Инструментальное программное обеспечение
Инструмента́льное програ́ммное обеспе́чение — программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ, в отличие от прикладного и системногопрограммного обеспечения. К этой категории относятся программы, предназначенные для разработки программного обеспечения:
ассемблеры — компьютерные программы, осуществляющие преобразование программы в форме исходного текста на языке ассемблера в машинные команды в виде объектного кода.
трансляторы — программы или технические средства, выполняющие трансляцию программы.
компиляторы — Программы, переводящие текст программы на языке высокого уровня, в эквивалентную программу на машинном языке.
интерпретаторы — Программы (иногда аппаратные средства), анализирующие команды или операторы программы и тут же выполняющие их
компоновщики (редакторы связей) — программы, которые производят компоновку — принимают на вход один или несколько объектных модулей и собирают по ним исполнимый модуль.
препроцессоры исходных текстов — это компьютерные программы, принимающие данные на входе и выдающие данные, предназначенные для входа другой программы, например, такой, как компилятор
Отла́дчик (debugger) — является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе.
текстовые редакторы — компьютерные программы, предназначенные для создания и изменения текстовых файлов, а также их просмотра на экране, вывода на печать, поиска фрагментов текста и т. п.
специализированные редакторы исходных текстов — текстовые редакторы для создания и редактирования исходного кода программ. Специализированный редактор исходных текстов может быть отдельным приложением, или быть встроен в интегрированную среду разработки (IDE).
библиотеки подпрограмм — сборники подпрограмм или объектов, используемых для разработки программного обеспечения.
Редакторы графического интерфейса
Перечисленные инструменты могут входить в состав интегрированных сред разработки
Ассе́мблер (от англ. assembler — сборщик) — компьютерная программа, компилятор исходного текста программы, написанной на языке ассемблера, в программу на машинном языке.
Как и сам язык (ассемблера), ассемблеры, как правило, специфичны для конкретной архитектуры, операционной системы и варианта синтаксиса языка. Вместе с тем существуют мультиплатформенные или вовсе универсальные (точнее, ограниченно-универсальные, потому что на языке низкого уровня нельзя написать аппаратно-независимые программы) ассемблеры, которые могут работать на разных платформах и операционных системах. Среди последних можно также выделить группу кросс-ассемблеров, способных собирать машинный код и исполняемые модули (файлы) для других архитектур и ОС.
Ассемблирование может быть не первым и не последним этапом на пути получения исполнимого модуля программы. Так, многие компиляторы с языков программирования высокого уровня выдают результат в виде программы на языке ассемблера, которую в дальнейшем обрабатывает ассемблер. Также результатом ассемблирования может быть не исполнимый, а объектный модуль, содержащий разрозненные блоки машинного кода и данных программы, из которого (или из нескольких объектных модулей) в дальнейшем с помощью редактора связей может быть получен исполнимый файл.
Трансля́тор — программа или техническое средство, выполняющее трансляцию программы.[1][2]
Трансляция программы — преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в программу на другом языке и, в определённом смысле, равносильную первой.[1]
Транслятор обычно выполняет также диагностику ошибок, формирует словари идентификаторов, выдаёт для печати тексты программы и т. д.[1]
Язык, на котором представлена входная программа, называется исходным языком, а сама программа — исходным кодом. Выходной язык называется целевым языком или объектным кодом.
В общем случае, понятие трансляции относится не только к языкам программирования, но и к другим языкам — как формальным компьютерным (вроде языков разметки типа HTML), так и естественным (русскому,английскому и т. п.).[3][4]
Компиля́тор — программа или техническое средство, выполняющее компиляцию.[1][2][3]
Компиляция — трансляция программы, составленной на исходном языке высокого уровня, в эквивалентную программу на низкоуровневом языке, близком машинному коду (абсолютный код, объектный модуль, иногда наязык ассемблера).[2][3][4] Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора — эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код).[5]
Компилировать — проводить трансляцию машинной программы с проблемно-ориентированного языка на машинно-ориентированный язык.[3]
Интерпрета́тор — программа (разновидность транслятора) или аппаратное средство, выполняющее интерпретацию.[1]
Интерпрета́ция — пооператорный (покомандный, построчный) анализ, обработка и тут же выполнение исходной программы или запроса (в отличие от компиляции, при которой программа транслируется без её выполнения).[2][3][4]
Компоновщик (также реда́ктор свя́зей, линкер — от англ. link editor, linker) — программа, которая производит компоновку: принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает по ним исполнимый модуль.
