Параллельное и распределенное программирование на С++

Архитектура системы

Моделирование и документирование архитектуры системы — это ее описание па самом высоком уровне. Гради Буч, Джеймс Рамбау и Айвар Джекобсон определяю, архитектуру как

набор важных решений по организации системы программного обеспечения, выбор структурных элементов и их интерфейсов, посредством которых составляется система, вместе с их поведением, определенным на периоды их сотрудничества, объединение этих структурных и поведенческих элементов в более крупные подсистемы и архитектурный стиль, который направляет эту организацию — эти элементы и их интерфейсы, их варианты взаимодействия и их композицию.

Моделирование и документирование архитектуры системы должно охватывать ее логические и физические элементы, а также структуру и поведение системы на самом высоком уровне.

Архитектура системы — это ее описание с различных точек зрения, но с акцентом на структуре и организации системы. Ниже представлены различные точки зрения.

Прецедент (вариант использования)  Описывает поведение системы с точки зрения конечно г о пользователя

Процесс  Описывает процессы и потоки, используемые в механизмах обеспечения параллелизма и синхронизации

Назначение  Описывает функции системы и услу г и, предоставляемые конечному пользователю

Реализация  Описывает аппаратные компоненты, используемые для создания физической системы

Развертывание  Описывает про г раммные компоненты и узлы, на которых они выполняются, в поставляемой системе

Очевидно, что эти «поля зрения» (представления о системе) частично перекрываются и взаимодействуют между собой. Например, в описании назначения системы могут упоминаться прецеденты, а при описании ее реализации процессы часто представляют в качестве компонентов. Программные компоненты используются как в части реализации, так и части развертывания системы. При описании архитектуры системы очень полезно строить диаграммы, которые отражают каждый из перечисленных выше ее «портретов».

Систему можно разложить иа подсистемы и модули. Подсистемы и модули могут быть подвергнуты дальнейшей декомпозиции и разложены на компоненты, узлы, классы, объекты и интерфейсы. В языке UML подсистемы и модули, используемые на архитектурном уровне документации, называются пакетами. Пакет можно использовать для организации элементов в группу, которая описывает общую цель этих элементов. Пакет представляется в виде прямоугольника со вкладкой (ярлыком), расположенной над его верхним левым углом. Символ пакета должен содержать его название. Пакеты в системе могут связывать отношения, построенные на основе композиции, агрегирования, зависимости и наследования. Для того чтобы отличать один тип пакета от другого, можно использовать индикаторы стереотипов. На рис. 10.19 показаны пакеты, входящие в систему составления расписаний. Для системного пакета используется индикатор <<system>> (<<система>>), а для пакета уровня подсистемы — индикатор «subsystem>> (<<подсистема>>). Подсистемы связаны с системой отношением агрегирования.

Одни пакеты могут содержать другие пакеты. В этом случае имя пакета указывается во вкладке. На рис. 10.19 также показано содержимое каждой подсистемы.

Резюме

Рис. 10.19. Пакеты, используемые в системе составления расписаний (NLI- естественно-языковый интерфейс; NLP — обработка данных на естественном языке; NLG — генерация словаря естественного языка)

Модель системы представляет собой своего рода информационное тело, «собранное» с целью изучения системы. При моделировании любой системы не обойтись без документирования ее различных аспектов. Поскольку в создании системы обычно занято множество людей, очень важно, чтобы все они пользовались одним языком. Таким языко м стал у н ифицированный язык м оделирования (United Modeling Language — UML), который представляет собой совокупность графических средств, используемых для проектирования, визуализации, моделирования и документирования артефактов системы программного обеспечения. Этот язык создан Гради Бучем, Джеймсом Рамбау и Айваром Джекобсоном. Язык UML стал фактическим стандартом для моделирования объектно-ориентированных систем. Его средства также успешно можно использовать для моделирования параллельных и распределенных систем в плане описания ее структурных и поведенческих аспектов.

Диа г ра мм ы UML м ожно использовать для моделирования основных модулей системы, отдельных объектов и системы в целом. Объект — это основная «единица» моделирования, используемая во многих диаграммах UML. Композиция, агрегирование, зависимость и наследование — это некоторые из отношений, который могут существовать между объектами. Для отображения поведения объектов и идентификации параллелизма в системе используются диаграммы взаимодействия. Диаграммы сотрудничества позволяют отобразить взаимодействие между объектами, совместно работающими над выполнением некоторой конкретной задачи. Для представления взаимодействия между объектами во времени используются диаграммы последовательностей. С помощью диаграмм состояний можно отобразить действия одного объекта в течение всего периода его существования. Для распределенных объектов преусмотрена возможность указать их местоположение в системе.

Диаграммы развертывания используются для моделирования системы с точки зрени я их поставки. Базовыми элементами диаграммы развертывания являются узлы и компоненты. Узлы представляют блоки оборудования, а компоненты— части программного обеспечения. В символах узлов указывается, какие объекты или компоненты установлены на них. При моделировании всей системы базовым элементом является пакет. Пакеты можно использовать для представления систем и подсистем. Межлу пакетами могут существовать отношения, которые также отражаются на диаграмме.

Проектирование компонентов для поддержки параллелизма

«Как только мы пересекаем черту, чтобы реализовать себя в компьютерной технологии, наши успехи