Математическое обеспечение и администрирование информационных систем

1.1.4. Открытые Системы и объектно-ориентированный  подход

В связи с применением подхода  открытых систем весьма перспективным направлением представляется объектно-ориентированный стиль проектирования и программирования.

Объектно-ориентированное программирование - это относительно новый подход к разработке программных систем. Этот подход строится на следующих основных принципах:

• данные и процедуры объединяются в программные объекты;
• для связи объектов используется механизм посылки сообщения;
• объекты с похожими свойствами объединяются в классы;
• объекты наследуют свойства других объектов через иерархию классов.

Объектно-ориентированные системы  обладают следующими основными свойствами:

• Инкапсуляция (скрытие реализации) - данные и процедуры объекта скрываются от внешнего пользователя, и связь с объектом ограничивается набором сообщений, которые "понимает" объект.
• Полиморфизм (многозначность сообщений) - одинаковые сообщения по-разному понимаются разными объектами, в зависимости от их класса.
• Динамическое (позднее) связывание - значение имени (область памяти для данных или текст программы для процедур) становится известным только во время выполнения программы.
• Абстрактные типы данных - объединение данных и операций для описания новых типов, позволяющие использовать новые типы наравне с уже существующими.
• Наследование - позволяет при создании новых объектов использовать свойства уже существующих объектов, описывая заново только те свойства, которые отличаются.

Заметим, что основные свойства открытых систем хорошо поддерживаются объектно-ориентированным  подходом к реализации системы (см. табл. 1.2). Рассмотрим отдельные аспекты этой поддержки.

 

 

 

 

 

Таблица 1.2.

Сопоставление свойств открытых систем и 
объектно-ориентированных систем программирования

Свойства открытых систем	Дружественность (пользователь)	Мобильность (платформы)	Расширяемость (новые функции и области применения)	Интероперабельность (другие системы, пользователь)
Свойства объектно-ориентированных  систем программирования	Объектное представление предметной области, наиболее удобное человеку. Сочетание всех других свойств при  конструировании пользовательского интерфейса	Инкапсуляция (скрытие реализации)	Наследование, абстрактные типы данных	Полиморфизм, динамическое связывание

 

 

Мобильность 
Инкапсуляция позволяет хорошо скрыть машинно-зависимые части системы, которые должны быть реализованы заново при переходе на другую платформу. При этом гарантируется, что остальная часть системы не потребует изменений. 
При реализации новых машинно-зависимых частей многое может быть взято из уже существующей системы благодаря механизму наследования.

Расширяемость 
Наследование позволяет сэкономить значительные средства при расширении системы, поскольку многое не нужно создавать заново, а некоторые новые компоненты можно получить, лишь слегка изменив старые. Кроме повторного использования, увеличивается также надежность, поскольку используются уже отлаженные компоненты. 
Возможность конструирования абстрактных типов данных для создания новых средств - обеспечивается самим понятием класса, объединяющего похожие объекты с одинаковым набором операций.

Интероперабельность 
Способность системы взаимодействовать с другими системами хорошо поддерживается принципом посылки сообщения и соответствующими понятиями полиморфизма и динамического связывания. В сообщении объекту (возможно удаленному) передается имя действия, которое должно быть им выполнено, и некоторые дополнительные аргументы сообщения. Как это действие выполнять - знает и решает только сам объект - получатель сообщения. От него только требуется выдать в ответ результат. Совершенно очевидно, что разные объекты будут по-разному реагировать на одинаковые сообщения (полиморфизм). Кроме того, очень удобно выбирать способ реализации в последний момент - при ответе на сообщение, в зависимости от текущего состояния системы (динамическое связывание). 
Для того, чтобы разные системы могли обмениваться сообщениями, необходима либо единая трактовка всех типов данных, в том числе абстрактных, либо индивидуальная процедура преобразования сообщения для каждой пары неодинаковых взаимодействующих систем. Простота понятия абстрактных типов данных в объектно-ориентированных системах существенно облегчает разработку такой процедуры.

