5.1.4. Компонентне програмування - Основи програмної інженерії

^ 5.1.4. Компонентне програмування

За оцінками експертів в інформаційному світі 75 % напрацювань із програ­мування дублюються (наприклад, програми складського обліку, нарахування зарплати, розрахунку витрат на виробництво продукції і т.п.). Більшість з цих про­грам типові, але кожного разу знаходяться особливості ПрО, що призводять до їх повторної розробки.

Компонентне програмування дозволяє уникнути цих проблем. Воно є пода­льшим розвитком ООП, заснованим на повторному використанні, специфікації компонентів і їхніх інтерфейсів, композиції та конфігурації компонентів. Зв'язки між компонентами містять у собі підтипи й еквівалентність, а об'єктні зв'язки — класи і суперклас. Сформульовано багато визначень поняття «компонент». Наве­демо одне з них.

Під компонентом розуміють самостійний продукт, що підтримує об'єктну парадигму, реалізує окрему предметну область і може взаємодіяти з іншими ком­понентами через інтерфейси.

Об'єкти розглядаються на логічному рівні проектування ПС, а компоненти - це безпосередня фізична, тобто програмна реалізація об'єктів. Співвідношення між об'єктами і компонентами неоднозначне. Один компонент може бути реалізацією декількох об'єктів або навіть деякої частини об'єктної системи, отриманої на рівні проектування. Зворотне співвідношення, тобто компонент - об'єкт, як правило, не виконується [8-13].

Перехід до компонентів відбувався еволюційно (табл.5.1.) від підпрограм, модулів і функцій.


Таблиця 5.1.

Схема еволюції повторних елементів компонентного типу

^ Елемент композиції

Опис елемента

Схема взаємодії

Форма збереження

Результат композиції

^ Процедура, підпрограма, функція

Ідентифікатор

Безпосереднє звертання, оператор виклику

Бібліотеки

підпрограмі

функцій

Програма на мові програ­мування

Модуль

Паспорт

модуля,

зв'язки

Виклик модулів, інтеграція модулів

Банк, бібліотеки модулів

Програма з модульною структурою

Об'єкт

Опис класу

Створення екземплярів класів, методів

Бібліотеки класів

Об'ектно-орієнтована

програма

Компонент

Опис логіки, інтерфейсів (АРІ, IDL), розгорнення

Вилучений виклик у компонентних моделях систем (COM, CORBA, OSF, JAVA, ...)

Репозитарій

компонентів,

сервери,

контейнери

компонентів

Розподілена

компонентно-

орієнтована

програмна

система

Сервіс

Опис логіки і інтерфейсів (XML,WSDL..)

Віддалений виклик (RPC, HTTP,INVOKE» SOAP, ...)

Індексація і каталогізація сервісів (XML, UDDI, ...)

Розподілене сервісо-орієнговане застосування


При цьому удосконалилися елементи, методи їхньої композиції і накопичення для подальшого використання.

Компоненти конструюються самостійно, як деяка абстракція, що містить у собі інформаційну частину й артефакт (специфікація, код, каркас і ін.).

В інформаційній частині задаються відомості: призначення, дата виготовлен­ня, умови застосування (ОС, середовище, платформа і т.п.).

Артефакт - це реалізація (implementation), інтерфейс (interface) і схема розго­ртання (deployment) компонента.

Реалізація – це код, що буде виконуватися при зверненні до операцій, визна­чених в інтерфейсах компонента. Компонент може мати кілька реалізацій залежно від операційного середовища, моделі даних, СКБД і ін.

Для опису компонентів, як правило, застосовуються мови об'єктно-орієнтованого програмування, зокрема Java, у якій поняття інтерфейсу і класу - базові, використовуються в моделях JavaBeans і Enterprise JavaBeans і в об'єктній моделі CORBA [14].

Інтерфейс відображає операції звертання до реалізації компонента, описується в мовах IDL або APL, містить у собі опис типів і операції передачі аргументів і результатів для взаємодії компонентів. Компонент, як фізична сутність, може мати множину інтерфейсів.

Розгортання - це виконання фізичного файлу відповідно до конфігурації (ве­рсії), з урахуванням параметрів запуску системи.

Компоненти зберігаються у вигляді класів компонентів і використовуються в компонентній моделі, композиції й у каркасі інтегрованого середовища. Керування компонентами проводиться на архітектурному або інтерфейсному рівні, між ними існує взаємний зв'язок.

Компонент описується мовою програмування, не залежить від операційного середовища (наприклад, від середовища віртуальної машини Java) і від реальної платформи (наприклад, від платформ у моделі CORBA), де він буде функціонувати.

^ Типи компонентних структур. Розширенням поняття компонента є шаблон (паттерн) - абстракція, що містить у собі опис взаємодії сукупності об'єктів у зага­льній кооперативній діяльності, для якої визначені ролі учасників і їхня відповіда­льність. Шаблон є повторюваною частиною програмного елемента або схемою вирішення проблеми.

^ Компонентна модель - відбиває проектні рішення щодо композиції компоне­нтів, визначає типи шаблонів компонентів і припустимі взаємодії між ними, а також джерело формування файлу розгортання ПС у середовищі функціонування.

Каркас являє собою високорівневу абстракцію проекту ПС, у якій функції компонентів відділені від задач керування ними. Каркас поєднує множину взаємо­діючих між собою об'єктів у деяке інтегроване середовище для досягнення певної кінцевої мети. Залежно від спеціалізації каркас називають «білою скринькою» або «чорною скринькою».

Каркас типу «біла скринька» містить у собі абстрактні класи для зображення об'єктів і їх інтерфейсів. При реалізації ці класи трансформуються в конкретні кла­си 3 указівкою відповідних методів реалізації. Використання такого типу каркаса є характерним для ООП.

Для каркаса типу «чорна скринька» у його видиму частину виносять точки, що дозволяють змінювати входи і виходи.

^ Компонентне середовище - розширення класичної моделі клієнт-сервер з урахуванням специфіки побудови і функціонування програмних компонентів, а також результатів практичних реалізацій і їхньої апробації. Основа компонентного середовища - множина серверів компонентів (часто їх називають сервери застосу­вань - application servers). Усередині сервера розгортаються компоненти-контейнери. Для кожного сервера може існувати довільна кількість контейнерів.

Контейнер - це оболонка, усередині якої реалізується функціональність компонента. Взаємодія контейнера із сервером сірого регламентована і здійснюється через стандартизовані інтерфейси. Контейнер керує породжуваними компонентами і їхніми екземплярами з відповідною функціональністю. У загальному випадку усередині нього може існувати довільна кількість екземплярів-реалізацій, кожна з яких має унікальний ідентифікатор.

Інтерфейс компонентів. З компонентами у складі контейнера зв'язані два типи інтерфейсів: один для взаємодії з іншими компонентами, а другий - інтерфейс системних сервісів, необхідних для функціонування самого контейнера і реалізації спеціальних функцій, наприклад, підтримка розподілених транзакцій, у яких беруть участь кілька компонентів.

Перший тип інтерфейсу — домашній (Home interface) забезпечує керування екземплярами компонента з обов'язковими реалізаціями методів пошуку, створення і видалення окремих екземплярів.

До другого типу належать функціональні інтерфейси (function interface), що забезпечують доступ до реалізації компонента. Фактично з кожним екземпляром зв'язаний свій функціональний інтерфейс.

