lucasianlabs.ujaveriana.mnaranjo.def-arquitectura.ver1.6.0

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Fundamentos de Fundamentos de Definición de Arquitectura en Definición de Arquitectura en

RUP, IFM y SunTone AMRUP, IFM y SunTone AM

The Software Architecture And The Software Architecture And EngineeringEngineering Company Company

Mauricio NaranjoMauricio NaranjoChief Software Architect

www.lucasian.com

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Objetivos

Esta presentación introduce:

• Conceptos de arquitectura de software y su importancia• Definiciones de Calidades Sistémicas• El rol del arquitecto• Fundamentos de Definición de Arquitectura en Procesos de

Desarrollo• Lecciones aprendidas en consultoría de arquitectura y diseño

de aplicaciones J2EE

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Fundamentos de Definición de Arquitectura

Agenda

• Parte 1 - Fundamentos de Arquitectura de Software– Que es arquitectura de software?– Cual es el rol de arquitecto?– Calidades Sistémicas

• Parte 2 – Conceptos de Definición de Arquitectura– Rational Unified Process (RUP)– Suntone Architecture

Methodology (AM)– Iterative Founding Method

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Arquitectura de Software

Que es una arquitectura?

“No estamos seguros, pero la reconocemos cuando vemos una”IEEE-1471-FAQ

5

• IEEE 1471El nivel conceptual más alto de un sistema en su ambiente.

• “Arquitectura es la organización fundamental de un sistema descrita en: – Sus componentes.– Relación entre ellos y con el

ambiente.– Principios que guían su

diseño y evolución”.


• Software Architecture in Practice - Kazman

“La estructura de estructuras de un sistema, la cual abarca componentes de software, propiedades externas visibles de estos componentes y sus relaciones”.

• “El objetivo de esta definición es que la arquitectura de software debe abstraer alguna información del sistema y aún proveer suficiente información para ser la base del análisis, toma de decisiones y lograr la reducción de riesgos”.

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• Rational Unified Process

“Arquitectura es la estructura de los componentes más significativos de un sistema interactuando a través de interfaces con otros componentes conformados por componentes sucesivamente pequeños e interfaces”.

• SUN SL-425: Architecting and Designing J2EE Applications

“Arquitectura se refiere a la representación abstracta de los componentes de un sistema y su comportamiento”.

“La arquitectura no contiene detalles de implementación”.

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Que es un Proceso de Arquitectura?

Rational Unified Process:

• Secuencia de actividades que conllevan a la producción de artefactos arquitectónicos:

– Descripción de arquitectura– Prototipo arquitectónico

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Por que es importante definir una arquitectura?

Premisa• Las arquitecturas de los sistemas, existen indiferente si han

sido definidas formalmente o no.

• Dos factores primarios en la ingeniería de software que han incrementado la importancia de la arquitectura:

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Evolución de Arquitecturas

Aplicaciones Monolíticas

• Interfaces gráficas de usuario (GUI).• Servicios de presentación, negocios y

persistencia en la misma máquina.

• No hay concurrencia de usuarios.• Alto acoplamiento entre tiers.

• Presentación• Lógica negocio• Persistencia

Arquitectura Cliente-Servidor

• Clientes pesados, no estándar• Conexiones dedicadas a BD• Protocolos pesados• Ejecución remota de SQLs

• Alta administración• Bajo rendimiento• Alto tráfico de red• Baja accesibilidad

• Presentación• Lógica de negocio • Persistencia

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Arquitectura Cliente-Servidor Mejorada

• Clientes pesados, no estándar.• Conexiones dedicadas a la BD.• Lógica de negocios en BD• Mejora en rendimiento• Alta administración• Baja escalabilidad• Baja flexibilidad• Baja portabilidad

Aplicaciones 3 niveles

• Reutilización de lógica de negocio para diferentes clientes o sistemas.

• Mejora la escalabilidad.• Mejora la flexibilidad.• Independencia de la base de datos.

Procedimientos Almacenados

Presentación

Servidor de Aplicaciones

Clientes GUIsemi-livianos

Base de Datos

Negocio(EJB, CORBA, COM+)

Clientes GUISemilivianos

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Aplicaciones N-niveles (clientes livianos)

Despliegue decontenido

Clienteslivianos

DatabaseServers

Lógica denegocios

100.000+

WebServer

Presentación

Servidor de Aplicaciones

• Bajo costo de administración de clientes.• Alta accesibilidad.• Alta flexibilidad.• Alta disponibilidad y tolerancia a fallos.• Alta escalabilidad.• Independencia de DB

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• Situación actual de Sistemas Empresariales

• Las empresas necesitan agilidad en su negocio:– Requerimientos cambian

continuamente.– Implementación de nuevos programas

o servicios para atraer o retener clientes.

