Архитектура информационных систем. Часть 1. Учебное пособие

Источники знаний, обладающие знаниями о внешнем мире и о ходе решения задачи, представлены независимыми процессами, которые могут изменять данные, расположенные на доске.

Рис. 21. Структура системы, использующей принцип классной

Каждый из процессов, выполнив свою функцию в общем процессе решения задачи, заносит результат на «доску», после чего он становится доступен остальным процессам. Процессы могут пользоваться услугами подсистемы отслеживания состояния информации, помещенной на доску. Данная подситема отслеживает изменения данных, расположенных на доске и уведомляет (в форме сообщений) все заинтересованые в использовании этих данных процессы.

Системы, использующие принцип классной доски используются:

в системах искусственного интеллекта для хранения системных знаний;

в многоагентных системах для осуществления взаимодействия агентов.

6.6. Виртуальные машины

Виртуальная машина (от англ. virtual machine) – программно-

аппаратная система, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы и исполняющая программы для этой платформы на некоторой host-платформе12. Виртуальная машина

12Нost – хост-платформа, платформа-хозяин.

51

образует внешний слой (интерфейс) ИТ-системы, осуществляющий взаимодействие с клиентскими приложениями.

6.6.1. Интерпретаторы

Интерпретатор – программа, выполняющая интерпретацию, т.е. покомандный анализ, обработку и выполнение исходной программы или запроса.

Интерпретаторы широко используются для выполнения следующих функций:

отладка ПО, предназначенного для работы на других платформах, например, во встраиваемых контроллерах;

выполнение программ, написанных для одной операционной системы (ОС) под управлением некоторой другой ОС, например для выполнения Linux - приложений под управ-

лением Windows;

интерпретаторы команд;

интерпретаторы некоторого языка, в качестве которого может выступать скриптовый язык, язык высокого уров-

ня, или какой-либо специальный язык.

Интерпретаторы удобно использовать в системах разработки и отладки ПО ряда систем, как правило, встраиваемых. При этом интерпретатор служит программной моделью системы.

Также интерпретаторы применяются в качестве средства переноса приложений между платформами. В качестве примера можно привести систему VMWare, которая обеспечивает перенос приложений между различными платформами, в том числе между

Linux и Windows.

Одним из типовых вариантов использования интерпретаторов являются интерпретаторы команд. Примерами являются

command.com в DOS, shell в Unix, Window Manager в Windows (управляется мышью).

Широко применяются интерпретаторы таких языков, как Basic, Python, Perl, а также javascript, который встраивается в интернетбраузеры. Широко применяется на практике виртуальная java машина13 .

13 The Java Virtual Machine.

52

6.6.2. Системы, основанные на правилах

В системах, основанных на правилах, знания и логика представлены в виде множества правил, а не в виде программы на некотором языке программирования. На рис. 22 приведена структура системы, обеспечивающей работу с правилами. Она состоит из базы знаний, процессора логического вывода, выполняющего обработку правил, основной памяти и пользовательского интерфейса.

запросы результаты

База

знаний

Рис. 22. Структура системы, обеспечивающей работу с правилами

Запросы к системе выполняются с помощью специального языка посредством пользовательского интерфейса. Процессор логического вывода анализирует запросы пользователя и выполняет логический вывод. При выполнении вывода процессор при необходимости выбирает из базы знаний правила и данные. База знаний хранит данные о предметной области двух типов: факты и набор правил. Процессор логического вывода будет применять правила к данным до тех пор, пока не получит результат. Основная память используется для хранения текущих результатов.

В подобных системах реализуется два типа логического вывода: прямой и обратный. При прямом логическом выводе изначально появляется новый факт, и в результате применения правил формируется некоторое заключение. При обратном логическом

53

выводе исходным является некоторое утверждение, а процесс логического вывода посредством применения правил подтверждает истинность или ложность исходного высказывания. Возможно и совместное использование прямого и обратного логического вывода.

Более совершенные системы могут содержать также подсистему объяснения, которая выдаёт пользователю, помимо конечного результата, информацию о тех правилах, которые были использованы в процессе логического вывода.