Екземпляри компонентів контейнера можуть взаємодіяти за допомогою системних сервісів, розміщених в інших компонентах. Самі компоненти можуть розміщатися як усередині одного сервера, так і в різних серверах для різних плат­форм. Така взаємодія забезпечується унікальними іменами компонентів і екземплярів, а також регламентована інтерфейсами і системними функціями. Інтерфейс відображає перелік сервісів, вхідні та вихідні параметри сервісів та їхні типи, переду - і посту мови функціонування компонента, а також перелік інших компонентів, сервіси яких потрібні для здійснення своїх сервісів.

Архітектура компонентного середовища може складатися з наступних типів об'єктів:

- сервери компонентів;

- контейнери компонентів;

- реалізації функцій, подані як екземпляри усередині контейнерів;

- реалізація компонентних моделей, об'єктів, що задовольняють установку і конфігурування окремих компонентів для деякої комп'ютерної платформи;

- клієнтські компонент і інтерфейси, що забезпечують кінцевого користувача, реалізовані у вигляді різних типів клієнтів (web – клієнти, повноцінні реалізації графічного інтерфейсу і т.д.);

- компонентне застосування, подане як сукупність компонентів.

Кожний з типів об'єктів може реалізовуватися окремо, оскільки для кожного з них існують свої специфікації і вимоги, а також правила взаємодії з іншими елеме­нтами середовища компонентного програмування. Всі елементи разом узяті утворюють ланцюжок, що визначає порядок реалізації компонентної ПС. Кожен тип елементів може реалізовуватися окремим розробником і відповідно до цього визначається його роль у процесі створення компонентної системи.

Згідно до розподілені об'єктів на типи із огляду на визначене місце кожного з них у процесі створення компонентної програми, варто зробити висновок, що ЖЦ компонентної системи значно складніше, ніж ЖЦ в інших підходах до програмування. Фактично мова йде про декілька окремих ЖЦ для кожного типу компонентів.

Композиція (інтеграція) компонентів і розгортання не залежать від ЖЦ роз­робки компонентів, заміна будь-якого компонента на новий компонент не повинна призвести до перекомпіляції або пере настроювання зв'язків у ПС.

Інтерфейс компонента може бути визначений у вигляді специфікації точок доступу до компонента, що обумовлюють його варіантність, і використовуючи які клієнт одержує сервіс у клієнт-серверному середовищі. Виходячи з того, що інтерфейс не надає реалізацію операцій, можна змінювати реалізацію без зміни інтерфейсу і, таким чином, покращувати функціональні властивості компонента без перебудови ПС у цілому, а також додавати нові інтерфейси (і реалізацію) без зміни існуючої реалізації усієї 11С.

Семантика інтерфейсу компонента може бути представлена за допомогою контрактів, що визначають зовнішні обмеження і підтримують інваріант, який містить у собі правила встановлення взаємозв'язків властивостей компонента або умови його життєздатності. Крім того, для кожної операції компонента контракт може визначати обмеження, що повинні бути враховані клієнтом перед викликом операції (передумова), і посту мови перевірки правильності функціонування ком­понента після завершення операції. Перед і посту мова визначають специфікацію поведінки компонента і залежать від стану компонента, а також інтерфейсу і зв'язаним з ним набором інваріантів. Контракти й інтерфейс зв'язані між собою, але їхні сутності різні. Інтерфейс являє собою колекцію операцій або функціональних властивостей специфікації сервісів, що підтримує компонент. Контракт задає опис поведінки компонента, націлений на взаємодію з іншими компонентами і відбиває семантику функціональних властивостей компонента.

Таким чином, модель специфікації семантики компонента визначає його інтерфейс і обмеження. Кожен інтерфейс складається з набору операцій (сервісів, що він пропонує або потребує). З кожною операцією зв'язаний набір перед і посту мов.

Структури з компонентів. Композиція компонентів може бути таких типів: компонент з компонентом зв'язані через інтерфейс на рівні застосування; каркас з компонентом зв'язані через інтерфейси на системному рівні; компонент з каркасом взаємодіють через інтерфейси на сервісному рівні; каркас з каркасом взаємодіють через інтерфейси на мережному рівні.

Компоненти запам'ятовуються в репозитарії компонентів, а їхні інтерфейси - в репозитарії інтерфейсів. Компоненти і їхні композиції, як правило, запам'ятовуються в репозитарії компонентів, а їхні інтерфейси також в репозитарії інтерфейсів.

^ Повторне використання в компонентному програмуванні - це застосування готових порцій формалізованих знань, здобутих під час попередніх реалізацій ПС, у нових розробках систем [13-15].

^ Компоненти повторного використання (КПВ) - це готові компоненти, елементи оформлених знань (проектні рішення, функції, шаблони й ін.), що використовуються у ході розроблення не тільки самими розробниками, а й іншими користувачами шляхом адаптації їх до нової ПС, що спрощує і скорочує терміни її розробки. В Інтернеті у даний момент є багато різних бібліотек, депозитаріїв, що містять у собі КПВ, які можна використовувати в нових проектах.

При створенні компонентів, орієнтованих на повторне використання, їхні ін­терфейси повинні містити операції, що забезпечують різні способи застосування компонентів. КПВ повинні відповідати визначеним вимогам, мати характерні властивості і структуру, а також механізми звертання до них.

Головною перевагою створення ПС із компонентів є зменшення витрат на розробку за рахунок вибору готових компонентів з подібними функціями, придат­ними для практичного використання, і пристосування їх до нових умов, на що витрачається менше зусиль, ніж на аналогічну розробку нових компонентів.

Пошук готових компонентів ґрунтується на методах класифікації і каталогізації. Методи класифікації призначені для подання інформації про компоненти з метою швидкого пошуку і добору. Методи каталогізації — для їхнього фізичного розміщення в репозитаріях із забезпеченням доступу до них у процесі інтеграції в компонентну систему.

^ Методологія компонентної розробки ПС. Створення компонентної системи починається з аналізу ПрО і побудови концептуальної моделі, на основі якої ство­рюється компонентна модель (рис. 5.6).




Рис. 5.6. Схема побудови ПС із компонентів, взятих з Інтернету


Вона містить у собі проектні рішення щодо композиції компонентів, викори­стання різних типів шаблонів, зв'язків між ними й операцій розгортання ПС у сере­довищі функціонування.

Готові компоненти беруться, наприклад, з репозитаріїв у Інтернеті і викорис­товуються при створенні програмних систем, технологія побудови яких описується наступними етапами ЖЦ.

1. ^ Пошук, вибір КПВ і розроблення нових компонентів, виходячи із системи класифікації компонентів і їхньої каталогізації, формалізоване визначення специфікацій інтерфейсів, поводження і функціональності компонентів, а також їхнього анотування і розміщення в репозитарії системи або в інтернеті.

2. ^ Розроблення вимог (Requirements) до ПС - це формування й опис функціональних, не функціональних і інших властивостей ПС.

3. Аналіз поведінки (Behavioral Analysis) ПС полягає у визначенні функцій системи, деталей проектування і методів їхнього виконання.

4. Специфікація інтерфейсів і взаємодій компонентів (Interface and Interaction Specification) віддзеркалює розподіл ролей компонентів, інтерфейсів, їхню іденти­фікацію і взаємодію компонентів через потоки дій або робіт (workflow).

