2014-02-24
1745
Содержание лекции: обзор современных технологий программирования; разработка сложных программных систем.
Цель лекции: получить представление о технологиях COM, CORBA, CASE; выявить проблемы разработки сложных систем; рассмотреть блочно-иерархический подход к их созданию.
Среди современных технологий программирования по праву считаются лидерами технологии COM, CORBA и CASE.
Технология СОМ фирмы Microsoft является развитием технологии OLE I (Object Linking and Embedding - связывание и внедрение объектов), которая использовалась в ранних версиях Windows для создания составных документов. Она определяет общую концепцию взаимодействия программ любых типов(библиотек, приложений, операционной системы), т. е. позволяет одной части программного обеспечения использовать функции (службы),предоставляемые другой (рисунок А3). Модификация СОМ, обеспечивающая передачу вызовов между компьютерами, называется DCOM (Distributed COM - распределенная СОМ). Приложение предоставляет свои службы, используя специальные объекты - объекты СОМ (экземпляры классовСОМ). Объект СОМ включает поля и методы, но в отличие от обычных, каждый объект СОМ может реализовывать несколько интерфейсов, обеспечивающих доступ к его полям и функциям за счет организации отдельной таблицы адресов методов для каждого интерфейса. Классы СОМ поддерживают наследование интерфейсов, но не поддерживают наследования реализации, т. е. не наследуют код методов. Объект всегда функционирует в составе сервера - динамической библиотеки или исполняемого файла, которые обеспечивают функционирование объекта. Различают три типа серверов: внутренний, локальный и удаленный (например, MS Word является локальным сервером). Для обращения к службам клиент должен получить указатель на соответствующий интерфейс. Взаимодействие клиента и сервера обеспечивается базовыми механизмами СОМ или DCOM, поэтому клиенту безразлично местонахождение объекта. При использовании локальных и удаленных серверов в адресном пространстве клиента создается proxy-объект - заместитель объекта СОМ, а в адресном пространстве сервера СОМ-заглушка, соответствующая клиенту. Получив задание от клиента, заместитель упаковывает его параметры и, используя службы операционной системы, передает вызов заглушке. Заглушка распаковывает задание и передает его объекту СОМ. Результат возвращается клиенту в обратном порядке. На базе технологии СОМ и ее распределенной версии DCOM были разработаны компонентные технологии, решающие различные задачи разработки программного обеспечения [1]. К технологиям, реализующим компонентный подход, заложенный в СОМ, относятся:
|
|
|
а) OLE-automation - технология создания программируемых приложений, обеспечивающая программируемый доступ к их внутренним службам (например, MS Excel поддерживает ее, предоставляя другим приложениям свои службы);
|
|
|
б) ActiveX - технология, построенная на базе OLE-automation и предназначенная для создания как сосредоточенного на одном компьютере программного обеспечения, так и распределенного в сети. Предполагает использование визуального программирования для создания компонентов - элементов управления ActiveX, которые устанавливаются на компьютер дистанционно с удаленного сервера и применяются в клиентских частях приложений Интернет. Преимуществами технологии ActiveX являются: быстрое написание кода; открытость и мобильность; возможность написания приложений с использованием знакомых средств разработки (Visual Basic, Visual C++, Borland Delphi, Borland C++, Java); большое количество существующих бесплатных программных элементов ActiveX; стандартность;
в) MTS (Microsoft Transaction Server - сервер управления транзакциями) - технология, обеспечивающая безопасность и стабильную работу распределенных приложений при больших объемах передаваемых данных;
г) MIDAS (Multitier Distributed Application Server - сервер многозвенных распределенных приложений) - технология, организующая доступ к данным разных компьютеров с учетом балансировки нагрузки сети.
Технология CORBA, разработанная группой компаний OMG (Object Management Group - группа внедрения объектной технологии программирования), реализует подход аналогичный СОМ, на базе объектов и интерфейсов CORBA. Программное ядро CORBA реализовано для всех основных аппаратных и программных платформ, и потому технологию можно использовать для создания распределенного программного обеспечения в разнородной вычислительной среде. Организация взаимодействия между объектами клиента и сервера в CORBA осуществляется с помощью посредника (VisiBroker) и специализированного программного обеспечения.
Отличительной особенностью современного этапа развития технологии программирования, кроме изменения подхода, является создание и внедрение автоматизированных технологий разработки и сопровождения программного обеспечения, которые были названы CASE-технологиями (Computer-Aided Software/System Engineering - разработка программного обеспечения/программных систем с использованием компьютерной поддержки). Без средств автоматизации разработка достаточно сложного программного обеспечения на настоящий момент становится трудно осуществимой: память человека уже не в состоянии фиксировать все детали, которые необходимо учитывать при разработке программного обеспечения. CASE-технологии поддерживают как структурный, так и объектный (компонентный) подходы к программированию [5].