Изначально, до появления динамических библиотек, загрузчики могли выполнять некоторые функции компоновщика[1], однако сейчас, чаще всего, загрузка программ выделяется в отдельный процесс[2].
Препроцессор — это компьютерная программа, принимающая данные на входе и выдающая данные, предназначенные для входа другой программы (например, компилятора). О данных на выходе препроцессора говорят, что они находятся в препроцессированной форме, пригодной для обработки последующими программами (компилятор). Результат и вид обработки зависят от вида препроцессора; так, некоторые препроцессоры могут только выполнить простую текстовую подстановку, другие способны по возможностям сравниться с языками программирования. Наиболее частый случай использования препроцессора — обработка исходного кодаперед передачей его на следующий шаг компиляции. Языки программирования C/C++ и система компьютерной вёрстки TeX используют препроцессоры, значительно расширяющие их возможности.
В некоторых языках программирования этап компиляции и трансляции получили название «препроцессинга».
Те́кстовый реда́ктор — самостоятельная компьютерная программа или компонент программного комплекса (например, редактор исходного кода интегрированной среды разработки или окно ввода в браузере), предназначенная для создания и изменения текстовых данных вообще и текстовых файлов в частности[1].
Построчный (строковый) текстовый редактор (англ. line editor) работает с текстом как последовательностью пронумерованных строк, выполняя операции над текстом в указанных строках[2]. Примером такого редактора может быть edlin, входивший в состав MS-DOS. Контекстный (строковый) редактор (англ. context editor), примером которого может быть ECCE (англ. Edinburgh Compatible Context Editor)[3], выполняет операции над текстом в текущей позиции.
Экранный текстовый редактор позволяет пользователю перемещать курсор в тексте с помощью клавиш или других устройств ввода[4].
Текстовые редакторы предназначены для работы с текстовыми файлами в интерактивном режиме. Они позволяют просматривать содержимое текстовых файлов и производить над ними различные действия — вставку, удаление и копирование текста, контекстный поиск и замену, сортировку строк, просмотр кодов символов и конвертацию кодировок, печать и т. п.
Часто интерактивные текстовые редакторы содержат дополнительную функциональность, призванную автоматизировать действия по редактированию (от записываемых последовательностей нажатий клавиш до полноценных встроенных языков программирования), или отображают текстовые данные специальным образом (например, сподсветкой синтаксиса).
Многие текстовые редакторы являются редакторами исходного кода, то есть они ориентированы на работу с текстами программ на тех или иных компьютерных языках.
Библиотека (от англ. library) в программировании — сборник подпрограмм или объектов, используемых для разработки программного обеспечения (ПО).
В некоторых языках программирования (например, в Python) то же, что модуль, в некоторых — несколько модулей. С точки зрения операционной системы (ОС) и прикладного ПО библиотеки разделяются на динамические и статические.
Термин «библиотека подпрограмм» по всей видимости одними из первых упомянули Уилкс М., Уиллер Д., Гилл С. в качестве одной из форм организации вычислений на компьютере[1][2]. Исходя из изложенного в их книге под библиотекой понимался набор «коротких, заранее заготовленных программ для отдельных, часто встречающихся (стандартных) вычислительных операций»[3].
