信息系统架构：定义、原则与视图

# 信息系统架构：定义、原则与视图 ## 1. 信息系统架构的定义 在信息系统（IS）领域，“架构”一词在不同抽象层次上有多种用法。例如，企业架构描述复杂组织内的结构、业务流程和基础设施；硬件架构关注复杂基础设施的技术组件；软件架构则聚焦于不同规模和范围的软件系统。过去，商业环境中的软件架构主要与核心组织使用的软件相关。但随着全球分布式网络和合作伙伴关系的兴起，跨组织的信息系统应运而生，这就需要更复杂的架构，且这些架构通常分布在不同公司、行业和国家。如今，信息系统架构的考量往往不再局限于组织边界，还可能涵盖与外部实体的各种关系。 从更广泛的意义上讲，架构指的是系统的基础元素、这些元素之间的相互关系以及支配系统设计的原则。一个常见的定义来自 ISO/IEC/IEEE 42010 标准，该标准为系统和软件工程实践创建了一个通用的参考框架。在 2011 年版本（2017 年再次确认）中，系统架构被定义为“系统在其环境中的基本概念或属性，体现在其元素、关系以及设计和演化原则中”。信息系统架构描述了应用程序的架构基础，特别是在互联网计算领域。 信息系统架构的考量可能涉及多个利益相关者对同一信息系统的不同视图，这些利益相关者有着根本不同的需求，如开发者、系统架构师、企业架构师和业务代表等。这些视图可以理解为基于不同参与者的感知对信息系统的投影。通常，每个视图都是对信息系统的分析性描述。考虑多个观点可以弥补单一视图中分析分解的不足。因此，可以说所有这些视图的集合是定义整体信息系统架构的最佳方法。然而，通常不可能以客观、统一和详尽的方式定义一个信息系统。 不同的架构视图可以满足利益相关者的不同信息需求。例如，软件开发人员需要了解软件的底层架构及其与相邻系统的接口；IT 和业务经理则需要了解公司应用程序的概况，以便做出投资决策。这种对架构的广泛关注在企业架构管理研究中占据主导地位。 为了使信息系统的架构具体化并能够与其他利益相关者进行沟通，信息系统架构师使用所谓的架构模型。架构模型可以看作是使用现有标准创建的图示，其主要目的是表示信息系统的架构。架构模型是从特定视角和特定目的出发对信息系统架构的表示。架构模型应该以所有相关利益相关者都能理解的方式来表示所考虑的信息系统。最常见的架构模型标准是图形建模语言统一建模语言（UML）。 信息系统架构模型可以服务于多种目的。首先，信息系统架构师需要深入思考信息系统架构，以便设计出能够满足在需求工程阶段已确定的非功能和功能需求的新信息系统。另一方面，架构模型也可以作为记录现有信息系统组件及其相互关系的工具。架构模型有助于理解信息系统及其演化。信息系统架构模型通常为所有参与信息系统的利益相关者提供一种通用语言，使他们能够对信息系统的结构属性进行推理。特别是，信息系统架构模型是促进利益相关者之间就各种物理和虚拟组件之间的复杂依赖关系进行沟通的重要手段。此外，对信息系统架构模型进行推理的另一个目的是，它们可以提供最佳实践和经验教训，这些经验可以在更大范围内重复使用，或者转移到不同的应用场景中。 ## 2. 信息系统架构的原则 无论所考虑的信息系统类型如何，某些原则都可以应用于每个信息系统架构。牢记这些原则很重要，因为它们有助于理解为什么尽管信息系统架构模型表示的是同一个系统，但看起来却可能大不相同。以下介绍 Golden（2013）提出的系统架构的九条原则，并以云计算服务 Dropbox 为例进行说明。 ### 2.1 原则 1：架构对信息系统的边界、输入和输出进行建模 信息系统架构的第一条原则是，所考虑的信息系统被建模为执行特定功能的系统。首先，需要通过其边界来定义信息系统，这意味着信息系统架构师必须明确界定信息系统的边界。信息系统也可以通过某些输入和输出进行定义。最后，信息系统可以有一个内部状态，该状态决定了信息系统执行哪些功能、捕获哪些输入以及提供哪些输出。 例如，云计算服务 Dropbox 是一个信息系统，它接受诸如数据文件和用户配置等输入，并提供从任何设备、任何地点访问文件的能力，以及对存储在 Dropbox 中的文件进行定制访问的输出。该服务的功能包括从连接到互联网的多个设备访问数据或与选定的其他人共享数据。 ### 2.2 原则 2：信息系统可以分解为一组较小的子系统 第二条原则指出，每个信息系统都可以分解为一组相互连接的子系统。所考虑的信息系统是所有这些子系统的总和。反过来，子系统又可以成为架构审查的对象，并可能进一步分解为第二层的另一组子系统，这些子系统共同构成第一层的子系统。值得注意的是，信息系统大多非常复杂，仅考虑其所有子系统的总和并不能全面解释信息系统的整体行为。相反，复杂信息系统不同部分（即子系统）之间的关系导致了该信息系统作为一个整体的集体行为。 例如，Dropbox 可以分为几个子系统，如确保只有授权用户才能访问某些数据文件的认证系统、负责在数据存储前进行加密的加密子系统，以及确保数据可靠存储的存储服务器子系统。然而，仅考虑这些子系统的总和并不能全面解释 Dropbox 的整体行为。信息系统架构师还必须了解这些子系统之间是如何相互交互的。 ### 2.3 原则 3：信息系统可以被视为与其他系统相互作用 没有信息系统是孤立存在的，每个信息系统都会以某种方式与其他各种信息系统进行交互。第三条原则指出，每个信息系统都可以被视为与其他信息系统相互作用。例如，一个信息系统可能会使用另一个信息系统收集的数据，或者为另一个信息系统提供功能。原则 2 描述了系统分解为较小子系统的过程，而原则 3 则指出，单个信息系统组合在一起可能形成更高级别的信息系统。不过，信息系统架构师主要关注特定信息系统与其直接环境中的其他信息系统的连接方式（例如，它从其他系统接收哪些输入，以及必须向其他系统提供哪些输出），并且通常不一定需要完全了解相关信息系统的内部功能。 例如，Dropbox 与终端用户同时使用的各种系统进行交互。这些终端用户系统本身具有高度的异构性，因为它们使用不同的操作系统、设备和屏幕尺寸等。负责的信息系统架构师的任务是识别并考虑这些异构用户系统对 Dropbox 系统架构的不同要求。 ### 2.4 原则 4：信息系统可以从其整个生命周期进行考虑 第四条原则是，信息系统架构师可以从信息系统的整个生命周期来考虑它。信息系统在其生命周期中通常会经历多个阶段，包括设计阶段、开发阶段、测试阶段和运营阶段。根据感兴趣的阶段不同，可以对架构提出不同的要求。 例如，像 Dropbox 这样的云计算服务的架构会不断变化，以满足新的功能和非功能需求。例如，当 Dropb