5. Інтеграція набору компонентів і КПВ (Application Assembly and Component Reuse) у єдине середовище ґрунтується на підборі й адаптації КПВ, визначенні сукупності правил, умов інтеграції і побудові конфігурації каркаса системи.

6. ^ Тестування компонентів і середовища (Component Testing) ґрунтується на методах верифікації і тестування для перевірки правильності як окремих компонен­тів і КІ1В, так і інтегрованої з компонентів програмної системи.

7. ^ Розгортання (System Deployment) містить у собі оптимізацію плану компо­нентної конфігурації з урахуванням середовища, розгортання окремих компонентів і створення цільової компонентної конфігурації для функціонування ПС.

8. Супровід ПС (System Support and Maintenance) складається з аналізу помилок і відмов при функціонуванні ПС, пошуку і виправлення помилок, повтор­ного її тестування й адаптації нових компонентів до вимог і умов інтегрованого середовища.

Таким чином, компонентне програмування є основою економії витрат на програмування нових програм за рахунок використання готових КПВ, які можуть зберігатися у різних сховищах (бібліотеках, репозитаріях, базах знань тощо).

^ 5.1.5. Аспектно-орієнтоване програмування

Аспектно-орієнтоване програмування (АОП) [15-17] - це парадигма побудо­ви гнучких до змін ПС шляхом додавання нових аспектів (функцій), що забезпечу­ють, наприклад, безпеку, взаємодію компонентів з іншим середовищем, а також синхронізацію одночасного доступу частин ПС до даних і виклик нових компонентів із загальносистемних середовищ.

Аспектом може бути компонент повторного використання, фрагмент програ­ми, що реалізує концепцію взаємодії компонентів у середовищі, захисту даних то­що. Програмна система, яка створюється з КПВ, об'єктів, невеликих методів та ас­пектів, доповнюється необхідними засобами взаємодії, синхронізації та захисту. Отже, вбудовані фрагменти наповнюють компоненти новим змістовним аспектом.

Практична реалізація аспектів, розміщених у різних частинах елементів ПС, забезпечується механізмом перетинних посилань і точками з'єднання, через які відбувається зв'язок з аспектним фрагментом для отримання визначеної додаткової функції.

В основі АОП лежить метод, подібний до методу розбиття задач ПрО на ряд функціональних компонентів, визначення необхідності використання різного роду додаткових аспектів і встановлення точок розташування аспектів в окремих компо­нентах, де це потрібно. Ці роботи виконуються на етапі ЖЦ процесу розробки, до­повнюють реалізацію ПС засобами забезпечення взаємодії компонентів або їх син­хронізації. Подібний підхід застосовується під час налагодження програм, коли до­даткові фрагменти коду вбудовуються в певні точки початкової програми для вида­чі результатів перевірки. Якщо вони налагодження закінчується позитивно, ці фрагменти вилучаються. У випадку аспектів - їхні програмні фрагменти залишаються в основній програмі.

Створення кінцевої ПС в АОП виконується за технологією, що відповідає розробці компонентних систем, з тією різницею, що використані аспекти визнача­ють особливі умови виконання компонентів у середовищі взаємодії. Аспекти мож­на асоціювати з виконанням різних ролей взаємодіючими особами, що наближає аспект до ролі програмного агента, який виконує додаткові функції при визначенні архітектури системи та якості компонентів.

В АОП при виробленні проектних рішень використовується механізм фільтрації вхідних повідомлень, за допомогою яких проводиться зміна параметрів і імен текстів аспектів у конкретно заданому компоненті системи. Код компонента стає «нечистим», коли його перетинають аспекти, і при композиції з іншими компонентами загальні засоби (виклик процедур, RРС, RМІ, IDL і ін.) стають недостатніми. Оскільки аспекти вимагають декларативного зчеплення описів, особливо коли їх фрагменти беруться з одних об'єктів для інших.

Один з механізмів композиції компонентів і аспектів — фільтр композиції, що оновлює аспекти без зміни їх функціональних можливостей. Фактично фільтрація стосується вхідних і вихідних параметрів повідомлень, які пере визначають відпові­дні імена об'єктів. Іншими словами, фільтри делегують внутрішнім частинам компонентів параметри, переадресовуючи раніше встановлені посилання, перевіряють і розмішують у буфері повідомлення, локалізують обмеження і готують відповідний компонент для виконання.

В ООП – системах можуть використовуватися методи, призначені для виконання деяких розрахунків при звертання до інших зовнішніх методів. У [17] сформулювало закон, відповідно до якого не повинні створюватися довгі послідовності дрібних методів, тому що в вихідному коді з'являться операції, які не пов'язані з іменами класів компонентів.

З погляду моделювання, аспекти можна розглядати як каркаси декомпозиції системи, в яких окремі аспекти перетинають КПВ, як схематично показано на рис. 5.7 для програм Р1, Р2 і Р3, тобто в певних точках різних КПВ може бути звернення до одного аспекту.

На наведеному рисунку, наприклад, програма Р( містить у собі аспект, що здійснює звертання до деякої точки програми Р2, яка після отримання інформації записує її у захищену БД, а потім аспект програми Р2 забезпечує взаємодію з програмою Р3 для передавання відомостей про запис необхідної інформації у БД.

Різним аспектам проектованої системи можуть відповідати й різні парадигми програмування: об'єктно-орієнтовані, структурні й ін. Утворюється мультипарадигменна концепція розробки спроектованої системи.




Рис. 5.7. Приклад розташування аспектів у програмах Р1, Р2 і Р3


Через аспектні механізми встановлюються зв'язки з іншими предметними областями в сімействі програм або систем ПрО. Мова АОП дозволяє описувати ас­пекти для різних систем сімейства. Після компіляції описів перетинних аспектів, вони генеруються [16], поєднуються, оптимізуються і орієнтуються на виконання в динаміці. При цьому кожний аспект може стати модулем-посередником, що реалі­зує шаблон взаємодії окремих програм або систем.

Інакше кажучи, на етапі розробки виявляється, що аспекти надто щільно «переплетені» з компонентами й тому потрібна мінімізація зчеплень між аспектами й компонентами через посилання до варіантів використання, зіставлення із шаблоном або блоком коду, у якому встановлені перетині посилання. Природно, що вказані перетини можуть спричинити зниження ефективності виконання програм або систем, де вони розташовані.

Аналіз ПрО закінчується побудовою характеристичної моделі та встановленням статичних або динамічних зв'язків з додатковими аспектами моделі. Різним аспектам ПС, як правило, відповідають різні парадигми програмування, які вимагають їхнього вдосконалення й узагальнення при розробленні ПЗ для нової ПрО.

В АОП використовується модель модульних розширень у рамках мета модельного програмування, що забезпечує оперативне використання нових механізмів композиції окремих частин ПС або їхніх сімейств із урахуванням предметно-орієнтованих можливостей мов (наприклад, SQL) і каркасів, які підтримують аспекти.

Технологія розробки ПС методами АОП містить у собі ряд загальних етапів (рис.5.8), описаних далі.

1. Декомпозиція функціональних задач із умовою багаторазового застосуван­ня модулів і виділених аспектів виконання (паралельно, синхронно тощо).

2. Аналіз мов специфікації аспектів для опису виділених аспектів й інших за­дач ПрО.

3. Визначення точок вбудовування аспектів у компоненти й формування по­силань і зв'язків з іншими елементами ПрО.

4. Розроблення фільтрів для їх подання на боці сервера в цілях керування відповідно заданими аспектами.