Дружественность 
Удобство взаимодействия человека с системой требует от последней наличия всех трех вышеуказанных качеств. Мобильность необходима ввиду быстрой смены старых и появления новых устройств, в частности, средств мультимедиа. Расширяемость требуется для разработки программной поддержки новых парадигм общения человека с машиной. Интероперабельность просто рассматривает человека как другую систему, с которой открытая система должна уметь взаимодействовать.

1.1.5. Стандарты Открытых Систем

В настоящее время в мире существует несколько авторитетных сообществ, занимающихся выработкой стандартов открытых систем. Однако исторически и, по-видимому, до сих пор наиболее важной деятельностью в этой области является деятельность комитетов POSIX. В этом разделе мы приведем краткий обзор этой деятельности.

Первая рабочая группа POSIX (Portable Operating System Interface) была образована в IEEE в 1985 г. на основе UNIX-ориентированного комитета по стандартизации /usr/group (ныне UniForum). Отсюда видна первоначальная направленность работы POSIX на стандартизацию интерфейсов ОС UNIX. Однако постепенно тематика работы рабочих групп POSIX (а со временем их стало несколько) расширилась настолько, что стало возможным говорить не о стандартной ОС UNIX, а о POSIX-совместимых операционных средах, имея в виду любую операционную среду, интерфейсы которых соответствуют спецификациям POSIX.

Сейчас функционируют и регулярно  выпускают документы следующие рабочие группы POSIX.

POSIX 1003.0. Рабочая группа, выпускающая  "Руководство по POSIX-совместимым  средам Открытых Систем". Это  руководство содержит сводную  информацию о работе и текущем  состоянии документов всех других  рабочих групп POSIX, а также других тематически связанных организаций, связанных со стандартизацией интерфейсов Открытых Систем.

POSIX 1003.1. Интерфейсы системного  уровня и их привязка к языку  Си. В документах этой рабочей  группы определяются обязательные  интерфейсы между прикладной программой и операционной системой. С выпуска первой версии этого документа началась работа POSIX, и он в наибольшей степени связан с ОС UNIX, хотя в настоящее время интерфейсы 1003.1 поддерживаются в любой операционной среде, претендующей на соответствие принципам Открытых Систем. Заметим, что несмотря на очевидную важность 1003.1, в документе отсутствуют спецификации многих важных интерфейсов, в частности, интерфейсы системных вызовов, обеспечивающих межпроцессные взаимодействия.

POSIX 1003.2. Shell и утилиты. Рабочая группа специфицирует стандартный командный язык shell, основанный главным образом на Bourne shell, но включающий некоторые черты Korn shell. Кроме того, в документах этой рабочей группы специфицировано около 80 утилит, которые можно вызывать из процедур shell или прямо из прикладных программ. В документах серии 1003.2a описываются дополнительные средства, позволяющие пользователям работать с системой с помощью только ASCII-терминалов.

POSIX 1003.3. Общие методы проверки  совместимости с POSIX. Целью рабочей группы является разработка методологии проверки соответствия реализаций стандартам POSIX. Документы рабочей группы используются в различных организациях при разработке тестовых наборов.

POSIX 1003.4. Средства, предоставляемые  системой для прикладных программ реального времени. В соответствии с определением 1003.4, системой реального времени считается система, обеспечивающая предсказуемое и ограниченное время реакции. Работа ведется в трех секциях: файловые системы реального времени, согласованные многопотоковые (multithread) архитектуры, а также в секции, занимающейся такими вопросами, как семафоры и сигналы.

POSIX 1003.5. Привязка языка Ада к  стандартам POSIX. В документах этой  рабочей группы определяются  правила привязки программ, написанных на языке Ада, к системным средствам, определенным в POSIX 1003.1.

POSIX 1003.6. Расширения POSIX, связанные  с безопасностью. Разрабатываемый  набор стандартов базируется  на критериях министерства обороны  США и будет определять безопасную  среду POSIX.

POSIX 1003.7. Расширения, связанные с  администрированием системы. Стандарт, разрабатываемый рабочей группой,  будет определять общий интерфейс  системного администрирования, в  частности, разнородных сетей.  Отправной точкой является модель OSI.

POSIX 1003.8. Прозрачный доступ к файлам. Будут обеспечены интерфейсы и семантика прозрачного доступа к файлам, распределенным в сети. Работа основывается на анализе существующих механизмов: NFS, RFS, AFS и FTAM.

