Джозеф Фокс - Программное обеспечение и его разработка

Выбор подсистем, на которые надо делить наш объект, это и есть акт проектирования, он оказывает глубокое влияние на нашу работу по созданию системы и на ее дальнейшее функционирование.

Такое поуровневое проектирование может быть обнаружено практически во всех областях, причем чем более отработана технология, тем более стабильна и надежна та информация, которая передается с одного уровня на другой. Информация, необходимая на любом уровне, обычно весьма понятна, также вполне понятен и отработан механизм представления этой информации (формат, язык и т. д.).

В программном обеспечении ни один из уровневых механизмов не достиг нужной стабильности. Содержимое каждого уровня запутанно, а механизмы передачи информации с уровня на уровень ненадежны, или их вовсе нет. Тем не менее проектировщики нижних уровней часто соглашаются на фрагментарные или невразумительные требования/проекты, потому что для спецификаций не существует никаких стандартов ! Более низкие уровни могут легко отойти от нужного подхода, и это с самыми лучшими намерениями.

Отсутствие «технологической инфраструктуры» приводит к тому, что процесс (или система) производства программного обеспечения не застрахован от ошибок. Именно поэтому управление им должно быть гораздо более твердым, чем в отраслях с более отработанной технологией .

Программа управления, созданная для посадки на Луну, состоит примерно из 400 модулей. В операционной системе IBM — ОС для системы 370 в 1975 г. было более 3000 модулей.

Очевидно, что число различных способов их взаимодействия очень велико. В самом начале процесса отработки взаимосвязей наши возможности имеют поистине астрономические масштабы.

Мы делим функции больших программных систем на все меньшие единицы до тех пор, пока размеры модулей не достигнут порядка 30–50 операторов на языке высокого уровня. После этого начинаем связывать модули друг с другом. Затем их объединяют в подсистемы.

Дойдя до этого места, разработчики вычислительной аппаратуры могут сообразить, что все, о чем мы ведем речь, уже сформулировано в одном из принципов аппаратных систем, который гласит, что чем чище и определеннее связи между различными частями системы, тем легче будет в дальнейшем произвести разделение работ и получить работающие и проверочные подсистемы. Чем более замкнутой является каждая отдельная часть, тем легче будет выполнить всю работу. То же самое мы делаем и с программами, называя результат этого процесса «упрятыванием информации». Скоро мы расскажем об этом подробнее.

При разработке программного обеспечения замкнутость приобретает еще большую важность, поскольку программисту бывает очень легко перешагнуть «границы» программных модулей и забраться в модули, принадлежащие кому-то другому. Нам нужно планировать взаимодействие между компонентами и определять то, что нужно выполнять с помощью подпрограмм.

Связывание и разделение мы проводим на основе расслоения. Все связи между подсистемами должны быть точными и ясными. Это значительно облегчит тестирование, поскольку мы получим возможность сначала протестировать отдельные подсистемы и лишь затем, приступив к их совместному тестированию, сосредоточить внимание на взаимосвязях.

Одной из основ всех сложных предприятий является принцип «разделяй и властвуй», это оказывается верным и для программного обеспечения. Расслоение облегчает задачу повторной сборки построенных блоков после внесения в некоторые из них исправлений Этот принцип очень стар. Он применяется во многих областях человеческой деятельности, в том числе — в технике. Это главнейший принцип, используемый при настоящем техническом подходе к делу.

Хотя обычно мы не рассматриваем операционную систему или систему управления базой данных в качестве отдельного слоя общей системы, по сути это на самом деле так. С каждой из этих подсистем мы связываем определенные функции, причем эти функции сосредоточиваются в ограниченной части системы.

Системы следует проектировать в расчете на пиковые ситуации — ситуации, которые обычно не возникают Если же возможность их возникновения реальна, то именно в этих случаях система особенно необходима (Очень интересно исследовать чистые затраты груда на имитацию пиковых ситуаций при тестировании системы. Мы обратимся к этой теме в разделе, посвященном тестированию). Необходимо идентифицировать, анализировать и изучать пиковые входные сигналы, выходные сообщения пользователям, «поведение» во всех взаимосвязях. Систему надо проектировать так, чтобы она могла управлять именно такой ситуацией.

Результаты проектирования программного обеспечения на среднем уровне могут быть проиллюстрированы на таком примере: как нам разделить на части программу обработки запросов, чтобы работа была максимально эффективной?

В первом варианте решения (см. рис. 5.26) есть модуль « одиночного обслуживания», который строит из всехнуждающихся в нем очередь и «обслуживает» их по одному за раз.

Если очереди станут длинными, то такое решение приведет к задержкам, т. е. одновременно будет поступать много запросов. Второй вариант решения заключается в том, что в памяти машины одновременно находится несколько копий одного модуля, так что одновременно можно обрабатывать несколько очередей. Однако на это затрачивается много памяти.

Третий вариант предлагает одну программу обработки очередей, которая одновременно может работать сразу с несколькими очередями. Эта программа является повторно входимой. Она может одновременно выполняться для нескольких пользователей. Вариант, который будет выбран группой проектировщиков, окажет значительное влияние на производительность системы.

Внутри модуля, служащего для управления линиями связи, можно иметь около 100 микромодулей размером около 30 операторов на языке высокого уровня или 30 модулей размером в 100 операторов. Каждый микромодуль должен быть максимально изолирован от других. Под этим мы, в частности, подразумеваем следующее:

1. Ни один модуль не зависит от других, кроме как в смысле последовательности исполнения; каждый модуль должен быть обеспечен всеми данными, кроме тех, которые нужно вводить с внешних устройств.