Рис.5.8. Технологічна схема проектування ПС засобами АОП


5. Визначення механізмів композиції (викликів процедур, методів, зчеплень) функціональних модулів, КПВ й аспектів у точках їхнього з'єднання, як фрагментів керування виконанням або звертання із цих точок до інших модулів.

6. Створення об'єктної або компонентної моделі, доповнення її вхідними й вихідними фільтрами повідомлень, що посилають об'єктам повідомлення з завдан­ням виконання методів або аспектів.

7. Компіляція, спільне налагодження модулів і аспектів, після чого компози­ція їх у готовий програмний продукт.

Дня ефективної реалізації аспектів розроблені системи Aspect, ІР - бібліотека розширень, активні бібліотеки, а також проведене розширення МП Smalltalk засо­бами опису аспектів (Aspect++, Aspect, AspectC#, JAC).

^ Систему Aspect розробив дослідницький центр Xerox PARC в цілях підтрим­ки АОП на базі мови Java [15, 16].

Мова цієї системи є розширенням мови Java засобами АОП, тобто будь-яка програма на Java буде виконуватися в системі Aspect. Система має компілятор, налагоджувач і генератор документації.

Компілятор видає байт-код, сумісний з віртуальною машиною Java. Розширення мови Java стосуються способів опису правил інтеграції аспектів і Java - об'єктів і базуються на таких ключових поняттях:

- точка під'єднання JoinPoint у програмі, асоційована з контекстом виконан­ня (виклик методу, конструктора, доступ до поля класу й ін.);

- набір точок зрізу Pointcut для точок JoinPoint, що задовольняє певні умови;

- набір інструкцій Advice у мові Java, виконуваних до, після або замість кож­ної із точок JoinPoint, що входять у заданий зріз;

- завдання аспекту Introduction для змінювання структури Java - класу шляхом додавання нових полів, методів і ієрархії.

Точка зрізу (точка у програмі, в яку вставляються певні інструкції, що були виконані до або будуть виконуватися замість цієї точки) й набір інструкцій визна­чають правила інтеграції й разом формують відповідний модуль системи.

Загальними принципами розробки ПС із використанням засобів мови Aspect є:

- виділення в окремі модулі наскрізної функціональності шляхом аспектної де ком позиції;

- реалізація кожної вимоги окремо;

- інтеграція аспектів у програмний код.

Інтеграція аспектів відбувається в момент компіляції. Модель побудови гото­вої ПС із компонентів, аспектів та фрагментів готового коду подано на рис 5.9 [15].




Рис.5.9. Інтеграція аспектів і компонентів


Після компіляції одержується готова система з функціональністю, інтегрова­ною за правилами, описаними в аспектних модулях.

Існують інші реалізації АОП: AspectC++, AspectC, AspectC#, розширення мов C++, С, С# аспектами; JAC - система, написана мовою Java, для створення розподі­лених ПС; Weave.NET - проект реалізації механізму підтримки АОП без прив'язки до конкретної МП усередині компонентної моделі .NET Framework і ін.

У процесі створення ПС із застосуванням аспектів можуть використовуватися: IP - бібліотека розширень, що містить у собі їх коди, а також активні бібліотеки, мова програмування SmallTalk, розширені засоби опису аспектів [17].

В ^ IP - бібліотеці розміщені деякі функції компіляторів, методів, засобів оптимізації, редагування, відображення тощо. Наприклад, бібліотека матриць, за допо­могою якої обчислюються вирази з масивами, забезпечує швидкість виконання, на­дання пам'яті й т.п.

Використання таких бібліотек у розширених середовищах програмування називають родовим програмуванням, а вирішення проблем економії, перебудови компіляторів під кожне нове мовне розширення, використання шаблонів і результатів попередньої обробки відносять до області ментального програмування [17]. Бібліотека IP містить у собі: окремі функції компіляторів, засоби оптимізації, редагування, відображення понять, перебудови окремих компонентів компіляторів під нове мовне розширення, а також засоби програмування на основі шаблонів і т.п. Бібліотеки з такими можливостями одержали назву бібліотек генерації.

Інший вид бібліотек АОП - активні бібліотеки, які містять у собі не тільки базовий код реалізації понять ПрО, а й цільовий код забезпечення оптимізації, адаптації, візуалізації й редагування. Активні бібліотеки поповнюються засобами й інструментами інтелектуалізації агентів, за допомогою яких забезпечується розроблення спеціалізованих агентів для реалізації конкретних задач ПрО.

^ 5.1.6. Генерувальне (порождувальне) програмування

Генерувальне програмування (generative programming) - це методи і засоби генерації сімейств систем і застосувань з окремих компонентів, аспектів, КПВ, кар­касів і ін. Базис цього програмування - ООП, доповнене механізмами генерації багаторазових елементів і КПВ, а також властивостями їхньої змінюваності, взаємодії й ін. [17]. Це програмування є новим видом програмування, в ньому використовуються різні методи інженерії складних ПрО для розроблення сімейств ПС із різних виготовлених раніше програмних продуктів, з генерованих програмних застосувань і систем, сімейств систем, члени яких задовольняють певні показники якості.

Головний продукт інженерії ПрО - це сімейство ПС, яке генерується на основі загальної генерувальної моделі домену GDM (Generative Domain Model), що містить у собі засоби визначення окремих членів (представників) сімейства, до яких відносять предметно-орієнтовану мову DSL (Domain Specific Language), методи генерації окремих членів і їх збирання у сімейство, а також базу конфігурації для розгортання сімейства або його членів у середовищі.

Кожен член сімейства створюється з окремих компонентів. Це створення планується, контролюється й оцінюється після інтеграційного тестування на якість, а також обліку витрат на використання КПВ, у тому числі готових, узятих, напри­клад, з активної бібліотеки [17].

Елементи цієї бібліотеки - цільовий код засобів забезпечення компіляції, налагодження, візуалізації й ін. Фактично компоненти бібліотеки - це інтелектуа­льні агенти, що генерують нові агенти в розширюваному середовищі програму­вання для розв'язання конкретних задач ПрО. У ньому містяться спеціальні метапрограми, тобто програми, що генерують інші програми, і компоненти бібліотеки для здійснення збирання згенерованих компонентів і поповнення ними цього середовища для майбутнього створення нових членів сімейства з компонентів багаторазового використання.

Задачі простору проблем предметної області або окремих членів сімейства, як правило, визначаються різними предметно-орієнтованими мовами. В даному ви­падку термін «мова» використовується в загальному розумінні. Тобто така мова може бути подана як засіб опису специфічних понять ПрО, різних аспектів функці­онування задач за допомогою операції взаємодії членів сімейств або їх складових і т.п. Поняття ПрО можуть бути поданні також процедурами, функціями, методами, як в ООП. Вони, як відомо, зберігаються в бібліотеках або вбудовуються в універсальну мову програмування (наприклад у C++, С# тощо). Коли в таку мову додаються різного типу абстракції опису різних задач ПрО, її називають модульною предметно-орієнтованою мовою.

Задачі можуть бути функціонального (наприклад, бухгалтерські, кадрові тощо) та системного (наприклад, захист даних, безпека, взаємодія тощо) типів. Спе­цифікація задач домену може використовуватися декількома предметно-орієнтованими мовами, кожній з них притаманна своя специфічна мова. До предметно-орієнтованих мов відносять такі:

- мова опису специфіки домену;

- мова опису функціональних задач домену;

- мова опису аспектів взаємодії, синхронізації компонентів у середовищі;

- мова опису захисту даних та безпеки виконання сімейства систем;

- мова опису інтерфейсів (PDL, IDL тощо).

