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The top layer is where the applications reside. The Local Availability Manager and the Internal Time
Synchronization programs are application-level system services. The Local Availability Manager is
responsible for managing the initiation, termination, and availability of the application programs. It
communicates with each address space on its own processor to control its operation and check its status.
It also communicates with the Local Availability Manager on the other processors within its sector suite to
manage the availability of suite functions, including switching from a primary to a backup copy of an
application program when appropriate. The Local Availability Manager communicates with the Global
Availability Management application that resides on the M&C consoles to report status and to accept
control commands. The Internal Time Synchronization program synchronizes the processor's clock with
that of the other ISSS processors, which is crucial to the operation of the availability management
functions. (See the fault tolerance view, in Figure 6.9
.)
Figure 6.9. ISSS component-and-connector view for fault tolerance
A NEW VIEW: FAULT TOLERANCE
As we said, the views listed in Chapter 2
are not exhaustive. In fact, there is no exhaustive list of views
that constitute the complete software architecture for all systems or for any system. A welcome trend in
software architecture is the recognition of the importance of architecture in achieving quality attributes,
and therefore the importance of explicitly stating the quality attributes that the architecture is to provide.
Toward this end, architects often produce views that show how the architecture achieves a particular
quality attribute: a security view, for example. For runtime qualities, these views are in the component-
and-connector category, showing runtime element interactions. For non-runtime qualities, these views are
in the module category, showing how the implementation units are designed to achieve (for example)
modifiability.
The high availability requirements for ISSS elevated fault tolerance to an important role in the design of
the system. For one thing, a cold system restart in the event of a failure was out of the question.
Immediate (or at least rapid) switchover to a component on standby seemed the best approach. As design
progressed and this idea became clearer, a new architectural structure emerged: the fault-tolerant
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hierarchy (Figure 6.9
). This structure describes how faults are detected and isolated and how the system
recovers. Whereas the PAS/SAS scheme traps and recovers from errors that are confined within a single
application, the fault-tolerant hierarchy is designed to trap and recover from errors that are the result of
cross-application interaction.
The ISSS fault-tolerant hierarchy provides various levels of fault detection and recovery. Each level
asynchronously
Detects errors in self, peers, and lower levels.
Handles exceptions from lower levels.
Diagnoses, recovers, reports, or raises exceptions.
Each level is meant to produce another increment in system availability above that produced by the lower
levels. The levels are as follows:
Physical (network, processor, and I/O devices)
Operating system
Runtime environment
Application
Local availability
Group availability
Global availability
System monitor and control
Fault detection and isolation are performed at each level in the hierarchy. Fault detection is by built-in
tests, event time-outs, network circuit tests, group membership protocol, and, as a last resort, human
reaction to alarms and indicators.
Fault recovery is performed at each level in the software hierarchy and can be automatic or manual. For
the Local, Group, and Global Availability managers, the recovery methods are table driven. In a PAS,
there are four types of recovery from failure. The type of recovery used depends on the current
operational status and is determined by the Local Availability Manager using decision tables, as follows:
In a switchover, the SAS takes over almost immediately from its PAS.
A warm restart uses checkpoint data (written to nonvolatile memory).
A cold restart uses default data and loses state history.
A cutover is used to transition to new (or old) logic or adaptation data.
Redundancy is provided by network hardware (LCN, BCN, and associated bridges), processor hardware
(up to four processors per processor group, redundant recording), and software (multiple address spaces
per operational unit).
In addition to the availability tactics already seen with the process view, the fault tolerance view adds
"ping/echo" and "heartbeat" as ways to detect failures, 
exception
to percolate errors to the appropriate
place for correction, and 
spare
to perform recovery.
RELATING THE VIEWS TO EACH OTHER
During the preceding discussion, the elements in one view made "guest appearances" in other views.
Although views form the backbone of understanding a system, deeper insight is often gained by
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examining the relations the views have to each other and, in particular, from examining mappings from
view to view. This imparts a more holistic view of the architecture.
In ISSS, CSCIs are elements in the module decomposition view. They are composed of applications,
which in turn are elements in the process view and the client-server view. Applications are implemented
as Ada programs and packages, shown in the code view, which in turn map to threads, which are
elements in the concurrency view (not shown). The layered view describes the functionality assigned to
the modules in the decomposition view in a way that shows what they are allowed to use. Finally, a
specialized view focusing on the achievement of a particular runtime quality attribute—the fault tolerance
view—uses the elements of the process, layer, and module views.