– Requieren unificar, refina y medir sus procesos de negocio

• Requieren que su infraestructura de IT se pueda adaptar al cambio, se flexible y tener libertad de escoger nuevas tecnologías o productos en una relación costo beneficio.

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Procesos fragmentados

• Aplicaciones publicadas en diferentes departamentos y unidades de negocios

•Como se pueden integrar procesos y datos en una empresa con una relación costo beneficio efectiva?

•Como ayuda la arquitectura de software?

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Visión idealizada de Arquitectura Orientada a Servicios (SOA)

Cluster deServidores de Aplicaciones

AplicacionesLegadas

Servidor de Procesos

(BPM)

Base de Datos

SistemaBatch

Portal deServicios Integrados

Requerimientos Arquitectónicos

• Heterogeneidad• Escalabilidad• Disponibilidad• Distribución• Manejabilidad de Procesos• Administración y monitoreo de procesos,

servicios e infraestructura

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Que es un Arquitecto de Software?

• Rational Unified Process

Arquitecto es un rol en un proyecto de desarrollo de software el cual tiene las siguientes responsabilidades:

– Liderar el proceso de arquitectura.

– Producir los artefactos necesarios: Documento de descripción de arquitectura

– Modelos y prototipos de arquitectura.

• SUN SL-425:

El arquitecto: – Visualiza el comportamiento

del sistema.– Crea los planos del sistema.– Define la forma en la cual los

elementos del sistema trabajan en conjunto.

– Responsable de integrar los requerimientos no-funcionales (NRFs) en el sistema.

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Arquitectura Vs. Diseño

Discusión

• Existe alguna diferencia entre arquitectura y diseño de software?

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• La arquitectura y el diseño difieren en tres áreas:

Arquitectura Diseño

Nivel de Abstracción

Alto nivel Bajo nivel. Enfoque específico en detalles

Entregables Planear subsistemas, interfaces con sistemas externos, servicios horizontales, frameworks, componentes reutilizables, prototipo arquitectónico

Diseño detallado componentes, Especificaciones de codificación

Áreas de Enfoque

Selección de tecnologías, Requerimientos no funcionales (QoS), Manejo de riesgos

Requerimientos funcionales

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• La arquitectura envuelve un conjunto de decisiones estratégicas de diseño, lineamientos, reglas y patrones que restringen el diseño y la implementación de un software.

Las decisiones de arquitectura son

las decisiones más fundamentales, por lo tanto, cambiarlas

ocasiona efectos significativos.Arquitectura

Diseño

Implementación

Código

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Artefactos de Arquitectura

Rational Unified Process:En el proceso de definición de

arquitectura se producen:

• Arquitectura Inicial.• Arquitectura de Referencia.• Documento de Descripción de

arquitectura (SAD):– Subsistemas– Componentes– Arquitectura Runtime.

• Guías para el proyecto y estándares de Diseño.

SunTone AM:Adicionalmente se producen:

• Matriz Tecnológica de Layers y Tiers

• Template de Arquitectura

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Evaluación de Tecnologías

Discusión

• Es importante para el arquitecto tener experiencia en evaluación de tecnologías?

• Si es así por que?

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Evaluación de Tecnologías

• Beneficios de las habilidades del arquitecto para evaluación de tecnologías en proyectos:

– Aceptación. Conseguir la aceptación de los participantes del proyecto sustentando sus recomendaciones y decisiones con un buen nivel de fundamentación.

– Uso adecuado. Asegurar el uso apropiado de las tecnologías por los miembros del equipo.

•Un Arquitecto es un facilitador y líder.•No toma decisiones unilaterales, irracionales.•Evita riesgos en los proyectos, agrega valor.

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Control de Riesgos

Discusión

• Por que fallan usualmente los proyectos?

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Control de Riesgos

Quiz

• Una tienda virtual que vende juguetes no puede manejar la carga de usuarios por su alta demanda y sale de línea:

– Dos semanas antes de navidad– Después de una campaña de 20 Millones de USD.

• La expansión de capacidad tomará 6 semanas.

Cual es su diagnóstico respecto a la situación?• Los problemas que tiene esta aplicación son funcionales?• Están asociados a su arquitectura, diseño o implementación?

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Control de Riesgos

• La calidad de servicio (QoS = Quality Of Service) es un riesgo primario relacionado con la arquitectura.