^ Предметно-орієнтована мова - DSL. Вона належить до класу мов опису специфіки ПрО або домену, властивої саме цьому домену. Опис кожного члена сімейства може містить мову опису специфіки задач домену і генеруючої моделі домену GDM (Generative Domain Model), яка відображає склад домену із членів сі­мейства, специфікованих також у предметно-орієнтованих мовах.

Мова DSL не є новим винаходом, оскільки загальні абстракції програмування були визначені й вбудовані в мови загального призначення. І хоча мова DSL ство­рюється багато років і для кожної ПрО є свій варіант мови, її застосування для специфікації особливостей ПрО не забезпечує формування повного уявлення про предметну область, оскільки вона дає лише засоби визначення загальних рис ПрО.

Відомо, що будь-яка мова має визначену область застосування, проте мова DSL є більш спеціалізованою, ніж інші мови програмування (Фортран або Кобол), що створювалися для розв'язання конкретних типів задач (обчислювальних, еконо­мічних). Порівняно з ними, DSL близька до описових мов, таких, як HTML, XML. Вона має специфічні особливості порівняно з мовами загального призначення, а саме:

- абстракції DSL забезпечують визначення концепцій і абстрактних понять у предметній області;

- синтаксис мови DSL може надавати засоби природного опису понять доме­ну і запобігати синтаксичній неузгодженості, що буває при використанні мови загального призначення;

- перевірка опису в DSL вимагає статичних аналізаторів, що можуть знайти більше помилок, ніж аналізатори загального призначення, і дати повідомлення про них цією ж мовою, що є більш зрозумілим для фахівців у предметній області;

- оптимізація коду за описом в DSL базується на знаннях, що не є доступними компілятору з мови загального призначення;

- інструменти підтримки DSL погребують відповідного оточення, наприклад, середовища, редактора, контролера версій тощо. Специфікована в DSL модель ПрО є загальною моделлю GDM (рис.5.10).





Рис.5.10. Структура генерувальної моделі GDM


Модель відображає:

- поняття, характеристики ПрО і членів сімейства в просторі проблем;

- набір членів сімейства і їхніх специфікацій у мовах типу DSL, RAISE (Rigorous Approach to Industrial Software Engineering), RSL (RAISE Specification Language) і ін.;

- задачі ПрО в просторі задач для їхньої реалізації компонентами і з наступним їхнім збиранням в конфігурацію визначених членів сімейства;

- знання про конфігурацію (Configuration knowledge), що відображають характеристики членів сімейства, і їхнє поєднання в конфігурації;

- модель характеристик (feature models) відображає загальні, змінювані і незмінні характеристики членів сімейства і правила конструювання систем сімейс­тва з урахуванням їхньої залежності один від одного і від компонентів типу КПВ;

- архітектуру (каркас) сімейства систем;

- реалізацію компонентів архітектури у мовах програмування. Генерувальне програмування чітко поділяється на дві частини дослідження і проектування продукту ПрО - формування опису простору проблеми і простору розв'язків задач ПрО [5]. Перша частина призначена для проведення аналізу ПрО, виявлення її задач, які потрібно реалізувати, а друга - для розроблення засобів реалізації цих задач. Ці частини об'єднує конфігураційна і трансформаційна база знань про конфігурацію, тим самим утворюючи структуру моделі генерації у ПрО (або GDM) розроблюваних ПС (див. вищі рис.5.10).

^ Простір проблеми (problem space) містить у собі поняття ПрО та майбутньої системи, що будується за допомогою компонентів та КПВ, об'єкти та їхні характе­ристики тощо. Основою простору проблем є модель функціональних характерис­тик, властивості компонентів і об'єктів, змінювані параметри різних членів сімейс­тва, а також проектні рішення, обумовлені особливостями взаємодії членів сімейства між собою і з середовищем.

^ У базисі конфігурації відображені знання про конфігурацію системи у вигляді абстракцій загального і спеціального призначення, а також елементів з активної бібліотеки багаторазового використання. Крім того, у ньому зберігаються техноло­гічні знання про виготовлення компонентів, засоби їхнього тестування, планування, налагодження і вимірювання. На базисі конфігурації визначаються задачі ПрО і дається їх опис у відповідній мовній парадигмі.

^ Простір рішень (solution space) - це компоненти, каркаси, шаблони проекту­вання ПрО, а також засоби їхнього з'єднання або збудування в ПС і оцінки повноти. Елементи цього простору реалізують розв'язання задач ПрО. Каркас системи або сімейства систем оснащений механізмом зміни параметрів, що вимагають фрагментації множини дрібних методів і класів. Він забезпечує ство­рення багаторазових і використовуваних розв'язків у різних типах ПС, а також використання аспектів синхронізації, взаємодії і захисту даних за допомогою технології JavaBeans та нових механізмів композиції і генерації у середовищі Eclipse.

Простір проблем відбивається у простір задач за допомогою GDM моделі. Простір проблем містить у собі групу абстракцій, залежних від особливостей ПрО, які специфікуються так, щоб виразити поняття ПрО мовою, найбільш близькою до конкретного домену, і які можуть використовуватися для уточнення сутності того або іншого члена сімейства. Абстракції простору впливають на реалізацію компонентів мовою програмування в просторі, де розв'язуються задачі. Вони можуть бути змінені, якщо залежали від специфіки мови опису домену або від змі­нюваних особливостей області.

Перетворення простору проблем у простір задач проводиться конфігурацій­ним або трансформаційним способом. При конфігураційному способі використо­вують конструкторські правила й оптимізатори для додавання характерних рис до специфікації домену з урахуванням концепції домену, а також для перевірки ком­бінацій особливостей і залежностей в моделі GDM. Як результат утворюється кон­фігурація компонентів системи. Опис специфіки домену трансформується в опис мови реалізації компонентів простору розв'язання задач. Тобто перетворення опису ПрО у мову програмування відбувається шляхом генерації з використанням теорії мов і мовних перетворень.

Іншим способом перетворення (відображення) між просторами є трансфор­мація DSL - специфікації у реалізацію на мові програмування. Простір проблеми може бути не суцільним, а розділеним за окремими аспектами проблем. Залежно від аспекту проблеми трансформація може відбуватися не лише безпосередньо у мову реалізації, а й у іншу DSL-мову.

Оскільки при конфігураційному способі простір проблеми (загальні та особ­ливі характеристики і обмеження) фактично визначає проблемно-орієнтовану мову, а множина компонентів у просторі реалізацій мовою програмування може розгля­датися як елементи мови реалізації, конфігураційний спосіб можна інтерпретувати як окремий випадок трансформаційного способу.

У генерувальному програмуванні головним об'єктом є КПВ. Він використо­вується при створенні членів сімейства за двома інженерними напрямами програ­мної інженерії [11-14]:

1) прикладна інженерія (Application Engineering) - процес розроблення конкретних систем, так званих одиночних програм, із КПВ, а також застосування раніше створених незалежних ПС у різних середовищах;

2) інженерія ПрО (Domain Engineering) - побудова архітектури членів сімей­ства або самого сімейства систем шляхом використання КПВ, які зафіксовані в сховищах, а також частин і членів сімейства систем конкретної ПрО, отриманих за моделлю GDM (більш докладно див. розділ 9).