Chapter 9
, which covers how to document a software architecture, will prescribe a special place in the
documentation package for capturing view relationships. For ISSS, that mapping would include tables
that list the elements from the various views and show how they correspond to each other as described
above.
ADAPTATION DATA
ISSS makes extensive use of the modifiability tactic of "configuration files," which it calls adaptation data.
Site-specific adaptation data tailors the ISSS system across the 22 en route centers in which it was
planned to be deployed, and so-called preset adaptation data tailors the software to changes that arise
during development and deployment but which do not represent site-specific differences. Adaptation data
represents an elegant and crucial shortcut to modifying the system in the face of site-specific
requirements, user-or center-specific preferences, configuration changes, requirements changes, and
other aspects of the software that might be expected to vary over time and across deployment sites. In
effect, the software has been designed to read its operating parameters and behavioral specifications
from input data; it is therefore completely general with respect to the set of behaviors that can be
represented in that data (reflecting the "generalize the module" tactic). For example, a requirements
change to split the data in one ATC window view into two separate windows—a nontrivial change in many
systems—could be accomplished by changing the adaptation data and a few lines of code.
The negative side is that adaptation data presents a complicated mechanism to maintainers. For example,
although it is trivial (from an operational point of view) to add new commands or command syntax to the
system, the implementation of this flexibility is in fact a complicated interpretive language all its own. Also,
complicated interactions may occur between various pieces of adaptation data, which could affect
correctness, and there are no automated or semiautomated mechanisms in place to guard against the
effects of such inconsistencies. Finally, adaptation data significantly increases the state space within
which the operational software must correctly perform, and this has broad implications for system testing.
REFINING THE "ABSTRACT COMMON SERVICES" TACTIC: CODE TEMPLATES FOR
APPLICATIONS
Recall that the primary–secondary address space scheme described earlier relies on redundancy to
achieve fault tolerance: Copies of the software are stored on different processors. While the primary copy
is executing, it sends state information from time to time to all of the secondary copies so that they can
take up execution when called on. The implementation plan for these copies called for both to come from
true copies of the same 
source code
. Even though the primary and secondary copies are never doing the
same thing at the same time (the primary is performing its duty and sending state updates to its backups,
and the secondaries are waiting to leap into action and accepting state updates), both programs come
from identical copies of the same source code. To accomplish this, the contractor developed a standard
code template for each application; the template is illustrated in Figure 6.10
.
The structure is a continuous loop that services incoming events. If the event is one that causes the
application to take a normal (non-fault-tolerant-related) action, it carries out the appropriate action,
followed by an update of its backup counterparts' data so that the counterpart can take over if necessary.
Most applications process between 50 and 100 normal events. Other events involve the transfer
(transmission and reception) of state and data updates. The last set of events involves both the
announcement that this unit has become the primary address space and requests from clients for
services that the former (now failed) primary address space did not complete.
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C# Imaging - C# Code 93 Generator Tutorial
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services that the former (now failed) primary address space did not complete.
This template has architectural implications: It makes it simple to add new applications to the system with
a minimum of concern for the actual workings of the fault-tolerant mechanisms designed into the
approach. Coders and maintainers of applications do not need to know about message-handling
mechanisms except abstractly, and they do not need to ensure that their applications are fault tolerant
—that has been handled at a higher (architectural) level of design.
Code templates represent a refinement of the "abstract common services" tactic; the part of each
application that is common is instantiated in the template. This tactic is related to several other tactics for
modifiability. It reflects an "anticipation of expected changes" in the parts it leaves variable and it gives the
processes a "semantic coherence," because they all do the same thing when viewed abstractly. The
template lets programmers concentrate on the details of their application, leading to "generalizing the
module." And by making the interfaces and protocols part of the template, they "maintain interface
stability" and achieve "adherence to defined protocols."