• El manejo inadecuado de los requerimientos no funcionales, es una de las fuentes más importante de riesgo en los proyectos:– Reglas de negocio de alta complejidad.– Calidades sistémicas

• Seguridad• Rendimiento• Escalabilidad• Disponibilidad• Extensibilidad

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Calidades Sistémicas

Definición

• Son propiedades que establecen la calidad de servicio (QoS) que un sistema expone.

• Son globales a toda la arquitectura e influencian el diseño.

• Son no-funcionales pero observables.

• No se pueden satisfacer completamente por un componente.

• Familias de Calidades Sistémicas

• Manifiestas (Manifiest).• Operacionales

(Operational).• Desarrollo (Developmental).• Evolutivas (Evolutionary).

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Calidades Manifiestas (Manifest)• Observables por los usuarios del sistema.

– Performance. Tiempo de respuesta desde el punto de vista del usuario.

– Reliability. Grado de probabilidad de realizar operaciones correctamente.

– Availability. Porcentaje de tiempo que un sistema puede procesar solicitudes.

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• Throughput. Solicitudes atendidas por unidad de tiempo.

• Manageability. Cantidad inversa de esfuerzo para realizar labores administrativas.

• Serviceability. Esfuerzo para actualizar el sistema para reparar errores.

• Security. Prevención de uso indeseado, por abuso o uso inapropiado:

– Identidad– Autoridad– Confidencialidad– Auditabilidad– Integridad

• Testability. Esfuerzo invertido para detectar y aislar errores.

Calidades Manifiestas (Manifest)Observables cuando el sistema está operando en producción:

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Calidades Evolutivas (Evolutionary)Relacionadas con el comportamiento del sistema cuando es actualizado.

• Escalability. La habilidad para soportar la calidad de servicio requerida conforme la carga aumenta.

• Flexibility. Esfuerzo ahorrado cuando se hace un cambio de configuración.

• Extensibility. Esfuerzo ahorrado para adicionar nuevas funcionalidades.

• Reusability. Esfuerzo ganado en la utilización de componentes existentes.

• Portability. Esfuerzo ahorrado cuando se migra a una infraestructura diferente.

• Mantainability. Esfuerzo ahorrado para revisar y corregir errores de diseño.

29

Recursos de Arquitectura y Diseño

Discusión

• Que son los patrones de diseño?

• Por que son relevantes para unarquitecto?

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• Un Patrón describe una solución probada a un problema recurrente de diseño, el cual ocurre en un contexto.

• Existen patrones de arquitectura, análisis y diseño.

• La definición de arquitectura requiere un proceso basado en el raciocinio sobre patrones:

– Un arquitecto reutiliza patrones para definir la estructura y el comportamiento interno y externo de un sistema.

Utilizar patrones de

diseño es diferente a

diseñar patrones

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Catálogos de Patrones• Como arquitecto se debe familiarizar

con la mayor cantidad de patrones posibles:

– Dedique tiempo a los catálogos de patrones.

– Conozca los patrones que están disponibles.

– Adquiera experiencia en el uso de los patrones.

– Conozca como tipificar los problemas que resuelven los patrones.


32


Catálogos de Patrones• Un arquitecto experimentado

reutiliza:– Arquitecturas de sistemas

exitosos.– Diseños que han funcionado

correctamente en el pasado.– Frameworks conceptuales y

tecnológicos.– Componentes y librerías.

33


Discusión

• Que es un Framework?

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Definición de Framework

• Es un subsistema de software parcialmente construido, de propósito general para un tipo específico de problema, el cual debe ser instanciado para resolver un problema particular.

Características • Define la arquitectura para una familia de subsistemas• Provee bloques básicos de construcción y adaptadores.

Típicamente un framework se construye a partir de patrones de diseño.El framework impone patrones de diseño para su uso.

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Ejemplos de Frameworks

Tecnológicos• Struts y Java Server Faces (JSF)

para Interfaces Web.• Log4J para auditoría técnica o

negocios en app.• Toplink, Hybernate, ROME para

mapeos objeto-relacionales.• Enterprise Java Beans para

construcción de servicios de negocios.

• Framework de patrones de diseño para J2EE de Sun Microsystems.

• Grinder como framework para testing de performance.

Conceptuales• El Cubo para definición de

arquitecturas.• eTom para empresas de

telecomunicaciones.• RUP como metodología para

definición de procesos de desarrollo.