У цих напрямках інженерії моделювання архітектури здійснюється за моде­льно-орієнтованим підходом і завершується побудовою архітектури MDA (Model Driven Architecture). Моделювання MDA - архітектури системи відбувається на двох рівнях - платформо незалежному (за допомогою моделі РІМ, Platform Independent Model) і платформо залежному (за допомогою моделей PSM, Platform Specific Mod­els). Таке моделювання підтримує концепцію відображення простору у простір задач. Тобто в моделі сімейства ПС члени сімейства можуть мати спільні функції, але вони розрізняються платформами реалізації.

Вибір альтернативних платформ - є «точкою варіантності» у сімействі. Ця точка знаходиться над моделлю ПС, тобто вона невидима на її рівні. Керування «точкою варіантності» платформ відбувається через трансформацію PIM—>PSM без участі розробника.

Члени сімейства ПрО розрізняються не тільки на рівні платформи реалізації а й на рівні функцій ПС, вимог до якості та інфраструктури, тобто застосовних ресурсів, які реалізують альтернативні концепції. Вибір різних концепцій зумовлює появу різних прикладних моделей (моделей ПС), які автоматично трансформуються в традиційну модель MDA.

Головними ресурсами вказаних двох напрямів інженерії є не тільки КПВ, а й різні елементи (активи) сімейства систем, наприклад, описи спільних і різних характеристик представників сімейства в моделі характеристик. Вибрані КПВ вбудовуються в нові члени сімейства ПС зі сховищ домену, наприклад, репозитарію. Технологія розробки сімейства програм для ПрО містить у собі три види базових процесів:

- розробка ПрО й одиночних програм;

- повторне використання ресурсів;

- менеджмент домену.

^ Розробка ПрО з КПВ є конвеєрною. Для ПрО плануються базові ресурси, якими можуть бути КПВ, програми, генератори, DSL - описи, моделі аналізу, доку­ментація й ін. Проектування в ПрО одиночних програм у прикладній інженерії базується на програмуванні з повторним використанням, де конкретні програми містять у собі різні готові ресурси (assets), які можуть бути і КПВ. Розробка ПрО є більш складним виробничим процесом, який містить у собі загальні етапи: аналіз, проектування і впровадження.

^ Аналіз ПрО зводиться до подання сімейства як множини програмних систем, які треба побудувати, з урахуванням загальних і різних рис, а також структурних і поведінкових специфікацій окремих членів сімейства. Цей аналіз починається з формулювання і специфікації вимог до ПС- членів сімейства і сімейства загалом. Специфікація вимог - це вхідна інформація для ручного або автоматичного ство­рення домену з готових ресурсів. Після специфікації будується архітектура системи, в яку вміщуються запрограмовані члени сімейства та готові прикладні системи.

^ Повторне використання ресурсів стосується різних ресурсів для ПрО і методів їх використання. Ресурси можуть бути повторними і відображатися в загальній архітектурі (моделі) сімейства, а також у всіх членах сімейства ПрО. Сукупність цих ресурсів може бути частково або цілком автоматизована за допомогою генераторів або конфігураторів готових ресурсів. Генеровані продукти сімейства можуть містити у собі і методичні артефакти, наприклад, інструкції з користування DSL і компонентами домену.

^ Менеджмент домену - це керування конвеєрним розробленням з повторним використанням ресурсів. Він передбачає планування і контроль підбору типових для ПрО ресурсів, їхню оцінку і перевірку на задоволення вимог. У задачу менеджменту входить також перевірка застосовності готових ресурсів для реалізації специфіки ПрО і організація програмування компонентів простору задач відповідно до потреб клієнтів домену.

Таким чином, інженерія ПрО охоплює:

- аналіз ПрО і виявлення об'єктів і відношень між ними;

- визначення області дій об'єктів ПрО;

- визначення загальних функціональних і змінюваних характеристик, побу­дова моделі характеристик;

- створення базису для інженерії виробництва конкретних прикладних членів сімейства з механізмами змінюваності незалежно від засобів їхньої реалізації;

- підбір і підготовка компонентів багаторазового застосування для задач ПрО;

- генерація окремих членів сімейства або домену в цілому. .

Етапи цієї схеми забезпечують формування моделі ПрО і моделі характерис­тик, як елементів простору проблем. Вони трансформуються в архітектуру системи й опис її компонентів, які об'єднуються у окремі системи для забезпечення розв'язання задач ПрО у просторі рішень.

Як готові ресурси в інженерії ПрО можуть використовуватися відомі горизонтальні і вертикальні типи компонентів загального призначення, що реалізовані зокрема в моделі CORBA [14]. Горизонтальні типи компонентів - це загальні системні засоби, що потрібні різним членам сімейства, а саме, графічні інтерфейси користувача, СКБД, бібліотеки розрахунку матриць, контейнери, каркаси і т.п.

До вертикальних типів компонентів належать прикладні системи (медичні, біологічні, наукові і т.д.), а також компоненти горизонтального типу з обслуговування архітектури багаторазового застосування компонентів і. їхніх інтерфейсів.

Приклад системи підтримки інженерії ПрО і застосування горизонтальних методів - система DEMRAL [14, 17], призначена для розробки бібліотек: чисельного аналізу, графових обчислень і т.д. Основні види елементів цієї бібліотеки - абстрактні типи даних (abstract data types) і алгоритми. DEMRAL підтримує інженерію домеїгу за допомогою бібліотек чисельного аналізу, обробки зображень тощо. Крім цього, ця система дозволяє моделювати характеристики ПрО і зображати їх у характеристичній моделі, а також в предметно-орієнтованих мовах опису конфігурації.

Система конструювання RSEB призначена для використання вертикальних методів, а також КПВ і сценаріїв (use case), як інструментів діаграмного проекту­вання архітектури системи. Методи вертикального типу можуть викликати різні горизонтальні методи, що входять до різних прикладних підсистем. При роботі над окремою частиною сімейства можуть застосовуватися аспекти взаємодії, потоків даних і ін. Важливу роль при цьому виконує графічний інтерфейс користувача і метод забезпечення взаємодії компонентів у розподілених середовищах.

^ 5.1.7. Сервісно-орієнтоване програмування

Ця парадигма програмування з'явилася як наслідок розі ляду програмних компонентів як готових сервісів, визначення для них інтерфейсів взаємодії в рамках нової архітектури ПЗ, зв'язаних із сервісами, у середовищі розподілених систем (CORBA, DCOM і EJB) і web - сервісів у середовищі Інтернету. Такі архітектури отримали назву сервісно-орієнтованої архітектури - SOA (Service-Oriented Architecture) і зараз активно розвиваються разом із відповідними засобами їхньої підтримки й опису (XML, SOAP, WSDL і ін.) та механізмами взаємодії звичайних сервісів розподілених застосувань і web - сервісів Інтернету [18].

Тобто у мережному середовищі поняття компонента було розвинуто до форми сервісу. Сервіс визначається як відкритий компонент, що може бути елементом швидкої та дешевої композиції у прикладні застосування. Сервіси пропонуються так званими провайдерами (постачальниками) - організаціями, які реалізують сервіси, надають їхні описи та іншу технічну або комерційну підтримку, якої потребують потенційні користувачі. Описи сервісів містять у собі інформацію про їхні можливості, інтерфейси, поведінку та якісні характеристики. Завдяки такому опису користувач може знайти сервіси, вибрати потрібні йому що і інтегрувати їх у свою композиційну структуру як готовий ресурс. Наведемо й інше визначення сервісу.