Архитектура программного обеспечения
Архитектура программного обеспечения (англ. software architecture) — это структура программы или вычислительной системы, которая включает программные компоненты, видимые снаружи свойства этих компонентов, а также отношения между ними. Этот термин также относится к документированию архитектуры программного обеспечения. Документирование архитектуры ПО упрощает процесс коммуникации между заинтересованными лицами (англ. stakeholders), позволяет зафиксировать принятые на ранних этапах проектирования решения о высокоуровневом дизайне системы и позволяет использовать компоненты этого дизайна и шаблоны повторно в других проектах. Область компьютерных наук с момента своего образования столкнулась с проблемами, связанными со сложностью программных систем. Ранее проблемы сложности решались разработчиками путем правильного выбора структур данных, разработки алгоритмов и применения концепции разграничения полномочий. Хотя термин «архитектура программного обеспечения» является относительно новым для индустрии разработки ПО, фундаментальные принципы этой области неупорядоченно применялись пионерами разработки ПО начиная с середины 1980-х. Первые попытки осознать и объяснить программную архитектуру системы были полны неточностей и страдали от недостатка организованности, часто это была просто диаграмма из блоков, соединенных линиями. В 1990-е годы наблюдается попытка определить и систематизировать основные аспекты данной дисциплины. Первоначальный набор шаблонов проектирования, стилей дизайна, передового опыта (best practices), языков описания и формальная логика были разработаны в течение этого времени.
Основополагающей идеей дисциплины программной архитектуры является идея снижения сложности системы путем абстракции и разграничения полномочий. На сегодняшний день до сих пор нет согласия в отношении чёткого определения термина «архитектура программного обеспечения».
Являясь в настоящий момент своего развития дисциплиной без четких правил о «правильном» пути создания системы, проектирование архитектуры ПО все ещё является смесью науки и искусства. Аспект «искусства» заключается в том, что любая коммерческая система подразумевает наличие применения или миссии. То, какие ключевые цели имеет система, описывается с помощью сценариев как нефункциональные требования к системе, также известные как атрибуты качества, определяющих, как будет вести себя система. Атрибуты качества системы включают в себя отказоустойчивость, сохранение обратной совместимости, расширяемость, надежность, пригодность к сервисному обслуживанию (maintainability), доступность, безопасность, удобство использования, а также другие качества. С точки зрения пользователя программной архитектуры, программная архитектура дает направление для движения и решения задач, связанных со специальностью каждого такого пользователя, например, заинтересованного лица, разработчика ПО, группы поддержки ПО, специалиста по сопровождению ПО, специалиста по развертыванию ПО, тестера, а также конечных пользователей. В этом смысле архитектура программного обеспечения на самом деле объединяет различные точки зрения на систему. Тот факт, что эти несколько различных точек зрения могут быть объединены в архитектуре программного обеспечения, является аргументом в защиту необходимости и целесообразности создания архитектуры ПО ещё до этапа разработки ПО.
Начало архитектуре программного обеспечения как концепции было положено в научно-исследовательской работе Эдсгера Дейкстры в 1968 году и Дэвида Парнаса в начале 1970-х. Эти ученые подчеркнули, что структура системы ПО имеет важное значение, и что построение правильной структуры — критически важно. Популярность изучения этой области возросла с начала 1990-х годов вместе с научно-исследовательской работой по исследованию архитектурных стилей (шаблонов), языков описания архитектуры, документирования архитектуры, и формальных методов.
В развитии архитектуры программного обеспечения как дисциплины играют важную роль научно-исследовательские учреждения. Мэри Шоу и Дэвид Гэрлан из университета Carnegie Mellon написали книгу под названием «Архитектура программного обеспечения: перспективы новой дисциплины в 1996 году», в которой выдвинули концепции архитектуры программного обеспечения, такие как компоненты, соединители (connectors), стили и так далее. В калифорнийском университете институт Ирвайна по исследованию ПО в первую очередь исследует архитектурные стили, языки описания архитектуры и динамические архитектуры.
Первым стандартом программной архитектуры является стандарт IEEE 1471: ANSI / IEEE 1471—2000: Рекомендации по описанию преимущественно программных систем. Он был принят в 2007 году, под названием ISO ISO / IEC 42010:2007.