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Métodos de Desarrollo

Discusión

• Cuales son los principios fundamentales en los métodos de desarrollo de software modernos?

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Métodos de Desarrollo

Principios Fundamentales de Métodos Modernos

• Desarrollo iterativo e incremental.• Conducido por las calidades sistémicas.• Centrado en la arquitectura.• Dirigido por los casos de uso.• Basada en Modelos.• Mejores prácticas de diseño.

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Desarrollo Iterativo e Incremental

• Compare el costo de hacer correcciones en un desarrollo tradicional, con el costo de hacer correcciones en un desarrollo iterativo.

Cost

o f

ijo

TiempoC

ost

o f

ijoTiempo

Desarrollo Tradicional Desarrollo Iterativo

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Reducción de RiesgoReducción de RiesgoReducción de RiesgoReducción de Riesgo

Riesgo de un proceso en cascada

Riesgo de un proceso iterativo

Tiempo

Riesgo

Desarrollo Iterativo e Incremental

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Desarrollo Conducido por las Calidades Sistémicas

• Las calidades sistémicas son requerimientos no funcionales, los cuales definen la calidad de servicio que un sistema expone.

• Algunos ejemplos:– Rendimiento– Confiabilidad– Escalabilidad– Seguridad

• Las calidades sistémicas impactan directamente la arquitectura de un sistema.

41

Desarrollo Centrado en la Arquitectura

4 + 1 View ModelFramework de definición de arquitectura del RUP

• SunTone AM agrega dos características importantes a RUP:– Un enfoque en las

calidades sistémicas– El uso de patrones basados

en el razonamiento• Framework el Cubo:

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Desarrollo Basado en Modelos

Definición• Los modelos son mecanismos primarios de comunicación

entre todos los participantes de un proyecto de software. Reflejan un aspecto particular de un sistema y abstraen detalles no relevantes.

Tipos• Documentos de texto• Diagramas UML• Prototipos

Objetivos• Comunicación• Resolver Problemas• Pruebas de Concepto

SistemaSistema

MiddlewareMiddleware

NegociosNegocios

AplicaciónAplicación

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Definición de Arquitectura en RUP

• Proceso de Desarrollo Unificado

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Fase de Inicio• Durante la fase de inicio se

establece:– Requerimientos no-funcionales.– Arquitectura inicial, la cual se

considera viable para el proyecto.

– Lista de Riesgos y Restricciones.

• Entregables:– Documento de Visión– Arquitectura Inicial– Plan de la siguiente fase

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Fase de Elaboración• Durante esta fase se crean:

– Arquitectura línea base.– 80% de los requerimientos

del sistema.– Plan de iteraciones para la

fase de construcción.

• Entregables:– Requerimientos del Sistema.– Documento de Definición de

Arquitectura.– Prototipo evolutivo de

arquitectura.– Guías y Estándares.– Plan de Iteraciones.

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Modelo de Vista 4+1• Framework para Descripción de Arquitecturas del Rational

Unified Process (RUP), basado en vistas lógicas y físicas UML y una vista funcional de casos de uso.

Process View Deployment View

Logical View

Use-Case View

Implementation View

End-user Functionality

Programmers Software management

PerformanceScalabilityThroughput

System integratorsSystem topology

Delivery, installationcommunication

System engineering

Analysts/DesignersStructure

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[EarlyElaboration Iteration]

[Inception Iteration (Optional)]

Define a CandidateArchitecture

PerformArchitectural

Synthesis

Analyze Behavior

Refine theArchitecture

DefineComponents

Design theDatabase

(Optional)Architect

Describe the Run-timeArchitecture

Describe Distribution

ArchitectureAnalysis

Architect

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Definición de Arquitectura en SunTone AM

• SunTone AM es una metodología de desarrollo de software análoga al Unified Process (UP), con un fuerte énfasis en las calidades sistémicas y patrones de diseño.

• Tiene un framework conceptual, el cubo, el cual provee una vista tridimensional de:– Tiers lógicos– Layers tecnológicos– Calidades sistémicas

• Con el cubo se puede definir la matriz tecnológica de Layers y Tiers, la cual documenta las decisiones tecnológicas para soportar la arquitectura de un sistema.

