[정보처리기사 실기] 개발 환경 및 객체지향 모듈 정리

자격증 준비하면서 내가 이해하기 편하게, 다시 보기 좋게 정리하는 정보처리기사의 내용 (자격증 상세 내용은 아래)

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개발 환경 및 객체지향 모듈 부분을 정리한 내용

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개발 환경 구축

• 개발 프로젝트를 이해하고 소프트웨어 및 하드웨어 장비를 구축하는 것
• 응용 소프트웨어가 운영될 환경과 유사한 구조로 구축

하드웨어 환경

• 클라이언트 종류 : 개인용 컴퓨터, 스마트폰 등
• 서버 종류
  • 웹 서버(Web Server) : 클라이언트로부터 직접 요청을 받아 처리함, 저용량의 정적 파일들 제공
  • 웹 애플리케이션 서버(WAS) : 동적 서비스를 제공하거나, 웹 서버와 데이터베이스 서버 또는 웹 서버와 파일 서버 사이에서 인터페이스 역할 수행
  • 데이터베이서 서버(DB Server) : 데이터베이스와 이를 관리하는 DBMS 운영
  • 파일 서버 : 데이터베이스에 저장하기에는 비효율적이거나, 서비스 제공을 목적으로 유지하는 파일들 저장

소프트웨어 환경

• 시스템 소프트웨어 종류 : 운영체제, 웹 서버 및 WAS운용을 위한 서버 프로그램, DBMS 등
• 개발 소프트웨어 종류
  • 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 서버의 기능

• HTTP/HTTPS 지원 : 브라우저로부터 요청을 받아 응답할 때 사용되는 프로토콜
• 통신 기록 : 처리한 요청들을 로그 파일로 기록하는 기능
• 정적 파일 관리 : HTML, CSS, 이미지 등의 정적 파일들을 정리하고 관리하는 기능
• 대역폭 제한 : 네트워크 트래픽의 포화를 방지하기 위해 응답 속도를 제한하는 기능
• 가상 호스팅 : 하나의 서버로 여러 개의 도메인 이름을 연결하는 기능
• 인증 : 사용자가 합법적인 사용자인지를 확인하는 기능

개발 언어 선정 기준

• 적정성 : 개발하려는 소프트웨어의 목적에 적합해야 함
• 효율성 : 코드의 작성 및 구현이 효율적이어야 함
• 이식성 : 다양한 시스템 및 환경에 적용이 가능해야 함
• 친밀성 : 개발 언어에 대한 개발자들의 이해도와 활용도가 높아야 함
• 범용성 : 다른 개발 사례가 존재하고 여러 분야에서 활용되고 있어야 함

소프트웨어 아키텍처

• 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체
• 애플리케이션의 분할 방법과 분할된 모듈에 할당될 기능, 모듈 간의 인터페이스 등을 결정

모듈화

• 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것
• 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈 간 통합 비용 증가
• 너무 크게 나누면 모듈 하나의 개발 비용 증가

추상화

• 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 구체화시켜 나가는 것
• 과정 추상화 : 자세한 수행 과정을 정의하지 않고, 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계하는 방법
• 데이터 추상화 : 데이터의 세부적인 속성이나 용도를 정의하지 않고, 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법
• 제어 추상화 : 이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고, 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법

단계적 분해

• 상위의 중요한 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법
• Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략

정보 은닉

• 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법
• 정보 은닉을 통해 모듈을 독립적으로 수행 가능
• 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정, 시험, 유지보수 용이

소프트웨어 아키텍처의 품질 속성

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

소프트웨어 아키텍처의 설계 과정

1. 설계 목표 설정 : 요구사항을 분석하여 전체 시스템의 설계 목표 설정
2. 시스템 타입 결정 : 시스템과 서브시스템의 타입을 결정하고, 아키텍처 패턴 선택
3. 아키텍처 패턴 적용 : 시스템의 표준 아키텍처 설계
4. 서브시스템 구체화 : 서브시스템의 기능 및 서브시스템 간의 상호작용을 위한 동작과 인터페이스 정의
5. 검토 : 설계 목표, 요구사항, 설계의 기본 원리 등을 만족하는지 아키텍처 검토

협약에 의한 설계

• 컴포넌트를 설계할 때 클래스에 대한 여러 가정을 공유할 수 있도록 명세한 것
• 선행 조건 : 오퍼레이션이 호출되기 전에 참이 되어야 할 조건
• 결과 조건 : 오퍼레이션이 수행된 후 만족되어야 할 조건
• 불변 조건 : 오퍼레이션이 실행되는 동안 항상 만족되어야 할 조건