Figure 6.10 Code structure template for fault-tolerant ISSS applications
terminate:= false
initialize application/application protocols
ask for current state (image request)
Loop
Get_event
Case Event_Type is
-- "normal" (non-fault-tolerant-related) requests to perform actions;
-- only happens if this unit is the current primary address space
when X=> Process X
Send state data updates to other address spaces
when Y=>Process Y
Send state data updates to other address spaces
...
when Terminate_Directive => clean up resources; terminate := true
when State_Data_Update => apply to state data
-- will only happen if this unit is a secondary address space, receiving
-- the update from the primary after it has completed a "normal" action
-- sending, receiving state data
when Image_Request => send current state data to new address space
when State_Data_Image => Initialize state data
when Switch_Directive => notify service packages of change in rank
-- these are requests that come in after a PAS/SAS switchover; they
-- report services that they had requested from the old (failed) PAS
-- which this unit (now the PAS) must complete. A,B, etc. are the names
-- of the clients.
when Recon_from_A=>reconstitute A
when Recon_from_B=>reconstitute B
...
when others=>log error
end case
exit when terminate
end loop
Table 6.1
summarizes the approaches and tactics by which the ISSS software architecture met its quality
goals.
Table 6.1. How the ATC System Achieves Its Quality Goals
Goal
How Achieved
Tactic(s) Used
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VB.NET Image: VB.NET Codes to Load Images from File / Stream in .
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and whether to burn it to the pictures to make Please feel free to copy them to your program provide powerful & profession imaging controls, PDF document, tiff
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High
Availability
Hardware redundancy (both
processor and network);
software redundancy (layered
fault detection and recovery)
State resynchronization; shadowing; active
redundancy; removal from service; limit exposure;
ping/echo; heartbeat; exception; spare
High
Performance
Distributed multiprocessors;
front-end schedulability
analysis, and network modeling
Introduce concurrency
Openness
Interface wrapping and layering Abstract common services; maintain interface stability
Modifiability
Templates and table-driven
adaptation data; careful
assignment of module
responsbilities; strict use of
specified interfaces
Abstract common services; semantic coherence;
maintain interface stability; anticipate expected
changes; generalize the module; component
replacement; adherence to defined procotols;
configuration files
Ability to Field
Subsets
Appropriate separation of
concerns
Abstract common services
Interoperability Client-server division of
functionality and message-
based communications
Adherence to defined protocols; maintain interface
stability
[ Team LiB ]
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C# Imaging - C# MSI Plessey Barcode Tutorial
Create high-quality MSI Plessey bar code pictures for almost Copy C#.NET code below to print an MSI a document file, like Word, Excel, PowerPoint, PDF and TIFF
cut picture pdf; extract images from pdf files without using copy and paste
C# Imaging - Scan RM4SCC Barcode in C#.NET
detect & decode RM4SCC barcode from scanned documents and pictures in your Decode RM4SCC from documents (PDF, Word, Excel and PPT) and extract barcode value as
how to copy a pdf image into a word document; copy image from pdf
[ Team LiB ]
6.4 Summary
Like all of the case studies in this book, ISSS illustrates how architectural solutions can be the key to
achieving the needs of an application. Table 6.1
summarized the key approaches used. Because of its
projected long life, high cost, large size, important function, and high visibility, ISSS was subject to
extraordinary change pressures over and above its demanding operational requirements. Human
–computer interfaces, new hardware, new commercial components, operating system and network
upgrades, and capacity increases were not just likely but foregone conclusions. The architecture, by
using a wide range of fault tolerance mechanisms (and code templates), including hardware and software
redundancy and layered fault detection, and by using distributed multiprocess computing with client-
server message passing, was able to satisfy its complex, wide-ranging operational requirements.
A footnote to our story is the intensive software audit that was carried out on the ISSS architecture by a
blue-ribbon panel of experts when the U.S. government was considering abandoning ISSS in favor of a
simpler, less expensive solution. The audit assessed the architecture's ability to deliver the required
performance and availability and included modifiability exercises that walked through several change
scenarios, including the following:
Making major modifications to the M&C position's human–computer interface
Importing third-party-developed air traffic applications into the ISSS system
Adding new ATC views to the system
Replacing the RS/6000 processors with a chip of similar capability
Deleting electronic flight strips from the requirements
Increasing the system's maximum capacity of flight tracks by 50 percent
In every case, the audit found that the ISSS software architecture had been designed so that the
modifications would be straightforward and, in some cases, almost trivial. This is a tribute to its careful
design and its explicit consideration of quality attributes and the architectural tactics to achieve them.