POSIX 1003.9. Привязка языка Фортран.  Определяются правила привязки прикладных программ, написанных на языке Фортран, к основным системным средствам.

POSIX 1003.10. Общие черты прикладной  среды суперкомпьютеров (Application Environment Profile - AEP).

POSIX 1003.11. Общие черты прикладной среды обработки транзакций (On-line Transaction Processing Application Environment - OLTP).

POSIX 1003.12. Независимые от протоколов  коммуникационные интерфейсы. Разрабатываются  два стандартных набора интерфейсов  для независимых от сетевых  протоколов коммуникаций "процесс-процесс". Результаты должны обеспечивать единообразную работу с TCP/IP, OSI и другими системами коммуникаций.

POSIX 1003.13. Общие черты прикладных  сред реального времени. POSIX 1003.14. Общие черты прикладных сред  мультипроцессоров. Помимо прочего,  должны быть предложены соответствующие расширения стандартов других рабочих групп.

POSIX 1003.15. Расширения, связанные с  пакетной обработкой. Определяются  интерфейсы пользователя и администратора  и сетевые протоколы для пакетной  обработки.

POSIX 1003.16. Привязка языка Си. Задача проекта, выполняемого реально рабочей группой 1003.1, состоит в выработке правил привязки международного стандарта языка Си (ISO 9989) к независимым от языка интерфейсам, определяемым POSIX 1003.1-1990 (ISO 9945-1).

POSIX 1003.17. Справочные услуги и пространство имен. Задачей рабочей группы является анализ и выработка рекомендаций по работе со справочниками и пространством имен в контексте X.500.

POSIX 1003.18. Общие черты среды POSIX-платформы.  В одном документе должны быть  специфицированы основные характеристики интерактивной многопользовательской прикладной платформы, соответствующей стандартам POSIX. Работа выполняется группой 1003.1.

1.1.6. Профили стандартов Открытых  Систем

Интеграция компонентов в открытой системе должна следовать профилям стандартов на интерфейсы этих компонент.

Профиль составляют набор согласованных  стандартов интерфейсов компонентов  на каждом уровне системы (как было показано выше на примере системы  обработки данных) и обеспечивают их совместимость.

Для определенности рассмотрения интерфейсов компонент и проведения необходимых анализов их реализуемости можно использовать модель среды открытых систем MUSIC, разработанную центральным агентством по компьютерам и телекоммуникациям (ССТА) Великобритании. Эта модель используется в руководстве фирмы Digital Equipment по построению открытых систем. Модель MUSIC содержит пять групп компонентов, из которых строятся открытые системы:

• управление (Management) - функции системной администрации, безопасности, управления ресурсами, конфигурацией, сетевое управление;
• пользовательский интерфейс (User Interface) - интерфейс пользователя с прикладными программами и со средой разработки приложений;
• системные интерфейсы для программ (Service Interface for Programs) - интерфейсы между прикладными программами и между прикладными программами и операционной системой, в частности API (Application Programs Interface);
• форматы информации и данных;
• интерфейсы коммуникаций.

Европейская рабочая группа по открытым системам (EWOS) предложила шесть профилей стандартов составляющих среды открытых систем:

• среда рабочих станций,
• среда серверов процессов,
• среда серверов данных,
• среда транзакций,
• среда реального времени,
• среда суперкомпьютеров.

Кроме указанного набора профилей по классам аппаратно-программных средств существует необходимость формирования вертикальных профилей открытых систем, ориентированных на проблемно-ориентированные области применения. В качестве таких первоочередных областей применения открытых систем в России можно назвать:

• интегрированные производственные системы,
• информационные системы (системы информационного обслуживания) с удаленным доступом к ресурсам,
• системы автоматизации учреждений,
• системы автоматизации банков,
• системы автоматизации научных исследований,
• системы передачи данных.

1.1.7. Заключение

Подход открытых систем обеспечивает слишком много преимуществ, чтобы  можно было игнорировать его в  России. Однако до сих пор все, что  делается по этому поводу, основывается главным образом на энтузиазме. Просматриваются, как минимум, два необходимых и безотлагательных действия.