Языки описания архитектуры (ADLS) используются для описания архитектуры программного обеспечения. Различными организациями было разработано несколько различных ADLS, в том числе AADL (стандарт SAE), Wright (разработан в университете Carnegie Mellon), Acme (разработан в университете Carnegie Mellon), xADL (разработан в UCI), Darwin (разработан в Imperial College в Лондоне), DAOP-ADL (разработан в Университете Малаги), а также ByADL (Университет L’Aquila, Италия). Общими элементами для всех этих языков являются понятия компонента, коннектора и конфигурации. Архитектура ПО обычно содержит несколько видов, которые аналогичны различным типам чертежей в строительстве зданий. В онтологии, установленной ANSI / IEEE 1471—2000, виды являются экземплярами точки зрения, где точка зрения существует для описания архитектуры с точки зрения заданного множества заинтересованных лиц.
Примеры видов:
Функциональный/логический вид
Вид код/модуль
Вид разработки (development)/структурный
Вид параллельности выполнения/процесс/поток
Физический вид/вид развертывания
Вид с точки зрения действий пользователя
Вид с точки зрения данных
Хотя было разработано несколько языков для описания архитектуры программного обеспечения, в настоящий момент нет согласия по поводу того, какой набор видов должен быть принят в качестве эталона. В качестве стандарта «для моделирования программных систем (и не только)» был создан язык UML.
Существуют следующие фреймворки, относящихся к области архитектуры ПО:
4+1
RM-ODP (Reference Model of Open Distributed Processing)
Service-Oriented Modeling Framework (SOMF)
Такие примеры архитектур как фреймворк Захмана (Zachman Framework), DODAF и TOGAF относятся к области архитектуры предприятия (enterprise architectures).
Архитектура ПО является реализацией нефункциональных требований к системе, в то время как проектирование ПО является реализацией функциональных требований.
Архитектура ПО, которую также можно представить себе в виде разработки стратегии — это деятельность, связанная с определением глобальных ограничений, накладываемых на проектирование системы, такие как выбор парадигмы программирования, архитектурных стилей, стандарты разработки ПО, основанные на использовании компонентов, принципы проектирования и ограничения, накладываемые государственным законодательством. Детальное проектирование, то есть разработка тактики — это деятельность, связанная с определением локальных ограничений проекта, такие как шаблоны проектирования, архитектурные модели, идиомы программирования и рефакторинга. Согласно «гипотезе напряжения/окрестности» (Intension/Locality Hyphotysis), различие между архитектурным и детальным проектированием определяется критерием окрестности (Locality Criteria), согласно которому утверждение, что дизайн ПО не является локальным (а является архитектурным) истинно тогда и только тогда, когда программа, которая удовлетворяет этому критерию может быть расширена в программу, которая не удовлетворяет ему. Например, стиль приложения клиент-сервер является архитектурным стилем (стратегическим дизайном), потому что программа, которая построена на этом принципе, может быть расширена в программу, которая не является клиент-сервером, например, путем добавления peer-to-peer узлов.
Архитектура является проектированием (дизайном), но не всякий дизайн является архитектурным дизайном. На практике, архитектор определяет грань между архитектурой программного обеспечения (архитектурным дизайном) и детальным дизайном (неархитектурным проектированием). Не существует правил или инструкций, как сделать это, которые подходят для любого случая.
Есть много распространенных способов разработки программных модулей и их связей, в том числе:
Blackboard
Клиент-серверная модель (client-server)
Архитектуры, построенные вокруг базы данных (database-centric architecture)
Распределенные вычисления (distributed computing)
Событийная архитектура (event-driven architecture)
Front end and back end
Неявные вызовы (implicit invocations)
Монолитное приложение (monolithic application)
Peer-to-peer
Пайпы и фильтры (pipes and filters)
Plugin
Representational State Transfer
Rule evaluation
Поиск-ориентированная архитектура
Сервис-ориентированная архитектура
Shared nothing architecture
Software componentry
Space based architecture
Структурированная
Трех-уровневая