此分析树不是数据中心的共享数据
 
 
 

 
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   知识点讲解    
   · 管道    · 管道/过滤器    · 编译器    · 架构设计
 
       管道
        管道是提供非结构化数据交换和实现任务同步的内核对象。每个管道有两个端口,一端用来读,另一端用来写。数据在管道中就像一个非结构的字节流,数据按照FIFO方式从管道中读出。一般EOS内核支持两类管道对象:
        (1)命名管道。具有一个类似于文件名的名字,像文件或设备一样,出现在文件系统中,需要使用命名管道的任何任务或ISR都可以用该名字对其进行引用。
        (2)无名管道。一般动态创建,且必须使用创建时返回的描述符才可引用此类型的管道。
        通常,管道支持以下几种操作:创建和删除一个管道、读、写管道、管道控制、管道上的轮询。
 
       管道/过滤器
        在管道/过滤器风格中,每个构件都有一组输入和输出,构件读输入的数据流,经过内部处理,然后产生输出数据流。因此,这里的构件被称为过滤器,这种风格的连接件就像是数据流传输的管道,将一个过滤器的输出传到另一个过滤器的输入。此风格中特别重要的过滤器必须是独立的实体,它不能与其他的过滤器共享数据,而且一个过滤器不知道它上游和下游的标识。
        一个典型的管道/过滤器架构的例子是以UNIX shell编写的程序。UNIX既提供一种符号,以连接各组成部分(UNIX的进程),又提供某种进程运行机制以实现管道。另一个著名的例子是传统的编译器。传统的编译器一直被认为是一种管道系统,在该系统中,一个阶段(包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成)的输出是另一个阶段的输入。
        管道/过滤器风格的软件架构具有许多很好的特点:
        (1)使得构件具有良好的隐蔽性和高内聚、低耦合的特点。
        (2)允许设计者将整个系统的I/O行为看成是多个过滤器行为的简单合成。
        (3)支持软件重用。只要提供适合在两个过滤器之间传送的数据,任何两个过滤器都可被连接起来。
        (4)系统维护简单,可扩展性好。新的过滤器可以添加到现有系统中来;旧的可以被改进的过滤器替换掉。
        (5)允许对一些属性,如吞吐量、死锁等进行分析。
        (6)支持并行执行。每个过滤器是作为一个单独的任务完成,因此可与其他任务并行执行。
        但是,这样的系统也存在着若干不利因素:
        (1)通常导致进程成为批处理的结构。这是因为虽然过滤器可增量式地处理数据,但它们是独立的,所以设计者必须将每个过滤器看成一个完整的从输入到输出的转换。
        (2)不适合处理交互的应用。当需要增量地显示改变时,这个问题尤为严重。
        (3)因为在数据传输上没有通用的标准,每个过滤器都增加了解析和合成数据的工作,这样就导致了系统性能下降,并增加了编写过滤器的复杂性。
 
       编译器
        编译阶段要做的工作是用交叉编译或汇编工具处理源代码,产生目标文件。在嵌入式系统中,宿主机和目标机所采用的处理器芯片通常是不一样的。例如,目标机采用的CPU是DragonBall M68x系列或ARM系列,而宿主机采用的是x86系列。因此,为了把宿主机上编写的高级语言程序编译成可以在目标机上运行的二进制代码,就需要用到交叉编译器。
        与普通PC中的C语言编译器不同,嵌入式系统中的C语言编译器要进行专门的优化,以提高编译效率。一般来说,优秀的嵌入式C编译器所生成的代码,其长度和执行时间仅比用汇编语言编写的代码长5%~20%。编译质量的不同,是区别嵌入式C编译器工具的重要指标。因此,硬件厂商往往会针对自己开发的处理器的特性来定制编译器,既提供对高级语言的支持,又能很好地对目标代码进行优化。
        GNU C/C++(gcc)是目前比较常用的一种交叉编译器,它支持非常多的宿主机/目标机组合。宿主机可以是Unix、AIX、Solaris、Windows、Linux等操作系统,目标机可以是x86、Power PC、MIPS、SPARC、Motorola 68K等各种类型的处理器。
        gcc是一个功能强大的工具集合,包含了预处理器、编译器、汇编器、连接器等组件。它在需要时会去调用这些组件来完成编译任务,而输入文件的类型和传递给gcc的参数决定了它将调用哪些组件。对于一般或初级的开发者,它可以提供简单的使用方式,即只给它提供C源码文件,它将完成预处理、编译、汇编、连接等所有工作,最后生成一个可执行文件。而对于中高级开发者,它提供了足够多的参数,可以让开发者全面控制代码的生成,这对于嵌入式系统软件开发来说是非常重要的。
        gcc识别的文件类型主要包括:C语言文件、C++语言文件、预处理后的C文件、预处理后的C++文件、汇编语言文件、目标文件、静态链接库、动态链接库等。以C程序为例,gcc的编译过程主要分为4个阶段:
        (1)预处理阶段,即完成宏定义和include文件展开等工作;
        (2)根据编译参数进行不同程度的优化,编译成汇编代码;
        (3)用汇编器把上一阶段生成的汇编码进一步生成目标代码;
        (4)用连接器把上一阶段生成的目标代码、其他一些相关的系统目标代码以及系统的库函数连接起来,生成最终的可执行代码。
        用户可以通过设定不同的编译参数,让gcc在编译的不同阶段停止下来,这样可以检查编译器在不同阶段的输出结果。
        在gcc的高级用法上,一般希望通过使用编译器达到两个目的:检查出源程序的错误;生成速度快、代码量小的执行程序。这可以通过设置不同的参数来实现,例如,“-Wall”参数可以发现源程序中隐藏的错误;“-O2”参数可以优化程序的执行速度和代码大小;“-g”参数可以对执行程序进行调试。
 
       架构设计
        WebApp描述了使WebApp达到其业务目标的基础结构,典型使用多层架构来构造,包括用户界面或展示层、基于一组业务规则来指导与客户端浏览器进行信息交互的控制器,以及可以包含WebApp的业务规则的内容层或模型层,描述将以什么方式来管理用户交互、操作内部处理任务、实现导航及展示内容。模型-视图-控制器(Model-View-Controller,MVC)结构是WebApp基础结构模型之一,它将WebApp功能及信息内容分离。
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第56题    在手机中做本题