^ Сервіс (service) - це ресурс, що реалізує деяку функцію (у тому числі бізнес-функцію), є повторно використовуваним компонентом і містить у собі технологічно незалежний інтерфейс з іншими ресурсами. Наприклад, сервіси транзакцій, іменування, безпеки в моделі CORBA. Вони утворюють службу сервісів для створення ПС.

Архітектура SOA мас форму піраміди, що складається з кількох шарів [18].

1. Підґрунтям піраміди є базові сервіси і базові операції, а саме, публікація, виявлення, вибір і зв'язування, які націлені на створення і використання описів сервісів.

2. Шар композиції - це консолідація багатьох функціональних сервісів у єдиний складений сервіс, а саме, контроль виконання сервісів і керування потоками даних між ними; публікація подій вищого рівня шляхом фільтрації, підсумовування, кореляції подій компонентів; забезпечення цілісності сервісу та накладання обмежень на його компоненти; досягнення якості композиції сервісів, включаючи показники виконання, секретності, контролю доступу тощо.

3. Шар менеджменту сервісу, а саме, керування платформою сервісу, розгортання, ведення статистики виконання, підвищення ефективності, забезпечення прозорості ходу виконання транзакцій, відетеження стану ходу виконання тощо.

Переважна форма реалізації сервісів - це web - сервіси, які зберігаються та ідентифікуються за URL - адресами і взаємодіють між собою за допомогою мережі Інтернету шляхом віддалених викликів (Remote Procedure Call). Стрімке поширення Інтернету призвело до того, що традиційне єдине інтегроване підприємство минулих поколінь все частіше заміняється мережею бізнесів, які спільно виконують певні функції при тому, що і власність, і менеджмент розподілені між партнерами. Саме інформаційні потреби розподілених бізнесів викликали до життя web - сервіси як адекватну форму компонентів типа КПВ.

^ Web - сервіс має URL - адресу, інтерфейс і механізм взаємодії з іншим сервісом через протоколи Інтернету або зв'язки з іншими програмами, БД і діловими бізнес-операціями. Обмін даними між web - сервісом і програмою здійснюється за допомогою XML - документів, оформлених у вигляді повідомлень. Web - сервіси забезпечують розв'язання задачі інтеграції застосувань різної природи, будучи інструментом побудови розподілених систем. Web - сервіс надається провайдером мережі Інтернету, який має стандартний спосіб взаємодії з розподіленими (.NET, J2EE, CORBA і ін.) і прикладними системами з отримання деякої послуги.

Основні засоби опису Web - сервісів:

- мова XML для опису і побудови SOA - архітектури;

- мова WSDL (Web Services Description Language) для опису web - сервісів і їхніх інтерфейсів на XML, що стосується типів даних і повідомлень, а також моделей взаємодії і протоколів зв'язування сервісів між собою;

- SOAP (Simple Object Access Protocol) для визначення форматів запитів до web - сервісів;

- UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) для універсального опису, виявлення й інтеграції сервісів, забезпечення їхнього збереження, упорядку­вання ділової сервісної інформації в спеціальному реєстрі з покажчиками на конк­ретні інтерфейси web - сервісів.

^ Сервісно-орієнтована архітектура - це сукупність взаємодіючих між собою сервісів і web - сервісів і їхніх інтерфейсів. Будь-який з компонентів SOA створюєть­ся за допомогою сервісів безвідносно до конкретних технологій, за які можна брати готові застосування типу «чорна скринька». Інтеграція компонентів і сервісів в архітектуру SOA містить у собі наступні види:

- користувальницьку інтеграцію (user intégration) для взаємодії інформацій­ної системи з конкретним користувачем;

- зв'язування застосувань (application Connectivity) для забезпечення їхньої взаємодії;

- інтеграцію процесів (process intégration) для об'єднання бізнес-процесів;

- інформаційну інтеграцію (information intégration) для забезпечення доступу до інтегрованої інформації і даних.

При цьому до створюваної архітектури SOA висуваються наступні вимоги:

- наявність існуючих інформаційних систем і поява нових;

- поетапне впровадження нових і міграція існуючих інформаційних систем;

- стандартизація технології і реалізація інструментів для підтримки сервісних архітектур з повторним використанням застосувань і компонентів;

- використання різних моделей і систем (портали, grid - системи й ін.).

Якщо об'єктом сервісно-орієнтованої архітектури є web - сервіс, то застосову­ється дві технології, що забезпечує функціональність (Functions) і якість сервісів (Quality of service). Ці технології винесені на рівень IT - стандартів комітету W3C і мають наступні рівні.

Технологія забезпечення функціональності web - сервісів має:

- транспортний рівень (transport layer) для обміну даними;

- комунікаційний рівень (service communication layer) для визначення прото­колів;

- рівень опису сервісу (service description layer) і зв'язаних з ним інтерфейсів;

- рівень бізнес-процесів (business process layer) для реалізації бізнес-процесів і потоків робіт через механізми web - сервісів;

- рівень реєстру сервісів (service registry layer), який забезпечує організацію бібліотек web - сервісів для їхньої публікації, пошуку і виклику за їхніми WSDL-описами інтерфейсів.

^ Технологія забезпечення якості web - сервісів має наступні рівні:

- політики (policy layer) для опису правил і умов застосування web - сервісів;

- безпеки (security layer) для опису питань безпеки веб-сервісів і функціону­вання (авторизація, аутентифікація і розподіл доступу);

- транзакцій (transaction layer) для встановлення параметрів звертання до веб-сервісів і забезпечення надійності їхнього функціонування;

- керування (management layer) для керування web - сервісами.

Технологічний фундамент web - сервісів становлять: XML, SOAP, UDDI, WSDL. З їхньою допомогою здійснюється реалізація базових властивостей web – сервісу і механізму взаємодії між собою web – сервісів у середовищі SOA, що вміщують компоненти, наведені на рис. 5.11.



Рис. 5.11. Компоненти web - сервісів і взаємодія з різними системами


Як видно з рисунку до головних компонентів належать:

- провайдер сервісу, що здійснює реалізацію сервісу у вигляді web - сервісу, прийом і виконання запитів користувачів сервісу, а також публікацію сервісу, від­значеного в реєстрі сервісів;

- реєстр сервісів, якій містить у собі бібліотеку сервісів для користувачів сервісу і засоби пошуку і виклику необхідного сервісу за запитами, що надійшли від провайдерів сервісів на надання сервісів;

- користувач сервісу (застосування, програмний модуль або сервіс), який здійснює пошук і виклик необхідного сервісу з реєстру сервісів за його описом, а також використовує сервіс, наданий провайдером відповідно до його інтерфейсу.

Зв'язок між діючими системами, наведений на рисунку, здійснюється через XML-повідомлення мережного середовища, що використовують інтерфейси web- сервісів. Посередником між загальносистемними службами розподілених систем і застосувань є провайдер, що звертається до них за сервісом, а інтегратор SOA, що створюються із сервісів і web- сервісів, називається брокером.