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PlataformaVirtual

PlataformaSuperior

PlataformaInferior

Transporte

Aplicación

Layers

Tiers


PERFORMANCE

AVAILABILITY

RELIABILITY

SCALABILITY

SECURITY

ClientePresentación

Negocios

Integración

Recurso

s


50


Presentación Negocios Integración Recursos

Estabilidad

Cliente

Volatilidad

- +

-+

51


Layers Tiers

Cliente Presentación Negocios Integración Recursos

Aplicación

Plataforma Virtual

Plataforma Superior

Plataforma Inferior

Red

52


Layers Tiers


Aplicación HTMLJava Script

Java ServletsJSPs

POJO DAO Tablas

Plataforma Virtual

Servlets 2.1JSPs 1.1

Plataforma Superior

Web Browser Apache 1.3.x, Tomcat 4.x MySQL

Plataforma Inferior

Independiente Linux

Red HTTP JDBC

POJO: Plain Old-Style Java Object

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Layers Tiers


Aplicación HTMLJava Script

JSPsActionForms, Actions

Session Beans

DAO Tablas

Plataforma Virtual

Struts 1.xServlets 2.1JSPs 1.1

EJB 2.0

Plataforma Superior

Web Browser Apache 1.3.xTomcat 4.x

JBOSS Oracle DB

Plataforma Inferior

Independiente Linux

Red HTTP RMI/IIOP JDBC

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Definición de Arquitectura en SunTone

Fundamentos• La arquitectura es primariamente necesaria para crear un

framework para el desarrollo basado en patrones y para la entrega de calidades sistémicas predecibles.

Business

Session Facade Composite Entity

Database Integration

DAO Factory Oracle DAO

Factory

OracleDAODAO

Value Object

Business Integration

Business Delegate

Service Locator

Presentation

Front Controller

Action Factory

Action

View

JSF Components

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Definición de Arquitectura en Iterative Founding Method

Definición• Metodología con un enfoque de retorno

a la inversión (ROI) informado, en el cual el software es desarrollado y puesto en producción, en trozos de funcionalidades que agregan valor al usuario, cuidadosamente priorizados, llamados MMFs (Minimum Marketable Features).

• IFM integra actividades de ingeniería de software, con estrategias financieras de administración de proyectos.

• Descompone la arquitectura en elementos arquitectónicos (AEs).

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Principios Arquitectónicos• El proceso de creación de arquitectura, debe ser un proceso

de creación de valor.• Descompone la arquitectura en elementos arquitectónicos

(AEs).• Disminuye los costos de implementación de los AEs en un

modelo de secuencia.• Crea la arquitectura de software incrementalmente acorde a

un proceso secuencial dirigido por el retorno a la inversión (ROI).

Primer principio arquitectónico:“Difiera la solución de cualquier conflicto arquitectónico, hasta el momento en que la decisión sea necesaria”.

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• La codependencia de la Arquitectura en procesos tradicionales.

Definir arquitectura candidata

Evaluar Req.No Funcionales (NFR)

Refinar y Seleccionar la Arquitectura

Prototipar la Arquitectura

Medir CalidadesSistémicas

AjustarArquitectura

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• Dependencias arquitectónicas en IFM.• La instanciación de los elementos

arquitectónicos (AEs) se realiza incrementalmente acorde a la secuencia de MMFs, determinada por el ROI.

MMF A

AE 1

AE 3

AE 7

AE 8

MMF B

AE 2

MMF C

AE 7

AE 8

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Conclusiones y Recomendaciones

Respecto a la arquitectura de software• La Arquitectura aborda la problemática de más alto nivel de los proyectos, es

crítica debido al alto riesgo de los proyectos actuales por su escala, distribución y complejidad.

• La arquitectura determina la estructura general de un sistema, la cual debe satisfacer la calidad de servicio requerida, mitigar riesgos.

• Las decisiones de arquitectura restringen el diseño y la implementación de un proyecto.

Respecto al arquitecto• Es un rol crítico en los proyectos, se focaliza en la calidad de servicio y lidera

el proceso de definición y la implementación de la arquitectura.• El arquitecto reutiliza arquitectura exitosas, frameworks y patrones de diseño.• No es un diseñador en un proyecto.

Respecto al Proceso de Definición de Arquitectura• El proceso de definición de arquitectura debe ser un proceso incremental de

creación de valor.• Defina solo los entregables necesarios para definir la arquitectura acorde a las

necesidades y trace la estrategia adecuada.

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Preguntas y Respuestas

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Fundamentos de Fundamentos de Definición de Arquitectura en Definición de Arquitectura en

RUP, IFM y SunTone AMRUP, IFM y SunTone AM

The Software Architecture And The Software Architecture And EngineeringEngineering Company Company

Mauricio NaranjoMauricio NaranjoChief Software [email protected]

lucasianlabs.ujaveriana.mnaranjo.def-arquitectura.ver1.6.0

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