[ Team LiB ]
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C# Imaging - Scan ISBN Barcode in C#.NET
which can be used to track images, pictures and documents BarcodeType.ISBN); // read barcode from PDF page Barcode from PowerPoint slide, you can copy demo code
copy images from pdf to word; how to paste a picture into a pdf document
VB.NET Image: Easy to Create Ellipse Annotation with VB.NET
ellipse annotation to document files, like PDF & Word ellipse annotation on documents, images & pictures using VB in Visual Studio, you can copy the following
paste image in pdf preview; pasting image into pdf
[ Team LiB ]
6.5 For Further Reading
The saga of the FAA's attempts to upgrade its air traffic control software has been written about
extensively; for example, by [Gibbs 94
]. The effort to audit the ISSS system for salvageability was
reported by [Brown 95
]. In these papers, maintainability is treated as a dual quality related not only to the
properties of the system but also to the capabilities of the organization slated to perform the maintenance.
This important aspect of maintainability—the necessary fit between the maintenance that a system needs
and the maintenance that an organization is prepared to provide for it—is not usually discussed.
[ Team LiB ]
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[ Team LiB ]
6.6 Discussion Questions
1: High availability was a main impetus behind the architecture presented in this chapter. How were
other quality attributes, such as performance, affected by this requirement? How might the
architecture change if this requirement were removed?
2: How many architectural patterns can you recognize in the architecture for ISSS?
3: Construct quality attribute scenarios, as described in Chapter 4
, for as many of the requirements
given in Section 6.2
as you can. Where necessary information is missing, propose reasonable
substitutions.
[ Team LiB ]
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[ Team LiB ]
Chapter 7. Designing the Architecture
with Felix Bachmann
We have observed two traits common to virtually all of the successful object-oriented
systems we have encountered, and noticeably absent from the ones that we count as
failures: the existence of a strong architectural vision and the application of a well-managed
iterative and incremental development cycle.
—Grady Booch [Stikeleather 96]
Up to this point, we have laid the foundations for creating an architecture by presenting a broad set of
basic concepts and principles, principally the business aspects of architecture (Chapter 1
), architectural
views and structures (Chapter 2
), quality attributes (Chapter 4
), and architectural tactics and patterns for
achieving them (Chapter 5
). Chapters 3
and 6
presented case studies to cement the concepts presented
so far.
We now turn our attention to the design of an architecture and what you can do as it starts to come into
being. This chapter will cover four topics:
Architecture in the life cycle
Designing the architecture
Forming the team structure and its relationship to the architecture
Creating a skeletal system
[ Team LiB ]
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[ Team LiB ]
7.1 Architecture in the Life Cycle
Any organization that embraces architecture as a foundation for its software development processes
needs to understand its place in the life cycle. Several life-cycle models exist in the literature, but one that
puts architecture squarely in the middle of things is the Evolutionary Delivery Life Cycle model shown in
Figure 7.1
. The intent of this model is to get user and customer feedback and iterate through several
releases before the final release. The model also allows the adding of functionality with each iteration and
the delivery of a limited version once a sufficient set of features has been developed. (For more about
this life-cycle model, see For Further Reading.)
Figure 7.1. Evolutionary Delivery Life Cycle
WHEN CAN I BEGIN DESIGNING?
The life-cycle model shows the design of the architecture as iterating with preliminary requirements
analysis. Clearly, you cannot begin the design until you have some idea of the system requirements. On
the other hand, it does not take many requirements in order for design to begin.
An architecture is "shaped" by some collection of functional, quality, and business requirements. We call
these shaping requirements 
architectural drivers
and we see examples of them in our case studies. The
architecture of the A-7E discussed in Chapter 3
is shaped by its modifiability and performance
requirements. The architecture for the air traffic control system discussed in Chapter 6
is shaped by its
availability requirements. In the flight simulator software presented in Chapter 8
, we will see an
architecture shaped by performance and modifiability requirements. And so on.
To determine the architectural drivers, identify the highest priority business goals. There should be
relatively few of these. Turn these business goals into quality scenarios or use cases. From this list,
choose the ones that will have the most impact on the architecture. These are the architectural drivers,
and there should be fewer than ten. The Architecture Tradeoff Analysis Method of Chapter 11
uses a
utility tree
to help turn the business drivers into quality scenarios.
Once the architectural drivers are known, the architectural design can begin. The requirements analysis
process will then be influenced by the questions generated during architectural design—one of the
reverse-direction arrows shown in Figure 7.1
.
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Addison Wesley : Software Architecture in Practice, Second Edition
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