Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Модель системы представляет собой своего рода информационное тело, «собранное» с целью изучения системы и лучшего ее понимания разработчиками и специалистами, которые должны ее поддерживать. При моделировании системы должны быть идентифицированы отдельные ее части, атрибуты, атакже действия, выполняемые системой. Моделирование — важный инструмент впроцессе проектирования любой системы, поэтому очень важно добиться того, чтобы разработчики до конца понимали систему, которую разрабатывают. Моделирование помогает выявить заложенный в систему параллелизм и понять, как именно следует реализовать ее распределение.

Унифицированный язык моделирования (Uniflted Modeling Language — UML) содержит графические средства, используемые для проектирования, визуализации, моделирования и документирования артефактов системы программного обеспечения. Язык UML представляет собой фактический стандарт для моделирования объект-нсюриентированных систем. Этот язык использует символы и условные знаки для обозначения артефактов системы ПО, отображаемых с различных точек зрения и при различной фокусировке. Язык UML вобрал в себя методы объектно-ориентирован-ного анализа и проектирования, предложенные Гради Бучем (GradyBooch), Джеймсом Рамбау Qames Rumbaugh) и Айваром Джекобсоном (Ivar Jacobson) в 1980-х и 1990-х годах. Он был принят рабочей группой по развитию стандартов объектного программирования (Object Management Group — OMG), международной организацией, состоящей из разработчиков ПО и производителей информационных систем и насчитывающей более 800 членов. Принятие UML дало разработчикам ПО не просто единый язык, а инструмент для анализа объектов, их описания, визуализации и документирования.

В этой главе мы покажем, как можно визуализировать и смоделировать параллельную и распределенную систему с помощью UML. Помимо помощи в разработке системы, моделирование позволяет идентифицировать области параллелизма (где именно?), понять необходимость применения синхронизации и взаимодействия подсистем (когда именно?), а также продумать степень распределения объектов (как именно?). Мы рассматриваем диаграммные методы визуализации и моделирования параллельных систем со структурной и поведенческой точек зрения. Однако следует отметить, что классы, объекты и системы, используемые в этой главе как примеры, служат целям демонстрации и необязательно отражают реальные классы, объекты или структуры, используемые в действительно существующей системе.

При рассмотрении системы со структурной точки зрения акцент ставится на ее статических частях, т.е. нас интересует, как построены элементы системы. В этом случае изучаются атрибуты, свойства и операции, выполняемые системой, а также ее организация, устройство (состав компонентов) и взаимоотношение элементов в системе. В этом разделе рассматриваются диаграммные методы, используемые для моделирования:

• классов, объектов, шаблонов, процессов и потоков;

• организации объектов, работающих «в одной команде».

Изображаемые при моделировании системы элементы могут быть концептуальными или физическими.

Класс — это м о д ель некоторой конструкции, характеризую щ ейся опре д еленными атрибута м и и пове д ение м. Это — описание м ножества понятий или объектов, которые обладают об щ и м и атрибута м и. Класс — это базовый ко м понент любо й объектно-ориентированно й систе м ы. Классы м ожно и спользовать д ля пре д ставления реальных, концептуальных, аппаратных и про г ра мм ных конструкци й. Для пре д ставления классов, объектов и взаи м оотношений, которые су щ ествуют между ни м и в параллельной и/или распределенной систе м е, используется диаграмма класса (class diagram). Диа г ра м ма класса позволяет отобразить атрибуты и услу г и, предоставляе м ые классом, а также о г раничения, нала г ае м ые на способ связи этих классов/объектов.

Язык UML содержит средства для графического представления класса. Для простейшего изображения класса достаточно начертить прямоугольник и написать на нем имя класса. При использовании только одного имени говорят, что это простое гшя. С помощью диаграммы класса можно также отобразить атрибуты и услуги. предоставляемые пользователю этого класса (или операции, выполняемые этим классом). Чтобы включить в диаграмму атрибуты и операции, прямоугольник отображается с тремя горизонтальными отделениями. В верхнем отделении записывается простое имя класса, в среднем — атрибуты, а в нижнем — операции. Разделы атрибутов и операций можно пометить словами «атрибуты» и «операции» соответственно. Имя класса должно быть указано в любом случае, а раздел атрибутов или операций — по необходимости. Это значит, что если нужно указать один из разделов (атрибутов или операций), то другой отображается пустым. Различные способы представления класса показаны на рис. 10.1.

На рис. 10.1 представ л ен к л асс student_schedule.На рис. 10.1, а) показано его простейшее представление, рис. 10.1, б) содержит полную информацию о классе: его имя, атрибуты и операции, а рис. 10.1, в) представляет имя класса и его операции (раздел, который должен содержать атрибуты, пуст). Если раздел атрибутов оставлен пустым, это означает, что данный класс имеет атрибуты, но их показывать в данном конкретном случае не нужно.

Ино г да используетс я дополнительный раздел, который служит для описания обязанностей класса. Он раз м е щ ается под раздело м операций и может быть опущен. Под обязанностями класса подразумевают то, что ему надлежит выполнить. Обязанности класса отображаются как «договорные» предложения, которые трансформируются в операции и атрибуты. Атрибуты трансформируются в типы данных и структуры данных, а операции — в методы (функции). Этот дополнительный раздел можно пометить словом «обязанности». Обязанности класса student_scheduleможно изложить следующим образом: «возвращает расписание для студента на любой день недели при заданном номере студента, годе и периоде расписания». Обязанности класса отображаются в виде текста, причем каждая обязанность представляется в соответствующем разделе как короткое предложение или абзац.

С помощью диаграммы класса можно отобразить объект, или экземпляр класса. Как и при использовании класса, простейшее представление объекта состоит в изображении прямоугольника, который содержит подчеркнутое имя объекта. Тем самым указывается именованный экземпляр класса. Именованный экземпляр класса можно сопровождать именем класса или обойтись без него.