Для отримання сервісу в архітектурі SOA виконуються наступні операції:

^ 1. Публікація сервісу WSDL з метою забезпечення доступності (через ви­клик) користувачеві сервісу і його інтерфейсу;

2. Пошук за протоколом SOAP здійснює користувач сервісу в реєстрі сервісів за заданими критеріями;

3. Зв'язування UDDI через опис користувачем необхідного сервісу, який може надаватися в таких моделях як COM, CORBA, DBMS, .JNET тощо.

При цьому передбачається, що в реєстрі архітектури SOA міститься опис сервісу з форматом запитів користувача до провайдера, який містить у собі перелік описів сервісів, що можуть бути викликані відповідно до опублікованого інтерфей­су сервісу.

^ 5.1.8. Агенте програмування

Поняття інтелектуального і програмного агента з'явилося понад 20 років тому, їхня роль у програмній інженерії увесь час зростає [19-23]. Так, Джекобсон [23] зазначив перспективу використання агентів як менеджерів проектів, розробни­ків архітектури за діаграмами use case і ін.

Основний теоретичний базис даного програмування - темпоральна, модальна і мультимодельна логіки, дедуктивні методи доведення правильності властивостей агентів і ін.

З погляду програмної інженерії агент — це самодостатня програма, здатна керувати своїми діями в інформаційному середовищі функціонування для одер­жання результатів виконання поставленої задачі і зміни поточного стану середови­ща [19]. Агент мас такі властивості:

- автономність - це здатність діяти без зовнішнього впливу;

- реактивність - це здатність реагувати на зміни даних, середовища і сприй­мати їх;

- активність - це здатність ставити мету і виконувати задані дії для досягнен­ня цієї мети;

- здатність до взаємодії з іншими агентами (або людьми).

З інтелектуальним агентом зв'язані знання, що відображають переконання, намір, зобов'язання і т.п. Ці поняття входять у концептуальну модель і зв'язуються між собою операційними планами реалізації цілей агента. Для досягнення цілей інтелектуальні агенти взаємодіють один з одним, установлюють зв'язок між собою через повідомлення або запити і виконують задані дії або операції відповідно до наявних знань. Агенти можуть бути локальними і розподіленими (рис.5.12).

Локальні агенти виконують задані функції у певних серверах і клієнтських комп'ютерах мережі і впливають на загальний стан середовища функціонування. Розподілені агенти розміщуються в різних вузлах мережі, виконують автономно (паралельно, синхронно, асинхронно) притаманні їм функції і можуть впливати на загальний стан розподіленого середовища.




Рис. 5.12. Приклад взаємодії агентів у різних середовищах


Характер взаємодії між агентами залежить від сумісності цілей, компетент­ності і т.п. [21].

Основою агентного програмування є:

- формальна мова опису ментального стану агентів;

- мова специфікації інформаційних, часових, мотиваційних і функціональних дій агента в середовищі функціонування;

- засоби інтерпретації специфікацій агента;

- інструменти конвертування будь-яких програм у відповідні агентні програ­ми.

Агенти взаємодіють між собою за допомогою таких механізмів, як координація, комунікація, кооперація або коаліція.

Під координацією агентів розуміють процес забезпечення функціонування агентів при погодженості їхньої поведінки і без взаємних конфліктів. Координація агентів визначається:

- взаємозалежністю цілей інших агентів-членів коаліції, а також від можли­вого впливу агентів один на одного;

- обмеженнями, що приймаються для групи агентів коаліції в рамках загаль­ного їхнього функціонування;

- компетенцією - знаннями умов середовища функціонування і ступенем їх­нього використання.

Головний засіб комунікації агентів - транспортний протокол ТСР/1Р або про­токол агентів ACL (Agent Communication Languages). Керування агентами (Agent Management) виконується за допомогою сервісів: передача повідомлень між аген­тами, доступ агента до сервера і т.п. Комунікація агентів - це взаємодія між різни­ми агентами через подання загальних протоколів Інтернету, а також опис повідом­лень мовою HTML і декларативними або процедурними (Java, Telescript, ACL і т.п.) мовами. Кооперація агентів - це спільне виконання деяких завдань користувачів.

Прикладом активної і скоординованої діяльності агентів з пошуку необхідної інформації є середовище Інтернету. У ньому агенти забезпечують доступ до інформаційних ресурсів, а також виконують аналіз інформації, інтеграцію, фільтрацію і передачу результату запиту користувачеві (рис. 5.13).

Кожен агент залежно від свого статусу (агент архіву, агент користувача, агент-диспетчер, інформаційний агент і ін.) виконує визначену функцію, передає один одному завдання на наступну дію з доступу до інформаційного ресурсу для витягу необхідної інформації і передачі її на обробку наступним агентам. Вибрану інформацію агенти обробляють, аналізують, фільтрують і передають результат клієнтові. Модель середовища взаємодії агентів складається з бази знань і бази даних, моделі інформаційних ресурсів, їхніх властивостей, правці роботи з ними і типів повідомлень. Як результат виконання функцій агенти створюють середовище, яке у будь-який момент часу знаходиться в деякому стані, а агент, виконуючи задані дії, змінює його на цільовий стан з урахуванням виникнення нерегулярних станів (тупиків, нестачі ресурсу й ін.).

У загальному випадку середовище, у якому діє агент, має визначену поведін­ку, що може бути відома цілком або частково. Головна особливість пошуку - бути проміжним середовищем, що виконує функції пошуку інформації за допомогою інформаційного агента, агента-користувача, агента-постачальника й ін.




Рис. 5.13. Схема обробки запитів агентами у середовищі Інтернету


Стан середовища залежить від інформації, що є у агента, а також від таких його властивостей: дискретності стану, детермінованості (чи ні) дій, динамічності або статичності середовища, синхронної або асинхронної зміни стану і т.п.

Для організації пошуку інформації за допомогою агентів створені мультиагентні пошукові системи (МАПС), що обробляють складні багаторазові запити, зв'язані з професійною діяльністю користувачів з пошуку в Інтернеті різного роду семантичної інформації. У цьому пошуку агенти забезпечують більш швидке і точне подання релевантної інформації на запит користувача мережі. МАПС реалізує ефективний обмін інформацією між інформаційним ресурсом і користувачем.

У даній структурі МАПС агент архіву забезпечує зіставлення добутої в Інтернеті інформації, заданої в запиті, і при її актуальності система видає відповідь на запит користувача.

Якщо інформація не знайдена, агент архіву передає запит агенту-диспетчеру для продовження пошуку. Він аналізує параметри і дані, запитує агента сервера інформаційних ресурсів про необхідну інформацію, що оцінюється на релятивність, і результат передає іншим агентам для подальшого обслуговування.

Агент-інтегратор поєднує відповіді на запити різних агентів інформаційних ресурсів у єдиний список для передачі його агентові, що фільтрує цей список, а потім передає його агенту-користувачу.

Однією із систем побудови агентів, заснованою на обміні повідомленнями, є система JATLite, що за допомогою Java - класів створює нових агентів, які обчислюють визначені функції в розподіленому середовищі. Система Agent Builder - це система конструювання програмних агентів, які описуються мовою Java і можуть взаємодіяти між собою, мовою KQML (Knowledge Query and Manipulation Language) [19-23].

Побудовані агенти виконують функції: менеджера проекту й онтологій, візуалізації. налагодження й ін. Реалізацію механізмів взаємодій агентів забезпечує система JAFMAS, ряд інших мультиагентних систем [19].


4528063027920541.html
4528167605851600.html
4528402026112588.html
4528460408588169.html
4528586751034803.html