아키텍처 패턴

• 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제
• 서브시스템들과 그 역할 정의

레이어 패턴

• 시스템을 계층으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법의 패턴
• 상위 계층은 하위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고, 하위 계층은 상위 계층의 클라이언트가 되는 구성
• 서로 마주 보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용

클라이언트 - 서버 패턴

• 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴

파이프-필러 패턴

• 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터로 캡슐화하여 파이프를 통해 전송하는 패턴
• 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용 (대표적으로 UNIX의 쉘(shell)

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

• 서브시스템을 모델, 뷰, 컨트롤러로 구조화하는 패턴
• 컨트롤러가 사용자의 요청을 받으면 핵심 기능과 데이터를 보관하는 모델을 이용하여 뷰에 정보를 출력하는 구조

기타 패턴

• 마스터-슬레이브 패턴 : 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴
• 브로커 패턴 : 사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해 주는 패턴
• 피어-투-피어 패턴 : 피어라 불리는 하나의 컴포넌트가 클라이언트가 될 수도, 서버가 될 수도 있는 패턴
• 이벤트-버스 패턴 : 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행하면 해당 채널을 구독한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 패턴
• 블랙보드 패턴 : 모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접근이 가능한 패턴
• 인터프리터 패턴 : 프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고, 기호마다 클래스를 갖도록 구성된 패턴

객체 지향

• 각 요소들을 객체로 만든 후, 객체들을 조립해서 소프트웨어를 개발하는 기법
• 소프트웨어의 재사용 및 확장이 용이하여 고품질의 소프트웨어를 빠르게 개발할 수 있고 유지보수가 쉬움

객체(Object)

• 데이터와 이를 처리하기 위한 함수를 묶어놓은 소프트웨어 모듈
• 데이터 : 객체가 갖고 있는 정보로, 속성이나 상태, 분류 등
• 함수 : 객체가 수행하는 기능으로 객체가 갖는 데이터를 처리하는 알고리즘

클래스(Class)

• 공통된 속성과 연산을 갖는 객체의 집합
• 클래스에 속한 각각의 객체를 인스턴스라고 함

메시지

• 객체들 간의 상호작용에 사용되는 수단으로, 객체의 동작이나 연산을 일으키는 외부의 요구 사항
• 메시지를 받은 객체는 대응하는 연산을 수행하여 예상된 결과를 반환

캡슐화

• 외부에서 접근을 제한하기 위해 인터페이스를 제외한 세부 내용을 은닉하는 것
• 캡슐화된 객체는 외부모듈의 변경으로 인한 파급 효과
• 객체들 간에 메시지를 주고받을 때 인터페이스가 단순해지고, 객체 간의 결합도 낮아짐

상속

• 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것
• 하위 클래스는 물려받은 속성과 연산을 다시 정의하지 않아도 즉시 자신의 속성으로 사용 가능

다형성

• 하나의 메시지에 대해 각각의 객체가 고유한 방법으로 응답할 수 있는 능력
• 객체들은 동일한 메서드명을 사용하며 같은 의미의 응답을 함

연간성

• 두 개 이상의 객체들이 상호 참조하는 관계
• 연관화 (is member of) : 2개 이상의 객체가 상호 관련되어 있음을 의미
• 분류화 (is instance of) : 동일한 형의 특성을 갖는 객체들을 모아 구성하는 것
• 집단화 (is part of) : 관련 있는 객체들을 묶어 하나의 상위 객체를 구성하는 것
• 일반화 (is a) : 공통적인 성질들로 추상화한 상위 객체를 구성하는 것
• 특수화/상세화 (is a) : 상위 객체를 구체화하여 하위 객체를 구성하는 것

객체지향 분석

• 사용자의 요구사항과 관련된 객체, 속성, 연산, 관계 등을 정의하여 모델링하는 작업
• Booch(부치) 방법 : 미시적 개발 프로세스와 거시적 개발 프로세스를 모두 사용하며, 클래스와 객체들을 분석 및 식별하고 클래스의 속성과 연산을 정의
• Jacobson 방법 : 유스케이스를 강조하여 사용
• Coad와 Yourdon 방법 : E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링
• Wirfs-Brock 방법 : 분석과 설계 간의 구분이 없고, 고객 명세서를 평가해서 설계 작업까지 연속적으로 수행

럼바우(Rumbaugh)의 분석 기밥

• 모든 소프트웨어 구성 요소를 그래픽 표기법을 이용하여 모델링하는 기법
• 객체 모델링 → 동적 모델링 → 기능 모델링
• 객체 모델링 : 정보 모델링이라고도 하며, 시스템에서 요구되는 객체를 찾아내어 속성과 연산 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것
• 동적 모델링 : 상태 다이어그램을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름, 상호작용, 동작 순서 등의 동적인 행위를 표현하는 모델링
• 기능 모델링 : 자료 흐름도(DFD)를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링