Большинство современных программных систем являются достаточно сложными. Эта сложность обуславливается многими причинами, главной из которых является логическая сложность решаемыхими задач. Раньше компьютеры применяли в очень узких областях науки и техники, в первую очередь там, где задачи были хорошо детерминированы и требовали значительных вычислений. Сейчас, когда созданы мощные компьютерные сети, появилась возможность переложить на них решение сложных ресурсоемких задач, о компьютеризации которых раньше не задумывались. В процесс компьютеризации вовлекаются новые предметные области, а для освоенных областей усложняются уже сложившиеся постановки задач. Сложность разработки программных систем увеличивается за счет сложности формального определения требований к этим системам, отсутствия удовлетворительных средств описания поведения дискретных систем с большим числом состояний при недетерминированной последовательности входных воздействий, коллективной разработки, необходимости увеличения степени повторяемости кодов. Однако все эти факторы напрямую связаны со сложностью объекта разработки - программной системы [4].
|
|
|
Подавляющее большинство сложных систем, как в природе, так и в технике имеет иерархическую внутреннюю структуру. Связи элементов сложных систем различны как по типу, так и по силе, что и позволяет рассматривать эти системы как некоторую совокупность взаимозависимых подсистем. Внутренние связи элементов таких подсистем сильнее, чем связи между подсистемами. Например, компьютер состоит из процессора, памяти и внешних устройств, а Солнечная система включает Солнце и планеты, вращающиеся вокруг него. Используя то же различие связей, каждую подсистему можно аналогично разделить на подсистемы до «элементарного» уровня, причем выбор уровня, компоненты которого следует считать элементарными, остается за исследователем. На элементарном уровне система, состоит из немногих типов подсистем, по-разному скомбинированных и организованных. Иерархии такого типа получили название «целое-часть».
В природе существует еще один вид иерархии - иерархия «простое-сложное» или иерархия развития (усложнения) систем в процессе эволюции. В этой иерархии любая функционирующая система является результатом развития более простой системы. Именно этот вид иерархии реализуется механизмом наследования объектно-ориентированного программирования.
Будучи отражением природных и технических систем, программные системы являются иерархическими и обладают описанными выше свойствами. На этих свойствах иерархических систем строится блочно-иерархический подход к их исследованию или созданию, предполагающий сначала создание частей объекта (блоков и модулей), а затем сборку из них самого объекта.
Процесс разбиения сложного объекта на сравнительно независимые части получил название декомпозиции. При декомпозиции учитывают, что связи между отдельными частями должны быть слабее, чем связи элементов внутри частей. Чтобы из полученных частей можно было собрать разрабатываемый объект, в процессе декомпозиции необходимо определить все виды связей частей между собой. При создании сложных объектов процесс декомпозиции выполняется многократно: каждый блок, в свою очередь, декомпозируют на части, пока не получают блоки, которые сравнительно легко разработать. Этот метод разработки получил название пошаговой детализации. В процессе декомпозиции стараются выделить аналогичные блоки, которые можно было бы разрабатывать на общей основе. Таким образом, обеспечивают увеличение степени повторяемости кодов и, соответственно, снижение стоимости разработки. Результат декомпозиции обычно представляют в виде схемы иерархии, на нижнем уровне которой располагают сравнительно простые блоки, а на верхнем - объект, подлежащий разработке. На каждом иерархическом уровне описание блоков выполняют с определенной степенью детализации, абстрагируясь от несущественных деталей. Как правило, для объекта в целом, удается сформулировать лишь общие требования, а блоки нижнего уровня должны быть специфицированы таким образом, чтобы из них действительно можно было собрать работающий объект. Другими словами, чем больше блок, тем более абстрактным должно быть его описание(рисунок А.4). При соблюдении этого принципа разработчик сохраняет возможность осмысления проекта и принимает наиболее правильные решения на каждом этапе, что называют локальной оптимизацией (в отличие от глобальной оптимизации характеристик объектов, которая для действительно сложных объектов не всегда возможна).
|
|
|
Итак, в основе блочно-иерархического подхода лежат иерархическое упорядочение и декомпозиция. Важную роль играют следующие принципы:
а) непротиворечивость - контроль согласованности элементов;
б) полнота - контроль на присутствие лишних элементов;
в) формализация - строгость методического подхода;
г) повторяемость - необходимость выделения одинаковых блоков для
удешевления и ускорения разработки;
д) локальная оптимизация - оптимизация в пределах уровня иерархии.
Совокупность языков моделей, постановок задач, методов описаний некоторого иерархического уровня принято называть уровнем проектирования. Различные взгляды на объект проектирования принято называть аспектами проектирования. Достоинства блочно-иерархического подхода: возможность создания сложных систем; упрощение проверки работоспособности отдельных блоков и системы в целом; обеспечение возможности модернизации систем. Использование блочно-иерархического подхода применительно к программным системам стало возможным только после конкретизации общих положений подхода и внесения изменений в процесс проектирования. При этом структурный подход учитывает только свойства иерархии «целое-часть», а объектный дополнительно использует свойства иерархии «простое-сложное».
Дополнительную информацию по теме можно получить в [1, 4, 5, 10].