Системы, основанные на правилах, на практике используются следующим образом [4]:

как оболочка экспертной системы, которая может быть наполнена правилами и фактами, например система

CLIPS;

в качестве библиотеки компонентов, которая обеспечивает возможность добавления в приложения пользователей механизмов работы с правилами, как, например система

Jess;

правила могут быть использованы для управления бизнеспроцессами, как, например, в системе Jrules.

6.7. Рекомендации по использованию стилей

Случаи, при которых целесообразно использовать тот или иной архитектурный стиль, приведены в табл. 6.1 [4].

54

55

Рассмотренные архитектурные стили можно отнести к «чистым» архитектурам. Реальные архитектуры сложных программных систем являются, как правило, комбинациями нескольких стилей. При этом отдельные стили обычно комбинируются следующими способами:

иерархия стилей;

применение более одного стиля на одном уровне иерархии;

соединение двух или более архитектурных стилей;

комбинация перечисленных выше способов.

Иерархия стилей предполагает, что компонент некоторого уровня в системе, построенной с использованием одного стиля, сам по себе может быть организован на основе другого стиля. Например, в механизме конвейеров pipes в Unix каждый из элементов конвейера, может быть реализован на основе другого стиля.

Второй способ позволяет применять для организации одного компонента несколько различных стилей. Например, некоторый компонент может использовать репозитарий, а с другими компонентами взаимодействовать с использованием стиля «конвейеры и фильтры».

Иногда некоторая архитектура может быть описана в терминах различных стилей, например, система Линда [7] может быть представлена и как система, использующая принцип взаимодействующих процессов, и как система на основе централизованных данных.

56

Контрольные вопросы

1.Каким образом организованы системы, основанные на потоках данных: системы пакетно-последовательной обработки, системы типа «конвейеры и фильтры»?

2.Каков принцип организации систем, использующих вызов с возвратом: типа программа-подпрограммы и клиентсерверных систем?

3.Укажите основные особенности объектно-ориентированных систем, использующих вызов с возвратом.

4.Укажите основные особенности иерархических многоуровневых систем, использующих вызов с возвратом.

5.Каким образом организованы и функционируют системы, работающие по принципу взаимодействующих процессов?

6.Каким образом организованы и функционируют системы, управляемые событиями?

7.Поясните принцип организации систем, основанных на использовании централизованной базы данных.

8.Поясните принцип организации систем, использующих принцип классной доски.

9.Какие существуют разновидности систем, функционирующих по принципу виртуальной машины? Каковы их особенности?

7.Паттерны и фреймворки в архитектуре ИС

7.1. Паттерны

При проектировании информационных систем зачастую применяются типовые решения, которые называют также шаблонами проектирования.

Шаблон проектирования (паттерн, design pattern) – это архитектурная конструкция, предоставляющая эффективное решение проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и предполагающая многократное применение.

Как правило, паттерн не может быть прямо преобразован в код, это лишь пример решения задачи, который можно использовать в различных ситуациях. Объектно-ориентированные шаблоны определяют отношения и взаимодействия между классами или

57

объектами, но не определяют, какие классы или объекты приложения будут использоваться.

Алгоритмы также являются шаблонами, но не проектирования, а вычислений.

Преимуществом использования шаблона является то, что он описывает решение целого класса абстрактных задач. Эффективно построенный шаблон проектирования позволяет, однажды отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова.

Могут быть выделены следующие разновидности паттернов: архитектурные, системные, структурные, поведенческие, производящие и параллельного программирования [9].

Архитектурные паттерны (architectural patterns) определяют состав и функции отдельных подсистем, а также их взаимодействие. Эти паттерны могут быть отнесены к паттернам высокого уровня, которые не зависят ни от платформы, ни от языка программирования. Такие паттерны называют также архитектурными стилями, которые были рассмотрены выше.

Системные паттерны (system patterns) описывают системный (верхний) уровень приложения. Их использование может обеспечить построение более эффективных систем. Основные виды системных паттернов и их назначение рассмотрены в табл. 7.1.

58

Структурные паттерны (structural patterns) определяют спосо-

бы разделения и объединения элементов приложения. Разновидности структурных паттернов и их назначение приведены в табл.7.2.

59

Поведенческие паттерны (behavioural patterns) представляют собой совокупность эвристических способов организации управления в системе. Основные разновидности поведенческих паттернов и их назначение приведены в табл. 7.3.

60