객체지향 설계 원칙

• 변경이나 확장에 유연한 시스템을 설계하기 위해 지켜야 할 원칙
• 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

• 모듈화를 통해 분리된 시스템의 간 기능
• 모듈의 독립서은 결합도와 응집도에 의해 측정

결합도

• 모듈 간에 상호 의존하는 정도를 나타내는 지표
• 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮음
• 결합도의 강도 : 내용 결합도 → 공통 결합도 → 외부 결합도 → 제어 결합도 → 스탬프 결합도 → 자료 결합도 (오른쪽으로 갈수록 약해짐)

결합도 종류

• 내용 결합도 : 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도
• 공통(고유) 결합도 : 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도로 파라미터가 아닌 모듈 밖에 선언된 전역 변수를 사용하여 전역 변수를 갱신하는 방식으로 상호작용하는 때의 결합도
• 외부 결합도 : 어떤 모듈에서 선언한 데이터를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
• 제어 결합도 : 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호나 제어 요소를 전달하는 결합도
• 스탬프 결합도 : 모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
• 자료 결합도 : 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도

응집도

• 모듈의 내부 요소들이 서로 관련되어 있는 정도
• 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할수록 낮음
• 응집도의 강도 : 기능적 응집도 → 순차적 응집도 → 교환적 응집도 → 절차적 응집도 → 시간적 응집도 → 논리적 응집도 → 우연적 응집도 (오른쪽으로 갈수록 약해짐)

응집도 종류

• 기능적 응집도 : 모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도
• 순차적 응집도 : 모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도
• 교환적 응집도 : 단일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
• 절차적 응집도 : 내부의 요소들이 기능적으로 연관성은 없으나 순차적으로 수행할 경우의 응집도
• 시간적 응집도 : 특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
• 논리적 응집도 : 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
• 우연적 응집도 : 모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

팬인 - 팬아웃

• 팬인
  • 어떤 모듈을 제어하는 모듈의 수
  • 팬인이 높으면 재사용 측면에서 설계가 잘되어 있다 할 수 있음
  • 팬인이 높은 경우 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트 필요
• 팬아웃
  • 어떤 모듈에 의해 제어되는 모듈의 수

N-S 차트

• 논리의 기술에 중점을 두고 도형을 이용해 표현하는 방법
• 연속, 선택 및 다중 선택, 반복의 3가지 제어 논리 구조로 표현

단위 모듈

• 한 가지 동작을 수행하는 기능을 모듈로 구현한 것
• 단위 기능 명세서 작성 → 입출력 기능 구현 → 알고리즘 구현 단계로 구성

IPC(inter-Process Communication)

• 모듈 간 통신 방식을 구현하기 위해 사용되는 대표적인 프로그램이 인터페이스 집합
• 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 : pipe라 불리는 선입선출 형태로 구성된 메모리를 여러 프로세스가 공유하여 통신하는 방식
• Message Queueing : 메시지가 발생하면 이를 전달하는 방식으로 통신하는 방식

단위 모듈 테스트

• 모듈이 정해진 기능을 정확히 수행하는지 검증하는 것
• 단위테스트라고도 불림

테스트 케이스

• 소프트웨어가 사용자의 요구사항을 정확하게 준수했는지를 확인하기 위한 테스트 항목에 대한 명세서
• 구성요소
  • 식별자 : 항목 식별자, 일련번호
  • 테스트 항목 : 테스트 대상(모듈 또는 기능)
  • 입력 명세 : 입력 데이터 또는 테스트 조건
  • 출력 명세 : 테스트 케이스 수행 시 예상되는 출력 결과
  • 환경 설정 : 필요한 하드웨어나 소프트웨어의 환경
  • 특수 절차 요구 : 테스트 케이스 수행 시 특별히 요구되는 절차
  • 의존성 기술 : 테스트 케이스 간의 의존성

공통 모듈

• 여러 프로그램에서 공통으로 사용할 수 있는 모듈
• 명세 기법의 종류
  • 정확성 : 시스템 구현 시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록 정확히 작성
  • 명확성 : 해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록 명확하게 작성
  • 완전성 : 시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술
  • 일관성 : 공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성
  • 추적성 : 기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성

재사용

• 이미 개발된 기능들을 새로운 시스템이나 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화하는 작업
• 함수와 객체 : 클래스나 메서드 단위의 소스 코드를 재사용
• 컴포넌트 : 컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용
• 애플리케이션 : 공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용

효과적인 모듈 설계 방안

• 결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높임
• 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성 유지
• 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하고, 지나치게 제한적이면 안됨
• 모듈 크기는 시스템의 전반적 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 분해

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뒤로 이어지는 내용

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[정보처리기사 실기] 디자인 패턴 및 개발 정리